无功补偿控制器设计研究_毕业论文(编辑修改稿)

无功补偿控制器设计研究_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

误差的相对值，电压互感器的精度可分为 , 等三级。 本次设计采用的电压互感器为 SPT204 型，额定输出电压为 20~20V。 2．电流互感器 测量高压线路的电流，或测量大电流不宜将仪表直接接入电路，而用一台有一定的电压比的升压变压器，即电流互感器将高压线路隔开。 电流互感器的一次侧额定电流的范围可为 5~25000，而次侧的电流均为 5A 或1A。 电流互感器存在变流比和相位俩种误差。 这些误差也是由电流互感器本身的励磁电流和漏阻抗及仪表的阻抗等一些因数引起的，也是从设计和材料俩方面着眼去减小这些误差。 本次设计采用的电流互感器型号为。 其技 术参数为：额定一次侧电流为 150~400A；额定二次侧电流为 5A 或 1A。 ；额定电压 . CPU 的选择 本系统的 CPU 选择 8098 单片机。 8098 是 MCS96 系列一种很实用的单片微型计算机。 目前，在我过市场较为流行。 由于它有很高的性价比和良好的工业应用特性，越来越受到广大微机用户的重视。 8098 单片机作为本设计的核心组成元件，对该系统的可靠性，稳定性等各项性能都起着非常重要的作用。 8098 单片机主要由以下个部分组成： 1) 中央处理单元 CPU 2) 地址寄存器单元 3) 特殊功能寄存器地址译码器 4) 存储器控 制器 MCR 和程序计数器 SPC 5) 端口 3（ P3）端口 4（ P4） 6) 定时器单元 11 7) 高速输入 /输出通道（ HSI0HSI3） 8) 中断控制单元 9) 串行接口单元 10) 10） D/A 转换单元 11) 端口 0（ P0）和端口 2（ P2） 12) 多路转换器 13) A/D 转换单元 14) 时钟发生器 上述 14 个单元都有明确分工，但它们又是一个有机的整体。 在时钟的指挥下， 8098 单片机既能对数字 /模拟信号进行处理，又可以和外部世界交换信息。 8098 单片机是位准 16 为单片机，与 MCS51 系列的单片机相比而言，其优点是： 高效的指令系统： 8098 可进行高速算术运算， 16 位加 法只需 1us 就可完成。 16 位乘法和 32 位对 16 为的除法也只不过用。 这是 MCS51无法与之相比的。 自带 4 通道 10 位 A/D 转换器，当晶振为 12MHz 时， A/D 转换时间为22us。 可编程高速输入机构 HIS，可用内部定时器为时钟来控制记录外部时间发生的信号，一共可记录 8 个事件。 电压和电流检测电路 检测电路主要检测电网的电压，电流，相位差，并将其值送入 8098单片机，以用来进行下一不的计算。 1．电流检测电路 如图 所示，输入电流 i 是由电流互感器检测得到的。 电流 i 经过I/V 变换，变化成为 电压信号。 由于 8098 单片机对输入的电压信号有一定的范围要求（ 0~5V）所以要将通过 I/V 变换得 12 图 电流检测电路 来的电压信号进行调理。 假定电流 i 经过 I/V 变换后得到的电压为10~10V，因此，调理规则如下： ui=10V 时， Uo=0V ui=0V 时， Uo= ui=10V 时， Uo=5V 并计算各电阻值： ①当 ui=0 时， u+=u=0 若要使得输出电压 uo=, 令（ R5+R61`） /（ R6+R62`） =5/6 R61`和 R62`分别是电位器 R6`的俩侧电阻值。 则 R6`滑头电压为 10V。 再者： ()/R3=(u+10)/R4 得到 R3/R4=1/4。 所以可令： R6=1K， R5=8K， R6`=3K（滑头处于 1/3 的位置） R3=1K， R4=4K。 ②当 ui=10V 时， uo=5V。 则有：（ uou） /R3=（ u +10） /R4。 得到 u=u+=2V。 因此（ R2+R22`） /（ R1+R2+R2`） =1/5。 ③当 ui=10V 时， uo=0 则有：（ uou） /R3=（ u +10） /R4。 得到 u=u+=2V。 因此（ R2+R22`） /（ R1+R2+R2`） =1/5。 结论与②相符。 因此可令： R1=6K， R2=1K， R2`=3K（滑头处于 1/3 处）。 在本次设计中电流互感器的额定输出电流为 1A，所以 R0=10。 13 因此电流信号经过 I/V 变换，和电压调理电路后，就变成了 0~5V 的电压信号，满足了 8098 单片机的要求 2．电压检测电路 如图 所示，电压互感器输出电压为 ui 经过差动放大器放大后得到 10~10 的电压，和电流检测电路一样，经过电压调理电路后得到 0~5V的电压，再输入到 8098 的模拟量输入口。 图 电压检测电路 R12=6K， R14=1K， R13=3K（滑头处于 1/3 位置） R15=1K， R16=4K， R18=3K（滑头处于 1/3 位置） R17=8K， R19=1K。 电压互感器使用 SPT204 型，额定输出电压为 20~20V。 所以在差动放大器中，则可令 R9=4K， R11=2K， R10=4K。 电流和电压信号在处理的前后波形图下 所示。 图 电流和电压的波形图 电流和电压信号经过 A/D 转换后，输入单片机 8098 的模拟输入口。 3． A/D 转换器 8098 单片机内部的 A/D 转换器有三部分组成：多路转换器，采样保持器和 10 位 ADC，其结构图如图。 