基于P89V51RD2的功率因數(shù)測量儀設(shè)計(jì)
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由于電力系統(tǒng)中工頻周期為20 ms，因此，電壓與電流的相位差測量精度取決于相位差信號的高電平寬度的測量。相位差為φ的電壓和電流信號Ui和Ii分別經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換器和低通濾波器。再經(jīng)相應(yīng)過零比較器變成方波，最后經(jīng)相位-時間轉(zhuǎn)換電路得到與相位成比例的高電平方波。圖2給出圖1中各節(jié)點(diǎn)的信號波形。
相位-時間轉(zhuǎn)換法所得φo與實(shí)際相位有一定的相位差，這是由低通濾波器引起的，可通過軟件進(jìn)行補(bǔ)償。φo信號是由單片機(jī)定時器定時計(jì)數(shù)高電平而測量的，其相位差φ為：
式中，△t為高電平寬度。
由于P89V51RD2單片機(jī)振蕩頻率采用24 MHz，因此△t的測量分辨率可達(dá)0.5μs，因此相位精度可達(dá)0.018°，具有較高的相位測量精度。
余弦值的計(jì)算采用查表和小數(shù)補(bǔ)償算法。首先對計(jì)算出的相位整數(shù)度查表，求得當(dāng)前值和下一整數(shù)值的余弦值；然后，計(jì)算小數(shù)部分余弦值的增量值為兩整數(shù)余弦值之差乘以小數(shù)部分，最后，將當(dāng)前值的整數(shù)相位余弦值加上小數(shù)值進(jìn)行校正補(bǔ)償。這樣就可得到精度較高的功率因數(shù)。
3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及其工作原理
圖3為基于P89V51RD2單片機(jī)的功率因數(shù)測量儀電路原理圖，該測量儀由信號預(yù)處理電路、相位檢測電路、電源、顯示和單片機(jī)小系統(tǒng)等模塊組成。圖3中的Ui、Ii、Uo、Io和φo各節(jié)點(diǎn)與圖1中的各點(diǎn)相對應(yīng)。
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