遼寧工業(yè)大學電子與信息工程學院 趙子龍 李光林 蔡坤良

簡易電能質(zhì)量測試儀設(shè)計

遼寧工業(yè)大學電子與信息工程學院 趙子龍 李光林 蔡坤良

本簡易電能質(zhì)量測試儀由電源模塊、信號采樣與處理模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和單片機模塊等構(gòu)成，能準確的對一路交流工頻電的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率和功率因數(shù)進行測量。本系統(tǒng)的優(yōu)點在于成本低廉，硬件簡單，擴展性強，電壓、電流、功率的測量精度滿足要求。

電能質(zhì)量；工頻交流電；單片機；信號采集

1 引言

目前測試有功功率，無功功率等指標要么需要比較昂貴的電子測量儀器，要么測量精度不高，而且不能直接得到需要測量的功率因數(shù)等指標。本設(shè)計簡易電能測試儀采用簡單的硬件電路（電壓、電流互感器、乘法器）及必要的外圍設(shè)備，可實現(xiàn)對交流工頻電的電壓有效值，電流有效值，有功功率，無功功率，功率因數(shù)等電能指標的實時測量并顯示。該系統(tǒng)具有測量精度高，抗干擾能力強，測量結(jié)果直觀，可通過編程拓展應(yīng)用等優(yōu)點。

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本檢測裝置主要有主控制器模塊、顯示模塊、按鍵模塊和信號變換與處理模塊等組成，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

由電壓傳感器、電流傳感器進行輸入信號的電壓信號、電流信號采集，對輸入電壓信號的頻率進行64倍頻，并以倍頻后的頻率作為A/D的采樣頻率，則D/A采樣間隔會隨電壓信號頻率的變化而相應(yīng)變化，能夠?qū)崟r采樣。采集后的電壓信號按照一定的增益轉(zhuǎn)換為0-5V電平，電流信號也轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，兩路信號送入由AD633組成的乘法器中相乘，采集的電壓信號、電流信號以及乘法器輸出信號由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給單片機。單片機STC89C52捕捉兩路波形計算電壓、電流有效值，然后根據(jù)有效值和相位計算有功功率、無功功率、視在功率以及功率因數(shù)并通過顯示模塊進行顯示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 信號采集與乘法電路

該電路可實現(xiàn)信號的采集與處理。如圖2所示。

3.2 A/D轉(zhuǎn)換單片機接口電路

由MAX197完成A/D轉(zhuǎn)換功能。通過STC89C52的P10～P17與MAX197的D0～D7相。

圖2 信號采集與乘法電路原理圖

作片選信號，則MAX197的高位地址為7FH。在電路中，AGND和DGND應(yīng)相互獨立。

4 系統(tǒng)測試與誤差分析

4.1 測試

采集工頻交流電的電壓信號和電流電壓信號，可由示波器直接觀察采集的信號也可由單片機處理并顯示，計算出電壓、電流有效值、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等，如圖3所示。4.2 誤差產(chǎn)生原因分析