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基于PIC16F73的三相共补复合开关研制

基于PIC16F73的三相共补复合开关是一种应用于低压配电网无功补偿系统的智能化控制装置。该装置以Microchip公司生产的高性能8位单片机PIC16F73为核心控制器，结合电压、电流检测电路、过零检测电路和驱动电路，实现对三相电力电容器的智能投切控制。

系统通过实时采集电网的电压、电流信号，计算出当前功率因数及无功需求，依据设定的控制策略，判断是否需要投入或切除电容器。为减小投切过程中产生的冲击电流和电弧，系统采用过零触发技术，确保在电压或电流过零点进行开关动作，从而提高设备寿命和运行稳定性。

该复合开关具有体积小、响应快、精度高、抗干扰能力强等优点，支持三相共补补偿方式，适用于不平衡负荷场合下的动态无功补偿需求。此外，系统还具备完善的保护功能，如过压、欠压、缺相、谐波越限等异常情况的自动检测与报警机制，保障系统的安全可靠运行。

综上所述隔墙工程轻钢龙骨隔墙施工工艺ppt.ppt，基于PIC16F73的三相共补复合开关集数据采集、分析判断与执行控制于一体，是现代配电系统中实现高效、节能、智能化无功补偿的理想解决方案。

低压电器（2010No3）

欧阳明星（1980—）， 男，讲师，硕士研究 生，研究方向为数 字信号处理及智能 测控。

QUYANG Mingxing'²，ZHU Haiyang²，HUANG Xiaolin

College of Information Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006， China; 2. Department of Electrical Engineering, Guangdong Songshan Polytechnic College, Shaoguan512126,China)

朱海洋（1978一），男，讲师，硕士，主要从事计算机控制及其应用研究。 黄晓林（1971一），男，工程师，主要从事微机处理教学及其应用研究工作

设计一种基于PIC16F73单片机的三相共补 投切开关，并制作出样机，测试效果良好。

感性负载从电网汲取无功功率，负载消耗的 无功功率将使其增加额外损耗，降低其输出效率。 可以在设备两端并联电容器来补偿功率因数（见 图1(a)），图1(b)为补偿前后电流矢量图。图1 （b)中，设1为总电流，i为负载电流，i为流过电 容器的电流，电容器C并联前无功电流分量为 Isin，并联后无功电流分量为Isin，有：

低压电器（2010No3）

（a）电容补偿电路 （b）电流矢量图

由式(1)可知，i2等于总的无功分量所减少的电 流值3，即在负载两端并人电容器后抵消了一部 分电感电流，电感电流减少了，总电流也就减少 了，提高了功率因数4]

1.2“2控3"共补方式

对三相电源功率因素的补偿，分为三相共补 和单相分补两种方法。可以通过复合投切开关控 制电容器C接人和脱离电路。当需要补偿时，投 切开关把电容器C接人电路，当不需要补偿时投 切开关自动拆除电容器C。事实上，投切开关控 制电容接人及拆除动作时间要足够快，否则极有 可能产生电弧。继电器是常见的开关器件，允 许通过大电流，但继电器开关响应时间慢。晶闸 管(SCR)响应速度快，但不宜长时间通大电流，因 补偿时间过长会被烧坏。结合继电器负载电流大 及SCR响应速度快的特点，设计SCR一继电器复 合投切开关。 三相共补开关原理如图2所示。A、C相接复 合开关，B相直通。因为B相接通与否对投切影 响不大，取消B相复合开关可以节省晶闸管和继 电器等器件[67]，这即所谓的“2控3”模式。KR 继电器采用磁保持继电器，具有磁保持功能，只需 要通以数毫秒脉冲即可控制其通断，进一步节约 电能。投切时，先控制SCR快速导通，然后闭合 继电器。拆除时，先断开磁保持继电器，再关断 SCR。SCR导通时瞬间可以承受较大电流，继电

（a）共补投切开关 （b）单相投切模型 图2三相共补开关原理

智能电器及计算机应用

器吸合后便可断开SCR。

电路中有储能电容器C的存在，若将其随机 投入电网会给电源带来高频振荡、电流冲激等不 利影响，叠加高压甚至会损坏SCR。图2(b)的 单相电源补偿模型是一个典型RLC二阶系统3， 设电源方程为

