解決三相不平衡問題的無功補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

目 錄摘 要I ABSTRACTII 第一章 緒論1 第二章 功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述5 2.1 功率因數(shù)的計(jì)算.5 2.2 低壓無功功率設(shè)備安裝的原則與方法.6 2.2.1 電容器裝置控制方式的選擇7 2.2.2 各種無功補(bǔ)償設(shè)備及補(bǔ)償方式7 2.3 投切方式分類9 2.3.1 延時(shí)投切方式9 2.3.2 瞬時(shí)投切方式10 2.3.3 混合投切方式11 2.4 無功功率補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的總體框圖11 第三章 功率補(bǔ)償系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì)13 3.1 AT89C52單片機(jī)13 3.2 相位差檢測(cè)單元電路的設(shè)計(jì)20 3.2.1 相電壓、相電流輸入電路21 3.2.2 相位差的檢測(cè)22 3.2.3 相位差的計(jì)算24 3.3 投切電容電路的設(shè)計(jì)28 3.3.1 8255A28 3.3.2 柔性投切電路.30 3.3.3 過零投切電路與8255A的接口33 3.4 三相功率因數(shù)的顯示電路設(shè)計(jì)34 3.4.1 LED顯示器34 3.4.2 8255A與LED顯示器的接口36 3.5 RS-232C串行通信接口38 3.5.1 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)38 3.5.2 MAX232與AT89C52的接口電路39 3.6 “看門狗”單元電路設(shè)計(jì)40 3.6.1 微處理器監(jiān)控器MAX690A40 3.6.2 MAX690A與AT89C52的接口42 3.7 電源電路設(shè)計(jì)44 第四章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)45 4.1 主程序設(shè)計(jì)流程圖45 4.2 子程序設(shè)計(jì)流程圖46第二章 功率因數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概述2.1 功率因數(shù)的計(jì)算 在交流輸電線路中，由于負(fù)載特性的影響，電路中相電壓，相電流之間存在相位差，其角度大小取決于負(fù)載所呈現(xiàn)的感性或容性的程度。若以表示相位差，則：= (2-1) 式中：R為負(fù)載電阻； XL為負(fù)載電抗， XC為負(fù)載容抗。 負(fù)載中消耗的有功功率為P： (2-2)由(2-1) 式可得： p=UIco (2-3)如圖2-1所示，表示有功功率、無功功率和及視在功率之間的關(guān)系。圖 2-1 功率三角形圖式（2-3）中：U,I分別為電力線路中母線上的相電壓和相電流的有效值，若令S=UI,稱S為視在功率（其中包括有功功率和無功功率），則(2-3)寫作：p=Scos則：cos=若用Q表示補(bǔ)償電容的容量，則Q=PK；其中P為有功功率；K=tan1-tan2； 1為改善前的功率因數(shù)角； 2為改善后的功率因數(shù)角； 在確定并聯(lián)電容器的容量后，就可以選擇并聯(lián)電容器的型號(hào)和規(guī)格，并確定并聯(lián)電容器數(shù)量。如果為單相補(bǔ)償，還應(yīng)取為3的倍數(shù)，以便三相均衡分配。2.2 三相不平衡功率補(bǔ)償設(shè)備安裝原則與方法 1. 在電力系統(tǒng)中，安裝容性設(shè)備或裝置以提高功率因數(shù)時(shí)，其安裝位置應(yīng)盡量靠近負(fù)載端，以增大補(bǔ)償?shù)男省?2. 容性裝置安裝在低壓側(cè)時(shí)，對(duì)低壓用電設(shè)備容量較大的電器(如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、電焊機(jī)等)，可以采用個(gè)別裝設(shè)的辦法，以補(bǔ)償局部無功功率消耗的情況；而對(duì)于低壓小容量零星設(shè)備，則可以采用集中在低壓配電柜母線側(cè)加裝低壓電容器的辦法集中補(bǔ)償，既經(jīng)濟(jì)又方便維護(hù)。 3. 對(duì)低壓側(cè)電動(dòng)機(jī)做個(gè)別補(bǔ)償時(shí)，電容器的開關(guān)與電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行(見圖2-2)，則效果最好。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，則不必加裝補(bǔ)償電容，以避免由于補(bǔ)償過度，而導(dǎo)致線路中的無功電流反向增大的現(xiàn)象。 4. 補(bǔ)償電容器的容量以提高功率因數(shù)至90%為宜，不需要提高太多，以節(jié)約投資，同時(shí)避免由于補(bǔ)償過度，而導(dǎo)致線路中過大的充放電電流。 圖 2-2 電容器位置與開關(guān)同步操作2.2.1 電容器裝置控制方式的選擇 任何改善功率因數(shù)的裝置，都是通過降低無功電流來達(dá)到減小總電流，但當(dāng)電容量補(bǔ)償過大時(shí)，又會(huì)形成部分無功電流過大而導(dǎo)致總電流反而增大的現(xiàn)象。如何才能達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果，這與用電設(shè)備的使用時(shí)間和連續(xù)性、非連續(xù)性有著很大的關(guān)系。根據(jù)用電設(shè)備的使用情況，將補(bǔ)償電容器進(jìn)行設(shè)計(jì)分組，采用不同的控制方式，以適應(yīng)不同的電力設(shè)備，無功功率補(bǔ)償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔(dān)的作用是提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補(bǔ)償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個(gè)不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補(bǔ)償裝置，可以做到最大限度的減少網(wǎng)絡(luò)的損耗，使電網(wǎng)質(zhì)量提高。