功率因数监测与补偿试验系统-Read.DOC

功率因数监测与补偿实验系统 （B）题设计报告 摘要：本设计基于电路基本理论，以高性能SOC单片机C8051F022为控制核心，充分利用其丰富的内部资源，以较少的硬件电路，实现了功率因数的监测与补偿。通过对电压、电流的采样与运算，实现了对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数的测量；根据负载功率因数的大小，通过选择多路不同电容的投切，实现了对功率因数的补偿；以可控硅作为电容投切的开关器件，通过在交流电源过零点对可控硅的触发，达到了无触点、无冲击的切换；通过锁相倍频，实现了对电网的频率跟踪以及每周期固定点数的采样控制；采用LCD点阵液晶显示，各种参数的显示直观、方便。 关键字：单片机，有功功率，功率因数，锁相倍频，补偿 The Experiment System of Supervision and Compensation of Power Factor Abstract: The design is based on the basic theory of circuit,taking high performance ,SOC MCU of C8051F022 as its core.Making full use of the inner resources in order to simplify the hardware circuit,realizing supervising and compensation of power factor. By sampling calculating of voltage and current,the measurement of voltage,current active power,reactive power,power factor and other parameters can be realized.According to the power factor of load,compensation of power factor can be realized by choosing of the different capacitance of multiple branches to put.Taking SCR as switching component,no impulse and no contact are realized then triggered at the time of alternative power accrossing zero .By PLL,the tracking of frenquency of power net and fixed sampling dots in every cycle can also be realized .All parameters can be displayed and LCD directly and in convenience. Key words: MCU ,active power , poewer factor , PLL, compensation capacitance, 功率因数监测与补偿实验系统 一．方案论证与比较 本题要求测量电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数等参数，其中最关键的是有功功率的测量。有功功率的测量有以下几种方案： 方案一：通过测量电网电压与负载电流的有效值以及电压与电流之间的相位差来计算有功功率，这种方法只对电网电压为正弦波的情况适用。但由于谐波污染，电网电压失真严重，故采样这种方法测量误差较大。 方案二：采用专用电能计量芯片，如ADE7752等。这类芯片可以测量电力系统中的有功功率、无功功率、总功率及功率因数，而且不必考虑波形参数和失真度的大小，且与单片机接口简单，软件编制工作量较小。但是还需要另加硬件电路来测量电压、电流，增加了系统的复杂性。 方案三：采样计算法，此方案是对周期信号进行快速采样，获得一个周期的多个离散值，再根据有功功率的定义并利用单片机的运算功能，计算出有功功率。这种方法可同时获得题目所要求的多个其它参数。 通过以上对功率测量方案进行分析，我们选用方案三作为系统实现的方案。 二. 系统总体设计 1．系统组成框图 根据所选方案与题目的要求，电路主要由单片机系统，电压、电流取样电路，信号放大与调理电路，锁相倍频与采样保持电路，光电隔离与驱动电路，补偿电容组，显示及键盘电路等组成。系统组成框图如图1所示。 2．电路工作概况 电压电流取样电路对电源电压、负载电流进行无损取样，所取样本经过放大与调理电路，使得信号满足后级