基于80C552同频信号问功率因数的测量.pdf

2 0 0 5 年第7 期煤矿机械1 4 7 文章编号1 0 0 3 ．0 7 9 4 2 0 0 5 0 7 ．0 1 4 7 ．0 2 基于8 0 C 5 5 2 同频信号问功率因数的测量 李红月。吴永祥．曹珍贯 安徽理工大学，安徽淮南2 3 2 0 0 1 摘要介绍了一种利用8 0 C 5 5 2 对煤矿井下电动机功率因数的测量方案。在电动机起动时， 利用单片机8 0 C 5 5 2 定时器T 2 的捕捉功能测量功率因数，以对井下电动机实施相敏保护。实验表 。明该方案具有测量精确、快速、稳定等优点。 关键词单片机8 0 C 5 5 2 ；功率因数；互感器 中图号T M 7 1 4 ．1 1 前言 在煤矿井下，由于供电系统的特殊性，如电源容 量小、供电电压低、供电线路长、大小负荷多且所接 电动机的类型多数都是起动电流为额定电流5 8 倍鼠笼型电动机。随着井下供电线路的增长，线路 上最大起动电流与最小两相短路电流十分接近，使 按电流幅值进行整定的过流保护难以区分。增大电 缆面积，会增大短路电流，对安全不利；提高短路保 护动作值，会造成保护的拒动。所以，对于由较长线 路供电的鼠笼型电动机仅以电流值的大小无法区分 其起动电流和短路电流。理论分析和实验表明，鼠 笼型电动机起动时，由于电感的存在，其功率因数很 低，在0 ．3 0 ．5 ；而在线路短路时，电感效应很小， 功率因数接近于1 。因此，若在检测电流大小的同 时检测功率因数角，通过鉴别相位关系，显然很容易 把起动电流和短路电流区分开来。以进行电动机的 相敏保护，提高系统运行的可靠性。 2 功率因数角检测的实现方法 功率因数角的测量电路如图1 所示。 图1功率因数角的测量电路图 F i g ．1 T h ec i r c u i td i a g r a mo fm l 幽a r h l gp o w e rf a c t o r 由于电网的功率因数角9 为电网相电压与相 电流的相位角。图1 中用电压互感器取电压信号 U 。，用电流互感器取电流信号，。。信号以和，。 分别进入2 个比较器，比较器的输出为矩形脉冲U ， 和U ，由于比较器的灵敏度很高，矩形脉冲上升沿 仅仅决定于输入信号由负变正这一过零点时刻，从 而避免了因输入信号波形畸变带来的误差。两比较 器输出的脉冲信号u 。和u 再经光电耦合隔离后 文献标识码A 加到异或门的输入端。U ，和巩经过异或门处理 后形成合成脉冲U ，，合成脉冲U ，的脉宽正好等于 电压和电流的相位差。换句话说U ，脉宽所对应的 电角度即等于功率因数角舻。 输出信号分别接到8 0 C 5 5 2 的P 1 ．0 和P 1 ．1 引 脚上，即T 2 捕捉0 输入线和他捕捉1 输入线。设 定P 1 ．0 引脚上为上升沿捕捉，P 1 ．1 引脚上为下降 沿捕捉。只要将C T l 和C T o 中所储存的时间值相减 即可得合成脉冲乩的时间。为了防止外部干扰信 号对测量结果的影响，提高测量的准确性。对合成脉 冲U ，的时间值测量1 0 次，然后将1 0 次的测量结果 取平均值作为测量的最后结果。 测量的结果只是合成脉冲U ，的时间 单位 弘s ，要得到电角度还必须经过中间转换。若单片机 主频选用1 2M I - I z ，电网工频为5 0H z ，则U ，脉冲的 电角度 9 鳖“ 。1、fl y 一⋯v ．1 N 3 “3 6 0 1 N 3 、1 ／ U ，的波形如图2 所示。系统电压经过传感器 和波形变换后得到周期为2 兀的方波信号，同样电流 经过电流传感器和波形变换也是周期为2 兀的方波 信号，只是电流方波滞后于电压方波，滞后角度为 p ，这就是功率因数角。电压、电流方波经异或门逻 辑处理，然后再经光电耦合，得到周期为兀的脉冲序 列，脉冲宽度即为要检测的功率因数角。检测时，查 功率因数表即可得到当时的功率因数。 至蛭| | 万方数据 1 4 8 基于8 0 C 5 5 2 同频信号间功率因数的测量李红月，等 2 0 0 5 年第7 期 所示 表1 功率因数转换表 T a b ．1T h ec o n v e r s i o nt a b l eo fp o w e rf a c t o r 从表1 可以看出，表格中共放有5 0 1 个功率因 数值，从0 。9 0 0 每间隔0 ．1 8 0 即可查到一个功率因数 值，对应定时器的计时值间隔为1 0 。故可将测量结 果除以1 0 取整后乘以2 ，其运算结果作为查表偏移 量地址。通过执行查表指令M O V CA ， A D P T R ， 可查得对应的功率因数。