利用单片机技术的三相输电线路功率因数的采集原理介绍
基于单片机的RTU三相交流采样技术
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第３ ９卷第 １ ０期 ２０ Ｏ ６年 １ ０月
中 国 电 力
Ｃ相 电 流＋ Ｃ相 电 压 一
Ｕ
号 由 预 处 理 后 的 电 压 信 号 获 取 ． 原 理 如 图 ２所 示 。 其
１ 硬件 原理及功能
用 于 交 流采 样 的单 片 机测 控 系统一 般 由电 源 、 ＣＰ 、 钟 源 晶 振 电 路 、 门 狗 电 路 、 储 器 组 电 路 、 Ｕ 时 看 存 片 选 电 路 、 关 量 检 测 电 路 、 控 输 出 电 路 、 拟 信 开 遥 模 号 处 理 电 路 、 数 转 换 电路 、 信 电路 以及 其 他 辅 助 模 通 电 路 组 成 。 现 只 对 模 拟 信 号 处 理 电 路 和 模 数 转 换 电
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ Ｐ０Ｗ ＥＲ
Ｖｏ ． ９ ．Ｎｏ ０ ｔ３ ．１
Ｏｃ ． Ｏ ６ ｔ２ ０
基 子 荤 片 机 的 Ｕ兰 祖 交 流 粟 棒 接 术 刘 冰 ， 庆 水 Fra bibliotek 郝 丛振 刚
（ 山东 积 成 电子 股份 有 限公 司 ， 山东 济 南 ２ ０ ０ ） ５ １０ 摘 要 ：描 述 一 种 基 于 ８ Ｃ １系列 单 片 机 实 现 三 相交 流采 样 的 典 型 Ｒ Ｕ （ 程 终 端 ） 的基 本 结 构 。介 绍 其 ０５ Ｔ 远
与 算 法
图 １ 电压 、 电流 信 号 预 处 理原 理
Ｆｉ １ Ｓｉｎ ｌ ｒｔｅ ｔ ｎ ｆ ｏｔｇ ｎ ｕ ｒｎ ｇ． ｇ ａ ｅｒ ａｍｅ ｔ ｌ ｅａ ｄｃ ｒ ｔ ｐ ｏｖ ａ ｅ
单片机测电压电流原理
单片机测电压电流原理随着电子技术的不断发展，单片机作为一种重要的嵌入式系统，广泛应用于各个领域。
在电力系统中，电压和电流的测量是非常重要的，而单片机测电压电流的原理则是实现这一目标的关键。
单片机测电压电流的原理基于模拟电压和电流的转换，通过将模拟信号转换为数字信号，然后经过处理得到所需的电压和电流数值。
我们需要了解单片机的工作原理。
单片机是一种集成电路，包含了处理器、内存、输入输出接口等多个部分。
它可以通过编程来控制各种设备和传感器的工作。
在单片机测电压方面，一般采用模拟转数字转换器（ADC）来实现。
ADC能够将模拟电压信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
具体来说，ADC将连续变化的模拟电压信号分成若干个离散的量化电平，然后将其转换为相应的数字值。
在单片机测电流方面，一般采用电流传感器来实现。
电流传感器是一种能够将电流信号转换为电压信号的装置。
通过将电流信号转换为电压信号，再通过ADC转换为数字信号，可以得到电流的数值。
单片机测电压电流的原理可以概括为以下几个步骤：1. 使用电压传感器将待测电压信号转换为电压信号。
2. 将电压信号输入到ADC中，进行模数转换。
3. 单片机通过编程获取ADC转换后的数字值。
4. 根据ADC转换的数字值和相关系数，计算出电压的实际值。
同样地，测量电流的步骤也类似：1. 使用电流传感器将待测电流信号转换为电压信号。
2. 将电压信号输入到ADC中，进行模数转换。
3. 单片机通过编程获取ADC转换后的数字值。
4. 根据ADC转换的数字值和相关系数，计算出电流的实际值。
需要注意的是，在进行电压和电流测量之前，我们需要根据具体的电路参数和传感器特性进行一定的校准和系数调整，以保证测量的准确性和精度。
除了测量电压和电流，单片机还可以通过其他方式实现对电力系统的监测和控制。
例如，可以通过单片机控制继电器的开关，实现对电路的断开和闭合。
还可以通过单片机与电力系统的通信接口，实现远程监测和控制。
MCS51单片机在三相交流电量参数测量中的应用----软件
MCS51单片机在三相交流电量参数测量中的应用----软件摘要随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要，而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，如何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流、功率、频率等）是实现电力系统自动化的一个重要因素。
基于此，此次设计采用单片机AT89C51实现电力监控系统的交流采样,即系统采集的是交流电压和电流，不需变送器进行交直流转换。
模数转换器AD574A 对三相交流电压和电流分时进行模数转换，把得到的数字量送单片机进行数据处理，然后通过LED数码管显示电压和电流，频率，功率，功率因数等的实时值。
文中论述了该系统实现电参数测量的工作原理，着重介绍了该系统的实现过程，在此基础上，详细介绍了整个系统的软件开发过程。
