CN206725649U - 一种功率因数的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种功率因数的测量装置，该装置用于测量三相交流电功率因数，其包括测量电路、控制模块和显示模块，测量电路包括信号输入端和信号输出端，信号输入端用于接收测量的线电压和相电流信号，信号输出端与控制模块相连，并将经测量电路处理后的线电压和相电流信号传给控制模块，控制模块用于分析计算功率因数以及判断阻抗的容性或感性，并与显示模块相连接，显示模块用于将控制模块分析计算的结果显示出来。本实用新型可有效解决传统测量方法复杂、精确不高的问题，具有结构简单，成本低，易于实现，且稳定可靠，适用于各类电气设备，有很广的市场前景。
Description
技术领域
本实用新型属于功率因数测量技术领域，具体涉及一种功率因数的测量装置。
背景技术
功率因数是电力系统的一个重要的技术数据，也是衡量电气设备效率高低的一个重要系数。功率因数的大小与电路的负荷性质有关，比如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。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。因此，知道电源带上负载后的功率因数对了解电气设备效率的高低非常重要。
目前，功率因数是电网上对应的相电压与相电流的相位差φ的余弦值，一种常见的功率因数COSφ定义：COSφ＝P/S，其中P为三相系统总功率，S为总视在功率,且S＝UAIA+UBIB+UCIC。然而，使用此定义来计算功率因数需要用电压表、电流表测出三相的相电压UA、UB、UC以及相电流IA、IB、IC，从而求得总视在功率S，再用功率表测得三相系统总功率P，由公式COSφ＝P/S求出功率因数，其操作复杂，精度低，并且传统模拟仪表测量功率因数同样存在不精确的问题。
对于对称的三相电路,线电压UBC与相电压UA滞后90°,功率因数COSφ可根据检测对应的 UA和IA的时间差t,且t＝t90°-tφ。根据此式可确定负载的性质：当t＞0时，负载呈感性；当 t＜0时，负载呈容性。而相位差周期T＝1/f＝2t180°＝4t90°，从而相位差可进一步表示因此只要测出t180°和tφ值，就可以计算出功率因数。
实用新型内容
根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种功率因数的测量装置，通过测量电路对线电压和相电流波形变化的检测，再将信号传输给控制模块分析计算直接得出功率因数，并通过显示模块显示出来。解决了传统测量方法复杂、不精确的技术问题，具有结构简单，成本低，易于实现，测量精度高的优点，且适用于各类电气设备。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型提供的功率因数的测量装置，该装置用于测量三相交流电功率因数，包括测量电路、控制模块和显示模块，所述测量电路包括信号输入端和信号输出端，所述信号输入端用于接收测量的线电压和相电流信号，所述信号输出端与所述控制模块相连，并将经所述测量电路处理后的线电压和相电流信号传给所述控制模块，所述控制模块用于分析计算功率因数以及判断阻抗的容性或感性，并与所述显示模块相连接，所述显示模块用于将所述控制模块分析计算的结果显示出来。
上述装置中，所述测量电路还包括第一比较器、第二比较器、第三比较器、多个电阻以及多个二极管，所述第一比较器和第二比较器的正极输入端分别通过多个所述二极管和电阻与所述测量电路的信号输入端相连接，所述第三比较器的输入端分别与所述第一比较器和第二比较器的输出端相连接，所述第二比较器和第二比较器的输出端分别与所述测量电路的信号输出端相连接。
上述装置中，所述显示模块采用工业字符型液晶LCD1602，且其含有标号1至16的引脚输入端，其中第1和16引脚接地连接，第2和16引脚与电源正极连接，第3引脚串联电阻接地连接。
上述装置中，所述控制模块包括单片机、第一外接电路和第二外接电路，所述单片机第 1至8引脚分别与所述显示模块第7至14引脚相连，所述单片机第9引脚与所述第一外接电路相连，所述单片机第11引脚与所述第二比较器输出端相连，所述单片机第13/15引脚分别与所述第三比较器输出端相连，所述单片机第18/19引脚分别与所述第二外接电路两端相连，所述单片机第20引脚接地连接，所述单片机第21/22/23引脚分别与所述显示模块第6/5/4 引脚连接，所述单片机第31至40引脚分别串联电阻与电源正极连接。
