基于ATT7022A的無功補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)

摘要：以三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022A和一種高性能低功耗的AVR單片機(jī)atmega128為核心，設(shè)計(jì)一種無功補(bǔ)償控制器。該控制器能實(shí)時測量電網(wǎng)的電流電壓值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況，準(zhǔn)確的控制電容器的投切，能有效的提高線路功率因數(shù)、較少損耗，改善電網(wǎng)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償；ATT7022A；控制器；功率因數(shù)

在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例。異步電動機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動機(jī)和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負(fù)載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的工作性質(zhì)決定的。最合理的方法就是在這些感性設(shè)備附近及線路適當(dāng)位置并聯(lián)電容器組來進(jìn)行無功補(bǔ)償。在電力系統(tǒng)中，采用無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉硖岣吖β室驍?shù)、減少無功損耗，是改善供電質(zhì)量、提高設(shè)備利用率的重要手段之一。

1 以ATT7022A為核心的無功補(bǔ)償器介紹
進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)那疤崾悄軠?zhǔn)確地測量電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，主要有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波狀況等。ATT7022A是一顆高精度三相電能專用計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線應(yīng)用。
它能夠測量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足電能數(shù)據(jù)采集的需求。而且提供一個SPI接口，方便與外部MCU之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)的傳遞，所有的計(jì)量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出。用它能準(zhǔn)確地采集這些參數(shù)，并且精度高，軟件設(shè)計(jì)簡單，內(nèi)部框圖如圖1所示。

文中所介紹的無功補(bǔ)償控制器是基于三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022A來實(shí)現(xiàn)的，控制芯片為atmel公司生產(chǎn)的AVR單片機(jī)ATmega128和ATme ga16相比，它是AVR8位系列單片機(jī)的最高配置的一款單片機(jī)，并有53個可編程IO口，在設(shè)計(jì)液晶顯示和驅(qū)動電路上比較方便。該控制器能根據(jù)ATT7022A提供的的有功功率、無功功率、功率因數(shù)來分析判斷是否進(jìn)行無功補(bǔ)償，自動投切電容器，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自動無功補(bǔ)償，提高輸電效率。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
控制器的硬件電路設(shè)計(jì)主要有電壓電流檢測電路、電源電路、驅(qū)動電路、通信電路及液晶顯示模塊等組成，以Atmega128為控制芯片，可以輕松的完成這些控制功能。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。電網(wǎng)電壓、電流經(jīng)過互感器后，電壓電流信號送到了ATT7022A上。ATT7022A提供一個SPI接口，所有的計(jì)量參數(shù)都可以通過SPI接口讀出，單片機(jī)根據(jù)這些參數(shù)來判斷功率因數(shù)，決定是否進(jìn)行無功補(bǔ)償，并把信號傳送給電容投切模塊。