智能交流无功功率仪表设计.doc

目 录 1 绪 论 - 1 - 1.1选题的目的意义 - 1 - 1.2国内外研究综述 - 1 - 1.3 智能仪表的开发意义 - 2 - 2系统总体设计 - 3 - 3 系统硬件设计 - 5 - 3.1 放大电路设计 - 5 - 3.1.1 放大电路的方案比较 - 5 - 3.1.2 数字电位器X9241 - 6 - 3.2 数据采集电路设计 - 8 - 3.2.1 数据采集电路的方案比较 - 8 - 3.2.2 模拟开关CD4051 - 8 - 3.2.3 采样/保持器 LF398 - 9 - 3.2.4 12位A/D转换器A/D574 - 11 - 3.3 相角测量电路设计 - 12 - 3.4 键盘/显示电路设计 - 13 - 3.4.1 键盘/显示电路原理图 - 13 - 3.4.2 可编程并行接口8255 - 13 - 3.4.3 LCD液晶显示驱动器HEF4543 - 15 - 3.5 看门狗电路设计 - 16 - 3.5.1 看门狗电路原理图 - 16 - 3.5.2 X5045芯片 - 17 - 3.6 智能交流无功功率仪表的工作原理 - 18 - 3.6.1 电压、电流有效值测量 - 18 - 3.6.2 功率、功率因数的测量 - 18 - 3.7 单片机的选用 - 19 - 4 系统软件设计 - 21 - 4.1 智能交流无功功率仪表的总流程图 - 21 - 4.2 交流信号的相角测量 - 22 - 4.3 计算电压、电流有效值程序流程图 - 23 - 4.4 智能交流无功功率仪表的自检 - 23 - 4.4.1 自检的方式 - 24 - 4.4.2 ROM或EPROM的检测 - 24 - 4.4.3 RAM的检测 - 25 - 4.4.4 总线的自检 - 26 - 4.4.5 显示与键盘的检测 - 26 - 4.4.6 自检软件 - 27 - 4.5 智能交流无功功率仪表的自动量程转换 - 29 - 结 论 - 31 - 附录一 程序 - 34 - 附录二 总原理图 - 43 - 1 绪 论 1.1选题的目的意义 在电网中，有电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。无功功率它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在:降低发电机有功功率的输出；降低输、变电设备的供电能力；造成线路电压损失增大和电能损耗的增加；造成低功率因数运行和电压下降；使电气设备容量得不到充分发挥。以上问题已经影响广大电力工作者的普遍关注，必须进行彻底的综合治理。因此对无功功率的测量就具有非常重大的意义。 1.2国内外研究综述 随着微电子技术的发展，微处理器和微型计算机大量涌现。国外主要仪表企业普遍采用电子设计自动化、计算机辅助制造、计算机辅助测试、数字信号处理、专用集成电路及表面贴装技术等技术目前多以GP－IB仪器组建自动测试系统，生产线上一个个大的测试柜，快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。实现仪器仪表的记忆、判断、处理、执行以及逻辑操作、监视诊断功能，并能实现各种智能作用。如上润生产的智能单相交流无功功率显示仪表，采用先进的微处理器进行智能控制，对同时输入的单相交流电压与电流信号进行精确测量，经过CPU自动计算出单相交流有功功率值，无功功率值，由高亮度LED数码管或高分辨率光柱进行清晰直观的显示，并可选择串行