上述装置中，所述控制模块还包括USB外接电路，用于给外部连接装置提供接口服务。
上述装置中，所述单片机采用51系列，且其定时器/计数器T1采用16位定时方式并以方式1工作，采用12MHz时钟，计数速率为1MHz。
上述装置中，其测量的最小相角为0.22°，量化误差为1μs，相差分辨率为0.018°。本实用新型的有益效果是:通过测量电路对线电压和相电流波形变化的检测，再将信号传输给控制模块分析计算直接得出功率因数和负载性质，并通过显示模块显示出来。从而解决传统测量方法复杂、不精确的技术问题，具有结构简单，成本低，易于实现，测量精度高且稳定可靠，适用于各类电气设备，有很广的市场前景。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是三相交流电关系示意图。
图2是本实用新型的具体实施方式的功率因数的测量装置的结构示意框图。
图3是本实用新型的具体实施方式的功率因数的测量装置的测量电路具体连接图。
图4是本实用新型的具体实施方式的功率因数的测量装置的控制模块具体连接图。
图5是本实用新型的具体实施方式的功率因数的测量装置的显示模块具体连接图。
图中1测量电路、2控制模块、3显示模块，4信号输入端、5信号输出端、6第一比较器、7第二比较器、8第三比较器、9电阻、10二极管、11单片机、12第一外接电路、13第二外接电路、14USB外接电路。
具体实施方式
下面对照附图1至4，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
本实用新型提供的功率因数的测量装置，用于测量三相交流电功率因数，其包括测量电路1、控制模块2和显示模块3，测量电路1包括信号输入端4和信号输出端5，信号输入端 4用于接收测量的线电压和相电流信号，信号输出端5与控制模块2相连，并将经测量电路1 处理后的线电压和相电流信号传给控制模块2，控制模块2用于分析计算功率因数以及判断阻抗的容性或感性，并与显示模块3相连接，显示模块3用于将控制模块2分析计算的结果显示出来。
本实用新型通过测量电路1信号输入端4连接被测线路，并对线电压和相电流波形变化进行检测，再将信号通过信号输出端5传输给控制模块2进行分析计算，从而直接得出功率因数和负载性质，并将计算和判断结果传给显示模块3显示出来。采用本装置易解决传统测量方法复杂、不精确的技术问题，具有结构简单，成本低，易于实现，测量精度高且稳定可靠，适用于各类电气设备，有很广的市场前景。
具体地，测量电路1还包括第一比较器6、第二比较器7、第三比较器8、多个电阻9以及多个二极管10，第一比较器6和第二比较器7的正极输入端分别通过多个二极管10和电阻9与测量电路1的信号输入端4相连接，第三比较器8的输入端分别与第一比较器6和第二比较器7的输出端相连接，第二比较器7和第二比较器8的输出端分别与测量电路1的信号输出端5相连接。在本实施例中，信号IA和UBC由信号输入端4输入测量电路1中，经多个二极管10限幅后分别进入过零电压第一比较器6和第二比较器7,且再将第一比较器6和第二比较器7的输出端信号传入过零电压第三比较器8，最后将第二比较器7和第三比较器8 的输出端信号分别传到测量电路1的信号输出端5，进而可以顺利地检测线电压和相电流波形变化并将其传入控制模块2中，实现分析计算直接得出功率因数和负载性质的功能。
具体地，控制模块2包括单片机11、第一外接电路12和第二外接电路13，单片机11第 1至8引脚分别与显示模块3第7至14引脚相连，单片机11第9引脚与第一外接电路12相连，单片机11第11引脚与第二比较器7输出端相连，单片机11第13/15引脚分别与第三比较器8输出端相连，单片机11第18/19引脚分别与第二外接电路12两端相连，单片机11第 20引脚接地连接，单片机11第21/22/23引脚分别与显示模块3第6/5/4引脚连接，单片机 11第31至40引脚分别串联电阻与电源正极连接。优选的，单片机11采用51单片机，且其定时器/计数器T1采用16位定时方式并以方式1工作，采用12MHz时钟，计数速率为1MHz。在具体过程中，测量电路1的信号输出端5将信号分别传给控制模块2中单片机11的第11 引脚P3.1/TXD和第13引脚P3.3输入端口，且第11引脚P3.1/TXD工作在普通I/O口状态，第13引脚P3.3工作在第二功能状态，同时将第三比较器8输出端与单片机11的第15引脚 P3.5/T1连接，当单片机11的控制寄存器的D6和D2位置为1时，第三比较器8输出端的信号电平变化决定定时器/计数器T1的启动，从而便于进行接下来步骤，实现控制模块2对功率因数和负载性质的计算和判断。