表格中的功率因数值为4 位B C D 码，一位是整数，三位是小数，共占用2 个字 节地址单元。所以功率因数值所占内存需要 5 0 l 2 个字节。 3 程序流程图的设计 图3 、图4 和图5 分别给出了T ，捕捉流程图和 功率因数转换流程图。 取出c L 值储存到缓冲区6 0 H ● 置C T ’下降沿捕捉 堡璺 图3T 2 捕捉流程圈1 飚．3T h ec a t c hf l o wc h a r t1o fT 2 4 注意的事项 电路从原理上看不太复杂，但涉及到2 个电源 等级，即 5v 和十1 5V ，从抗干扰的角度来看，必须 分清楚，不能混淆。所以电路的前半部分电流互感 器的地、电压变换器的地、集成运算放大器的地、异 或门的地和光电耦合器的右半部分的地，皆与 1 5V 的电源共地。而光耦左半部分的地必须与 5V 的电源共地，所以光耦在此处起到了隔离作用。 图4T 2 捕捉流程图2 F i g ．4 T h ec a t c hf l o wc h a r t2o fT 2 取测量平均值 ★ 测量结果除以1 0 。商取整送 l 表格首址- - - D P T R ‘ A D P T R - ．D P T R ● M O V Ct t A , A D m 取功率因数 图5 功率因数转换流程图 F i g ．5T h ec o n v e r s i o nf l o wc h a r to fp o w e rf a c t o r 5 结语 实验结果表明，该方案能精确、快速、稳定地测 量功率因数，能实现对电动机起动时的相敏保护。 目前，该方案已应用到6 ．3k v 煤矿变电所的监控系 统中，并取得较好的运行效果。 参考文献 [ 1 ] 杨新民，杨隽琳．电力系统微机保护培训教材[ M ] ．北京中国电 力出版社。2 0 0 0 ． [ 2 ] 胡汉才．单片机原理及系统设计[ M ] ．北京清华大学出版社， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 王福瑞。等．单片微机测控系统设计大全[ M ] ．北京北京航空航 天大学出版社，1 9 9 8 ． 作者简介李红月 1 7 7 8 一 ，女，安徽萧县人，安徽理工大学在 读研究生，主要从事煤矿计算机安全监控系统的开发研究工作． 收稿日期2 0 0 5 - 0 3 - 2 8 T h eM e a s u r eo fP o w e rF a c t o rB e t w e e nT w oS i g n a l sw i t ht h eS a m e F r e q u e n c y B a s e do n8 0 C 5 5 2 L IH o n g y u e - W UY o n g x i a n g - C A OZ h e n g u a n A n h u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y - H u m n a n2 3 2 0 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e sad e s i g nf o rm e a s u r i n gp o w e rf a c t o rb e t w e e nt w os i g n a l sw i t ht h es g m ef r e q u e n c yb a s e d o n8 0 C 5 5 2i nc o a lm i n e ．B yt h es p e c i a lf u n c t i o no fT 2i n8 0 C 5 5 2 ，w ec a nm e a s u r et h ep o w e rf a c t o rw h e nt h em o t o rs t a r t , a n dp r o t e c ti t ．T h ee x p e r i m e n ts h o w st h i sd e s i g nh a ss o m ea d v a n t a g e s - s u c ha sp r e c i s em e a s u r e - h i ．s hs p e e da n ds t a b i l i - t ， K e yw e t 凼c h i pm i c r o c o m p u t e r8 0 C 5 5 2 ；p o w e rf a c t o r ；i n s t r u m e n tt r a n s f o r r n e r 万方数据