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功率因数

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毕业设计（论文）题目:功率因数表专业:电气系班级:08216学号:12姓名:吕运朋指导老师:焦小梦成都电子机械高等专科学校二〇〇七年六月论文摘要摘要：在对传统的功率因数测量方法分析的基础上，提出了电力系统中的功率因数的基本算法：即基于工频量的功率因数的求取方法。

传统的测量方法没有很好的考虑系统的不对称性所造成的谐波以及非周期分量对功率因数测量的准确性的影响，测量精度不够。

如果采用单片机为控制核心来测量交流量，可以大大提高精确度和可靠性，也会使测试设备的体积变小，重量减轻。

本文介绍的是利用8051单片机进行电机功率因数测量的方法，具有硬件简单、测量快速、实现方便的特点。

关键词：单片机单相电路 MSC-51 功率因数检测AbstractIntelligent power factor control device consists mainly of power factor and power factor control measure of a kind of electronic products. CeLiangBu group should include the voltage and current signal extraction, filtering, plastic and the phase information of φ ex traction, processing, display circuit, mainly use voltage, current transformer, the comparator, flip-flop, 51 devices such as control core, Control section is mainly composed of resistance and inductance and capacitance four series and parallel into GLC multiples of capacitance 8421 circuit and 51 core control components. Digital circuit should be refreshed and range data clew etc. Function. Measurement part can measure the grid of power factor and displayed in the digital control part of the tube, is through the use of the power button for regulating needs, and then based on single-chip numerical algorithm of software will need conduction of capacitance and the size of the relay to the corresponding GLC circuits and capacitance value corresponding capacitance by conduction. To control requirements.Key words:coder,encoder,flip-latch,counter,multivibrator目录论文摘要 (I)Abstract (II)第1章技术要求 (1)1.1功率因数的定义 (1)1.2影响功率因数的主要因素 (2)第2章功率因素的检测 (3)2.1元件及作用 (3)2.1.1显示 (3)2.1.2时钟电路 (3)2.2功率因素测量的原理 (4)2.2.1传统的测量方法 (4)2.2.3目前测量方法 (6)2.2.4测量原理 (7)第3章设计方案 (9)3.1 总体设计方案 (9)3.1．1功率因数表测量方案 (9)3.1.2功率因数表控制方案 (10)3.2单元模块设计 (10)3.2.1电源电路 (10)电源电路的分析： (10)功率因数表工作电压范围很宽，所以对稳压电源有特殊要求。

一般电网电压在130～250V或250～500V之间，考虑到一定的余量，其电压适应能力至少在3倍以上，此外还要有一定的安全区，在安全区中，功率因数表虽然不能精确工作，但应不会损坏。

电源部分可采用专门设计的可控硅式[3]或磁饱和式宽动态范围稳压电源。

可控硅式电源工作电压动态范围宽，损耗小，性能好，技术要求较高；磁饱和式电源技术要求较低，但总损耗较大，工作电压动态范围也较窄。

(11)电源电路的模拟图： (11)3.2.2电压和电流的信号提取电路 (11)3.2.3滤波、整形电路 (12)3.2.5 相位差φ的信息处理、控制电路 (13)3.2.6 数显、按键电路 (15)3.2.7测量部分的总体电路图 (16)3.2.8 测量模块主要元器件介绍 (17)3.3功率因数表控制电路设计 (20)3.3．1控制模块的总体电路图 (20)第4章软件设计 (22)4.1 流程图及其功能 (22)4.2 部分程序清单（见附录） (24)4.3 系统功能 (24)第5章总结 (25)第6章参考文献 (26)参考文献 (26)第7章感谢 (27)附录 (30)引言目前电网中电器的类型越来越多，电网的运转情况越来越复杂，及时了解电网中各支路的功率因数对整个电网的调度日益重要。

目前普遍使用的机械式功率因数表只能用于一个支路，并且无法利用计算机集中管理。

本设计以MSC—51型MPU为控制核心，在相同电压下，16个不同的电流支路可以合用一个功率因数表，采用独特的数据采集方法而不再使用电压传感器和专用模数转换器，内含固化的监控程序和可用密码进行动态升级的数据处理程序，配以专门设计的宽动态范围稳压电源，数据处理能力强，工作电压动态范围大，抗脉冲干扰能力强，成本低，温度稳定性好。

该功率因数表还配有专用的串行通信口及相应软件，可以随时动态升级工作软件，为管理电网提供了及时的帮助。

只用一个按钮，此表就可以显示各支路的功率因数。

第1章技术要求1.1功率因数的定义在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。

功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。

功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。

功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

所以，供电部门对用电单位的功率因数有一定的标准要求。

(1) 最基本分析：拿设备作举例。

例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。

然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。

很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。

(我们日常用户的电能表计量的是有功功率，而没有计量无功功率，因此没有说使用70个单位而却要付100个单位的费用的说法，使用了70个单位的有功功率，你付的就是70个单位的消耗)在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。

