单片机实现电力补偿装置控制系统.docx
单片机实现电力补偿装置控制系统时间：2011-09-23 10:57:04 来源： 作者:以80C196KC单片机为核心的电力补偿控制系统，通过模拟输入 电路对三相电压、电流进行采样，计算后通过输出单元控制电容器的 投切，从而实现对电网无功功率的补偿。本文介绍了系统硬件和软件 的设计方法。引言目前在电力补偿系统中有多种补偿方法，本文中的补偿系统 是根据寻优负序电流最小进行补偿的。系统计算需要对交流电一个周 期20 ms内对单相电压u、电流I进行采样，要求一个周期内采样次 数至少在100次以上。针对这一特点，设计了基于80C196KC的控制 系统。Intel公司的高性能16 b单片机80C196KC，其运算速度快， 能够满足系统高速采样的要求。1系统硬件设计本系统的硬件部分主要由采样输入电路、中央控制单元、程 序存储单元、输出驱动电路4部分组成。系统总体框图如图1所示。1.1模拟输入电路系统中数据采集所使用的传感器为电压互感器和电流互感 器，需要分别采集三相的电压和电流，共需要六路输入°80C196KC 内有一个逐次逼近型的A/D转换器，共有8个输入通道。其输入引脚 ACH0ACH7与P0.0P0.7共享。内部的A/D转换器8 b/10 b可调， 自带采样、保持电路，这样减少了外围电路，也减少了十扰和干扰源，增加了系统的稳定性和抗干扰性，并且减少了控制板的尺寸。在本系 统中采用10 b转换方式。图状谟总体祖图为了保护A/D转换器，增加可靠性，在A/D通道的输入端， 可采用如图2所示的输入接口电路。B3推人接口他照其中2个二极管D1和D2起过载保护作用，当输入电压高于 VREF+0.7 V左右时，D1导通，输入电平被箝位在VREF+0.7 V的水平 上；当输入电压低于-0.7 V的水平上。这种过载彳主彳主是尖峰十扰，持 续时间很短。MCS-96的技术条件规定模拟输入端对模拟地ANGND的 电压不能低于-0.3 V，这一点可靠输入端的低通滤波都4和C1来保 证。图中此滤波器的时间常数T=R4C1=270X0.01=2.7|J s，若以-0.7 V作为此滤波器的阶跃输入，则此滤波器输出端即80C196KC的模拟 信号输入端）达到-0.3 V的电平需耗时：t=-T ln(1-0.3/0.7)=1.15|J s而通常这类尖峰噪声的峰值持续时间远小于上述时间，因 此，这一输入电路可有效地起到过载保护作用。1.2中央控制单元80C196KC是CHMOS高性能16 b单片机中的一个新分支，内 部EPROM/ROM为16 b，内部RAM为488 b，有24 b的专用寄存器。 80C196KC中采用了 “垂直窗口 ”结构，使得新增的256 b RAM通过 窗口映射同样可以作为通用寄存器来访问80C196KC可以采用16 MHz 的晶振，内部时钟是2分频，其运行速度比12 MHz的80C196KB快 33%，比12 MHz的8096BH快1倍。最小电路是指能使单片机工作而 所加的最少的外围设备，一般包括复位电路和晶振。80C196KC的最 小电路如图3所示。1.3输出单元输出共有12路，其中P1.0P1.3控制A相，P1.4P1.7控 制B相，HSO.0, HSO.1, P2.6, P2.7控制C相。输出经过光控可控 硅MOC3061进行隔离，又经一级双向晶闸管驱动后，加在双向晶闸管 的控制级，控制双向晶闸管的导通，进而控制电容器的投切。输出电 路如图4所示。图4输出坦蜀从80C196KC的输出管脚输出的信号电流只有几个“A，不足 以驱动后边的光电耦合器，所以加一个TTL芯片5407作为电流驱动 元件。MOC3061是常用的双向晶闸管输出的光电耦合器，他的输出端 是光敏双向晶闸管，当光电耦合器的输入端有15mA电流流入时，晶 闸管即导通。MOC3061的输出端还配有过零检测电路，用于控制晶闸 管过零触发，以减少用电器在接通时对电网的影响。2软件设计系统的软件米用了高级语言PL/M-96嵌入汇编语言编写，米 用模块化结构设计。对于实时性要求较高的部分如A/D转换部分，由 于汇编语言具有灵活性好、代码转换速度快等特点，同时80C196KC的指令系统效率高，执行速度快，因此采用汇编语言来编写A/D转换 程序，其他部分采用高级语言编写，程序可读性好。整个软件共包括7部分，他们分别是：主程序、A/D转换子程序、投切子程序、电压投切子程序、电流计算子程序、输出子程序、 软件定时器中断服务程序。下面介绍主程序及A/D转换子程序的设 计。2.1主程序设计 主程序流程图如图5所示。图5主程序柬程图2.2 A/D转换子程序数据采样是通过A/D转换与软件定时器的中断服务程序相结 合完成的。每个周期测量开始由主程序确定模拟通道用软件定时器 定时，然后启动A/D转换。软件定时器定时时间到进入软件定时器中 断服务程序，由软件定时器中断服务程序中返回主程序完成一个周期 的采样过程。A/D转换子程序流程图如图6所示。图6 AFD轴换于探序徽程图系统中软件定时器中断子程序是采用高级语言PL/M语言来编写的，附程序如下：定时20 ms 程序：hso_command=18h;/*采用软件定时器0，中断方式*/hso_time=timerl+15000; /淀时 20 ms*/3结语该补偿器无触点、不发热、小冲击、过零投切、安全可靠、免维护。控制部分采用了80C196KC单片机为核心的控制器，实现了 自动补偿、无人值守。他解决了以彳主有触点投切工作不可靠、故障率 高、维护量大、使用寿命短等特点。
