80C51單片機在無功補償中的應用

1、    80c51單片機在無功補償中的應用    楊華引言某冶煉公司供電所，35kv進線402采用了10kv補償電容器組，但其補償方式是一次性的，其功率因數(shù)通常在0.950.99之間變化，有時出現(xiàn)超前現(xiàn)象，并且隨著負荷的變化而顯著變化；同時，另一條進線404由于無10kv補償電容器組，其無功損耗較大，其功率因數(shù)通常在0.920.95之間變化。總的來說，由于10kv補償電容器組的補償無功量不夠靈活，不能跟蹤實際負荷補償所需的無功量，從而功率因數(shù)波動較大，同時有控制速度慢，存在輕負荷振蕩等缺點。本系統(tǒng)以80c51芯片為核心，充分利用片內(nèi)資源，對電壓、電流、相

2、位、無功功率等參數(shù)進行檢測，同時根據(jù)實際檢測到的功率因數(shù)，自動投切適當容量的電容負載，對系統(tǒng)進行無功補償。關(guān)鍵詞單片機 無功功率補償中圖分類號：o434文獻標識碼： a單片機是由芯片內(nèi)只有cpu的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成在復雜的且對體積要求嚴格的控制設備當中。早期的單片機都是4位或8位的。其中最成功的是intel的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031基礎上發(fā)展出了mcs51系列單片機系統(tǒng)，該系列是單片機中最成功的，基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。90年代后隨著電子產(chǎn)品的

3、迅速發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。傳統(tǒng)的8位單片機的性能得到了飛速提高，同時也出現(xiàn)了高端的32位單片機，其主頻已超過300mhz。而且，單片機很便宜，從幾元到幾十元不等。物美而價廉是單片機應用如此廣泛的先決條件。一 控制原理及信號檢測實際上，我們只要檢測出系統(tǒng)所需要的無功量，就可以決定電容器的投切。設系統(tǒng)向電網(wǎng)吸取無功為ql,則ql=3*u*i*sin-(1)式中：u-相電壓i-相電流-系統(tǒng)功率因數(shù)角如果將cos提高到cos,則電容器應提供的無功量qc為；qc=3ui(sin-tg*cos)-(2)每組電容器在電壓波動范圍不大的條件先，所提供的無功量qco是不變的，因此投（切）電容器的組數(shù)

4、z為：z=qc/qco-(3) 表示取不超過qc/qco的整數(shù)由此，只要檢測出系統(tǒng)的無功量，則可將系統(tǒng)的功率因數(shù)cos一次性地提高到我們所希望的設定范圍內(nèi)，提高了控制速度。由(3)可以看出，負荷過輕，雖然cos不在正常設定范圍內(nèi)，但qc< p>要求出投切電容組z，必須檢測系統(tǒng)所需要的無功qc，由（2）知，可要分別檢測出及，則無功量qc即可求出。下面介紹它們的檢測方法：1檢測u不僅用來計算qc，而且還用來判斷電壓是否過高，電壓過高，切掉所有電容器。取a相電壓，衰減，整流濾波送a/d轉(zhuǎn)換器。i的檢測方法與此類似，只是，a相電流必須變成與a相電流成正比的電壓信號。u及i數(shù)字化處理只用一片

5、a/d轉(zhuǎn)換器。2檢測計算無功量及cos顯示均需要。取a相交流電壓信號u與a相電流信號i分別與ov比較，得到與它們同頻率的方波u與i，然后將得到的這兩個方波再一次比較得到一個工頻周期內(nèi)的方波，如圖。將反相后送入80c51的int0,低電平有效產(chǎn)生中斷，啟動定時計數(shù)器定時計數(shù)，一旦反相后變高，讀出計數(shù)器中的數(shù)，即為的大小，因90，對應時間量為0-5ms。3超前及滯后的判斷由于負荷的變化，功率因數(shù)存在超前與滯后。超前與滯后由u及i來判斷。在圖一中我們只畫出了滯后時的波形，現(xiàn)將超前時的波形示于圖二。比較圖一與圖二，可以看出: 滯后時，在的下降沿小時間延時后u為高電平，以“1”為標志；超前時，u為低電平

6、，以“0”為標志，進入計算機。二控制器主要性能指標1功率因數(shù)穩(wěn)定區(qū)在0.950.995。2電壓靈敏度u大與某值強切3定時檢測4實時顯示cos5手動自動并存6快速帶基礎補償循環(huán)投切三 控制器硬件及外圍電路本控制器硬件全部采用大規(guī)模集成電路。圖三是控制器及外圍電路框圖。四 c51系列單片機的應用 單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，因此現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。大至導彈的導航裝置，飛機上的各種儀表，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，小至廣泛使用的各種智能ic卡，民用

7、豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了?，F(xiàn)對c51系列單片機的各種應用作大致分類： 4.1 在智能儀器儀表上的應用 c51系列單片機與不同類型的傳感器相結(jié)合，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等各種物理量的測量。采用單片機控制可使得儀器儀表實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、微型化，而且功能比起采用電子或數(shù)字電路還要更加強大。如各種精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀等）。 4.2 在計算機網(wǎng)絡和通信領(lǐng)域中的應用 現(xiàn)在，

8、c51系列單片機普遍具備通信接口，比如usb接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡和通信設備間的應用提供了極好的基礎，另外，采用max232實現(xiàn)mcs-51單片機與pc機的通信，具體內(nèi)容可參考本文參考文獻4。都實現(xiàn)了單片機智能控制。從手機、電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等，都能見到單片機的身影。 4.3 在工業(yè)控制中的應用 c51系列單片機可以用在構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 4.4 在汽車設

9、備領(lǐng)域中的應用 各種型號的單片機在汽車電子中的應用非常廣泛。例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于can總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，gps導航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 4.5 在家用電器中的應用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 4.6 在醫(yī)用設備領(lǐng)域中的應用 c51系列單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫系統(tǒng)等等。特別地，測量心電、腦電、肌電、胃電等微弱信號的醫(yī)療儀器也都采用了單片機進行控制。 另外，某些專用單

10、片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。集成度的不斷提高，才能使現(xiàn)在的各種設備越做越小。五結(jié)束語本系統(tǒng)通過80c51實現(xiàn)對u、i、的檢測，由此計算出功率因數(shù)cos及與要求值的差距，從而計算出實際所需的無功量，也就決定了投入或切除一定數(shù)量的電容器組數(shù)。這樣，既滿足了投切速度，對電網(wǎng)無功量補償靈活，又可防止投切振蕩現(xiàn)象。參考文獻： 1陸彬，21天學通51單片機開發(fā)（第2版）m.電子工業(yè)出版社，2011.09. 2萬福君主編，mcs-51單片機原理、系