專利名稱：一種功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于電力電氣設備的，具體來說是關于電力系統(tǒng)功率因數(shù)監(jiān)測與無功補償?shù)摹?br> 背景技術：
在電力系統(tǒng)中，很多感性負載在消耗有功的同時也消耗一部分無功，當電力系統(tǒng)無功消耗過多時，會使電力系統(tǒng)電壓發(fā)生波動，不穩(wěn)定的電壓會影響系統(tǒng)整體供電質量，損壞對無功較敏感的貴重用電設備，嚴重時還會導致整個系統(tǒng)電壓崩潰瓦解，造成大面積停電事故。因此，人們提出了很多解決上述問題的方法措施，專利公開號為200510122300. 8， 名為“基于微處理器I和組態(tài)電容器投切監(jiān)控系統(tǒng)”的發(fā)明專利，公開了一種監(jiān)控補償系統(tǒng)，由上位機和下位機組成，下位機負責測量，監(jiān)控電網(wǎng)信息，控制電容器投切，上位機提供可視化人機界面，提供組態(tài)軟件控制。其缺點是沒有選擇合適的微處理器I芯片和電容器投切控制芯片，導致外圍電路較為復雜，且下位機沒有可視化人機界面，需用上位機進行參數(shù)設定和基本控制，使得分布式應用受到限制，另外還大大增加了產(chǎn)品的成本。本發(fā)明是對該專利的改進，合理選擇了 C8051F系列微處理器I芯片，簡化了電路結構，避免了外部干擾，提高了精度；采用了電容器投切控制芯片M0C3081，使得控制精度更加精準；增加了下位機的可視化人機控制界面，增添了下位機的一些實時控制功能，增強了下位機獨立工作的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的此方案簡單，快捷，極其方便易行。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案予以實現(xiàn)。一種功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)，由上位機和下位機組成，上位機主要由實時數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件核心組成，下位機主要由微處理器1，電流、電壓互感器2，信號放大電路3，比較整形電路4，相位差脈寬信號產(chǎn)生電路5，鍵盤輸入模塊6，液晶顯示電路7，電容器投切控制電路8，LED報警指示燈9，F(xiàn)lash存儲器10組成，其特征在于
所述的比較整形電路4和相位差脈寬信號產(chǎn)生電路5由兩個電壓比較器LM339，一個反相器⑶4069，一個與門⑶4081BE構成，兩個LM339的同向輸入端都接一個8. 2K的電阻，負向輸入端接低電平，電源VCC端接+5V電壓，VCC與輸出端之間接一個IOK的電阻，A相輸出端經(jīng)反相器⑶4096接到⑶4081BE上，B相輸出端直接與⑶4081BE輸入端連接，PORTA, PORTB接入主電路的兩個端點，PORTC為接微處理器(I)的I/O 口的端點。為了簡化電路結構，避免在補償電容器的投入與切除過程中產(chǎn)生的涌流沖擊現(xiàn)象，所述的下位機的電容器投切控制電路8采用過零觸發(fā)芯片M0C3081控制雙向晶閘管， M0C3081的引腳I通過Rl和Dl串接到微處理器(I)的I/O 口，引腳2接低電平，引腳4接雙向晶閘管的門極，并通過R3與雙向晶閘管的第一陽極連接，M0C3081的引腳6通過串聯(lián) R2與雙向晶閘管的第二陽極連接，Cl和R4構成RC回路與雙向晶閘管并聯(lián)，該觸發(fā)電路通過投切電容器C2接到主電路中。微處理器I對信號檢測產(chǎn)生中斷來啟動定時計數(shù)器，從而測得相位差和電源頻率；微處理器I在一個工頻周期內(nèi)等間隔地采集瞬間電壓、電流數(shù)據(jù)后經(jīng)過微處理器I處理，計算出電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)、無功功率、有功功率等負荷參數(shù)值，存儲并送到液晶顯示單元顯示，同時通過程序來判斷供電系統(tǒng)是否需要進行無功補償。本發(fā)明的積極效果是電路結構簡單，測量精度高，實時性、獨立工作能力強。


圖I為本發(fā)明電路結構圖。圖2為本發(fā)明比較整形和相位差產(chǎn)生電路。圖3為本發(fā)明電容器投切電路。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。在圖I中，可見此功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)下位機主要由微處理器1，電流、電壓互感器2，信號放大電路3，比較整形電路4，相位差脈寬信號產(chǎn)生電路5，鍵盤輸入模塊6，液晶顯示電路7，電容器投切控制電路8，LED報警指示燈9，F(xiàn)lash存儲器10組成，下位機通過RS232接口與上位機進行通信位機進行通信。下位機具有可視化人機界面，可進行簡單的參數(shù)設置和基本控制，上位機由實時數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件核心組成，可連接多個下位機，進行復雜控制、組態(tài)分析等。電流電壓互感器輸出端需并接精密電阻將電流信號轉變成電壓信號，電壓互感器和電流互感器二次輸出的電壓、電流模擬量經(jīng)過信號放大電路后處理成大小與輸入量成正比、相位不失真的模擬量，輸入到微處理器I的A /D轉換通道進行采樣，將其轉化為計算機能接受與識別的數(shù)字量，實現(xiàn)電壓和電流的測量。圖2為比較整形和相位差產(chǎn)生電路，比較整形電路采用電壓比較器LM339，兩路信號分別接兩個比較器同相輸入端，將反相輸入端接地，即構成過零比較電路。