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(hào)的高電平寬度的測量。相位差為φ的電壓和電流信號(hào)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(shí)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(hào)波形。
相位-時(shí)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(hào)是由單片機(jī)定時(shí)器定時(shí)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(hào)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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