反之，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多因素。表2-3、2-4是通過研究得出的電容器裝置分組情況及控制方式。 表 2-3 補(bǔ)償電容器裝置分組情況用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)特性電容器裝置分組全部連續(xù)性部分連續(xù)運(yùn)行型，部分為半連續(xù)型非連續(xù)運(yùn)行型固定型補(bǔ)償固定型補(bǔ)償器一組，可切換補(bǔ)償器一組固定型補(bǔ)償器椅子，補(bǔ)償器三組表 2-4 補(bǔ)償電容器裝置控制方式控制方式用電設(shè)備特性計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)時(shí)間控制手動(dòng)控制用電量較大，負(fù)載變動(dòng)大，且各時(shí)段設(shè)備開關(guān)率都不同每日定時(shí)變化用電量（工作時(shí)段較固定）；每周設(shè)備的開關(guān)情況基本穩(wěn)定24小時(shí)用電量差異不大，或偶爾變化量較大時(shí)，且可以方便手動(dòng)操作的場(chǎng)合第三章 補(bǔ)償系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，故此設(shè)計(jì)應(yīng)用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)無功功率補(bǔ)償器的各種功能。 單片機(jī)作為最典型的嵌入式系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用推動(dòng)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。近年來，除了各種類型的工控機(jī)，各種以通用微處理器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)方板模塊，以通用微處理器為核，片內(nèi)擴(kuò)展一些外圍功能電路單元構(gòu)成的嵌入式微處理器，甚至單片形態(tài)的PC機(jī)等，都實(shí)現(xiàn)了嵌入式應(yīng)用，成為嵌入式系統(tǒng)的龐大家族。 16位單片機(jī)雖然擁有運(yùn)算速度快、處理能力強(qiáng)、I/O接口較豐富等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格亦相對(duì)于8位單片機(jī)較昂貴，而此設(shè)計(jì)8位單片機(jī)已能夠?qū)崿F(xiàn)，故仍用8位單片機(jī)。 在眾多的單片機(jī)系列中，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系列可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適用于常規(guī)編程。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)響亮2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。AT89C52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。故此選用AT89C52單片機(jī)。3.1 AT89C52單片機(jī)3.1.1 AT89C52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 如圖3-1所示，為AT89C52的硬件結(jié)構(gòu)圖。AT89C52單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與MCS-51系列單片機(jī)的構(gòu)成基本相同。CPU是由運(yùn)算器和控制器所構(gòu)成的。運(yùn)算器主要用來對(duì)操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算和位操作的?？刂破魇菃纹瑱C(jī)的指揮控制部件，主要任務(wù)的識(shí)別指令，并根據(jù)指令的性質(zhì)控制單片機(jī)各功能部件，從而保證單片機(jī)各部分能自動(dòng)而協(xié)調(diào)地工作。它的程序存儲(chǔ)器為8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器，閃爍存儲(chǔ)器允許在線+5V電擦除、電寫入或使用編程器對(duì)其重復(fù)編程。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器比51系列的單片機(jī)相比大了許多為256字節(jié)RAM。AT89C52單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳功能與MCS-51的完全兼容。FLASHCPU串行通訊口RAM輸入輸出接口計(jì)數(shù)器定時(shí)器時(shí)鐘 圖 3-1 單片機(jī)89C52結(jié)構(gòu)框圖3.1.2 主要性能參數(shù) 8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器 1000次可擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 2568字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 8個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 圖 3-2 AT89C52外部引腳圖3.1.3 AT89C52管腳說明VCC：電源GND：接地P0口：P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0口端口寫“1”時(shí)，引腳作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接受指令字節(jié)：在程序效驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序效驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位是雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻的原因，將輸出電流ILL。 此外，與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸出（P1.1/T2EX），具體如下表所示。 