單片機實現(xiàn)電力補償裝置控制系統(tǒng)

以80C196KC單片機為核心的電力補償控制系統(tǒng)，通過模擬輸入電路對三相電壓、電流進行采樣，計算后通過輸出單元控制電容器的投切，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)無功功率的補償。本文介紹了系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計方法。

　　引言

　　目前在電力補償系統(tǒng)中有多種補償方法，本文中的補償系統(tǒng)是根據(jù)尋優(yōu)負序電流最小進行補償?shù)?。系統(tǒng)計算需要對交流電一個周期20 ms內(nèi)對單相電壓u、電流I進行采樣，要求一個周期內(nèi)采樣次數(shù)至少在100次以上。針對這一特點，設(shè)計了基于80C196KC的控制系統(tǒng)。Intel公司的高性能16 b單片機80C196KC，其運算速度快，能夠滿足系統(tǒng)高速采樣的要求。

　　1　系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的硬件部分主要由采樣輸入電路、中央控制單元、程序存儲單元、輸出驅(qū)動電路4部分組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

　　1.1　模擬輸入電路

　　系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集所使用的傳感器為電壓互感器和電流互感器，需要分別采集三相的電壓和電流，共需要六路輸入。80C196KC內(nèi)有一個逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，共有8個輸入通道。其輸入引腳ACH0～ACH7與P0.0～P0.7共享。內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器8 b/10 b可調(diào)，自帶采樣、保持電路，這樣減少了外圍電路，也減少了干擾和干擾源，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，并且減少了控制板的尺寸。在本系統(tǒng)中采用10 b轉(zhuǎn)換方式。

　　為了保護A/D轉(zhuǎn)換器，增加可靠性，在A/D通道的輸入端，可采用如圖2所示的輸入接口電路。

　　其中2個二極管D1和D2起過載保護作用，當輸入電壓高于VREF+0.7 V左右時，D1導通，輸入電平被箝位在VREF+0.7 V的水平上;當輸入電壓低于-0.7 V的水平上。這種過載往往是尖峰干擾，持續(xù)時間很短。MCS-96的技術(shù)條件規(guī)定模擬輸入端對模擬地ANGND的電壓不能低于-0.3 V，這一點可靠輸入端的低通濾波器R4和C1來保證。圖中此濾波器的時間常數(shù)τ=R4C1=270×0.01=2.7μs，若以-0.7 V作為此濾波器的階躍輸入，則此濾波器輸出端(即80C196KC的模擬信號輸入端)達到-0.3 V的電平需耗時：

　　t=-τln(1-0.3/0.7)=1.15μs

　　而通常這類尖峰噪聲的峰值持續(xù)時間遠小于上述時間，因此，這一輸入電路可有效地起到過載保護作用。

　　1.2　中央控制單元

　　80C196KC是CHMOS高性能16 b單片機中的一個新分支，內(nèi)部EPROM/ROM為16 b，內(nèi)部RAM為488 b，有24 b的專用寄存器。80C196KC中采用了“垂直窗口”結(jié)構(gòu)，使得新增的256 b RAM通過窗口映射同樣可以作為通用寄存器來訪問。80C196KC可以采用16 MHz的晶振，內(nèi)部時鐘是2分頻，其運行速度比12 MHz的80C196KB快33%，比12 MHz的8096BH快1倍。最小電路是指能使單片機工作而所加的最少的外圍設(shè)備，一般包括復位電路和晶振。80C196KC的最小電路如圖3所示。

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