范文一:单片机的电机功率因数测量系统
使用MSP430单片机的电机功率因数测量系统
日期:2009-08-20 15:11:17 浏览次数:336 作者:admin@51 电机工作时的功率因数测量准确性,直接关系到了对功率因数的校正,直接影响到了电网运行的经济性,在现代计算机技术,尤其是单片机技术和大规模集成电路及各种新型传感元件的迅速发展和日臻成熟,微机技术在电力系统中的普及应用,使电力系统的测量和监控技术得到了快速的发展。在工业生产过程中,往往需要对电动机运行期间的功率因数进行检测,以便采取相应的补偿措施来提高功率因数,从而达到节约电能的目的。若三相负载不平衡,为能比较真实地反映三相电机的功率因数值,可通过采样三相交流电中任意一相相电流以及另外两相线电压之间的相位差得到三相系统的功率因数。MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor),它具有低电压、超低功耗、强大的处理能力、系统工作稳定、丰富的片内外设、方便开发等优点,具有很高的性价比,在工程控制等领域有着极其广泛的应用范围。使用MSP430实现对电机功率因数等电力参数的测量,不但提高了测量的精度和自动化水平,而且降低了系统的功耗。
1 功率因数与相位
电机的功率因数cosΦ值是相电压与相电流的余弦值。设三相的电压分别为UA,UB,UC,电流分别为IA,IB,IC,则它们的表达式如下:
上式中:UM表示每相电压幅值;IM表示每相电流幅值;ω表示角频率;Φ表示相电流滞后相电压的相位差角。图1给出了三相输电线路的相电压、相电流的矢量图。
对于三相对称的电源,若电机的功率因数为1,即等效总负载为纯阻性,则各相电源的相电流必定与其相电压同相,相位差Φ=0?,而当电机的功率因数值不为1时,电流向量与电压向量之间将存在一定的夹角Φ,感性负载时Φ角滞后0?,90?,容性负载时角超前0?,-90?。因此准确检测线电压与线电流之间的相位差,即可测量出电机的功率因数角。
2 相位差Φ计算原理
相位差Φ的计算原理是利用输入2路信号过零点的时间差,以及信号的频率来计算2路信号的相位差。
2.1 频率的测量
首先测量单路输入信号频率,方法是记录1路方波信号2次连续上升沿触发的定时器计数值t1和t2,计算出2次上升沿计数器差值?t=t1-t2,以定时器工作频率fclk为参考,求出输入信号的频率为Fin=fclk,?N1。
2.2 信号相位差的测量
运用TI的MSP430F449的捕获功能,捕获2路信号的过零点,记录定时器这一时刻的计算值,计算出它们之间的时间差。TI公司的所有的FLASH型单片机都含有Timer_A,它是程序的核心。Timer_A由1个16位定时器和多路比较,捕获通道组成。
2路信号的相位差?=360?×?t,Ti,其中,?t=?N2,flk,?N2为2路信号的上升沿分别触发计数器的差值;Ti为输入信号的周期。由相位差的计算可简化为:
3系统硬件结构
测量系统以MSP430F449单片机为核心,主要由电压电流检测电路、信号调理电路、时钟电路、电源电路和显示电路组成。其系统结构图如图2所示。
3.1 电压、电流检测电路
为实现强、弱电的隔离,提高抗干扰能力,检测逆变器供电条件下的相电流以及两相的线电压,分别采用电流互感器和电压互感器。由于逆变器供电不平衡,造成三相交流电压、交流电流相位差不一致,影响功率因数测量的最终因数是相位,除频率变化造成的相位改变外,还有互感器的相差及交流采样时电流和电压不能同步采样造成的相差,这些因素造成的相差实际上是一个常数。
3.2 信号调理电路
电流互感器的输出,经运算放大器和I,V转换器,把电流信号转换成电压信号。电压信号和电流信号转化的电压信号进行放大、施密特整形,把交流信号转化为方波信号,输入到单片机Timer_A的TA1,TA2输入端。这样测信号相移就变成测信号边沿之间的时间宽度问题,MSP430F449单片机很容易实现。
3.3 时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号,该系统采用内部时钟模块,外接晶振方式,振荡频率主要由石英晶振的频率决定。单片机内部具有时钟模块,能实现超低功耗应用。振荡器和系统时钟发生器的主要设计目标是廉价和低功耗。为达到系统廉价,外接器件缩减到只有一个普通晶振。在数字系统中,系统功耗与频率成正比,所以使用低频晶体和和含有倍频器的振荡器可以满足时钟系统速度与低功耗这2个要求。该系统的时钟电路是用一频率为32 768 Hz的晶振来固定整个电路的频率来实现。
3.4 显示电路