表 3.1 P1.0和P1.1的第二功能 引腳號(hào)功能特性P1.0T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制 在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流ILL。 在訪問外部好曾許存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收低8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入端口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流ILL。P3口除了作為一般、的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如下表所示。 表 3.2 P3口引腳第二功能引腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以高電平將使用單片機(jī)復(fù)位。 ALE/：地址鎖存器控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（）也使用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。 如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 ：外部程序儲(chǔ)存器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)，將不被激活。 ：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000HFFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，端必須保持低電平（接地）。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。 在flash編程期間，也接受12伏VPP電壓。 XTA L1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTA L2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.4 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。1. 程序存儲(chǔ)器 如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。對(duì)于89C52，如果EA接VCC，程序先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H1FFFFH）開始，接著從外部尋址，尋址范圍為：2000HFFFFH。2. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 AT89C52有256字節(jié)RAM。高128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定CPU訪問高字節(jié)RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。3.1.5 定時(shí)器1. 定時(shí)器0和定時(shí)器1在AT89C52中，定時(shí)器0和定時(shí)器1都是16位加法計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)，分別由TH0（地址8CH）和TL0（地址8AH）及TH1（地址8DH）和TL1（地址8BH）兩個(gè)8位計(jì)數(shù)器組成。這4個(gè)計(jì)數(shù)器均屬于專用寄存器之列。每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都有定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種功能。2. 計(jì)數(shù)功能 所謂的計(jì)數(shù)功能是指對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。外部事件的發(fā)生以輸入脈沖表示，因此計(jì)數(shù)功能的實(shí)質(zhì)就是對(duì)外脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。MCS-51系列的芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個(gè)信號(hào)引腳，分別就是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。外部輸入的脈沖在負(fù)跳變時(shí)有效，進(jìn)行計(jì)數(shù)器加1。計(jì)數(shù)方式下，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2拍節(jié)對(duì)外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行采樣。如果前一個(gè)機(jī)器周期采樣為高電平，后一個(gè)機(jī)器周期采樣為低電平，即為一個(gè)有效計(jì)數(shù)脈沖。在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1進(jìn)行計(jì)數(shù)?？梢姴蓸佑?jì)數(shù)脈沖是在2個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行的。鑒于此，計(jì)數(shù)脈沖的頻率不能高于振蕩脈沖的頻率不能高于振蕩脈沖頻率的1/24。3. 定時(shí)功能 定時(shí)器也是通過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，不過此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。也就是每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)加1。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期，因此計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。如果單片機(jī)采用12MHz晶體，則計(jì)數(shù)頻率為1MHz。