关键词：电力系统；交流采样；单片机；电参数测量The application of MCS51 single-chip microcomputer inthe measurement of three-phase ACpower parameters—SoftwareAbstractWith the rapid development of electric power system, network capacity is increasing, and the growing complexity of the structure, electric power system real-time monitoring and Scheduling Automation is particularly important. The data acquisition of the electric parameters is also an important part of automation. How quickly and accurately acquisition the electrical parameters (voltage, current, power, frequency, etc.) of system components is an important factor to achieve power system automation.Based on this,the paper adopts AT89C51 SCM to achieve AC sampling of electric parameters. That the acquisition system is AC voltage and current, transmitter without AC-DC conversion。
基于单片机的三相电源相序控制设计
基于单片机的三相电源相序控制设计三相电源相序控制设计是一种基于单片机的电源控制技术，用于控制三相电压源的相序。
相序是指三相电压波形的相位差，确定了电流的流向和方向，对于三相设备的运行稳定性和正常工作非常重要。
在一些应用中，如电机驱动、制冷系统和能量转换装置等，需要确保相序正确，以保证设备的正常运行。
本文将介绍基于单片机的三相电源相序控制设计的原理、系统框架和具体实现。
一、原理相序控制设计的原理基于对三相电压波形进行采样和处理，根据不同波形特征判断相序是否正确，并通过单片机控制实现自动相序修正。
具体原理如下：1.采样：使用三个模拟输入通道分别采样三相电压波形，将采样值转换为数字信号。
2.处理：对数字信号进行波形处理，获取波形的相位差、幅值和频率等特征参数。
3.判断：基于特征参数，判断三相电压波形的相位差是否满足相序要求。
4.控制：根据判断结果，通过单片机控制，实现相序修正。
二、系统框架1.采样模块：由三个模拟输入通道和ADC转换器组成，负责对三相电压波形进行采样。
2.处理模块：由单片机控制，对采样得到的数字信号进行波形处理，提取特征参数。
3.判断模块：根据特征参数，判断三相电压波形的相位差是否满足相序要求，并输出判断结果。
4.控制模块：根据判断结果，控制继电器或电子开关等元件，实现相序修正。
三、具体实现1.选择合适的单片机控制器，具有足够的输入输出通道和计算处理能力。
2.连接三相电压源和单片机控制器，采用适当的线缆和接口电路。
3.编写单片机控制程序，实现采样、处理、判断和控制功能。
4.设计电源相序判断算法，根据不同的特征参数进行相序判断。
5.在单片机程序中加入相序修正的控制逻辑，实现自动修正相序。
6.调试系统，通过实验验证方案的正确性和可行性。
最后，可以根据实际需求，对相序控制系统进行优化和改进。
例如，可以加入故障检测和报警功能，提高系统的可靠性和安全性。
同时，还可以考虑通过通信接口与其他设备进行联动控制，实现更多的功能和应用。
基于单片机的发电机功率因数测量系统设计
基于单片机的发电机功率因数测量系统设计1. 引言由于电力的需要，发电机已经逐渐成为了普及的电力设备之一。
为了保证电网的正常运行和电力传输的效率，发电机的功率因数需要进行测量和调整。
本文将介绍一款基于单片机的发电机功率因数测量系统的设计。
2. 系统设计2.1 系统结构本系统采用单片机作为核心控制器，测量电路由电压采样模块和电流采样模块组成。
具体结构如下图所示：系统结构图系统结构图其中，单片机采用ATmega32作为控制器，电压采样模块采用AC713，电流采样模块采用ACS712。
2.2 电路设计2.2.1 电压采样模块设计电压采样模块的主要功能是将交流电压转换成单片机可读取的模拟电压信号。
电压采样模块的工作原理如下：电压采样模块原理图电压采样模块原理图在交流电路中串联一个电阻和一个二极管，利用电阻将交流电压降为单片机可读取的直流电压。
在电路中，相位差为90度的正弦波电压被电阻R2降压，并通过二极管D1将负半周的电压重合在正半周的电压上。