MSP430F449带有内部LCD驱动模块,直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可,电路结构极为简单。LCD具有功耗低、体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示无法比拟的优点。由点阵液晶显示器件与相应的控制器、驱动器装配成的显示模块的种类较多,其功能、指令、接口定义及引脚并无统一标准,具体使用时应加以选择。
4 软件设计
MSP430F449单片机内部具有多个时钟源,可以灵活地配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式,降低控制电路的功耗提高整体效率,其具有内部自带有高精度12为ADC12、一个集成LCD驱动模块、硬件乘法器以及Timer_A和Timer_B定时器等。
相电压和相电流的相位差Φ测量程序由主程序和中断程序组成。主程序完成各程控器件初始化、清零显示器、设定时钟频率等功能,然后进入低功耗模式,等待相位测量中断。中断服务程序完成频率、相位差的测量。其流程图如图3所示。
此系统的软件是在IAR Embedded Workbench开发环境下采用C语言编写的,采用模块化程序设计。测量功能由中断完成的优点是使单片机绝大部分时间处于低功耗状态,充分发挥了MSP430系列单片机微功耗特点,降低了仪器的功耗。相位的测量需要对输入信号的周期和相位差值分别采样,周期的采样使用CCR0来捕获同一输入信号相邻的2个周期的上升沿,在第一个上升沿到来时触发CCR0中断,清零计数器并开始计数;当第二个上升沿到来时再次触发中断,保存计数值。为了防止中断冲突,提高测量的精度,采用滞后捕获的方法。即电流信号上升沿到来时,禁止CCR0,一直等到CCR2捕获到电流信号的上升沿为止,这时捕获到的2个上升沿不在同一个周期内,由于实测计数值和实际相位差计数值两者之间的差值为整数倍,从而能够得用已测到周期值算出2路信号相位差的实际计数值。为了提高测量的精废要求,可以在程序中使用长度为20的样本循环队列,而每个样本是40次周期采样和60次相位差采样的平均值。
5 结语
经实践证明,采用MsP430单片机技术对电机功率因数进行高精度测量,既可以改变传统的测量方法,同时又能实现电机功率因数的在线检测,对提高电机的运行,改善其性能起到一定的作用。由于采用测量单相电流及电压之间的相位差来得到三相系统的功率因数的检测方法,无需判断相序,可适用于不同的电机接线方法,在实际应用场合工作稳定可靠。MSP430F449单片机超低功耗存储量大,工作电压非常低,只要1.8,3.6 V即可以工作,十分适用于电池供电的工频数字相位测量。该测量系统的相位测量绝对误差?2?,具有频率测量及数字显示功能;相位差数字显示的相位读数为0?,180.0?,分辨率为0.1?。
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范文二:功率因数的单片机测量方法
功率因数的单片机测量方法
哥,(‘l,l.
HeilongjlangElectricPowerApr.1998
,功率因数的单片机测量方法
口
[‘15
?
00:关龙芬T.I,5.)i6]哈尔滨热电厂类彬关龙芬lJ’1
随着徽机技术的迅速发展,
电网参数的测量由传统的模拟仪
表将逐步被数字化智能仪表所替
代.本文介绍由MCS一51系列
8031单片机实现的对电网功率
因数的测量方法,井可判定负载
的性质.此方法结构简单,成本
低,易于实现,测量精度高.
圈1对称兰相电路相?田
1测量原理
功率因数是电网上对应的相
电压与相电漉的相位差的余弦
值,功率因数的测量可利用定时
器得判反映电网频率,和相位
羞p的时间来实现,其理论公式
为:
1
频率,一(1)j
相位差丰×360.(2)
功率因数cos~P
对于对称三相电路,由相量
图l可知线电压滞后相电压
9O.,因此可以通过检测对应于
和的时间差,其表达式为r
—r.一,根据此式可确定负载的性质,当r>0时,负载
呈感性}当r<0时,负载呈窖性,周期T一?一2fB=
4t0o,故相位差可进一步表示为:,
一X360~
一
(1—2f?tlo)×90.(3)
式中f和r由测量电路测得后,即可实现功率因
数涌定
田2??电孵功辜因数的曩件电路组成
2测量方法
测量电网功率因数的硬件电路组成如图2所示,
A,,A和A是三个过零电压比较器,信号和,经
二极臂限幅后,分别进入比较器A.和A.散A,B和C
点的输出波形如图3所示.很容易证明当电压滞后电漉
时为感性负载,相应的电漉方渡为高电平,这可作为负载
感性窖性的判据.
对于r.0口和的测量,一般需要两个定时/计数器T
和它的P3口两位P3.6(WR)及P3.3(NT.)作为两个信
号的输入13.由于利用片内RAM而无需进行外部扩展,
所以不用丽茛信号置P3,6工作在第一功能I/0状态,P
3,3工作I在第二功能丽状态,定时/计数器T工作
第2O卷第2期黑龙江电力技术1998年4月9l
于方式1,即l6位定时方式.