功率因数是马达效能的计量标准。

(2) 基本分析：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。

功率因数是有用功与总功率间的比率。

功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。

(3) 高级分析：在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。

两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。

功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。

1.2影响功率因数的主要因素(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。

据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。

所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

(2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。

因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。

当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。

当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。

但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。

所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

第2章功率因素的检测2.1元件及作用2.1.1显示在单片机应用系统中，驱动LED数码管有很多方法，按显示方式分，显示器显示有静态显示和动态显示（扫描）显示，按译码方式可以分硬件译码和软件译码之分。

静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。

动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据有闪烁感，占用的CPU时间多。

这两种显示方式各有利弊；静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。

硬件译码就是显示的段码完全由硬件完成，CPU只要送出标准的BCD码即可，硬件接线有一定标准。

软件译码就是用软件来完成硬件的功能，硬件简单，接线灵活，显示段码完全由软件来处理，是目前常用的显示驱动方式。

本次设计只有查看数据才需显示，所以显示时间很短，此表采用动态扫描的方法显示和软件译码。

将3只LEDD 段位都连在一起，它们的公共端则由7447分时选通，这样任何一个时刻，都只有一位LED在点亮，也即动态扫描显示方式，使用串行口进行LED通信，程序编写相当简单，用户只需要将显示的数据直接送串口发送缓冲器，的单串行中断即可。

数码显示采用3个LED显示器组成，单片机处理后送出的显示数据一般为BCD码，由外扩的BCD码到7段显示码的硬件译码器，对BCD码进行译码后得到LED显示码，送给显示器显示所需的字符，这里采用的硬件译码器件是CD4051,3位LED动态扫描显示电路。

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电路功率因数计算公式

电路功率因数计算公式

电路功率因数计算公式功率因数（PF）=有功功率（P）/视在功率（S）其中有功功率可以通过电路中的电流（I）和电压（V）来计算，公式为：有功功率（P）= 电流（I）× 电压（V）× cosθ其中θ表示电路中电流与电压之间的相位差，也称功率因数角或相位角，取值范围从0到90度。

对于纯电阻负载，θ为0度，功率因数为1；对于电感负载，θ大于0度，功率因数在0到1之间；对于电容负载，θ小于0度，功率因数在0到1之间。

为了计算视在功率（S），需要知道电路中的电流和电压的大小。

对于交流电路的计算，电流和电压是变化的。

因此，为了得到准确的视在功率，需要进行功率因数的平均计算。

常用的方法是通过电流和电压的有效值来计算。

视在功率（S）=电流（I）×电压（V）所以，综合起来计算功率因数的公式为：功率因数（PF）=有功功率（P）/视在功率（S）= （电流（I）× 电压（V）× cosθ） / （电流（I）× 电压（V））简化后可以得到：功率因数（PF）= cosθ这表示功率因数等于电路中电流与电压之间的相位差的余弦值。

通过计算功率因数，可以评估电路中有用功率的利用率。

当功率因数接近1时，表示电路中所提供的有用功率较高，电能利用率也较高；当功率因数接近0时，表示电路中所提供的有用功率较低，大部分电能被浪费。

在实际电路中，功率因数的计算对于电力系统的设计和运行非常重要。

低功率因数会导致系统效率下降、设备损坏、网络拥塞等问题。

因此，在设计和运行电路时，需要采取措施来提高功率因数，例如安装功率因数校正装置、改变电路的组成等。

总之，电路功率因数计算公式是通过有功功率与视在功率的比值来计算的，其数值范围在0到1之间。

通过计算功率因数，可以评估电路中有用功率的利用率，为电力系统的设计和运行提供指导。

功率和功率因数的换算公式

功率和功率因数的换算公式

功率和功率因数的换算公式
1. 基本概念。

- 功率（P）：功率是指物体在单位时间内所做的功的多少，单位为瓦特（W）。

对于直流电路，功率P = UI，其中U是电压，I是电流。

对于交流电路，
P=UIcosφ，这里cosφ就是功率因数。

- 功率因数（cosφ）：功率因数是交流电路中电压与电流之间相位差φ的余弦值，它反映了电路中电能被有效利用的程度。

- 已知功率P、电压U、电流I，求功率因数cosφ：
- 由P = UIcosφ可得cosφ=(P)/(UI)。

- 已知功率因数cosφ、电压U、电流I，求功率P：
- P = UIcosφ。

3. 对于三相交流电路（对称三相电路）
- 对于三相三线制（三角形接法或无中性线的星形接法）：
- 功率P=√(3)UIcosφ。

- 若已知功率P、线电压U、线电流I，求功率因数cosφ，则
cosφ=(P)/(√(3)UI)。

- 对于三相四线制（星形接法有中性线）：
- 功率P = 3U_相I_相cosφ（这里U_相是相电压，I_相是相电流）。

- 如果已知功率P、相电压U_相、相电流I_相，求功率因数cosφ，则
cosφ=(P)/(3U_相)I_{相}。

功率因素是什么意思

功率因素是什么意思

功率因素是什么意思功率因素是什么意思？功率因数是交流电路的重要技术数据之一。

功率因数的高低，对于电气设备的利用率和分析、研究电能消耗等问题都有十分重要的意义。

所谓功率因数，是指任意二端网络（与外界有二个接点的电路）两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。

