投切控制單元

　　以單片機(jī) STC12C5A60S2 作為控制器，它的CPU 通過對(duì) ATT7026A 的測(cè)量結(jié)果分析、判斷來確定是否進(jìn)行無功補(bǔ)償，即通過電容器的投切及對(duì)電容狀態(tài)輸入部分的判斷來確定應(yīng)投入補(bǔ)償?shù)闹贰?由于電容器的兩端電壓不能發(fā)生突變，所以，當(dāng)電網(wǎng)電壓和電容器電壓的差值較大時(shí)，觸發(fā)晶閘管會(huì)產(chǎn)生很大的電流沖擊，影響電容器的使用壽命。 抽象 1 組單相電容器組，由拉氏變換方程式

　　將式（3）可以分為 3 部分，第 1 部分為穩(wěn)態(tài)電流：Iam×cos（ωt+α），第 2 部分為電容的諧振沖擊電流：n［U∞-n2×Um×sinα/（n2-1）］，第 3 部分為投切時(shí)刻電容器上的電流幅值：Iam×cosα×ωn t。 為避免出現(xiàn)沖擊電流，就需要第 2 部分和第 3 部分都為零。所以，就需要保證投入時(shí)電容器的兩端電壓與電網(wǎng)電壓值相同，過零投入。 通過對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)，在主回路的正向或負(fù)向電壓驅(qū)動(dòng)下，通過光耦來實(shí)現(xiàn)電壓的零導(dǎo)通。 通過實(shí)驗(yàn)就得到了晶閘管過零觸發(fā)前后電壓波形，如圖 4、5 所示。

　　由圖 4 與圖 5 對(duì)比可知，在晶閘管電壓過零時(shí)投入電容，可避免損壞晶閘管。 所以，過零脈沖對(duì)系統(tǒng)投入電容器是必要的。

　　軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

　　由于 電 網(wǎng) 運(yùn) 行 參 數(shù) 可 直 接 通 過 ATT7026A采樣、計(jì)算得出，所以單片機(jī)就無需 A/D 采樣數(shù)據(jù)處理，可大大降低 CPU 的運(yùn)算量，簡(jiǎn)化了軟件程序設(shè)計(jì)因此，軟件設(shè)計(jì)的核心工作就是如何分析電網(wǎng)參數(shù)以及如何可靠投切電容器組，進(jìn)而達(dá)到無功功率的精確補(bǔ)償。

　　軟件設(shè)計(jì)流程

　　本 控 制 器 采 用 的 電 容 器 投 切 策 略 是：首先要 分 析 電 網(wǎng) 是 否 過 壓 或 欠 壓，在 保 證 電 壓 穩(wěn) 定的 前 提 下，通 過 對(duì) 電 網(wǎng) 實(shí) 際 的 功 率 因 數(shù) 與 補(bǔ) 償后 希 望 得 到 功 率 因 數(shù) 設(shè) 定 值 進(jìn) 行 比 較，決 定 是三 相 同 時(shí) 投 切 還 是 分 相 投 切，以 及 選 擇 投 切 電容器容量 的大小。 軟 件的主程序 流 程 圖 如 圖 6所示。

　　投切判斷

　　由于此控制器是以功率 因數(shù)作為投 切判斷的 依 據(jù)，所 以 本 實(shí) 驗(yàn) 所 設(shè) 定 的 功 率 因 數(shù) 值 范 圍為 0.55~0.95，切除值設(shè)定為 0.95。 當(dāng)測(cè) 量 值 大于切除 值，控 制 器 就 要 給 出 延 時(shí) 切 除 電 容 器 命令，按 電容器容量由小 到大的順序 來切除;當(dāng)測(cè)量 值 小 于 投 入 值 時(shí)，控 制 器 就 要 發(fā) 出 延 時(shí) 投 入電 容 器 命 令，按 大 容 量 電 容 器 到 小 容 量 電 容 器的順序來將電容器投入到補(bǔ)償線路上。 本實(shí)驗(yàn) 室 是 利 用 主 電 路 中 R=18.2 Ω 的 電 阻 和 L=64 mH 的電感串聯(lián)來模擬電機(jī)負(fù)載， 其中在相電壓有效值為 20 V 時(shí)電壓與電流的波形圖圖 7所示， 投入電容之后電壓與電流之間的相位差如圖 8 所示。

　　從 圖 7、8 可知，電 容 投 入 之 前 電 壓 與 電 流之 間 的 相 位 差 為 45.84° ，功率 因 數(shù) 值 為 0.69。經(jīng) 計(jì) 算 投 入 所 需 的 電 容 器 容 量 使 得 電 壓 與 電流 之 間 的 相 位 差 縮 小 到 18.76°，功率 因 數(shù) 值 為0.9468，功 率 因 數(shù) 大 大 提 高 了 ，達(dá) 到 了 補(bǔ) 償 的要 求。

　　該無功功率控制器硬件 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可 靠性強(qiáng)、低功耗、高性能。 采用 ATT7026A 專用計(jì)量芯片測(cè)量電網(wǎng) 運(yùn)行參數(shù)，從 而 降 低 了 對(duì) CPU 的要求，精減了軟件設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及抗干擾性。 該控制器適用于低壓配電網(wǎng)無功功率的補(bǔ)償，對(duì)改善電網(wǎng)功率因數(shù)、降低電網(wǎng)損耗具有良好效果和廣闊的市場(chǎng)前景與應(yīng)用價(jià)值.