arc功率因数自动补偿控制仪的原理及其应用

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1、ARC功率因数自动补偿控制仪的原理及其应用作者简介：李文权男出生年月1975年8月6日上海大学机械系机电一体化专业工程师职称研究方向：电力仪表/工业自动化摘要:介绍了基于ATMEGA16的高精度低压无功功率补偿器。该控制器采用数字检测电路来获取电网电压与电流的相位差，从无功补偿的原理出发，设计控制器的软硬件。使该系统在应用中实现了对电网功率因数的及时补偿和实时监测，适用于目前企业用户进行无功功率补偿。Abetted:ThisarticleintroducesreactivepowercompensatorbasedonATMEGA

2、16controllingwithhighprecision.Itmeasuresexcessphaseofvoltageandcurrentbyusingdigitalcircuit,Basedonthereactivecompensationtheorem,Thesoftwareandhardwareofthecontrollerisdeigned.Byusingthesystematimelycompensationandreal-timemonitnringofthepowerfactorinelectricitynetw

3、orkarepossible,Itismainlyusedtocompensatereactivepowerinpresentfactoriesandmines.关键词：功率因数；无功补偿；单片机随着现代工业的发展，电网中使用的感性负载也愈来愈多，如感应式电动机、变压器等。这些设备在工作时不但要消耗有功功率，同时需要电网向其提供相应的无功功率，造成电网的功率因数偏低。在电网中并联电容器可以减少电网向感性负载提供的无功功率，从而降低输电线路因输送无功功率造成的输电损耗，改善电网的运行条件，因此功率因数补偿控制器一直有着广阔的应用市场

4、。本文所介绍的功率因数补偿控制器符合JB/T9663－1999国家标准，主要功能有：（1）相序自动识别（2）电压、电流、功率因数采样与显示（3）过压解除、欠流封锁，从而保护电容器及避免循环投切（4）采用先投入的先切除，先切除的先投入的原则，对补偿电容实行循环投切（5）所有的工作参数都可以通过面板按键设定，包括投入门限、切除门限、过压保护门限、欠电流封锁门限、投切延时时间一、工作原理采样三相电源中一线电流（如A线）与另外两线的电压（如BC线）之间的相位差，通过一定的运算，得到当前电网的实时功率因数。此功率因数与设定的投入门限和切除门

5、限比较，在整个投切延时时间内，若在投切门限以内，则不予动作；若小于投入门限，则另投入一组电容器；若大于切除门限或发现功率因数为负时，则切除一组已投入的电容器。再经过投切延时时间，重复比较与投切，直到当前的功率因数达到投切门限以内。在投切过程中，若发现检测到的电压大于设定的过压保护门限，则按组切除所有已投入的电容；当检测到的电压超过设定的过压保护门限的10％时，则一次性切除所有已投入的电容，用以保护电容器。在投切时若发现检测到的电流小于欠电流封锁门限，则停止投切动作，避免系统出现循环投切现象。由于在三相供电中有不同接线方法，不同的接

6、线方法对功率因数的算法也不一样，因此我们规定ARC系列功率因数自动补偿控制仪的电流取自三相供电中的A线，电压取自BC间的线电压，同时为减少现场接线的复杂度，我们在程序中对相位进行自动判别。在三相供电中，我们假设三相的相电压分别为Ua、Ub、Uc，A线电流为Ia则有Ua=Usin(ωt)，Ub=Usin(ωt+120º)，Uc=Usin(ωt+240º)，从而得到BC间的线电压为Ubc=Ub-Uc=Usin(ωt-90º)若A线负载为纯阻性，则A线电流Ia与A线电压Ua同相，Ia超前Ubc的角度为90º；若A线负载为感性，则A线电流

7、Ia滞后A线电压Ua角度为φ（0º≤φ≤90º），Ia超前Ubc的角度为90º-φ；若A线负载为容性，则A线电流Ia超前A线电压Ua角度为φ（0º≤φ≤90º），Ia超前Ubc的角度为90º+φ在我们的ARC功率因数自动补偿控制仪中，为了计算的方便，我们电流相位的采样为电压采样的第二个周期，即若没有相位差Ia滞后Ua的角度为360º。在实际检测中，假设我们检测到Ia滞后Ubc的角度为α，根据以上的分析得知：若180º<α<270º，则电路为容性负载，COSφ=COS(270º-α)若α＝270º，则电路为感性负载，COSφ=1若2

8、70º<α<360º，则电路为感性负载COSφ=COS(α-270º)为方便用户接线，若用户将电压Ubc接成了Ucb，或将Ia的输入接反，根据以上的推断，我们同样可得到：若0º<α<90º，则电路为容性负载，COSφ=COS(90º-α)若α＝90