即每微秒計(jì)數(shù)器加1。這樣不但可以根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以反過來按定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的預(yù)置值。4. 定時(shí)器2 定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它既可以作定時(shí)器，又可以做事件計(jì)數(shù)器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位選擇（如表2所示）。定時(shí)器2有三種工作模式：捕捉方式、自動(dòng)重載（向上或向下計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器。如表3.3所示，工作模式由T2CON中的相關(guān)為選擇。定時(shí)器2有2個(gè)8位寄存器：TH2和TL2。在定時(shí)工作方式中，每個(gè)機(jī)器周期，TL2寄存器都會(huì)加1。由于一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)晶振周期構(gòu)成，因此，計(jì)數(shù)頻率就是晶振頻率的1/12。表 3.3 定時(shí)器2工作模式RCLK+TCLKCP/RL2TR2MODE00116位自動(dòng)重載01116位捕捉11波特率發(fā)生器0不用 在計(jì)數(shù)工作方式下，寄存器在相關(guān)外部輸入角T2發(fā)生1至0的下降沿時(shí)增加1。在這種方式下，每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣外部輸入。一個(gè)周期采樣到高電平，而下一個(gè)周期采樣到低電平，計(jì)數(shù)器加1。在檢測(cè)到跳變的這個(gè)周期的S3P1期間，新的計(jì)數(shù)值出現(xiàn)在寄存器中。因?yàn)樽R(shí)別10的跳變需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)晶振周期），所以，最大的計(jì)數(shù)頻率不高于晶振頻率的1/24。為了確保給定的電平在采樣前采樣到一次，電平應(yīng)該至少在一個(gè)完整的機(jī)器周期內(nèi)保持不變。表3.4 T2MOD-定時(shí)器2控制寄存器 T2MOD地址：0C9H 復(fù)位值：00B-T2OEDCEN76543210符號(hào)功能無定義，預(yù)留擴(kuò)展T2OE定時(shí)器2輸出允許位DCEN置1后，定時(shí)器2可配置向上或向下計(jì)數(shù)3.1.6 中斷 AT89C52有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（INT0和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷定時(shí)器0、1、2和一個(gè)串行中斷。每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷總控制位EA，它能禁止所有中斷。 如表3.5所示，IE.6位是不可用的。對(duì)于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2或EXF2激活中斷。標(biāo)志位也必須由軟件清0。定時(shí)器0和定時(shí)器1標(biāo)志位TF0和TF1在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來。然而，定時(shí)器2的標(biāo)志位TF2在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期被置位，在同一個(gè)周期被電路捕捉下來。表 3.5 中斷允許控制位符號(hào)位地址功能EAIE.7中斷允許控制位，EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設(shè)定-IE.6預(yù)留ET2IE.5定時(shí)器2中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時(shí)器1中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷1允許控制位ET0IE.1定時(shí)器0中斷允許控制位EX0IE.0外部中斷0允許控制位3.1.7 晶振特性 AT89C52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí)鐘遠(yuǎn)驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入。由于外部時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過二分頻觸發(fā)后作為外部時(shí)鐘電路輸入的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有其它要求，最長低電平持續(xù)時(shí)間和最少高電平持續(xù)時(shí)間等還是要符合要求的。 石英晶振 C1，C2=30PF+-10PF 陶瓷諧振器 C1，C2=40PF+-10PF3.1.8 空閑模式 在空閑工作模式下，CPU處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。 空閑模式可以被任一個(gè)中斷或硬件復(fù)位中止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內(nèi)部RAM，而可以訪問端口引腳。空閑模式被硬件復(fù)位終止后，為了防止預(yù)想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應(yīng)該是寫端口或外部存儲(chǔ)器。3.1.9 掉電模式在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義例如SFR的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時(shí)，硬件復(fù)位不能無效。并且應(yīng)保持足夠長的時(shí)間以使晶振重新工作和初始化。表 3.6 空閑模式和掉電模式下的外部引腳狀態(tài)模式程序存儲(chǔ)器ALEPESNPORT0PORT1PORT2PORT3空閑內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)3.2 相位差檢測(cè)單元電路的設(shè)計(jì) 如圖3-5所示相位差檢測(cè)單元電路的設(shè)計(jì)主要包括以下幾部分： 1. 