2.(t)=1E1 cos(t+Φ）

di(t) +Ri(t)+uc(t)=e(t) df

考虑式（3）的一个特解，C的电压即为

流过R、C、L的电路均为同一电流，对式(4) 微分3得

其中，lul=√2x318V=537V。 令式(5）中p=0，上式说明，电流与电压容器 的电压相差90°，当电容器端电压最大时，流过电 容器电流为0，当式(5)电流i=0时，电容器两端 承受线电压最大值。再考虑图2（a)电路中电流 变化率[4

·智能电器及计算机应用

投切开关应具有电压过零投人、电流过零自 然关断的功能，投人与切除不会产生冲击电流，响 应迅速，具有缺相、过压、欠压保护功能。由于投 切开关工作的电磁环境恶劣，并且开关本身也会 产生电弧干扰，为保证其工作稳定可靠，应选择抗 干扰能力强的CPU。PIC16F73是一款高性能 RSIC单片机，内置资源丰富，集成2路PWM发生 器，5通道8位ADC，具有IC、SPI、UART串行通 信口，22个通用I0口。集成4KBFlash，192B RAM[】。以PIC16F73为核心的复合投切开关结 构框图如图3所示，包含主控CPU、电压过零检测 电路、晶闸管驱动触发电路、磁保持继电器驱动等 电路。

触发及过零检测电路如图4所示。图中，R3、 U1、U2等构成过零检测电路，检测交流电的过零 点。当交流由负变正时，光耦U2导通，低压侧跳 变成低电平；当交流由正变负时，U2截止，低压侧 输出高电平。可见，在1个正弦波周期内，U2输

图4触发及过零检测电路

低压电器（2010No3

出一个方波，且方波的每个边沿对应交流电的过 零点，可作为电容投入控制信号。因光耦的非线 性特性，U2输出方波的上升沿和下降沿不够陡 峭，且不能完全与交流电过零点对齐，经施密特触 发器U1整型。 晶闸管触发电路由2只单向高压SCR反向 并联构成。该电路采用的变压器具有稳定、可靠 的特点。图4中VT1、VT2、T1等构成触发脉冲激 励电路。启动CPU的PWM发生器产生约20kHz 的方波送到VT3放大，从变压器的次级感应出两 组三角波脉冲，用以触发VT1、VT2导通。

2.2磁保持继电器驱动电路

磁保持继电器是一种新式继电器，有双绕组 和单绕组两种类型。本设计选用单绕组继电器， 设计的三极管电流驱动、CMOS电平转换电路如 图5所示。该电路简单可靠，无需调试即可工作。

2.3关键元件参数设计

低压电器（2010No3）

如上升沿不陡，这将导致SCR不能可靠触发某市政道路工程项目施工组织设计，使 其发热。加载时，由于次级所接负载很小，变压器 输出的是双极性三角波。

程序分两个部分，图6为主程序流程图。程 序启动后检测投切控制信号，如果检测到有效信 号则开始检测A、C相过零信号，如果检测到过零 信号则控制A、C相的SCR导通，接着控制A、C相 继电器吸合。拆除投切时，程序依旧要先检测A、 C过零信号，先控制A、C相SCR导通，接着断开 A、C相继电器，延时一段时间后断开继电器。投 切时启动定时器定时200ms，若200ms内没有检 测到A、C相过零信号则认为开关出故障，拆除已 投人电网的电容，以保证电网平衡。此外，通过 CPU内置的ADC实时检测三相电网大小，以避免 投切开关在电压过高或过低时工作。

在感性负载两端并接补偿电容器，是一种简

2010年2月3日，ABB与广东四会互感器厂有限公 司签署合资协议，成立广东四会ABB互感器有限公司。 新公司将成为ABB全球中压互感器生产基地之一，主要 设计、制造生产开关设备所需的互感器、传感器和中压绝 缘组件。 ABB(中国）有限公司董事长方秦在当天的签约仪式 上表示：“新公司的成立后，ABB在华企业总数将达到30 家。这是ABB坚持在华投资和发展的又一有力举措。过

·智能电器及计算机应用·

ABB在中国建立全球中压互感器生产基地

去6年中，ABB在华年均投资额超过1亿美元。 新公司计划于2010年第3季度正式投产db11∕t 1625-2019 场地形成工程勘察设计技术规程，产品将供 应给ABB本地开关设备企业，同时面向国内外市场销售。 新公司成立后，将陆续引进生产ABB全球技术领先的、具 有体积小、高效节能等突出优点的中压传感器，进一步提 高企业的竞争力。

（ABB（中国）有限公司供稿）