ADE7763芯片数字化功率因数测量仪的设计与研究(2)

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国内对于电能质量研究起步较晚，上世纪80年代有科研院所开始谐波的研究工作，接着有一些公司开始致力于电能质量检测装置的开发和研究工作，并取得了一定的成果。但是随着科技的发展，我们需要的电能越来越大，功率因数的出现，使得功率因数测量仪随之产生。

目前国内致力于功率因数测量仪的公司有很多，虽然这些测量仪能够进行普通的测量，但总体而言与国外的差距比较大，主要体现在：测量精度距离国际先进水平还有较大差距；检测指标单一，不能进行全面的测量；配套软件功能简陋，不能对数据进行丰富可靠的分析；欠缺友好的界面和良好的操作体验；产品缺乏相应国家标准或工业标准的规范为国内同类仪器普遍使用的硬件结构，采用一个数字信号处理器进行采样、数据计算和进行人机交互，AD一般为14位或更高，没有瞬变电压的检测功能，结构简单，功能单一。所以迫切需要一些简单并且经济划算的功率因数测量仪。

1.3 研究内容

功率是电力负荷的一个重要参数,最常用测量方法是过零法,该方法通过测量两信号过零点的时间差,经过进一步处理获取功率因数。这种方法原理简单,但电路复杂,而且由于未能充分利用被测信号包含的信息,精度不是很高,抗干扰能力较弱。另外一种方法是用傅立叶变换分别求出基波电压和电流信号的初相位,然后根据相位差计算功率因数。这种方法易受到频率波动、频谱泄漏等因素的影响。还有一种常用的方法是分别求出有功功率和视在功率,二者的比值即是功率因数。这种方法对多种误差因素都有很好的免疫能力, 因此原理上要优于前两种方法。具体实现起来,早期的方法使用模拟乘法器、积分器、除法器实现,精度不，灵活性不足。后来引入A/D 转换器和单片机来实现数字化测量,数字化测量方法具有电磁兼容性好,方便灵活等优点。但早期单片机较低的时钟频率,8位字长, 有限的内存都限制了精度和速度的提高。最近几年更高性能的DSP被引入该应用领域,较好地满足了精度和速度要求。但基于DSP的测试仪表系统构成较为复杂,开发周期较长, 成本也较高。在本文中,我们选用多功能电能计量芯片ADE7763来实现功率因数的测量。它将AD转换器和数字信号处理功能集成到单个芯片内,能够完成有功功率、视在功率等参数的准确测量。依据有功功率和视在功率,就可以由控制器计算出功率因数。论文网

2 系统总体设计

2.1 功率因数的测量方法和原理

2.1.1 测量功率因数的方法

对功率因数的测量一般有两种方法：

方法1：测量电器上电压和电流的相位差,将相位差作为功率因数角，再转换为功率因数值。这种方法实现简单，是目前一些测量功率因数的仪器的常用方法，但它具有一定的局限性，即要求被测量电压、电流为正弦波，在电压或电流波形有畸变的情况下，测量误差相当大。

方法2：测量电器上的电压和电流的瞬时值通过计算机计算有功功率及总功率。由功率因数定义计算出功率因数。该方法适用范围广,测量精度高本方法除可用来测量电器的功率因数外,还可用来测量电感、电容的功率因数,以求得电感、电容的介质损耗参数。

因此选择方法2为本设计的方案。

2.1.2 功率因数的测量原理

功率因子表征着灯具输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A的乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因数，在交流电路中，电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数，用符号表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即：文献综述