第２８卷

Ｖ０１．２８

第２期

ＮＯ．２

计算机工程与设计

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎ

２００７年１月

Ｊａｎ．２００７

单片机在电机功率因数测量中的应用

刘新平，

李军

（中国石油大学计算机与通信工程学院，山东东营２５７０６１）

摘

要：在电力系统管理过程中，有必要对功率因数进行实时、准确的测量。介绍了通过测量单相电流及电压之间的相位差

来得到三相系统的功率因数的检测方法，并对该方法的测量原理做了详细说明。由于使用８０Ｃ１９６ＫＣ单片机的外部事件高

速输入ＨＳＩ记录电流、电压过零比较器先后发生正跳变的时刻，从而能够稳定、高速地计算出三相系统的功率因数。实验结

果表明，该方法具有很好的实时性和稳定性。

关键词：单片机；三相异步电动机；功率因数；相位差角；高速输入ＨＳＩ

中图法分类号：ＴＰ２７３

文献标识码：Ａ

文章编号：１０００．７０２４（２００７）０２．０４００．０２

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ

ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ—ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ

ｉｎｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ

ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ｍａｃｈｉｎｅ

ＬＩＵＸｉｎ－ｐｉｎｇ，ＬＩＪｕｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ

ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ

ａｎｄ

Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ

２５７０６１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏ

ｄｅｔｅｃｔ

ｔｈｅ

ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ

ｉｎ

ｔｈｅ

ｃｏｕｒｓｅ

ｏｆ

ｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｐｏｗｅｒ

ｓｙｓｔｅｍｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｍａｎｎｅｒ

ｏｆｔｈｅ

ｐｏｗｅｒ

ｆａｃｔｏｒ

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ｍａｃｈｉｎｅ

ｉｓ

ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔ

ｉｓ

ｃｏｕｎｔｅｄｂｙ

ｔｈｅｐｈａｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ

ｏｆ

ａｎｇｌｅ

ｂｅｔｗｅｅｎ

ｏｎｅ—

ｐｈａｓｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔ

ａｎｄｔｈｅｓａｍｅ

ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅ．Ａｓ

ＨＳＩｏｆｓｉｎｇｌｅ・ｃｈｉｐ—ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｏｆ８０Ｃ１９６ＫＣ’Ｓｅｘｔｅｒｎａｌ

ｅｖｅｎｔｉｓｕｓｅｄｔｏ

ｒｅｃｏｒｄ

ｔｈｅ

ｔｉｍｅｗｈｅｎｔｈｅ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ｏｒ

ｖｏｌｔａｇｅ

ｒｅａｃｈｅｓ

ｚｅｒｏ，ｔｈｅ

ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ

ｏｆｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｓｙｓｔｅｍ

ｉｓ

ｇｉｖｅｎ

ａｔ

ｈｉｇｈ

ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｃａ—

ｓｕｒｅｍｅｎｔ

ｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ

ｔｈｉｓ

ｍｅｔｈｏｄｈａｓｔｈｅ

ｆｅａｔｕｒｅ

ｏｆｑｕｉｃｋｎｅｓｓ

ａｎｄ

ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ－－ｃｈｉｐ・－ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｔｈｒｅｅ－・ｐｈａｓｅａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ

ｃｕｒｒｅｎｔ

ｍａｃｈｉｎｅ；ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ；ｐｈａｓｅ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ

ｏｆａｎｇｌｅ；ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ

ｉｎｐｕｔ

ＨＳＩ

ｏ引

言

在工业生产过程中，往往需要对电动机运行期间的功率

因数进行检测，以便采取相应的补偿措施来提高功率因数，达

到节约电能的目的。若三相负载不平衡，为能比较真实地反

映三相电机的功率因数值，可通过采样三相交流电中的任意

一相的相电流以及另外两相的线电压之间的相位差来得到三

相系统的功率因数。考虑三相三线的情况下，采用其中一相

的相电流和另外两相的线电压之间的相位差来测量功率因数

的接线方式有１２种Ⅲ，需要附加的相序判断电路嘲，本文不作

详细讨论。对于三相对称负载，交流电中任意～相的功率因

数就相当于系统的功率因数。本文给出了通过测量单相电流

及电压之间的相位差来得到三相系统的功率因数的检测方法。

１测量原理

设三相的电压分别为配、砺、％，电流分别为厶、厶、厶，则它

们的表达式如下

Ｅ厶＝Ｕ嘏ｉｎ∞ｆ

【厶＝巩Ｓｉｎ（∞ｆ一１２００）

【，ｃ＝巩Ｓｉｎ（ｍｔ＋１２００）

厶＝ｌＭＳｉｎ（ｃｏｔ—ｐ）

厶＝ｊ漭ｉｎ（∞ｆ一妒一１２００）

Ｉｃ＝ＩｕＳｉｎ（ｃｏｔ－妒＋１２０。）

式中：％表示每相电压幅值，厶表示每相电流幅值，∞表示角频

率，妒表示相电流滞后相电压的相位差角（功率因数角）。图１

给出了三相输电线路的相电压、相电流的矢量图。

针对３种负载情况，妒表达式如下：

Ｉｃ

图１相电压、相电流矢量图

收稿日期：２００５．１２．１

１

Ｅ－ｍａｒｌ：ｌｉｕｘｉｎｐ＠ｈｄｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

作者简介：刘新平（１９６６－－），男，山东金乡人，博士研究生，副教授，研究方向为微机在测控系统中的应用；

李军，男，硕士研究生。

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