用单片机测量三相电网功率因数角的接口电路

为了测量时间r，又为使测量的φ角的精度不受电网频率(或周期T)的影响，采用图所示的接口电路。

由变压器TR取得的UCA线电压信号和由电流互感器取得的线电流iB信号均由检查器转换成相应的方波信号。电压方波信号经G1门反相后，作为测量T/2脉宽的门控脉冲加至G3门输入端，由“或非”门G2得到UCA与iB同时为负的正极性方波脉冲，作为测量时间r的门控脉冲加至G4门输入端。计数脉冲是用8031的ALE脉冲四分频后获得的。因ALE脉冲频率在8031执行非MOVX类指令时是稳定的，且为1/6×晶振频率。因而可用8031内部定时器/计数器T0和Tl对G3与G4门输出脉冲进行计数。上述各点的波形及对应关系已经表示于图1中。

图2中，8031的P3.0用来检测UCA电压过零点。当UCA从正到负过零点时，对应图1中uc(即P3.0)由0变为1，两个计数器T0、Tl同时开始计数;当UCA到了由负到正过零点时，uc则由1变0，计数器T0与Tl同时停止计数。设T0计数器计数值为N，T1计数器计数值为n，所测相角φ可按下式算出：

 

由8031很容易完成上述计算。若再进一步完成查表程序，则按φ角查正弦或余弦表，即可得功率因数cosφ。

 

程序框图

程序流程见下图。此处设计成子程序形式，执行完成后，φ角的二进制整数在31H中，小数部分在30H中，符号在33H中：OOH表示阻性或感性;80H表示容性。φ角的十进制结果则在32H中。cosφ在34H、35H中。

 

开始执行本程序时，不论UCA处于正半周，还是处于负半周，是否过零点，均可确保是从uCA由正变负过零点时开始计数，由负变正过零点时停止计数。