根据定时/计数器T.的内部结
构特性可知,当其方式字寄存
器的DT置1,并预置控制寄
存器的D6位为1时,T.的启
动完全由1NT端外部硬件条
件决定,只要t由低电平跳变
到高电平,T便会立即启动,
开始对t计时,由于t与t18~o
韧相角相同,故同时也开始对
tlso~的计时.接着8031对1NT1
端进行软件查询,当查到t由
高电平变为低电平时立即读出
现行计数值,将此值乘以计数
周期即得t的值,而不用中止
定时/计数器T的计数操作,
直到8031在P3.6端查询到
tu由高电平变为低电平时.
T.停止计数,此时读出的整个
计数时间,即为t18ooCpU把从
计数器读出的时间换算成相应
的频率,相位差以及调用求余
弦于程序,算出电网的功率因
数,电网功率因数测量的软件
框图如图4所示.
U
A
B
C
“
圈3A,B,C点妁出波形
奉仪器时钟采用12MHz,
计数速率为1MHz,Tt工作在方式l,最大计时宽度为1s
×2t6—65535~s,对于50Hz交流电周期T为20ms,完全满
足计时条件.
主程序
中断服务于程序
INT1由
田4电同功率囱敲?量的较件框田
3误差分析
本方法适用于三相对称负载的场岳,测量中利用8031
的内部特性,用一个定时/计数器对两个韧相位相同的不同
脉宽信号进行同步测量,从而获得实时的电周频率和相位
差.与将电网周期固定为20ms来计算功率因数相比,克服
了由于电网频率波动而引起的误差,测量误差的主要来源
有两个:一是定时/计数器的量化误差,由于8031的定时器
是以晶振频率的脉冲数来量化的,所能分辨的最小时间为
一
个脉冲间隔,对于50Hz的交流电7’为20ms,计数速率
为1MHz,量化误差为ls,故所测相差分辨率为0.001120
×360.一0.018.;二是中断服务从响应到返回的时间小于
12,所以可测量的最小相角为0.012/20×360.=0.22..
(修订稿收稿日翻-l907一l2一O6)
范文三:单片机测量抽油机电机功率因数
单片机测量抽油机电机功率因数
2007年第36卷
第7期第42页
石油矿场机械
OILFIELDEQUIPMENT
文章编号:100卜3482(2007)07—0042—02
单片机测量抽油机电机功率因数
栗文洗,牛俊邦
(中国石油大学(华东),山东东营257061)
摘要:论述了用单片机直接在线测量抽油机用电机功率因数的方法.此方法通过任
意2根线的线
电压和第3根线的线电流的相位差可得到电机的功率因数,并给出了硬件电路框
图和软件设计原
理框图.实验结果表明,该方法能较好地应用于现场的数据采集.
关键词:电机;单片机;功率因数
中图分类号:TE933.107文献标识码;B
AWaytoMeasureMotorPowerFactorwithSingle-ChipMicroprocessor
LIWen—xi,NIUJun—bang
(ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China) Abstract:Asingle—
chipmicroprocessorisusedtomeasuremotorpowerfactoron-line.Itcanbe
usedtomeasurethemotorpowerfactorwithtakethephasedifferenceofonelinecurrentandon
e
line—to—
linevoltage.Thispaperpresentstheframeofthehardwareandsoftwareaswel1.There—
sultoftestingcanbeusedinthefileddatacollection. Keywords:electricmotor;single—chipmicroprocessor;powerfactor
功率因数是指在交流电路中负载的电压与电流 之间相位差的余弦COS,它是评价电力设备和仪器 性能的一个重要指标.测量电机的功率因数一般为 在线测量,不能直接测得相电压和相电流(几千瓦以 上的电机都是?接法),故很难直接测得负载的功率 因数.利用单片机可通过任意2根线的线电压和第 3根线的线电流的相位差测得电机的功率因数. 1测量方案
用单片机测量电机功率因数的原理如图1,把
电压传感器接到任意2根线上(图中为A,B线),电 流传感器接在第3根线上(图中为C线),测得线电 压u,线电流I得到u和I之间的夹角.因
电机是感性负载,因此相电压超前相电流.由?
和Y两种接法的相量图[】]可知,当0.<<180.,
90.<<180.时,~b=cbL;当0.<<90.时,一
90.一.于是就间接地得到了相电压和相电流的
夹角,计算出电机的功率因数COS.
图1单片机测量电机功翠因数J泉理
1.1硬件电路的实现
图2给出了用单片机测量电机功率因数的电路 框图.由单片机控制模/数转换芯片,将电压,电流 模拟量转换为数字量,存入外部数据存储器,并将采 集到的数据送入PC机进行处理.