兩比較器輸出即轉換為脈沖信號。將其中一路脈沖通過反相器CD4069取反后與另一路信號通過與門 CD4081BE相與，可得一等脈寬的脈沖信號，此脈寬即記載著兩輸入信號之間的相位差。將此相位差脈沖輸入微處理器I比較器，觸發(fā)外部中斷進行計數(shù)，從而測出相位差，同時兩比較器其中一組輸出的信號直接輸入微處理器1，從而測出電源頻率。微處理器I在一個工頻周期內(nèi)等間隔地采集瞬間電壓、電流數(shù)據(jù)后經(jīng)過微處理器 I處理，計算出電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)、無功功率、有功功率等負荷參數(shù)值，存儲并送到液晶顯示單元顯示，同時通過程序來判斷供電系統(tǒng)是否需要進行無功補償，一般情況下，即 COS Φ的值是否大于O. 95，如果小于O. 95，則需要控制電容器投切電路進行電容的投切。圖3為本發(fā)明電容器投切控制電路，電容器投切控制電路采用過零觸發(fā)電路，晶閘管無觸點開關兩端電壓經(jīng)電阻降壓送M0C3081過零觸發(fā)器，當系統(tǒng)電壓與電容器電壓相等時晶閘管兩端電壓為零，這時過零觸發(fā)器可輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)對應的晶閘管導通，電容器便投入運行。晶閘管導通后兩端電壓接近為零，只要微處理器I輸出的投入信號存在，過零觸發(fā)器就一直有觸發(fā)信號輸出，保證了晶閘管可靠導通。當微處理器I輸出的投入信號撤消時，便停發(fā)觸發(fā)信號，晶閘管則在電流過零時關斷，直到微處理器I下次發(fā)出投入指令才選擇電壓過零點重新投入。本發(fā)明的下位機系統(tǒng)軟件有以下模塊構成主程序、鍵盤程序、液晶顯示程序、LED 報警程序、投切電容程序，主程序主要完成系統(tǒng)初始化、裝置自檢、數(shù)據(jù)采集處理等任務，鍵盤程序用來完成控制參數(shù)的輸入，液晶顯示程序用于顯示電壓、電流、電源頻率、功率因數(shù)、 有功功率和無功功率等參數(shù)，LED報警程序用來驅動LED指示燈，投切電容程序用于對電容器投切控制電路8進行控制，當微處理器I檢測到的功率因數(shù)較小，一次投切電容器較多時，還可采用延時程序，把電容器分多次投切，以避免對電網(wǎng)電流造成大的沖擊。
權利要求
1.一種功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)，其特征在于所述功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)包括上位機和下位機；所述上位機包括實時數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件核心；所述下位機包括微處理器(1)，電流、電壓互感器(2)，信號放大電路(3)，比較整形電路(4)，相位差脈寬信號產(chǎn)生電路(5)，鍵盤輸入模塊(6)，液晶顯示電路(7)，電容器投切控制電路(8)，LED報警指示燈(9)，F(xiàn)lash存儲器(10)；所述的比較整形電路(4)和相位差脈寬信號產(chǎn)生電路(5)由兩個電壓比較器LM339，一個反相器⑶4069，一個與門⑶4081BE構成，兩個LM339的同向輸入端都接一個8. 2K的電阻，負向輸入端接低電平，電源VCC端接+5V電壓，VCC與輸出端之間接一個IOK的電阻，A 相輸出端經(jīng)反相器⑶4096接到⑶4081BE上，B相輸出端直接與⑶4081BE輸入端連接； 所述電容器投切控制電路(8)采用過零觸發(fā)芯片M0C3081控制雙向晶閘管，M0C3081 的引腳I通過Rl和Dl串接到微處理器(I)的I/O 口，引腳2接低電平，引腳4接雙向晶閘管的門極，并通過R3與雙向晶閘管的第一陽極連接，M0C3081的引腳6通過串聯(lián)R2與雙向晶閘管的第二陽極連接，Cl和R4構成RC回路與雙向晶閘管并聯(lián)，該觸發(fā)電路通過投切電容器C2接到主電路中；PORTA、PORTB接入主電路的兩個端點；PORTC為接微處理器(I)的I/O 口的端點。
2.根據(jù)權利要求I所述的功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)，其通過微處理器(I)對信號檢測產(chǎn)生中斷來啟動定時計數(shù)器，從而測得相位差和電源頻率；微處理器(I)在一個工頻周期內(nèi)等間隔地采集瞬間電壓、電流數(shù)據(jù)后經(jīng)過單片機處理，計算出電網(wǎng)電壓、電流、功率因數(shù)、 無功功率、有功功率等負荷參數(shù)值，存儲并送到液晶顯示單元顯示，同時通過程序來判斷供電系統(tǒng)是否需要進行無功補償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種的功率因數(shù)監(jiān)測與補償系統(tǒng)，由上位機和下位機組成，上位機主要由實時數(shù)據(jù)庫和組態(tài)軟件核心組成，下位機主要由微處理器(1)，電流、電壓互感器(2)，信號放大電路(3)，比較整形電路(4)，相位差脈寬信號產(chǎn)生電路(5)，鍵盤輸入模塊(6)，液晶顯示電路(7)，電容器投切控制電路(8)，LED報警指示燈(9)，F(xiàn)lash存儲器(10)組成，下位機通過RS232接口與上位機進行通信位機進行通信。該發(fā)明實用新型具有電路結構簡單，控制精度高，分布式應用方便的特點。
文檔編號H02J3/18GK102611120SQ20121008259
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權日2012年3月27日
發(fā)明者劉啟明, 李宏光, 白艷梅 申請人:魯東大學