在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，它等于由此可以看出，电路中消耗的功率P，不仅取决于电压V与电流I的大小，还与功率因数有关。

而功率因数的大小，取决于电路中负载的性质。

对于电阻性负载，其电压与电流的位相差为0，因此，电路的功率因数最大（)；而纯电感电路，电压与电流的位相差为π／2，并且是电压超前电流；在纯电容电路中，电压与电流的位相差则为－（π／2），即电流超前电压。

在后两种电路中，功率因数都为0。

对于一般性负载的电路，功率因数就介于0与1之间。

一般来说，在二端网络中，提高用电器的功率因数有两方面的意义，一是可以减小输电线路上的功率损失；二是可以充分发挥电力设备（如发电机、变压器等）的潜力。

因为用电器总是在一定电压U和一定有功功率P的条件下工作，由公式:可知，功率因数过低，就要用较大的电流来保障用电器正常工作，与此同时输电线路上输电电流增大，从而导致线路上焦耳热损耗增大。

另外，在输电线路的电阻上及电源的内组上的电压降，都与用电器中的电流成正比，增大电流必然增大在输电线路和电源内部的电压损失。

因此，提高用电器的功率因数，可以减小输电电流，进而减小了输电线路上的功率损失。

提高功率因数，可以充分发挥电力设备的潜力，这也不难理解。

因为任何电力设备，工作时总是在一定的额定电压和额定电流限度内。

工作电压超过额定值，会威胁设备的绝缘性能；工作电流超过额定值，会使设备内部温度升得过高，从而降低了设备的使用寿命。

对于电力设备，电压与电流额定值的乘积，称为这台设备的额定视在功率S额即S额＝U额I额也称它为设备的容量，对于发电机来说，这个容量就是发电机可能输出的最大功率，它标志着发电机的发电潜力，至于发电机实际输出多大功率，就跟用电器的功率因数有关，用电器消耗的功率为功率因数高，表示有功功率占额定视在功率的比例大，发电机输出的电能被充分地利用了。

功率因数

功率因数

一二功率因数功率因数定义 功率因数，英文名称为Power Factor，简称PF，常用符号为λ。

功率因数是电力系统的一个重要技术参数，功率因数为有功功率和视在功率的比值，由于在正弦电路中，功率因数等于位移因数cosφ，功率因数与位移因数两个概念容易被混淆，甚至，大多数人认为，cosφ就是功率因数。

在非正弦电路中，功率因数与位移因数有不同的物理意义，两者有本质的区别。

对于某个设备，如果其输入有功功率，有功功率为正值，反之，输出有功功率，有功功率为负值。

因此，功率因数的取值范围为：-1~+1。

《GB/T 2900.1-2008 电工术语 基本术语》中，将有功功率与视在功率的比值定义为有功因数，而将功率因数定义为有功功率的绝对值与视在功率的比值。

按照这个定义，功率因数的取值范围为：0~1。

本文遵循一般习惯，沿用有功功率与视在功率的比值这个定义。

功率因数相关基础知识 视在功率也称表观功率，视在功率定义为电压有效值与电流有效值的乘积，用S表示，基本单位为VA，即： S=UI (1) 有功功率定义为瞬时功率在一个周期内的积分的平均值，用P表示，基本单位为W，假设交流电周期为T，电压、电流的瞬时值表达式分别为u(t)、i(t)，有功功率按照下式计算： (2) 有功功率也称平均功率。

在正弦交流电中，根据有功功率的定义式，下式成立： P=UIcosφ (3) φ为电压、电流的相位差，cosφ为位移因数。

无功功率Q按下式定义： Q=UIsinφ Q的单位为Var。

因此，在正弦电路中，下式成立： S2=P2+Q2三 由于正弦电流电路中的有功功率、无功功率、和视在功率三者之间是一个直角三角形的关系，可以通过“复功率”来表示。

若用视在功率S表示复功率，则有功功率P为复功率的实部，而无功功率Q为复功率的虚部。

对于感性负载，Q为正值，对于容性负载，Q为负值。

在非正弦电路中，无功功率的定义有所改变，将基波和谐波电压、电流相位差引起的无功功率定义为位移无功功率，将由不同频率成分电压和电流引起的无功功率定义为畸变无功功率，而将两者的方和根称为广义无功功率。