收稿日期:2006-09-08
基金项目:胜利石油管理局资金资助项目(合同编号:04370502000009)
作者简介:栗文洗(1979一),女,河南唐河人,在读硕士研究生,研究方向为材料加工
及其自动化,Email:liwenxi108@126
第36卷第7期栗文洗,等:单片机测量抽油机电机功率因数
图2单片机馊件电路
系统硬件主要由AT89C51单片机j,
ADC0809模/数转换器,LM398采样保持器,数据 存储器FM1808,电平转换芯片MAX232等构成. 霍尔电流传感器HDC600EK额定输出电压为?4 V,响应时间<7S,线性度<1FS;霍尔电压传感 器HNV025A线性度<0.2oAFS,响应时间<40 "S.
1.2软件程序设计
系统软件包括2大部分:一部分是数据采集的 主程序,由于汇编语言比高级语言对硬件的操作能 力强,所生成的代码更优化,所以采集程序采用汇编 语言编写;另一部分是转换结果的显示输出,采用 VB编程显示.
采集程序的原理如图3.通过计算线电压u 和线电流J的相位差计算电机的功率因数 (cos一sin).相位差的测量可由电压和电 流的过零时间t及交流信号的周期T来确定..].则 有
cos一sinL—sin(TX360.)
图3单片机软件框图
2试验结果及分析
通过对胜利油田辛37—50井进行采集,得到如 图4所示的功率因数曲线,其中采集频率为4000 Hz;拖动电机参数为:?接法,转速740r/min,额定 功率55kW,额定电压380V,额定电流60.2A,功 率因数0.8.
从图4中可以看出,该井抽油机用电机在下冲 程时功率因数较低,上冲程时功率因数较大但只能
保留较短的时间.功率因数最大值为0.822,最小 值为0.067,平均值为0.305.电机的利用率较低. 1?
O.
o.
.
O
O.
O.
时l司,
图4功率因数曲线
3结论
通过实验可知,用单片机可以直接在线测量电 机的功率因数;在采集频率为4000Hz时,其最大 误差小于0.1%,说明此方法具有较高的测量精度, 能够满足现场采集的要求.
参考文献:
[1]邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社,1999. [2]张迎新,雷道振,陈胜,等.单片微型计算机原理,应 用及接口技术[M].北京:国防工业出版社,2004. [33白蓉,周巧娣,刘敬彪.不同制式三相电机电参数的 测量方法[J].遥测遥控,2002(9):59—63. 首次为海洋石油平台提供电脱水器撬
2007—04中旬,兰州石油机械研究所海洋工程 部首次为中国海洋石油总公司渤中BZ34—1油田工 程项目提供了1台电脱水器撬.
中海油开发的渤中BZ34—1油田工程项目,由 1个中心生产平台(CEPA)和1个无人井口生产平 台(WHPB)组成,2个平台建成后将分别位于渤海
中部油气田已运行的BZ28-1FPSO"友谊号"浮式 储油轮的西侧和东侧,其中心生产平台(CEPA)依 靠BZ28—1油田设施,对来自井口的原油进行稳定和 脱水后,经过203.2mm(8英寸)海底管线输送到 BZ28,1FPSO"友谊号"浮式储油轮.海洋工程部 从该项目中共获得5个项目(12个设备撬块),即, 电脱水器撬;化学药剂注入撬(3个);斜板隔油器 撬;管;r-撬(5个);换热器撬(2个),已于2007-04-18 前分批交给了中海油渤中BZ34—1油田工程项目组 的海油工程青岛场地,其中部分撬块已吊装于正在 建造的渤中BZ34-1中心生产平台(CEPA)上. (摘自兰石所网)
范文四:单片机 功率因数的测量 实习报告
西安科技大学 综
合
实
验
报
告
学 院 : 电气与控制工程学院 专业名称 : 测控技术与仪器 0801 设计题目 : 功率因数的测量
姓 名 : 学 号 :
指导教师 :
功率因数的测量
1. 系统功能
功率因数是供用点网络的一个重要参数,它是衡量电力系统是否经济运行
的一个重要指标, 所以准确测量功率因数在电力系统中具有重要的意义。 在正弦 电路中,可以通过测量电压、电流间的相位差,计算出功率因数,并根据电流滞 后或者超前电压, 判断出负载是感性还是电容性的, 但在波形严重失真的电力系 统或非正弦电路中,由于电压、电流波形发生畸变,谐波电压、电流间也产生无 功功率, 因此用测量相位差的方法无法准确地测量功率因数。 所以, 功率因数的 精确测量在电力系统的运行、调度中是非常重要的。
2. 测量原理与设计
2.1测量原理
对于某一正弦信号,周期性地出现过零点,测出过零点的时间即可以测出 该信号的相角。
通过电压互感器和电流互感器得到低压交流信号,然后通过整形电路将交 流信号转换为 TTL 方波脉冲。 相位差的计算原理是利用输入两路信号过零点的时 间差,以及信号的频率来计算 2路信号的相位差。 两路信号的相位差:???=???=
360/360T
Fk
N T t ? ,其中, ?N 为两路信号 的上升沿分别触发计数器的差值, Fk 为单片机时钟频率, T 为输入信号的周期。
2.2系统硬件设计
下图是以 STC-51单片机为核心的功率因数测量系统硬件结构图。该测量系统主 要由电流互感器、电压互感器、整形修正电路、单片机、 LED 显示器和通信接口 等组成。
2.3 输入整形电路
