基于单片机的功率因数补偿控制器硬件的研究.pdf

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1、应用技术与研究学术探讨2014年第10期基于单片机的功率因数补偿控制器硬件的研究蒋科芬（西安石油大学，陕西西安710000）[摘要]为了减小电网中感性负载造成的电量损耗，在分析了现有功率因数补偿控制器的补偿效果后，设计了一种通过单片机控制四组电容器组，自动控制投切进行补偿的功率因数补偿控制器。[关键词]功率因数；单片机；功率补偿1．引言随着近年来电力负荷的迅速增长，电网的功率因数和电压降低，使得电器设备得不到充分的利用。在电网中，无功补偿要保持平衡，否则将导致系统的电压下降，电能质量得不到保证，严重损坏了设备。为了改善用户的用电

2、质量，发挥供电设备的效益，大大降低用电成本。陕西高科电力电子有限公司特试制了以下这种功率因数补偿控制器。本控制器是以C8051F系列的单片机为核心，可以自动检测出电网的功率因数值cosφ，和电气设备所需要的功率因数cosφ0进行比较，在允许的误差∆cosφ范围内自动控制投切图1硬件系统整体框图电容器进行功率因数的补偿，使得电网的功率因数保持在最佳状态。除此之外，其满足脉冲或周期性负荷动态功率因数首先将电网的电压及电流信号通过霍尔传感器进行采补偿的需要，不但系统运行参数可通过面板自带按钮来设集，通过数据处理模块进行数模转换及功率因

3、数的测定，再定，而且保护功能完善，达到使用方便、现场调试工作量小、将信号送人中央处理模块将测定功率因数和系统设定的功运行效果好的目的，从而提高电网电能质量和输电能力。率因数进行比较，进行电容器组的自动投切，使得功率因数达到最大值。2．功率因数补偿控制器的技术要求在信号的采集部分则用霍尔传感器代替了常用的电压、本控制器的工作电源电压：220V50Hz，对应电网线电压电流互感器，霍尔传感器在精度、线性度及动态性能上都远输入交流电压：100V50Hz，对应电网相电流输入交流电流：远的优于电压、电流互感器。而且其还有体积小、重量轻、灵0

4、---5A。可根据输入电压与电流计算有功、无功功率和功率敏度高、抗电磁干扰能力强等优点。在市场上有各种品牌可因数，实时显示有功、无功功率和功率因数，根据计算结果与供选择。电容容量配备情况决定投入哪路补偿电容。按电容实际分由于单片机采用的是TTL电平，而接RS-232通信的典型组数通过面板触摸开关输入电容参数、功率因数上、下限、保工作电平是+3V~+12V与—3V~—12V，是不能够和单片机进护参数；可对电容的运行状况进行监控和报警，实时显示电行连接的，否则有可能损坏单片机，因此，要实现单片机和计容的投切情况。输出可直接带动继电器

5、控制高压接触器对算机之间的RS—232通信，就必须采用相应的接口芯片[1]。电容进行合分控制。面板仪表式结构，便于安装；输入与输MAX232产品是由美国Maxim公司推出的一款兼容RS—出线统一置于表后盖，带与计算机的通信接口，可通过上位232标准的芯片。该器件包含两个驱动器，两个接收器和一机进行设定与控制。有保护时一次切除所有支路电容的开个电压发生器电路提供TIA/EIA—232—F电平，该器件符合关量输入口，可控制最多8路电容，分为两段控制。TIA/EIA—232—F标准。一片MAX232支持两路RS—2323．硬件电路的工

6、作原理串口同时全双工通信。单片机的信号从11、12引脚输入，转本控制器由中央处理模块、数据处理模块、逻辑控制单换为RS—232电平后从14、7引脚输出；RS—232电平信号从元、电源模块、信号采集模块、投切控制单元以及开关量输出13、8引脚输入，转换后的TTL电平从12、9引脚输出。和显示等部分组成。系统的基本框图如图1所示。MAX232有商业级到工业级的不同信号芯片，商业级芯片工作温度范围为0~70℃，工业级芯片的工作温度范围为40~——————————————作者简介：蒋科芬，女，陕西榆林人，研究生，研究方向：特种电源及微机

7、控制技术。-57-学术探讨应用技术与研究2014年第10期85℃。MAX232具有2000V的ESD保护，是一款低成本的还集成了参考电压电路以及所有包括基波和全波的各项电RS—232转换芯片。同样的，MAX485接口芯片是Maxim公参数测量的数字信号处理电路，可进行有功功率、无功功率司的一种RS—485芯片。而RS—485协议正是针对远距离、和功率因数的计量，它集合了多种功能，但是价格低廉。高灵敏度、多点通讯制定的标准。RS—485的数据最高传输ATT7022EU封装为44脚LQFP形式，外围硬件电路主要包括速率为100Mbp

8、s。而且其接口是采用平衡驱动器和差分接电源、电压及电流模拟输入、脉冲输出及SPI通讯接口等电收器的组合，大大增强了抗共模干扰能力。两芯片及外围电路。其芯片及外围电路如图3所示：路如图2所示：图3有功无功计量模块电路图隔离输入输出模块主要采用的是光电耦合器，其中一