用AD7755实现电能有功功率计量

<电气自动化>2003年第25卷第2期 传 用 AD7755实现电能有功功率计量 Using AD7755 to Realize the Active Power Measurement 燕山大学信息科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院(秦生岛 066004) 刘 丰 卢启柱 芦 ▲ IAu Feng Lu Qizhu Lu Xin 摘 要：本文介绍了用 AD7755和AT89C2051单片机实现数字显示式电能 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，给出了系统工作原理、硬件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、软件设计等。 关键词：AD7755 AT89C2051 有功功率测量 谐波分量 Abstract：This paper introduces a method of measuring the power with the AD7755 and the AT89C205 1，and gives the working theory，hardware design and software design method Keywords：AD7755 AT89C205 1 active power measurement harmonis component 【中图分类号]TM933．3 【文献标识码】A 【文章编号】1000．3886(2003)02．0060-02 1 引 言 在用电过程中，必须对用电量进行准确的测量和记录。传统 的计量方法是用机械式电度表对用电量进行纪录，其缺点是精度 差、体积大。采用电子式电能量纪录是目前流行的方法，电子式电 能计量设备精度高，体积小，容易和微机接口，能实现电能管理网 络化。 在组合式高压光纤电流、电压互感器的研究过程中，需要用 电流互感器和电压互感器的输出信号进行功率的计量。我们采用 了 ADI公司的电能计量芯片 AD7755和 ATMEL89C2051单片机 配合 ，完成功率表的设计，经过单片机换算 ，实现对高压电力线上 的有功功率测量的目的。 2 AD7755工作原理 AD7755是美国 ADI公司专门为电能测量设计的芯片，它精 高度，满足 50Hz／60Hz IEC 521／1036标准的精度要求，在 500：1 的动态范围内误差小于 0．1％。AD7755采用输出频率和有功功率 成正比的方法来实现有功功率的测量。其内部框图如图 1所示。 图中 CH1和 CH2分别接电流互感器和电压互感器的电压信号输 出。在接入的过程中要注意用放大器把互感器的输出信号调整到 AD7755的有效输入范围内，即电流通道 CH1的输入范围为峰值 电压 ±470mV，电压通道 CH2的输入范围为峰值电压 ±660mV。 AD7755采用数字方法实现对有功功率到频率的变换，图中 电流互感器输入通道 CH1的信号经过可变增益放大器 PGA后进 行A／D变换，再经高通滤波滤除电流互感器中可能存在的直流信 号；电压互感器的输出信号直接进行 A／D变换，其结果和电流通 路上的数字信号进行数字相乘，再经过数字低通滤波，最后经过 数字／频率转换 ，得到几路能满足不同应用要求的频率输出信 号。 AD7755有功功率是从瞬时功率信号推导得到。而瞬时功率 是电流和电压信号直接相乘的结果，为了得到有功功率分量 (直 流分量)只要对瞬时功率信号进行低通滤波就行了。 设电压互感器上的电压信号为： 口rt =Vcosr∞t) 电流互感器上的信号为： 60 l Electrical Aucomation 图1 AD7755内部工作原理图 ift =／cos( ) 则瞬时功率： P(t)： {1+ ∞(2 )} (1) 二 对 (1)式进行低通滤波，滤去交流分 量，就得到瞬时有功功率。 AD7755的输 出频率就是对上述 有功功率信息积累产生的，因此输出 频率正比于有功功率，我们把输出频 率脉冲进一步累加，就能获得电能计 量信息。 AD7755的这种计量方法也适用 维普资讯 http://www.cqvip.com 非正弦电压和电流信号，因为可以把非正弦信号用付里 叶变换分解成不同频率的正弦信号，把瞬时电压和电流 的谐波分量进行如上的计算，一样可以得到有功功率分 量，所以高次谐波的有功功率一样可以被计量，能够正 确地满足电力计量的要求。 假设非正弦电压信号的付里叶变换后的谐波分量 之和形式为： 口(t)=Vo+ ∑ ×sin(htot+ ) ^ t 』 式中： 口rtJ——瞬时电压 — — 电压通路中的直流分量 — — h次谐波电压有效值 — — h次电压谐波的相位 (2) 电压互 ●量 <电气 自动化)2003年第 25卷 第 2期 =Io+ ∑，^×sin(hog+ ) (3) ^ 0 式中： irtJ——瞬时电流 ，0——电流通路中的直流分量 ，^——^次电流谐波有效值 肋——h次电流谐波的相位 利用式 (2)和 (3)，有功功率 P可以用它们的基波有功功率 Pt和谐波有功功率 之和表达。 即 ： P= PI+ Pt= Vt×Iicos妒I 妒l=al一／3, (4) 二 PH= ×hcos6~ ^ I = 一 (5) 从上面分析可以看到 ，由电压和电流波形提供的各次谐波都 产生谐 波有功功率分量 ，这些谐 波分量的功率 同样 能够被 AD7755累计计算。 3 系统硬件电路设计 本设计采用 AT89C2051作为主控制芯片，把 AD7755的频率 输出作为 2051的计数器 1D的计数脉冲输入，2051对计数进行累 计后 ，得到每一段时间间隔的有功功率消耗，然后把累计的用电 量每隔一段时间写入串行 EEPROM中。 这里的串行 EEPROM采用 Xicor公司的X25045。该芯片具有 512字节的串行 EEPROM可擦写次数达到 l0万次。该芯片集成了 复位控制器、看门狗定时器、串行 EEPROM三大功能于一体，能很 好地同2051接口，同时实现了数据存储和 CPU监控的功能，大大 简化了外围电路的设计。 有功功率在每次累加的同时，2051把总消耗的功率送显示器 显示。显示接口采用显示控制专用芯片 MAX7219，该芯片能驱动 八位 LED显示器，只需要一只电阻设置电流大小 ，采用简单的三 线接口和 CPU通信，能自动对LED进行扫描，实现动态显示。 图2 电能计量表原理图电路 4 系统软件设计 系统上电后开 始初始化过程，设 置 TD为外部计数 方式 ，对 AD7755 输出的频率信号进 行计数。Tl设置为 内部定时功能，当 计时一段 时间后 ． 就产生中断，把 1D 的 计 数 值 读 入 CPU，并计算累计 的 电 量 ， 写 入 X25o45。然后调显 示 程 序 ， 改 写 MAX7219中 显 示 缓冲区的内容，进 行电量实时显示。 系统软件采用结构 化设计，程序流程 图如下： 5 结 语 图 3 电能计量表主程序流程圈 本文用 AD7755和 2051单片机实现了数字式电能计的设计， 实现了对电能使用情况的长期保存和实时显示，满足了组合式光 纤电流、电压互感器用功率计的要求。 参 考 文 献 [1】韩明岗 ． X25043／5在电能表中的应用 ．力源电子工程杂志， 1999(3) [2】华宇宁，丁琦 ．利用单片机实现多路功率测量 ．沈阳工业学院学 报 ．2000(6) [3】ATMEL公司，AT89C2051使用手册 维普资讯 http://www.cqvip.com