输入整形电路如下图所示,主要功能是完成信号的隔离、波形变换和相角 修正。 为了消除测量端电压、 电流互感器结构上的差异而产生的输出电压、 电流 附加移相角, 需要采用电压、 电流活儿变送器隔离 (其跟随电网电压或负载电流 的变化时间仅为 1us ) ,以保证相角差的实时测量精度。
在 LM393 的输入端加了两个 IN4108稳压二极管将输入信号控制在 -0.7V — +0.7之间, 经过零比较器将正弦信号转变成方波; 用 C0和触发器 CD4854去除高频信号, 滤除谐波干扰; 通过 2个施密特整形触发器, 得到 TTL 方波信号。
3. 软件程序
#include #include #include #include sbit SCL=P0^3; //移位 sbit RCL1=P0^1; //RCL1,RCL2位锁存 sbit RCL2=P0^2; sbit SDATA=P0^0; //数据位 unsigned char code led1[ ]={0xc0,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77, 0x38,0x39}; //0~9,r,l,c unsigned char code led2[ ]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef,0xf7, 0xb8,0xb9}; // unsigned char a1,a2,a3,a4,a5; //a1~a5 unsigned char Data_595; unsigned int n_LED,yy; unsigned int count_zheng,zheng; unsigned int count_yu,yu; float shijiancha=0; float xiangjiao,gonglvyinshu; bit data test_begin=0; bit bit_v1=0; bit bit_v2=0; #define k00 0x8000 #define k01 0x4000 #define k02 0x2000 #define k03 0x1000 #define k10 0x0800 #define k11 0x0400 #define k12 0x0200 #define k13 0x0100 #define k20 0x0080 #define k21 0x0040 #define k22 0x0020 #define k23 0x0010 void timecha( ) { yu=TL1; count_zheng=zheng; count_yu=yu; shijiancha=(count_zheng*200+(count_yu-56))*12/11.0592; } void xiangweicha( ) { if(shijiancha<> { if(shijiancha==0) a5=10; //阻性 else a5=11; //感性 xiangjiao=shijiancha*18/1000; xiangjiao=(xiangjiao/180)*3.1415926; if (xiangjiao<> gonglvyinshu=1; else gonglvyinshu=cos(xiangjiao); } else { if ((shijiancha>15000)&&(shijiancha<=20000))>=20000))> a5=12; //容性 xiangjiao=(20000-shijiancha)*18/1000; xiangjiao=(xiangjiao/180)*3.1415926; if (xiangjiao<> { gonglvyinshu=1; } else { gonglvyinshu=cos(xiangjiao); } } } gonglvyinshu=gonglvyinshu*1000; } void part( ) { unsigned int zhongjian; zhongjian=gonglvyinshu; if(zhongjian<> { a1=0; a2=zhongjian/100; a3=(zhongjian/10)%10; a4=zhongjian%10; } if(zhongjian==1000) { a1=1; a2=0; a3=0; a4=0; a5=10; } } void Dtat_Out(unsigned int n_LED,unsigned char Data_595) { unsigned char y; RCL2=1; // 输出锁存时钟 RCL1=1; RCL2=0; //段码清零 for(y=0;y<> { SCL=0; // 数据输入时钟 SDATA=0; SCL=1; } RCL2=1; RCL1=0; //发送位选信号 for(y=0;y<> { SCL=0; if((n_LED&0x0001)==0x0001) { SDATA=1; } if((n_LED&0x0001)!=0x0001) { SDATA=0; } n_LED>>=1; SCL=1; } RCL1=1; RCL2=0; //发送段选 for(y=0;y<> { SCL=0; if((Data_595&0x80)==0x80) { SDATA=1; } if((Data_595&0x80)!