采集要進(jìn)行補(bǔ)償線路的信號(hào)（及該線路的電壓和電流）并進(jìn)行相應(yīng)的處理。由于直接采集到的線路電壓和電流都比較大，不能直接進(jìn)行分析和控制?？梢詫⒉杉降木€路電壓U和電流I分別經(jīng)過電壓/電流互感器處理后再進(jìn)行分析。為了便于比較，I經(jīng)過電流互感器處理后再經(jīng)過I/U變換后變成Ui信號(hào)。 2. 將得到的U和Ui信號(hào)分別傳送到電壓比較器，得到兩組方波信號(hào)1、2。電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元。 3. 將得到的兩組方波信號(hào)輸入鑒相電路。輸出信號(hào)0的寬度反映了兩信號(hào)之間的相位差。電壓比較器將輸入的交流信號(hào)變成方波信號(hào)1、2，經(jīng)過由D觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路后，輸出信號(hào)0的寬度反映了兩信號(hào)之間的相位差。 4. 將得到的信號(hào)送入計(jì)數(shù)器8253處理，并將8253與單片機(jī)AT89C52進(jìn)行連線。AT89C52單片機(jī)檢測(cè)到計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)后，通過總線從8253讀出計(jì)數(shù)值，供單片機(jī)處理。 圖 3-5 相位差檢測(cè)框圖3.2.1 相電壓、相電流輸入電路 線路上的電壓和電流都比較大，不能直接用來進(jìn)行分析，可以用一定的方法將其降壓后再進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)中使用電壓/電流互感器來進(jìn)行降壓。電壓互感器按原理分為電磁感應(yīng)式和電容分壓式兩類。電磁感應(yīng)式多用于 220kV及以下各種電壓等級(jí)。電容分壓式一般用于110kV以上的電力系統(tǒng),330765kV超高壓電力系統(tǒng)應(yīng)用較多。電壓/電流互感器和變壓器的工作原理基本相同,都是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理來工作的。基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副繞組。特點(diǎn)是容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。電壓互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。為此，電壓互感器的原邊接有熔斷器，副邊可靠接地，以免原、副邊絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。變壓器的作用是將一種等級(jí)的電壓變換成另一種等級(jí)的同頻率的電壓,它只能實(shí)現(xiàn)電壓的變換,不能實(shí)現(xiàn)功率的變換?；ジ衅鞣譃殡妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅?。電壓互感器的作用是供給測(cè)量儀表,繼電器等電壓,從而正確的反映一次電氣系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況。使測(cè)量儀表,繼電器等二次電氣系統(tǒng)與一次電氣系統(tǒng)隔離,以保證人員和二次設(shè)備的安全,將一次電氣系統(tǒng)的高電壓變換成同樣標(biāo)準(zhǔn)的低電壓值(100伏,100/1.732伏,100/3伏)。電流互感器的作用與電壓互感器的作用基本相同,不同的就是電流互感器是將一次電氣系統(tǒng)的大電流變換成標(biāo)準(zhǔn)的5A或1A供給繼續(xù)電器,測(cè)量儀表的電流線圈。本設(shè)計(jì)為三相不平衡功率補(bǔ)償，所以可以用電磁感應(yīng)式電壓互感器。圖 3-6 相電壓、相電流輸入電路如圖所示以A線為例，從三相交流輸電線A相取電壓信號(hào)U，從A取電流信號(hào)I，U通過電壓互感器電路變換成5V電壓信號(hào)UU，I通過電流互感器和I/U轉(zhuǎn)換等電路轉(zhuǎn)換成同相位的電壓信號(hào)Ui。圖中的電阻R1、R2、起分壓作用。3.2.2 相位差的檢測(cè)為了將得到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析，可以先把電壓和電流的余旋波形經(jīng)過一定的方法轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用電壓比較器。電壓比較器是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路，是組成非正弦波發(fā)生電路的基本單元。本設(shè)計(jì)中電路只有一個(gè)閥值電壓，故可采用單限比較器。也稱為過零比較器，其閥值電壓UT=0V。電路如圖3-7所示圖3-7 過零比較器電路 為了限制集成運(yùn)放的差模輸入電壓，保護(hù)其輸入端，可加二極管限幅電路，如圖3-8所示。 圖 3-8 電壓比較器電路圖把得到的電壓信號(hào)輸入由D觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路（如圖3-9）后可以得到兩信號(hào)的相位差。圖 3-9 由D觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路 以A相為例，A相的電壓由電壓互感器降壓隔離后加到電壓比較器的輸入端，A相的電流由電流互感器經(jīng) I/U 變換后加在另一電壓比較器的輸入端。兩電壓比較器將輸入的交流信號(hào)變成方波信號(hào)1、2，經(jīng)過由D觸發(fā)器構(gòu)成的鑒相電路后，輸出信號(hào)0的寬度反映了兩信號(hào)之間的相位差，如圖3-10所示。 圖 3-10 相位檢測(cè)波形圖3.2.3 相位差的計(jì)算3.2.3.1 計(jì)數(shù)器8253 1. 引腳及功能 圖 3-10 可編程定時(shí)器8253外部引線圖 D0D7:8位雙向數(shù)據(jù)線。用來傳送數(shù)據(jù)、控制字和計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值。 ：選片信號(hào)，輸入。底電平有效。