三相有功电能与无功电能测量资料.pdf

三相有功电能与无功电能测量 基于单片机的三相交流电能测量系统设计 姓名 : 张贻旭 专业 : 电气工程 学号 :201030210748 摘要 : 本文介绍了用 8098 单片机测量三相交流电能的设计思想和实现方法，详 细描述了系统的硬件电路和软件设计，阐述了“硬件软件化”的设计方法，并简要 说明了提高系统可靠性的一些措施。 关键词 : 单片机 ; 电能测量 ; 有功电能 ; 无功电能 1、引言 电能表是使用量最大的电工仪表，从产生到现在它已经历了一百多年的历史。 随着科学技 术的不断发展和人们对用电管理要求的日益提高，电能表在原理、结 构和功能上都发生了重大 变化。传统的感应式电能表正逐步被新型电能表所取 代。为了满足人们对用电计量和用电管理的要求，我们采用 8098 单片机作主芯 片，设计出一种新型的电能表——全电子式电能表 ( 以下简称为电能表 ) 。这种电能 表取消了传统感应式电能表的仪表转子，采用现代单片机软硬件技术，成为一种智 能化的仪表。它不仪具有电能计量功能，而且将用电计量、用电管理、监控等功能 集于一身，共有十几种功能。它能计量每月的总有功电能、总感性无功电能、容牲 无功电能和平均功率因数 ; 能计量每日每个时段的有功电能、感性无功电能、容性 无功电能和平均功率因数 ; 能计量一段时间内的最大需量和最大需量出现的时间 ; 能 计量超过功率定值的电能和超过功率定值延续的时间 ; 具有年、月、日、时、分、 秒六种计时功能 ; 分时段计算电费 ; 能用液晶显示器滚动显示各种电量 ; 具有输出打 印功能 ; 具有掉电保护和死机自动恢复功能等。这些功能既体现了电能的商业价 值，又体现了现代管理的要求。因此，这种智能化的电能表是九十年代电力计量系 统中新一代高科技产品。 2、三相交流功率和电能测量原理 要测量三相交流电能，首先需要测出三相交流功率，然后将交流功率对时间积 分，便得到 某一段时间内的三相交流电能。 2.1 三相有功功率和有功电能的测量 在三相三线制电路中，用传统感应式功率表测量三相交流总有功功率，不论电 源和负载是 否对称，一般都采用两瓦特表法测量三相总有功功率。 uui 设 B 相为公共相，表示 A、B 相间的线电压，表示 C、B 相间的线电压，表 示 A 相 CBABA i 负载的相电流，表示 C相负载的相电流，三相交流总有功功率瞬时值为 C P,ui ，ui KABKAKCBKCK uuiuiui 上式中的 、、、分别表示线电压、相电流、线电压、相电 CBCBKCKABKABAAK i 流的第 K个采样点瞬时值。在本系统中，不是采用感应式原理测量总功率， 而是采用四路 A/DC uiui 转换器，分别对、、、采样，将它们转换成数字量，然后用软件按上式计 算就能 CBCABA uiPui 得到一时刻的总瞬时有功功率。假设在一个周期内分别对、、、四个交 流电量 CBCKABA 均匀采样 n 个点 (n 为偶数 ) ，那么在一个周期内的三相交流平均有功功率为 n,11P,ui ，ui (1) ,ABKAKCBKCKnK,0 将平均有功功率对时间积分就得到时间 t 内的有功电能。即 tA,Pdt ,0 通过对我国电力电网谐波成分的分析后知道， 8 次以上谐波电压、电流所占比 例很小。根 据采样定理，只要对电网电压、电流信号的每个周波均匀采样 l6 个点 以上便能满足测量要求。 为了提高测量精度和满足含谐波分量较高的特殊电网的要求，将每个周波的采 样点数确定为 48 个。 2.2 三相交流无功功率和无功电能的测量 在三