=0x80) { SDATA=0; } Data_595<> SCL=1; } RCL2=1; for(yy=0;yy<500;yy++);>500;yy++);> } void xianshi() { Dtat_Out(k10,led1[a5]); //r,l, c; Dtat_Out(k20,led1[a4]); Dtat_Out(k21,led1[a3]); Dtat_Out(k22,led1[a2]); Dtat_Out(k23,led2[a1]); } void exint0( ) interrupt 0 { bit_v1=1; } void exint1( ) interrupt 2 { bit_v2=1; } void int_t1( ) interrupt 3 { zheng++; } void initial( ) { TH1=56; TL1=56; TMOD=0X20; // 8位自动重装 ET1=1; // 允许 T1中断 IT0=0; IT1=0; EX0=1; EX1=1; EA=1; //CPU开中断 } void main(void) { initial( ); while(1) { if (bit_v1&&!test_begin) { TR1=1; //允许 T1开始计数 test_begin=1; } if(test_begin&&bit_v2) { TR1=0;// T1停止级数 timecha( ); xiangweicha( ); part( ); xianshi(); initial( ); test_begin=0; zheng=0; yu=0; } } } 4. 实习心得 在这四周中,我学到了很多,对我们专业的认识也进一步加深了。从一个 刚入门的学习者 , 渐渐的爱上了这各专业 , 虽然说我对于测控这个专业的知识还 有很多要学习和提高 , 但是在这一周中我还是感受到这各专业的魅力所在 . 在拿到这个课题时,我和我的合作伙伴对这个课题感到比较轻松,脑海中 一下子出现了许多设计念头, 于是我们就分头去寻找这方面的资料, 通过图书馆 的书籍资料, 网络上的虚拟资料。 在软件的设计过程中, 我们首先需要确定所要 实现的硬件功能, 和根据选择的芯片和硬件电路连接设计软件编程, 而这些都是 我们这学期学过的。 在软件编写过程中, 一开始, 我们的程序出现很多警告和错 误, 经过细心检查和同学们的帮助, 最终调试成功, 而且我发现我们的错误大多 数都是由于粗心大意,还有基础知识功底不扎实造成的,所以在今后的学习中, 我们必须打好基础。 而我们的硬件选择,是根据实验室现有的芯片的电路设计的,和这学期实 验课所学的硬件连接,利用的是 PROTEL 软件画成。原理图绘画不难,因为我 们已经不是第一使用这个软件了。 并且我们还认真学习了, 硬件图中各种芯片的 功能和连接线路, 还了解与其相关的各种知识。 虽然没有设计很多功能, 但这也 让我深深地体会到自己理论知识的不扎实和薄弱的实践能力, 和两人之间的互相 合作,互相帮助对于一个设计团队来说是很重要的,这也是学好习的助推器。 通过本次课设,我不仅进一步认识了自己的专业,同时也让我感到团队合 作的重要性。 其实如何有效和快速的找到资料也是课设给我的启发, 利用好图书 馆和网络,是资源的到最好的利用。如果我们一味的屋子里苦思冥想那么再给 2周的时间或许也不会这么顺利的完成我们的课题, 所以我觉得与他人交流思想是 取得成功的关键, 在交流中, 不仅强化了自己原有的知识体系也可以扩展自己的 思维。通过思考、发问、自己解惑并动手、改进的过程,才能真正的完成课题。 经过这次课程设计的过程, 我相信在以后的课程设计中我们会吸取经验教训, 做 出更好的设计来。 Ξ基于单片机的电机转速及功率因数测量电路设计 刘 燕 ( )兰州工业高等专科学校 电气工程系 ,甘肃 兰州 730050 摘 要 :讨论了基于单片机的电机转速及功率因数的测量问题 ,给出了实用的电机转速和功率因数测量电路 ,并就 采用一片 8031 同时测量电机转速及功率因数时存在的多中断源问题进行了分析 ,提出了在 8031 周围扩展两片定 时计数芯片 8253 的解决方案 . 关键词 :单片机 ;转速 ;功率因数 ;测量 中图分类号 : TP274. 5 文献标识码 :A 采用以单片机控制为主的电机运行参数测试技 变化的光脉冲 ,光码盘每转一周 ,产生 60 个光脉冲 ; 术 ,可以根据预先设定的容差 ,判断被测电机的性能 然后 ,采用光电转换电路将光脉冲转换成电脉冲 ,若指标 ,并可方便地对被测数据进行处理 ,对系统误差 8031 单片机在 t 秒内精确记录的电脉冲数为 m , 则 进行自校 ,提高测量结果的精确度 ,降低测试难度. 电机的转速为 n = m/ t . 此电路设计的关键是定 2 但是 ,由于测量电路的形式很多 ,精度各异 ,因此 ,测 时 、计时精度和脉冲计数精度. 量电路的设计是基于单片机进行电机转速及功率因 1 . 2 电路及其工作原理 数测量的关键问题之一 . 