由系統(tǒng)高位I/O地址譯碼產(chǎn)生。當(dāng)它有效時(shí)，此定時(shí)器芯片被選中。 ：讀控制信號(hào)，輸入。底電平有效。當(dāng)它有效時(shí)表示CPU要對(duì)此定時(shí)器芯片進(jìn)行讀操作。 ：寫控制信號(hào)，輸入。底電平有效。當(dāng)它有效時(shí)表示CPU要對(duì)此定時(shí)器芯片進(jìn)行寫操作。A0，A1：地址信號(hào)線。高地址信號(hào)經(jīng)譯碼產(chǎn)生選片信號(hào)，決定了8253芯片所具有的地址范圍。而A0和A1地址信號(hào)則經(jīng)片內(nèi)譯碼產(chǎn)生4個(gè)有效地址，分別對(duì)應(yīng)了芯片內(nèi)部3個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器（通道）和一個(gè)控制寄存器。具體規(guī)定如表3.7所示： 表 3.7 計(jì)數(shù)器選擇 A1A000選擇計(jì)數(shù)器001選擇計(jì)數(shù)器110選擇計(jì)數(shù)器211選擇控制寄存器 CLK0CLK2：每個(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端。計(jì)數(shù)器對(duì)此時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。CLK信號(hào)是計(jì)數(shù)器工作的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)，因此要求其頻率要很精確。 GATE0GATE2：門控信號(hào)，用于控制計(jì)數(shù)的啟動(dòng)和停止。多數(shù)情況下，GATE=1時(shí)允許計(jì)數(shù)，GATE0=0時(shí)停止計(jì)數(shù)。但有時(shí)僅用GATE的上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)，啟動(dòng)后則GATE的狀態(tài)不再計(jì)數(shù)過程。 OUT0OUT2：計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)。在不同的工作方式下將產(chǎn)生不同的輸出波形。 2. 8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式 8253的工作方式有6種，本論文的設(shè)計(jì)主要用到方式0，詳細(xì)介紹： 方式0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷。在這種方式下，在第一個(gè)寫信號(hào)有效時(shí)向計(jì)數(shù)器寫入控制字CW，之后其輸出端OUT就變成低電平。在第二個(gè)有效時(shí)裝入計(jì)數(shù)初值，然后經(jīng)過一個(gè)CLK信號(hào)的上升沿和下降沿，初值進(jìn)土計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)減到零計(jì)數(shù)結(jié)束后，OUT輸出變?yōu)楦唠娖剑撦敵鲂盘?hào)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 在這種方式，當(dāng)控制字CW(Control Word)寫入控制字寄存器，則使OUT輸出端變低；在CLK脈沖上升沿檢測(cè)GATE信號(hào)是否有效；若為高電平，則在寫入計(jì)數(shù)初值后，在CLK脈沖下降沿，初值由CR置于CE中；通道開始減1計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)過程中OUT線一直維持為低；直到計(jì)數(shù)減至“0”時(shí)，OUT輸出變高。特點(diǎn)有： 由CR-CE的置數(shù)只置一次，當(dāng)減計(jì)數(shù)到0時(shí)，并不重復(fù)置入，且輸出OUT保持為高。只有再一次寫入一個(gè)計(jì)數(shù)值時(shí)，才開始新的計(jì)數(shù)。 在寫計(jì)數(shù)值命令后經(jīng)過一個(gè)輸入脈沖，才將計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)單元CE，下一個(gè)脈沖才開始計(jì)數(shù)。因此，如果設(shè)置計(jì)數(shù)初值為 N，則輸出信號(hào)OUT是在N+1個(gè)CLK脈沖之后才變高的。這個(gè)特點(diǎn)在方式1、方式2、方式4和方式5時(shí)也是同樣的。 在計(jì)數(shù)過程中，可由門控信號(hào)GATE控制暫停。當(dāng)測(cè)得GATE=0時(shí)，計(jì)數(shù)暫停，當(dāng)GATE變高后就接著計(jì)數(shù)。 在計(jì)數(shù)過程中可改變計(jì)數(shù)值。若是8位計(jì)數(shù)，在寫入新的計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器將按新的計(jì)數(shù)值重新開始計(jì)數(shù)。如果是16位計(jì)數(shù)，在寫入第一個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，在寫入第二個(gè)字節(jié)后，計(jì)數(shù)器按照新的數(shù)值開始計(jì)數(shù)。即改變計(jì)數(shù)值是立即有效的。 3. 8253計(jì)數(shù)啟動(dòng)方法 8253計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程，可以由程序指令啟動(dòng)，稱為軟件啟動(dòng)；也可由電路信號(hào)啟動(dòng)，稱為硬件啟動(dòng)。本設(shè)計(jì)主要用到軟件啟動(dòng)。 軟件啟動(dòng)就是CPU用輸出指令想計(jì)數(shù)器寫入初值后就啟動(dòng)計(jì)數(shù)。寫入初值后的第一個(gè)CLK信號(hào)將初值積存器中內(nèi)容送到計(jì)數(shù)器中，而從第二個(gè)CLK脈沖的下降沿開始，計(jì)數(shù)器才真正進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。之后每來一個(gè)CLK脈沖都會(huì)使計(jì)數(shù)器減1。4. 