14 图 （ 1）多路转换器 8098芯片的引脚 ACH7/~ACH4/量，而单片机内部只有一个保持器和一个 10 位 ADC，它们在某一时刻只能接待一种模拟信号，为此，需要多路转换开关把关，因为多路转换开关具有“多中选一”的功能。 多路转换开关受 A/D 命令寄存器控制。 在 8098 单片机中，有俩个 专用寄存器与 A/D 转换器的工作情况直接相关，它们是 A/D 命令寄存器（ AD_COMMAND,8 位，地址 =02H）和 A/D 结果寄存器（ AD_RESULT， 16 位，地址 =02H， 03H）。 AD_COMMAND 的数据格式如图。 在使用 AD_COMMAND 时应注意以下问题： ①向 02H 单元写入一条命令仅能进行一个通道的 A/D 转换，若需要多通道工作，必须分时多次写入命令。 但应该注意，当某次转换正在进行时，若启动另一次新的转换，将会使正在进行的转换被取消。 由于 AD_COMMAND为双缓冲结构，当第一个命令启动的 A/D 转换正在进行时，第二个命令照样可以写入到该寄存器中，但此命令必须是由 HSO 所规定的时刻启动，保证上一次的转换结束后在开始转换过程。 ②只要启动一次 A/D 转换， A/D 结果寄存器便被清零。 鉴于此，存放于 A/D 结果寄存器中的某一次转换结果必须及时转移，不然，上一次结果 15 未取走，后一次转换过程又开始，势必造成原来的结果无效。 图 AD_RESUL 的数据格式如图 所示。 该寄存器不能按字而只能按字节分俩次读取。 通常，可以采用查询方式或中断方式来判断 A/D 转换是否已经结束，但是由于 8098 中的 A/D 转换输入口只要 ACH7 具有中断功能，所以使用查询法。 图 （ 2）采样保持器 采样保持器的作用：强制外来采样信号在一个采样周期内按照某中规律变化，或者说，它可以解决俩个相邻采样点之间的差值问题。 8098 单片机内部的保持器为零阶保持器，当某一路模拟量进入该采样保持器后，其变化规律如图。 图中的曲线是原始模拟信号，折线是经过保持器的加工后的模拟信号， T 代表采样周期。 零阶保持器的传递函数为 SeSH ST 1)(0。 图 模拟量的采样于保持 16 （ 3） 10 位 ADC 10 位 ADC 的输入量来源于零阶保持器，输出量为 10 位数字信号。 10位 ADC 具有以下特点： ①逐次逼近法进行转换，其工作原理与广为应用 ADC0809 芯片基本相同，但转换精度和分辨率明显要高于 ADC0809。 ② 10 位 ADC 的启动信号取自 8098 芯片的内部。 启动后，外来的采样模拟信号（经过保持之后）与 10 位 ADC 内部 D/A 转换电路产生的模拟信号逐位进行比较，分辨一为要比较俩次，费时 16T， 分辨 10 位共需要 160T。 考虑到存放转换结果的时间为 8T，所以， 10 位 ADC 的总转换时间 T 为168T。 当晶振频率 fosc=12MHz 时， T =42μ s。 显然， CPU 若要读取转换结果，必须在 10 位 ADC 被启动后的 168T 之外。 ③转换精度， 10 位 ADC 的 Vcc 应与 VREF 分离。 VREF 的标称值为 +5V，由单独的稳定电源供电。 设采样模拟信号值为 Vin，模拟地与数字地共为一点，且其电平值为ANGNDV ，那么， 10 位 ADC 的转换结果可以用下述公式计算： A NGN DR E FA NGN DIN VV VVD  *1 0 2 3。 (31) 相位检测电路 1．相位检测原理 检测线路图如图 所示，下面来介绍该装置的工作原理。 （ 1）电流互感器的输出电流经过电阻后，接入运算放大器 74LS3 的输入端。 而且该输入端还并入了俩个正反向限幅二极管如次可检测该相电流 （ 2）电压经过电压互感器后接至另一个运算放大器的输入端，这样便把该相的电压和电流的正弦波转换成为方波，因此俩个运放构成波形转换 环节。 （ 3）算放大器的输出，经过光电耦合 TSL117 隔离后，输入到 8098单片机的高速输入端（ HSI0， HSI1）由单片机进行编程运算得到相位差和功率因数。 17 图 其波形图如图 所示 图 相位检测波形图 下面来讲解一下 8098 单片机高速输入口 HSI 的原理 2．高速输入 HSI 口 8098 的 HSI 口与普通的输入端口相比，具有以下特点： HIS 不仅能检测某输入线上的状态变化，而且能同时记录状态变化发生的 时刻； HSI 内部的 FIFO 寄存器和保持寄存器一起，可记录多达 8 个时间。 ，供 CPU 在适当的时刻读取和处理。 HSI 有四条输入线，每条线均可检测 4 种方式的状态变化。 输入引脚的控制 HIS 共有 4 个输入引脚，即 HSI0~HSI3，其中 HSI2， HSI3 与 HSO4， HSO5复用，其功能的选择分别有 IOC0， IOC1 控制。 各引脚可单独开放或关闭，由 IOC1 的相位来控制。 如图 ，若引脚的功能被关闭，则此引脚上触发的事件将不能进入 FIFO 队列中。 18 图 引脚 功能的控制 HSI 有关的特殊功能寄存器 （ 1）定时器 T1（ 0AH，只读） T1 是 HSI 记录外部事件发生时刻的实时时钟。 （ 2） HSI 方式寄存器 每条高速输入线均有 4 中事件触发方式，由高速输入方式寄存器（ HISMODE）负责选定。 图 为该方式寄存器各位的分布情况。 由图可见，每条高速输入均有俩个方式选择位，所谓方式选择位，就是定义何种输入信号作为一个应当记录的事件， 4 种事件触发方式定义如下： 方式选择位 事件定义 00 8 个正跳变为一事件 01 每个正跳变为一事件 10 每个负跳变为一事件 11 每个跳变（。