这样，输出信号即为单极性的直流电压。
2.2.2 电流采样模块设计电流采样模块的主要功能是将交流电流转换成单片机可读取的模拟电压信号。
电流采样模块的工作原理如下：电流采样模块原理图电流采样模块原理图电流传感器ACS712是一款带有Hall元件的电流传感器，可以根据电流大小产生不同比例的电压输出。
在电流采样电路中，ACS712和负载串联，电流通过ACS712产生电压信号，然后通过一个运放放大电压，将其转换为单片机可读取的模拟电压信号。
2.3 程序设计2.3.1 测量时序设计本系统采用Sync/Async测量方式，并通过计算后输出功率因数。
程序流程图如下：程序流程图程序流程图在测量时，先将电压和电流的采样进行同步，再对功率因数进行计算。
由于单片机计算速度较快，因此测量周期较短。
2.3.2 程序结构设计主要代码如下：void delay(unsigned int ms) //延时函数{unsigned int i,j;for(i=ms;i>0;i--)for(j=109;j>0;j--);}float voltage_read() //采样电压{float voltage;unsigned int v_adc;v_adc = ADC_Convert(0);voltage = float(v_adc) * 5.0 / 1023.0;return voltage;}float current_read() //采样电流{float current;unsigned int c_adc;c_adc = ADC_Convert(1);current = (float(c_adc) - 512.0) / 102.4;return current;}float power_factor() //计算功率因数{float voltage, current, power, power_factor;voltage = voltage_read();current = current_read();power = voltage * current;power_factor = power / (voltage * current);return power_factor;}void main() //主函数{while(1){float pf;pf = power_factor();delay(1000); //1s一次测量}}2.4 系统实现经过硬件设计和程序设计，我们开始制作系统原型，并进行实验验证。
利用80C196单片机测量三相异步电动机功率因数
利用80C196单片机测量三相异步电动机功率因数
刘新平;李军
【期刊名称】《网络新媒体技术》
【年(卷),期】2007(028)003
【摘要】介绍了用三相交流电中任意一相的相电流与另外两相的线电压之间的相位差来测量三相异步交流电动机功率因数的方法,并对该方法的工作原理作了详细说明.使用效果表明,该方法软硬件设计简单、稳定性较好.
【总页数】3页(P303-305)
【作者】刘新平;李军
【作者单位】中国石油大学计算机与通信工程学院,山东,257061;中国石油大学计算机与通信工程学院,山东,257061
【正文语种】中文
【中图分类】TM3;TP3
【相关文献】
1.利用8098单片机测量电网的频率和功率因数 [J], 孟宪陆;陈祥初
2.基于80C196单片机低功耗温度测量设计 [J], 何娟;袁涛;付力
3.基于80C196单片机的角位移智能测量系统研究 [J], 梁长垠;晏凯
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5.基于80C196单片机的装甲火炮身管膛温测量系统 [J], 刘国强
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基于8051单片机的三相电网功率因数角的测量
文章编号:1671-4067(2005)03-0022-03基于8051单片机的三相电网功率因数角的测量3陈金鹏1,黄高胜2(1.兰州工业高等专科学校电气工程系,甘肃兰州730050;2.兰州远望信息技术有限公司,甘肃兰州730010))摘 要:分析了使用8051单片机测量三相电网功率因数角的原理,给出了接口电路和程序框图。
关键词:单片机;电网功率因数角;测量中图分类号:T M761 文献标识码:A 功率因数角的测量方法很多,但大多都存在准确性较差,稳定性不高的问题。
如果将它的测量与8051单片机结合起来,并考虑电网频率的影响,即可进行实时测量。
结果精度高,稳定性好。
1 测量原理[1]本方案所用的检测输入信号为线电压与线电流,即U CA 与I B 或U B C 与I A 或U AB 与I C ,这是因为他们之间的夹角θ和待测相角φ之间具有线性对应关系。
现以U CA 与I B 为例,表明其夹角θ与相角φ间对应关系的矢量图如图1所示。