本文给出了实用的电机转 依据上述设计思想设计的电机转速测量电路如 速和功率因数测量电路 ,并就采用一片 8031 单片机 图 1 所示. 测量电机转速时 ,将内部定时器 T设定 1 () 同时测量电机转速及功率因数时存在的多中断源问 为定时状态 置于 1 s, T采用外部计数状态 ,然后 0 1 题进行了分析研究. 用 8031 的 T记录单位测量时间内的被测信号电脉 0 冲 m ,且保证测量时间的起始时刻与被测信号某个 1 电机转速测量的电路设计 脉冲的上升沿同步 , 再用 8031 的 T记录从单位时 1 1 . 1 设计思想 间结束时刻到被测信号下一个脉冲上升沿之间的时 6 首先 ,在被测电机的轴上固定一个 60 孔的光码 Δ(Δ)μ间 t . 这样就可在 t = 10+ t s 内准确记录下 盘 ,将来自红外发射二极管的恒定光调制成随时间 被测信号 m 个完整的周期 , 被测转速为 n = m/ t . 图 1 转速测量电路 Fig. 1 Rotate speed measuring circuit 为实现计数器和定时的同步 ,使 GATE 置“1”, 2 功率因数测量的电路设计 且用指令把 TR,TR置“1”,这样 T,T就只受 Q 信 0 1 0 1 号的控制. 测量之前 ,使 P置“0”,开始测量时若检 1. 0 2 . 1 设计思想 测到被测信号由 1 ?0 ,就把 P置“1”,这样到被测 1. 0 α电机的功率因数 co s 值是相电压和相电流的 信号的下一个脉冲到来时 ,D 触发器的 Q 由 1 ?0 , 余弦值. 在三相负载对称的情况下 , 电力系统中电压 T,T同时开始工作 ,实现了计数和定时的同步. T1 0 1 从此时开始在软件配合下作 1 s 定时 , T开始计数 , 0 α 与电流之间的相量关系如图 2 所示. 功率因数角 当 1 s 定时到时 ,将 P清“0”, 但 Q 为“1”的状态将 1. 0βα β与之间有= 90?- 的关系. 因此 , 只要测出任两 相间维持到下一个脉冲的上升沿到达. 在此期间 , T仍在 1 的线电压与另一相电流之间的相位差 , 即可测 出功Δ工作 , 直到 Q 由 1 ?0 , 记录下时间 t . 率因数角 . 从上述原理可以看出 ,转速测量时用到 8031 两 个外中断 INT和 INT,其作用是控制 T和 T同时 0 1 0 1 定时与计数 . 在 GATE 置“1”时 ,T和 T仅受 INT和 0 1 0 ( INT外部引脚输入电平的 控 制 INT控 制 T, INT 1 0 0 1 ) 控制 T. 当 INT为高电平时 , T计数 ;当 INT为低 10 0 0 电平 时 , T停 止 计 数. 在 GATE 置“1”, TR、TR置 0 0 1 “1”时 ,中断 INT和 INT在 Q 从 0 变 1 时起作用 , 0 1 INT控制计数器 T, 完成脉冲的计数 , INT控制定 0 0 1 图 2 相量关系图 Fig. 2 Phasor chart 电3. 时器 T,完成 1 s 计时 1 2 . 2 路及其工作原理 功率因数测量 电路如图 3 所示. 图 3 功率因数测量电路 Fig. 3 Power factor measuring circuit 将电压互感器从 A 、C 两相获取的线电压信号 0,? 360相位检测电路后? , 得到一组互补的相 成的 位信号 , 如图 4 所示 , 且输出的脉冲信号不受输入信 U和从电流互感器获取的相电流信号 I, 通过运A C B 放 LM393 构成过零比较器 , 经由 D 触发器 CD4013 组 τ号幅度的影响 . 输出信号 Q 的宽度反映了两信 号 ττ数 器连续对 m 个周期中的,进′行 计数 ,并设计 数器 T的计数值为 N , 计数器 T的计数值为 M ,0 1 τπ π2? N 2? β βα . 由 = 90?- 可求得则有 = = τ τN + M + ′ αα , 从而求得功率因数 co s . 3 多中断源处理的电路设计 3 . 1 设计思想 从上述两个电路可以看出 ,测量转速和功率因 数时 ,都用到了中断端子 INT和 INT. 如果用一片 0 1 8031 同时实现电机转速与功率因数检测 ,中断端子 显然不够. 这个问题可用增加中断端子的方法加以 解决. 因为 ,在转速检测电路中 , INT和 INT是用来 0 1 图 4 相位测量波形 使计数和定时同步的 , 当 INT为 高 电 平 时 控 制 T1 1 实现 1s 定时 ,其高电平应延续 1s ; 而在功率因数检 Fig. 4 Phases measuring waveform 测电路中 INT和 INT控制 T和 T的定时长短 ,其 0 1 0 1 τ τ βU和 I之间的相位差 , 即的大小 ;+大小对′A C B ττ高电平的持续时间即为 和的′大 小 . 所以 ,无论 是转 τπ ?2 速测量 , 还是功率因数的测量 , 中断端子 INT和 πτβ τ应于 2, 故有= 因此 , 只要测得 ,就可′. 0 τ τ+ ′ INT实现的都是脉宽定时 ,因此不能用扩展中断 芯1 β以计算出 的值. 此时 , 可利用 8031 单片机的 T, T 0 1片的方法解决 INT和 INT端子不够的问题. 