相位差檢測(cè)電路圖 3-12 相位差檢測(cè)電路圖8253共占用了4個(gè)接口地址，地址范圍由高位地址信號(hào)決定，高位地址的譯碼輸出接到片選信號(hào)，A0和A1分別接到74LS373上，用來尋址芯片內(nèi)部的3個(gè)計(jì)數(shù)器及控制寄存器。信號(hào)、A0、A1與讀信號(hào)、寫信號(hào)配合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)8253的各種讀寫操作。U0通過與門加到8253的計(jì)數(shù)器0的門控信號(hào)GATE0上，當(dāng)GATE0為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；GATE0為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。門控信號(hào)同時(shí)還受,AT89C52的P1.2控制，P1.2為高電平時(shí)禁止計(jì)數(shù)，只有當(dāng)P1.2為低電平時(shí)才允許計(jì)數(shù)，AT89C52的P3.2檢測(cè)到計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)后，通過總線從8253讀出計(jì)數(shù)值，供單片機(jī)處理。5. 計(jì)數(shù)器8253初始化程序8253計(jì)數(shù)器的0計(jì)數(shù)器地址為0800H；1計(jì)數(shù)器地址為0801H；2計(jì)數(shù)器地址為0802H；2計(jì)數(shù)器控制寄存器地址為0803H。0計(jì)數(shù)器初始化：MOV DPTR , # 0803H ；MOV A,#30H ；MOVX DPTR,A ；MOV DPTR , # 0800H ；MOV A, # 0FFH ；MOVX DPTR, A ；MOVX DPTR, A ；1計(jì)數(shù)器初始化：MOV DPTR ，#0803H ；MOV A, #70H ；MOVX DPTR, A ；MOV DPTR ,#0801H ；MOV A,#0FFH ；MOVX DPTR, A ；MOVX DPTR, A ；2計(jì)數(shù)器初始化：MOV DPTR , # 0803H ；MOV A ,#B0H ；MOVX DPTR, A ；MOV DPTR , #0802H ；MOV A, #0FFH ；MOVX DPTR, A ；MOVX DPTR, A ；3.3 投切電容電路的設(shè)計(jì) 電容器的投切控制元件采用大功率的過零型固態(tài)繼電器SSR，由于該元件本身封裝有過零觸發(fā)模塊且自行工作不需CPU控制，既滿足了補(bǔ)償電容無沖擊電流投切的要求，同時(shí)也有效地克服了執(zhí)行元件采用晶閘管控制模塊所帶來的控制復(fù)雜及易受干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作的弊端，提高了系統(tǒng)的可靠性。3.3.1 8255A 8255A是Intel公司生產(chǎn)的為X86系列CPU配套的可編程并行接口芯片。8255A的通用性較強(qiáng)，使用靈活，是一種典型的可編程并行接口。 3.3.1.1 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，兩個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫控制電路和8位總線緩沖器。 1. 8255端口 8255A具有3個(gè)8位并行I/O口，稱為PA口，PB口和PC口。其中PC口又分為高四位和低四位 A口：是一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 B口：是一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 C口：是一個(gè)數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 通常，A口，B口作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，C口作為控制/狀態(tài)信息端口。C口內(nèi)部又分為兩個(gè)4位端口，每一個(gè)端口有一個(gè)4位鎖存器，分別與A口和B口配合使用，作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信息輸入端口。 2. 工作方式控制通過控制字設(shè)定可以選擇三種工作方式：基本輸入/輸出、選通輸入/輸出、PA口為雙向總線。工作方式控制電路有兩個(gè)，一個(gè)A組控制電路，另一個(gè)是B組控制電路。這兩組控制電路共有一個(gè)控制命令寄存器，用來接收中央處理器發(fā)來的控制字。A組控制電路用來控制A口和C口的上半部分。B組控制電路用來控制B口和C口的下半部分。 3. 總線數(shù)據(jù)緩沖器 總線數(shù)據(jù)緩沖器是一個(gè)三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255A與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送數(shù)據(jù)，指令，控制命令以及外部狀態(tài)信息。 4. 讀/寫控制邏輯電路讀/寫控制邏輯電路接收CPU發(fā)來的控制信號(hào)、RESET、地址信號(hào)、等,然后根據(jù)控制信號(hào)的要求,將端口數(shù)據(jù)讀出,送往CPU或?qū)PU送來的數(shù)據(jù)寫入端口.5. 各端口的工作狀態(tài)表 3.8 各端口工作狀態(tài)端口地址選擇操作選擇所選端口CPU操作功能0（選中）00A口01讀A口內(nèi)容01B口01讀B口內(nèi)容10C口01讀C口內(nèi)容00A口10寫入A 口01B口10寫入B口10C口10寫入C口11控制寄存器10寫入控制字1未選中3.3.1.2 8255A的引腳及引腳功能 8255A共有40個(gè)引腳,采用雙列直插式封裝,如圖3-14。圖 3-14 8255A的引腳圖 ：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線 ：A口輸入/輸出線 ：B口輸入/輸出線 ：C口輸入/輸出線 ：片選信號(hào)線 ：讀信號(hào)線 ：寫信號(hào)線 ：+5V電源 ：復(fù)位信號(hào)線 ，：地址線 ：地線3.3.2 柔性投切電路為了實(shí)現(xiàn)柔性控制，可以使用過零型故態(tài)繼電器作為控制開關(guān)。