简易电能质量监测装置(D 题)
摘要:本系统是一个以 C8051F005 单片机为控制核心的简易电能质量监测装置,
它能准确的完成同时对一路工频交流电(有失真的正弦波)的频率、电压有效
值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数和谐波占有率等进行测量。
设计中,通过采样保持电路实现了对电压和电流两路信号的分别保持,保证了
电压信号和电流信号采样的同时性,从而确保了功率测量的准确性。通过软件
倍频技术,对输入电压信号的频率进行 64 倍频,并以倍频后的频率作为模数转
换器的采样频率,则数模转换器采样间隔会随电压信号频率的变化而相应变化,
即能够实时采样。系统调试时,用函数发生器输出一正弦电压信号作为交流信
号的电压信号输入,此电压信号经自制的移相电路移相后代表同一路信号的电
流信号输入。
关键词:电能质量 软件倍频 单片机 工频交流电 谐波
1 赛题分析
通过对赛题的分析得,此简易电能质量监测装置要能完成如下任务:
(1)能准确测量交流输入电压有效值和电流有效值,测量范围分别为 100~
500V 和 10~50A,测量的准确度均为±0.5%,信号的频率均为 50Hz;
(2)能够完成有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S 和功率因数 PF(功率因数
为有功功率与视在功率的比值),测量有功功率、无功功率、视在功率的准确
度:±2%,功率因数显示格式:0.00~0.99;
(3)测试过程中,能够记录交流电压、交流电流、有功功率、无功功率和视在
功率的的最大值及最小值;
(4)能够测量交流输入电压的频率,测量范围:45~55Hz,误差:±0.001
Hz;
(5)采用 LCD 显示,能够同时显示一个周期的输入电压、输入电流曲线;
(6)测量电压和电流的各次谐波含量,测量至 9 次谐波,并采用列表和百分
数的形式显示,分辨率为 1%。显示列表中除能够显示各次电流谐波含有率的
百分比外,还要能够显示各次谐波的有效值;
(7)完成其他功能。
2 系统设计方案
2.1 设计思路
通过分析赛题得,本系统主要有主控制器模块、显示模块、按键模块和信号
变换与处理模块等组成,系统整体框图如下图 1 所示。
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