图1 相角φ与θ角间对应关系由图1容易看出:纯阻性时:φ=0,θ=90°感性:φ=0°～90°,θ=90°～180°,纯感性时:φ=90°,θ=180°容性:φ=0°～-90°,θ=90°～0°,纯容性时:φ=-90°,θ=0° 收稿日期:2005-01-07作者简介:陈金鹏(1970-),甘肃宁县人,讲师,硕士1 图2则从波形图描述了不同θ角时的情况。
从图2中可以看出,θ角的大小又和U CA 与i B 同时为负的时间长短τ又具有线性对应关系(图2中U d 的波形),并且可以得出:图2 波形图纯阻性:θ=90°,τ=T /4(T 为电网周期时间)感性:θ=90°～180°,τ=T /4～0 纯感性时:θ=180,τ=0容性:θ=90°～0°,=T /4～T /2纯容性时:θ=0°,=T /2从上述分析得知,只要测量时间,便可间接测量相角。
基于单片机的 3 相电电流测量电路设计
基于单片机的3 相电电流测量电路设计
1. 设计思路
在三相电网中，需要测量三相电流分别的大小，并进行电流采样、放大、滤波等处理，最终将测量到的数据传输到单片机进行处理。
本文将设计一种基于单片机的三相电电流测量电路。
首先，将三相电流传输到电流互感器进行进行相应放大，由于三相电流的幅值一般较大，因此互感器的变比一般取较小值。
互感器的输出电压经过电阻分压后进行电流采样，然后再进行滤波，去除噪声。
然后，将采样和滤波后的信号输入到单片机进行数字量化处理，最后显示在液晶显示屏上。
2. 电路设计
（1）电流互感器
图1 显示了所用的电流互感器，使用的是1:200转比的互感器。
由于使用的是模拟电路进行电流检测，因此需要经过电阻分压、
信号放大等处理后才能进行ADC采样。
（2）ADC采样
ADC采样是整个电路的核心，直接决定了电路的精度和稳定性。
本设计使用的是单片机内置ADC模块，采样精度可以达到12位。
ADC采样的结果需要进行滤波后才能传输到单片机进行处理。
（3）电路电源
电路电源采用的是稳压电源，使用的是LM7805稳压芯片将输入电压稳定在5V。
同时，电路中还使用了滤波电容，以抑制电源中的噪声。
（4）数字显示
选用IIC液晶显示器对测量值进行显示，需要对其进行初始化、设置和数据传输。
3. 总结
本设计使用了互感器、电阻分压、信号放大、ADC采样、滤波、
数字量化等技术，最终实现了对三相电流的测量和显示。
在实际应用中，需要结合具体情况进行调试和改进，以保证电路的精度和稳定性。
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利用单片机技术的三相输电线路功率因数的采集原理介绍
胡志坤曹立军吴三川
山东工程学院山东255012
1 前言
三相输电线路的功率因数cosφ(cosφ=p/s)是电力传输的重要经济技术参数，关系到电力系统的稳定、损耗、输电质量等方面的问题。
但是电力负荷本身需要有功和无功，无功的损耗降低了线路的功率因数，因此，只有给线路补偿无功才能达到提高功率因数的目的。
最常用的方法是用并联电容器进行无功补偿。
怎样才能恰到好处地补偿呢?正确地求得三相输电线路的功率因数是补偿的关键问题。
随着电子技术的不断发展，专用工业电脑芯片的不断问世，其可靠性、功能、体积等性能有大幅度提高，而价格有了大幅度的下降。
我们使用的CPU芯片(AT89C2051，20只管脚)与MCS—51系列单片机兼容，内带有2K可编程闪速存储器E2ROM，5个中断源等功能，价格仅十元左右。
因此，采用工业计算机芯片作为三相无功补偿器的核心部件具有线路简单，采样正确、控制灵活、成本低等优点。
2三相输电线路功率因数的数学表达
三相输电线路的功因率数，实际上是任一相电压与该相电流之间夹角的余弦值。
图1给出了三相输电线路的相电压、相电流的矢量图。
图1 相电压、相电流矢量图
如果考虑三相三线(如高压无功补偿控制器)的情况下，又如何求得输电线路的功率因数呢?实际上只要求得两相线电压与另一相的线电流之间的夹角α就可以求得功率因数cosφ。
如图2所示。
图2 线电压与另一相线电流矢量图
在图2中，
=u-v，因此uv比w滞后π/2，而uv比滞后α，则φ=π
/2-α。
这样线路的功率因数
cosφ=cos(π/2-α)=sinα
由上式可见，线电流w与其他两相线电压uv夹角α的正弦值sinα即为三相输电线路的功率因数cosφ。
通过PT(电压互感器)获得线电压信号，由CT(电流互感器)获得另一相线电流的信号。
两信号的相位差的正弦值sinα即为功率因数cosφ的值。
见图3。
图3 线电压与另一相线电流波形图
3 利用电脑芯片获得线电压与另一相线
电流的相位差α和功率因数cosφ
可以利用AT89C2051的两个外中断口的一个定时口完成求相位角α的任务。
由电压互感器和电流互感器获得uv和w的电压信号U′uv和U IW经两只零比较器可获得两个方波信号U"uv、U"IW，则两个下降沿的相位差也为α。
见图4。
图4 (a)方波的形式 (b)方波形成波形图
若将两个方波信号U"
IW 和U"uv 分别加到AT89C2051
U"
IW U"uv 的下降