采用 如0 1 τ) τ( 分别测出 ,′,将它们置于工作方式 1 16 位定时 器,图 5 所示的电路 ,即在 8031 周围扩展两片定时计 数 芯片 8253 是 解 决 这 一 问 题 的 有 效 方 法 之 一 , 其 门控位 GATE和 GATE置 1 . 当 U过零变正 时 ,o 1 A C () ( ) 中 ,8253 1用于转速测量的定时计数 ,8253 2用于 ττ由 INT和 INT控制计数器 T, T对, ′进行计 数 ,0 1 0 1 通过检测 INT端的状态来保证计数器与相位信 0 4 号同步工作. 5 功率因数测量时的定时计数为了提高检测精度 ,又不使计数器溢出 ,设置计. 图 5 转速及功率因数测量电路 Fig. 5 Measuring circuit of rotate speed and power facter α 转速测量原理3 . 2 求得功率因数 co s . () 软件编程时 ,设定 8253 1中定时器 T为定时 0 4 结束语 工作方式 ,定时时间为 1 s ; 定时器 T为计数工作方 1 随着国民经济的发展 ,微机测控技术已渗透到 式 ,用于计脉冲个数 . 当 8031 检测到被测信号由 1 各行各业的各个领域. 采用单片机技术对电机参数 变 0 时 ,8031 将 P置为“1”,这时定时器 T和计数 1. 0 0 进行高精度测量 ,既可以改变传统的测量方法 ,同时 器 T同时工作. 当 1 s 定时到时 ,将 P置为“0” ,由 1 1. 0又能实现电机运行参数的在线检测 ,对提高电机的 输出 OUT给 出 信 号 至 8031 中 断 口 INT, 此 时 由 0 0 运行 ,改善其性能起到一定的作用. 8031 读出计数器 T中的脉冲数 ,即为电机在 1 s 内 1 转过的脉冲数 ,由此可得出电机的转速. 参考文献 : 3 . 3 功率因数检测原理 1 何立民 . MCS - 51 系列单片机应用系统设计 M . 北京 : 设定时器 T和 T均处于定时工作方式 5 ,T用0 1 0 航空航天大学出版社 ,1990. 于计 Q 为高电平的脉冲时间 ,T用于计 Q 为高电平 1 杨文杰 . 实时光电测试系统的研究 J . 兰州交通大学 2 () 的脉冲时间 , 为测量准确起见 , 连计 m 个脉宽 ,取其 学报 ,2003 ,22 6:55 - 58. 顾春雷 , 胡育文. 低压无功柔性补 偿 的 功 率 因 数 检 测 平均值 ;定时器 T为计数工作方式 , 初值赋 m . 测 2 3 () J . 电工技术杂志 ,2003 ,22 1:21 - 22. 量时 , 由 8031 将 P置为“1”, 当 m 个 脉 冲 来 完 以 1. 1 罗盛波 ,廖常初 . 转速转差率的数字化测量方法 J . 电 后 ,OUT输 出 高 电 平 经 非 门 送 至 8031 中 断 端 子 () 工技术杂志 ,2002 , 4:43. 2 4 罗文煜 ,李红欣 . 同步电动机功率因数检测与控制 J . βINT,此时由 8031 分别读出 T和 T的值 N 和 M , 1 0 1 () 电工技术杂志 ,2002 , 4:10 - 11. τπ π5 2? N 2? βαα 由 = 90?- 可求得, 从而. = = τ τN + M + ′ Mea suring Circuit Design f or Rotate Speed and Po wer Factor of Electromotor Ba sed on Single - Chip Microcomputer Liu Yan ( )Electrical Engineering Department ,Lanzhou Industry Polytechnic College , Lanzhou 730050 ,China Abstract :The application to measure rotate speed and power factor of an electromotor based on single - chip microcom2 puter is probed into . An applied circuit , parameter measure of rotate speed and power factor of an electromotor is given , and the multiple interrupt problems in measuring rotate speed and power factor of an electromotor by a single - chip mi2 () crocomputer 8031are analysed. Based on this ,a solution for multiple interrupt problems by extended tow 8253 timing chip is put forward. Key words :single - chip microcomputer ;rotate speed ;power factor ; measuring 转载请注明出处范文大全网 » 单片机的电机功率因数测量系统范文五:基于单片机的电机转速及功率因数测量电路设计