当第三比较器8输出端信号由低电平跳到高电平时，单片机11中的定时器/计数器T1立即启动，开始对tφ计时，同时也对t180°开始计时，此外单片机11对其第13引脚P3.3端口进行软件查询，当检查到第三比较器8输出端信号由高电平变为低电平时，立即读出定时器/计数器T1当前计数值，并将此值乘以计数周期即得tφ的值，此时不终止定时器/计数器T1，直到单片机11在第11引脚P3.1/TXD端口检查到第二比较器 7输出端信号由高电平变为低电平时，定时器/计数器T1停止计数，并将当前计数值乘以计数周期，即得t180°数值。最后，单片机11把从定时器/计数器T1中读出的时间换算成相应的频率和相位差，并调用余弦函数，直接计算出功率因数。同时由此可判断出负载的性质是呈感性还是呈容性。
具体地，显示模块3采用工业字符型液晶LCD1602，且其第1和16引脚接地连接，第2和16引脚与电源正极连接，第3引脚串联电阻接地连接。采用工业字符型液晶LCD1602显示模块3便于将控制模块2中单片机11分析计算的功率因数和负载性质判断的结果更直观的显示出来，方便测试者读取信息，从而达到一个定性的认识。
优选的，控制模块2还包括USB外接电路14，用于给外部连接装置提供接口服务。
较佳的，本测量装置测量的最小相角为0.22°，量化误差为1μs，相差分辨率为0.018°。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种功率因数的测量装置，该装置用于测量三相交流电功率因数，其特征在于：该装置包括测量电路(1)、控制模块(2)和显示模块(3)，所述测量电路(1)包括信号输入端(4)和信号输出端(5)，所述信号输入端(4)用于接收测量的线电压和相电流信号，所述信号输出端(5)与所述控制模块(2)相连，并将经所述测量电路(1)处理后的线电压和相电流信号传给所述控制模块(2)，所述控制模块(2)用于分析计算功率因数以及判断阻抗的容性或感性，并与所述显示模块(3)相连接，所述显示模块(3)用于将所述控制模块(2)分析计算和判断的结果显示出来。
2.如权利要求1所述的功率因数的测量装置，其特征在于：所述测量电路(1)还包括第一比较器(6)、第二比较器(7)、第三比较器(8)、多个电阻(9)以及多个二极管(10)，所述第一比较器(6)和第二比较器(7)的正极输入端分别通过多个所述二极管(10)和电阻(9)与所述测量电路(1)的信号输入端(4)相连接，所述第三比较器(8)的输入端分别与所述第一比较器(6)和第二比较器(7)的输出端相连接，所述第二比较器(7)和第三比较器(8)的输出端分别与所述测量电路(1)的信号输出端(5)相连接。
3.如权利要求1所述的功率因数的测量装置，其特征在于：所述显示模块(3)采用工业字符型液晶LCD1602，且其含有标号1至16的引脚输入端，其中第1和16引脚接地连接，第2和15引脚与电源正极连接，第3引脚串联电阻接地连接。
4.如权利要求2所述的功率因数的测量装置，其特征在于：所述控制模块(2)包括单片机(11)、第一外接电路(12)和第二外接电路(13)，所述单片机(11)第1至8引脚分别与所述显示模块(3)第7至14引脚对应相连，所述单片机(11)第9引脚与所述第一外接电路(12)相连，所述单片机(11)第11引脚与所述第二比较器(7)输出端相连，所述单片机(11)第13/15引脚分别与所述第三比较器(8)输出端相连，所述单片机(11)第18/19引脚分别与所述第二外接电路(12)两端对应相连，所述单片机(11)第20引脚接地连接，所述单片机(11)第21/22/23引脚分别与所述显示模块(3)第6/5/4引脚对应连接，所述单片机(11)第31至40引脚分别串联电阻与电源正极连接。
5.如权利要求4所述的功率因数的测量装置，其特征在于：所述控制模块(2)还包括USB外接电路(14)，用于给外部连接装置提供接口服务。
6.如权利要求4或5所述的功率因数的测量装置，其特征在于：所述单片机(11)采用51单片机，且其定时器/计数器T1采用16位定时方式并以方式1工作，采用12MHz时钟，计数速率1MHz。
7.如权利要求1所述的功率因数的测量装置，其特征在于：该装置测量的最小相角0.22°，量化误差1μs，相差分辨率0.018°。
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