3.3.2.1 過零型固態(tài)繼電器 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)免不了要對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電氣設(shè)備進(jìn)行控制, 這樣, 就存在一個(gè)單片機(jī)的電子電路和電氣電路互相連接的問題, 一方面要使單片機(jī)的控制信號(hào)能夠控制電氣電路的執(zhí)行元件(如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、繼電器、燈泡等負(fù)載) , 另一方面, 又要為單片機(jī)的電路和電氣電路提供良好的電隔離, 以保護(hù)單片機(jī)電路和人身的安全, 固態(tài)繼電器(So lidState Relay, 簡(jiǎn)稱SSR ) 能很好地完成這一橋梁作用。 SSR 是一種無觸點(diǎn)功率半導(dǎo)體器件, 其特點(diǎn)是: 1. 輸入控制電壓低(314V ) , 直流或脈沖電壓均能作輸入控制信號(hào), 驅(qū)動(dòng)電流小, 輸入控制電壓與TTL、HTL、CMO S、PMO S 電平兼容。 2. 輸出、輸入間一般采用光電隔離, 隔離絕緣大于2kV , 符合國際電氣安全標(biāo)準(zhǔn)。 3. 輸出無觸點(diǎn)、無噪聲、無火化, 開關(guān)速度快。 4. 有交流、直流輸出方式, 輸出電壓有多種規(guī)格選擇。 5. 采用環(huán)氧樹脂全灌封裝, 防塵、耐濕、耐振、壽命長。 由于以上優(yōu)點(diǎn), SSR 在單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)負(fù)載電流的不同, SSR 分交流(AC SSR )和直流(DC SSR ) 2 種, 又根據(jù)觸發(fā)控制形式的不同,ACSSR 又分隨機(jī)導(dǎo)通(P 型) 和過零觸發(fā)(Z 型)2 種, 由于ACSSR (Z 型) 對(duì)外的干擾非常小, 應(yīng)用更廣。此次設(shè)計(jì)主要用到過零型故態(tài)繼電器。 ACSSR (Z 型) 電路如圖3-15所示. 圖 3-15 過零觸發(fā)型交流固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)圖 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由信號(hào)輸入電路、零電壓檢測(cè)和控制電路、雙向可控硅輸出及RC 吸收電路構(gòu)成。當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí), T 1 管導(dǎo)通, SCR 處于關(guān)斷狀態(tài), SSR 是斷開狀。 當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí), T 1 管截止, R5、R6、T 2 組成過零電壓檢測(cè), 只要R4、R6 的分壓超過T 2 的基、射極壓降, T 2 管飽和導(dǎo)通, 它使SCR 的控制極箝位在低電壓上, 而不能導(dǎo)通, 只有當(dāng)輸入信號(hào)加入的同時(shí), 負(fù)載電壓又處在零電壓附近(+ 10V+ 20V 范圍) , 來不及使T 2 進(jìn)入飽和導(dǎo)通, 此時(shí)SCR 才能通過R3 注入控制電流而導(dǎo)通, 雙向可控硅TRAC 通過R7整流橋SCR整流橋, 得到了觸發(fā)電流, 故TRAC 導(dǎo)通, 將負(fù)載與電源接通.當(dāng)輸入信號(hào)撤銷后, T 1 進(jìn)入飽和狀態(tài), 它旁路了SCR 的控制電流, 因此, 在SCR 電流過零的瞬間, SCR 將截止, 一旦SCR 截止后, TRAC 也在其電流減小到小于堅(jiān)持電流的瞬間自動(dòng)關(guān)斷, 切斷負(fù)載與電源間的電流通道。 電路是有過零時(shí)開啟(并非電壓為0V 處導(dǎo)通,而是有一定電壓) , 電流過零時(shí)關(guān)斷的特性。固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光三極管、光雙向可控硅、光二極管陣列(光伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號(hào)傳遞到變壓器次級(jí)。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號(hào)。出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。如圖3-16所示為過零型固態(tài)繼電器在無功功率補(bǔ)償電路中的工作原理，只有當(dāng)單片機(jī)發(fā)出投切信號(hào)且過零檢測(cè)有同步脈沖信號(hào)時(shí)，“產(chǎn)生觸發(fā)脈沖”模塊才產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并保持，使過零型固態(tài)繼電器內(nèi)部的晶閘管接通，電容平穩(wěn)投入。需要切除時(shí)只要單片機(jī)發(fā)出切除信號(hào)，固態(tài)繼電器在其流過的電流過零時(shí)自然關(guān)斷，電容器被切除。采用過零型固態(tài)繼電器能實(shí)現(xiàn)等電壓投入，零電流切除，所以該控制器對(duì)電網(wǎng)沖擊小。系統(tǒng)有電后即可打開中斷過零檢測(cè)，過零檢測(cè)模塊在A相電壓正向過零時(shí)刻產(chǎn)生中斷觸發(fā)脈沖，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷程序運(yùn)行過程中，對(duì)電網(wǎng)的電流、電壓進(jìn)行檢測(cè)，從而計(jì)算出電網(wǎng)無功功率的盈缺量。系統(tǒng)根據(jù)盈缺量作為投入或切除補(bǔ)償電容量大小的依據(jù)達(dá)到補(bǔ)償無功功率的目的。 圖 3-16 過零型固態(tài)繼電器工作原理圖 圖3-17是由固態(tài)繼電器構(gòu)成的投切電容電路，通過過零型固態(tài)繼電器的控制可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的柔性投切。 圖 3-17 由固態(tài)繼電器構(gòu)成的電容投切電路3.3.3 過零投切電路與8255A的接口如圖3-18所示，投切電容器電路主要用到8255A、鎖存器74LS373、過零固態(tài)繼電器等元器件。 圖 3-18 投切電容電路圖該電路的8255A軟件控制字方式為2，即使用PC口的位操作功能，可控制8個(gè)量：通過AT89C52的P1.5、P1.6、P1.7控制鎖存器74LS37