沿获得另一个外部中断信号。
两中断信号之间间隔的电角度即为α角度数。
利用AT89C2051的定时中断可以产生1°一个脉冲，其脉冲的频率为f=50×360=18kHz 。
则定时器的周期t=1/f=1/18ms 。
如果在AT89C2051内部设定一个软计数器，将周期为1/18ms 的定时器的中断作为计数输入，则软计数器每增加1，说明增加1°。
0，
入中断信号出现时去读软计数器的即时计数值，则其读数就为α的值。
见图5
所示。
图5 利用定时器和外部中断获取α
CPU 读取了α值后，立即采用查表的方法求得sin α，即
三相输电线路的功率因数cos φ的值。
4 硬件介绍
图6给出了AT89C2051管脚定义图
利用单片机AT89C2051作为核心的三相输电线路功率因数采集装置的电原理见图7。
图6 AT89C2051管脚定义图图7 三相输电线路功率因数采集电原理图
5 软件介绍
5.1 初始化程序清单
ORG 0000H
AJMP STAR；；初始化程序入口地址
ORG 0003H
AJMP INT0；；外部中断0入口地址
ORG 0013H
AJMP INT1 ；外部中断1入口地址
ORG 000BH
AJMP T1 ；定时中断1入口地址
STAR：MOV TMOD，#25H ;送定时方式控制字(T1，8位自装入)
MOV TL1，#0C8H；1°占用时间1/18ms，共占用定时次数为(1/18ms)/(1μs)
MOV TH1，#0C8H；(机器周期)=56，则自装入数为256-56=200=C8H
SETB IT0；外中断0负跳变触发方式
SETB IT1；外中断1负跳变触发方式
SETB EX0；允许外部中断0中断
SETB EX1；允许外部中断1中断
SETB TR1；允许定时器1工作
SETB ET1；允许定时器1中断
SETB PT1；定时器1的中断优先权
MOV SP，#55H;设堆栈指针
SETB EA；允许所有中断
5.2 定时1的中断程序为：
T1：PUSH PSW
PUSH ACC
MOV A，30H ;30H存放的十六进制角度值
ADD A，#1 ；30H作为软计数器
MOV 30H，A
POP ACC
POP PSW
RETI
5.3 外中断0的中断程序为：
INT0：PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 30H，#00H；给软计数器清零
POP ACC
POP PSW
RETI
5.4 外中断1的中断程序为：
INT1：PUSH PSW
PUSH ACC
MOV 40H， 30H ；读软计数器的值放入40H存储单元中(十六进制的α值)
POP ACC
POP PSW
RETI
5.5 主程序清单为：
功率因数以十进制表示，存放在50H字节存储单元中，若50H的内容为98，说明其功率因数为0.98。
而超前、滞后标志存放在20H单元中，20H内容为0，说明电流滞后，20H内容为1，说明电流超前。
LOOP：CLR C
MOV A，40H ；判断α是否大于90°，若大于90°，说明
SUBB A，#90；电流超前于电压
JNC CQ；α＞90°，转走
MOV A， 40H
AJMP CB
CQ：SETB 20H；α＞90°，使超前、滞后标志位置1
MOV A， 40H
CB：MOV， DPTR，#TAB
MOVC A， @A+DPTR
MOV 50H， A
CT：……；补偿处理程序
……
LJMP LOOP；主程序返回
TAB：DB 00 02 03 05 07 09 10 12 14 16 DB 17 19 21 22 24 26 28 29 31 33 DB 34 36 37 39 41 42 44 45 47 48 DB 50 52 53 54 56 57 59 60 62 63 DB 64 66 67 68 69 71 72 73 74 75 DB 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 DB 87 87 88 89 90 91 91 92 93 93 DB 94 95 95 96 96 97 97 97 98 98 DB 98 99 99 99 99 99 99 99 99 99 DB 99 99 99 99 99 99 99 99 99 98 DB 98 98 97 97 97 96 96 95 95 94 DB 93 93 92 91 91 90 89 88 87 87 DB 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 DB 75 74 73 72 71 69 68 67 66 64 DB 63 62 60 59 57 56 54 53 52 50 DB 48 47 45 44 42 41 39 37 36 34 DB 33 31 29 28 26 24 22 21 19 17 DB 16 14 12 10 09 07 05 03 02 00。