无功补偿装置的设计(8)

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2. 电气特性

RS-232C标准定义-15V—-3V表示逻辑“1”，+3V—+15V表示逻辑“0”。它选择-15V—-3V和+3V—+15V这个范围而不采用TTL逻辑（0V—5）的原因是为了提高抗干扰能力和增加传输距离，因此与TTL设备连接时需加电平转换接口。 MAX232芯片是常用的RS-232C与TTL电平转换芯片，它的内部有电压倍增电路和转换电路，只需+5V电源便可实现RS-232C与TTL电平转换，使用起来十分方便，一个芯片连接两对收/发信号线。

AT89S52的TXD、RXD与MAX232C的T1IN、R1IN管脚相连。MAX232将发送的串行数据转换为RS-232C标准的电平信号发送到接收端，产生发送中断，供单片机或者计算机处理；反之MAX232将接收的RS-232C标准的电平信号转换为串行的数据传给AT89S52，产生接收中断，供单片机处理，这样就完成了RS-232C接口通信功能。

两台计算机通信时，由于以TTL电平传输数据的方式，抗干扰性能差，传输距离短，通常要借用现成的公用电话网，但是电话网是300~3400HZ的音频模拟信号设计的，其频带有限，不能进行二进制数字量的传输。因此，在发送时需要利用调制器把数字信号转化为模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器把从通信线路上收到的模拟信号转化成数字信号。

3.5.2 MAX232与AT89S52的接口电路

AT89S52单片机内部的串行口，大大扩展了其的应用范围。利用串行口可以实现单片机之间的点对点的串行通信、多机通信以及单片机与PC机间的单机或多机通信。AT89S52的P3.0与P3.1除了具有一般的I/O口线外，还可以作为串行输入口和串行输出口。可以将P3.0与R1IN连接，P3.1与T1IN连接。如图3-13所示。

+5V VCC GND 14 R1IN 12 11 T1IN 9 MAX232 1 2 3 4 5 6 7 8 P3.0 P3.1 AT89S52

图 3-13 AT89S52与MAX232的连接图

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3.6 电源电路设计

现在的单片机系统大部分都是采用市电220V，50Hz供电。电网的冲击，频率的波动将直接影响到实时控制系统的可靠性，稳定性。因此在单片机系统和市电之间必须配备稳压电源已经采取相应的抗电源干扰的措施，并采取一般的供电保护措施。

如图3-15所示，先用变压器把220V的电压变成12V的电压，12V的电压经过整流电路后变成12V的直流电压为继电器供电。再使用7805把12V的电压转化为+5V的电压为单片机提供电源。本电源系统在稳压电路7805后电源电路中我们使用了2个滤波电容，使用滤波电容主要目的是为了消除电源波动对系统的干扰，提高系统的抗干扰能力。采用滤波电容能有效的消除电网电源波动产生的干扰。

220V～12V～C17805+5VVoutC2GNDVin+12V

图 3-15 直流电源电路

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4 软件设计

根据国家规定，功率因数一般应大于0.9，如果功率因数小于0.9就要进行补偿。如果功率因数小于0.5就要被停电处理。该控制软件用汇编语言编程，由主程序和显示、投切电容子程序。当AT89S52检测到的功率因数较小，一次投切电容数较多时，还可以采用延时程序，把电容器分多次投切，以避免对电网造成大的冲击。

4.1 主程序设计流程图

程序主程序设计流程图如4-1所示。

在主程序中首先将芯片进行初始化操作，然后设置A相控制参数。在设置好参数后分别调出显示和投切子程序。A相投切完毕后，再对B、C相分别进行相同的操作，以完成对三相的无功功率补偿。

开始初始化确定某相为控制对象采集测试数据s值查表计算co 开始设置A相控制参数调显示、投切子程序设置B相控制参数调显示、投切子程序显示功率因数cos??0.9NY查表计算投切电容容量投切电容设置C相控制参数调显示、投切子程序返回 a主程序图 4-1 程序主程序设计流程图

b显示、投切电容子程序

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4.2 子程序设计流程图

如图4-2所示为显示和投切子程序设计流程图，先确定某相为控制对象，然后从线路上采集所需要的数据，单片机通过对数据进行的分析后确定其功率因数。接下来判断该相的功率因数是否大于0.9如果大于0.9不进行补偿，如果小于0.9再进行补偿。

开始始初始化确定某相为控制对象采集测试数据s?值查表计算co 设置A相控制参数调显示、投切子程序设置B相控制参数调显示、投切子程序显示功率因数cos??0.9?NY查表计算投切电容容量投切电容设置C相控制参数调显示、投切子程序a主程序返回 b显示、投切电容子程序

图 4-2 显示和投切子程序设计流程图

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5 结论

随着我国电力建设的飞速发展，电力供应紧张状况有了很大缓解，但各区间发展不平衡。对电力供应相对充足的地区，人们开始关心供电质量，诸如谐波分量、电压波动等；对电力供应相对短缺的地区，面临的主要问题仍然是如何科学、合理地调节电力供应，充分发挥发电、输电、供电设备的能力，减少线路和变压器中的电力损耗等问题。为提高供电质量，确保电网的经济运行，目前不少省网要求在380V/220V配网系统里，100kVA以上的变压器都应安装无功补偿器，使功率因数cos?在0.9-0.95范围内。提高功率因数的重要意义在于：可充分发挥电力设备的潜在能力；减少线路上的电流，从而降低供电线路上的损失。目前，国内外厂家 的功率因数补偿控制器，功能比较单一，且工作原理基本上都是功率因数检测、控制型，即利用PP、CT实时检测电网中的电压、电流直以及电压和电流间的相位关系，通过计算处理得到cos?的值，然后再与设定值比较，从而确定补偿电容器的投切。但是现场用户的负载千差万别，工作状态极为复杂，同时还有电网自身的质量问题，使得许多在实验室条件下较为理想的产品，一旦投入现场运行，便会出现这样那样的问题，如精度下降、频繁投切、甚至会出现失控现象；同时，电容的投、切还不可回避地引起电压、电流的波动和冲击，影响供电质量及设备使用寿命。

在这次设计过程中我碰到了一系列问题，例如在选择电容器的容量上，在单片机接口的使用上，以及功率放大器的选择等。虽然这个系统在理论上是完全可行的，但我认为在实际中还有待改进，例如投切电容要做好抗干扰措施。频繁的投切可能造成系统的不稳定，这些都是要注意的问题。

本次设计完全可以达到设计所要求的指标。不过还要经过实际应用才能得以进一步的改进。

通过这次设计，我对无功功率补偿方面有了一个大概的认识，但还完全不够。我一定会在后续的学习中加以提高。我们都知道电容组的投切是当今功率因数控制的最行之有效的方法大之一，也是当今的应用热点。其中控制开关的选择也相当重要。电力系统功率因数补偿是一项利国利民的举措，我相信在专业人士的不断研制开发下必将取得引人瞩目的成就。

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