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arc功率因数自动补偿控制仪设计及应用


arc 功率因数自动补偿控制仪的设计及应用 摘 要:介绍了基于 atmega16 的高精度低压无功功率补偿器。 该控制器采用数字检测电路来获取电网电压与电流的相位差,从无 功补偿的原理出发,设计控制器的软硬件。使该系统在应用中实现 了对电网功率因数的及时补偿和实时监测,适用于目前企业用户进 行无功功率补偿。 关键词:功率因数;无功补偿;单片机 随着现代工业的发展,电网中使用的感性

负载也愈来愈多,如感 应式电动机、变压器等。这些设备在工作时不但要消耗有功功率, 同时需要电网向其提供相应的无功功率,造成电网的功率因数偏 低。在电网中并联电容器可以减少电网向感性负载提供的无功功 率,从而降低输电线路因输送无功功率造成的输电损耗,改善电网 的运行条件,因此功率因数补偿控制器一直有着广阔的应用市场。 本文所介绍的功率因数补偿控制器符合 jb/t9663-1999 国家标准, 主要功能有: (1)相序自动识别(2)电压、电流、功率因数采样 与显示(3)过压解除、欠流封锁,从而保护电容器及避免循环投 切(4)采用先投入的先切除,先切除的先投入的原则,对补偿电 容实行循环投切(5)所有的工作参数都可以通过面板按键设定, 包括投入门限、切除门限、过压保护门限、欠电流封锁门限、投切 延时时间一、工作原理采样三相电源中一线电流(如 a 线)与另外 两线的电压(如 bc 线)之间的相位差,通过一定的运算,得到当 前电网的实时功率因数。此功率因数与设定的投入门限和切除门限 比较,在整个投切延时时间内,若在投切门限以内,则不予动作; 若小于投入门限,则另投入一组电容器;若大于切除门限或发现功 率因数为负时, 则切除一组已投入的电容器。 再经过投切延时时间, 重复比较与投切,直到当前的功率因数达到投切门限以内。在投切 过程中,若发现检测到的电压大于设定的过压保护门限,则按组切 除所有已投入的电容;当检测到的电压超过设定的过压保护门限的 10%时,则一次性切除所有已投入的电容,用以保护电容器。在投 切时若发现检测到的电流小于欠电流封锁门限,则停止投切动作, 避免系统出现循环投切现象。由于在三相供电中有不同接线方法, 不同的接线方法对功率因数的算法也不一样,因此我们规定 arc 系 列功率因数自动补偿控制仪的电流取自三相供电中的 a 线,电压取 自 bc 间的线电压,同时为减少现场接线的复杂度,我们在程序中 对相位进行自动判别。在三相供电中,我们假设三相的相电压分别 为 ua、ub、uc,a 线电流为 ia 则有 ua=usin(ω t),ub=usin(ω t+120º),uc=usin(ω t+240º),从而得到 bc 间的线电 压为 ubc=ub-uc= usin(ω t-90º)若 a 线负载为纯阻性,则 a 线电流 ia 与 a 线电压 ua 同相,ia 超前 ubc 的角度为 90º; 若 a 线负载为感性, a 线电流 ia 滞后 a 线电压 ua 角度为φ(0º 则 ≤φ ≤90º) ,ia 超前 ubc 的角度为 90º-φ ;若 a 线负 载为容性,则 a 线电流 ia 超前 a 线电压 ua 角度为φ (0º≤ φ ≤90º) ,ia 超前 ubc 的角度为 90º+φ 在我们的 arc 功率因数自动补偿控制仪中,为了计算的方便,我们电流相位的采 样为电压采样的第二个周期,即若没有相位差 ia 滞后 ua 的角度为 360º。在实际检测中,

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