基于单片机和同步电动机控制的电网功率因数控制器设计(论文).doc

1 绪论 1 1.1 设计背景 1 1.2 工作要求 1 1.3 设计的目的及意义 1 2 系统总体方案的确定 3 2.1 主要技术要求 3 2.2 系统方案 3 2.2.1 任务分析 3 2.2.2 系统总体框图 4 3 系统硬件电路的设计 5 3.1 CPU（单片机）与总线部分的选择 5 3.1.1 CPU（单片机）的概述 5 3.1.2 总线 7 3.2 单片机存储器的扩展电路 8 3.2.1 单片机外部存储器的扩展芯片 8 3.2.2 单片机外部存储器的扩展 10 3.3 8254单片机引脚及其功能 12 3.4 Ａ/D转换电路的选择 15 3.5 脉宽调制电路 18 3.5.1 各引脚的名称、功能及用法简介 19 3.5.2 内部结构及工作原理简介 19 3.5.3 基本设计特点 20 3.6 整流电路 20 3.6.1三相不可控整流电路 20 3.6.2 三相桥式全控整流电路 21 3.7逆变电路 22 3.7.1 三相桥式逆变电路 22 3.7.2 三相PWM产生器HEF4752 22 3.8 键盘显示电路的设计 25 3.8.1 8155接口芯片简介 25 3.8.2 8155与8031的接口 26 3.8.3 键盘/显示接口电路的设计 26 3.9电源模块的设计 28 3.9.1 +12V、-12V、+5V 电源的设计 28 3.9.2 +10V电源的设计 28 3.10 报警电路 29 4 系统软件流程图 31 4.1 主程序流程图 31 4.2键盘子程序流程图 31 4.3 显示子程序流程图 32 4.4 中断子程序流程图 33 4.5 PID控制算法子程序 34 结 论 36 致谢 37 参考文献 38 附页 39 1 绪论 1.1 设计背景 我国电网曾在20世纪70年代由于缺乏无功功率补偿设备而长期处于低电压运行状态。有些地方想用调节分接头的办法来解决本地区电压低的问题。开始，这种办法也有一些效果，某些供电电压升高了，但这是以降低别处的电压为代价的，因为总的无功电源不足，局部地区电压升高无功负荷增大，必然是别处无功功率更少、电压更低。各处普遍采用调节变压器分接头的结果，不仅没有提高负荷的供电电压，而是使得低压运行的同时对电网带来巨大的危害，系统稳定性差，十分脆弱，经不起事故异常及负荷强烈变化对系统的冲击、十分容易造成大面积的停电和系统瓦解的后果，国内外均有先例。由此可见，合理的配置无功电源，进行无功补偿是非常重要，我们进行无功补偿研究是一个重要的课题。 无功功率问题，根据世界各个地区电力系统近数十年来的经验，积累了大量的资料。我国电力系统亦同样积累了很多宝贵的经验。广泛应用到生产实践中是有一定重要价值的。有效的无功功率有非常大的经济效益和社会效益，主要表现在： 1.减少线路损耗。就全国讲，线路损耗约占据12%，其中主要是无功分量引起的损耗，惹无功线损降低50%～60%，一年便可节电500亿度左右，相当于半个三峡工程的发电量。这种不消耗一次能源，便可增大发电量得工程是绝好的绿色工程。且投资极小，见效快。 2 避免罚款。我国电力部及物价局“关于颁发《功率因数调整电价办法》通知”中规定，功率因数0.94时，减少电费1.1%，功率因数0.6时增加电费15%。例如一个315KVA的变压器，功率因数从0.6提高到0.94以上，年奖罚差3～4元。 3 不额外投资便实现扩容。进行无功补偿后，便可提高用电承载率，变压器可满负荷运行。例如一台315KVA的变压器，COS∮=0.6负荷的变压器只能提供优质服务189KW的有功功率，不能承受300KW左右的容量，需购买一台500KW的变压器替换。将功率因数有0.6提高到0.98，相当于扩大了63%，既有功由189KW提高到309KW可基本满足需要的容量，便节省了一台500KVA的变压器，经费约三四十万元。 4 改善电能的质量，延长了电器的寿命，提高了产品的质量。 电压质量用电压和频率两个指标衡量，电压的稳定性取决于无功的平衡。频率的稳定性取决于有功的平衡，而电压的稳定与否又直接影响了电器寿命，影响机械加工精度。如果电压稳定性提高5%仅照明灯（寿命延长50%）全国一年既可节约数亿元。至于因电压不稳定、供电不足而造成废品、次品、设备寿命、停产、停电损失更是难以统计的。 1.2 工作要求 以8031单片微机为核心构成的控制器，实现监测电网的电压、电流，并计算出有功、无功功率因数，根据用电负荷情况，通过复合开关控制电容器组的自动投切，实现无功功率的动态补偿，且具有报警功能。 采用8031单片机SPWM集成电路，大功率电力电子器件等设计三相逆变电流。 （1）硬件电路设计； （2）驱动电源设计； （3）软件流程设计； 1.3 设计的目的及意义 目前