一种整流装置进线电源功率因数计算方法与流程

本发明涉及功率因数计算技术领域，更具体地说，本发明涉及一种整流装置进线电源功率因数计算方法。

背景技术：

针对某些非线性负载或是某些整流装置，由于本身的非线性造成输入电压正弦而电流非正弦，由于谐波成分的影响或是被测电流信号常常会被强噪声干扰或者淹没，其电流基波信号与电压信号的相位计算相对复杂，并不能通过简单的坐标变换计算得出基波电流与电压的相位差，而某些装置，其功率因数或是效率是参见的考核指标，用户需要实时查看装置进线侧功率因数或是效率。

常见的快速傅里叶变换（fastfouriertransform,fft）,要求将一个周波的点事先采集并存储在内存中，再进行变换，为了获得较高分辨率，需要点数较多，占用较多内存空间，且计算复杂，不能实时计算。

针对上述弊端，本专利提供了一种更为简洁，实时性较强的方案，用来处理不规则电流信号，进而求取装置功率功率因数。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种整流装置进线电源功率因数计算方法，通过在cpu内部开辟一个定时器中断，负责采集电压电流，首先对电压进行坐标变换，然后进入锁相处理，当锁相电压相位为0，采样一个周波的电流，进行功率因数的计算，这样每个周波计算一次功率因数，实时更新；相对于传统的fft运算，本发明运算速度和cpu的开销更小。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种整流装置进线电源功率因数计算方法，针对三相桥式电路，进线为三相进线电源ua，ub，uc，每个桥臂为可控硅，可控硅的触发脉冲由cpu控制，实现对晶闸管的pwm控制。

功率因数具体的计算方法如下：

s1、首先在cpu（8）内部开辟一个定时器中断（9），负载采集三相电压电流；

s2、通过cpu（8）和pwm控制器（7）工作，对电压进行坐标变换；

s3、采用基于uq=0的锁相方法，对电压进行锁相，得出电压的相位；

s4、在电压过零点采样进线电流，设置采样点数为n，n为一个周波内采样点数，对于采样到的电流信号，可以看成特定频率的正弦信号的叠加，即任意信号：

s5、为了提取任意信号的基波成分或是其他次成分，先要应用三角函数的正交特性，即三角函数系1，cosx，sinx，cos2x，sin2x……cosnx，sinnx任意两个不同函数的乘积在上的积分为0；

将展开成傅里叶级数形式：

根据上面三角函数的正交性可以得出：

其中，、为任意函数的傅里叶系数，即信号的频谱，也就是可以计算出任意函数各次波的含量；

s6、根据上述算法离散化：假设采样频率为,在一个周期内内有

对于求取进线侧功率因数，则只需要计算基波含量，即只需计算，，则进线侧的功率因数为：

。

在一个优选地实施方式中，所述功率因数具体的计算方法中，当电压过零采样点数未达到，则进行电流基波系数累加处理，即，。

在一个优选地实施方式中，所述功率因数具体的计算方法中，当电压过零采样点数达到时，则进入基波傅里叶系数，计算，进而进入功率因数计算。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过在cpu内部开辟一个定时器中断，负载采集电压电流，并对电压进行坐标变换，然后进入锁相处理，当锁相电压相位为0时且一个周波的采样点数到达，则进行功率因数的计算，若没有，则进入累加处理；这样每个周波计算一次功率因数，实时更新；

2、本发明计算方案简洁，用来处理不规则电流信号，提取基波电流进而计算该装置的功率因数，整个计算方案，相对于传统的fft运算，本发明运算速度和cpu的开销更小，大大的降低了计算负载。

附图说明

图1为本发明的整体三相桥式整流电路图。

图2为本发明的cpu和pwm控制器连接电路框图。

图3为本发明的采用基于uq=0的锁相方法的电路图。

图4为本发明的整流装置进线电源功率因数计算方法流程图。

附图标记为：1电容器、2整流电路、3电源相线ua、4电源相线ub、5电源相线uc、6可控硅整流器、7pwm控制器、8cpu、9定时器中断。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1-3所示的一种整流装置进线电源功率因数计算方法，包括三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路包括电容器1，所述电容器1两端并联连接三个整流电路2，三个所述整流电路2分别连接电源相线ua3、电源相线ub4和电源相线uc5，三个所述整流电路2上均设有两个可控硅整流器6，每个所述可控硅整流器6连接端均连接有pwm控制器7，所述pwm控制器7连接端连接cpu8，所述cpu8内部设有定时器中断9，定时器中断9是由单片机中的定时器溢出而申请的中断；

脉宽调制(pwm)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，其以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗；

如图4所示，功率因数具体的计算方法如下：

s1、首先在cpu8内部开辟一个定时器中断9，负载采集三相电压电流；

s2、通过cpu8和pwm控制器7工作，对电压进行坐标变换；

s3、采用基于uq=0的锁相方法，对电压进行锁相，得出电压的相位；

s4、在电压过零点采样进线电流，设置采样点数为n，n为一个周波内采样点数，对于采样到的电流信号，可以看成特定频率的正弦信号的叠加，即任意信号：

s5、为了提取任意信号的基波成分或是其他次成分，先要应用三角函数的正交特性，即三角函数系1，cosx，sinx，cos2x，sin2x……cosnx，sinnx任意两个不同函数的乘积在上的积分为0；

将展开成傅里叶级数形式：

根据上面三角函数的正交性可以得出：

其中，、为任意函数的傅里叶系数，即信号的频谱，也就是可以计算出任意函数各次波的含量；

s6、根据上述算法离散化：假设采样频率为,在一个周期内内有

对于求取进线侧功率因数，则只需要计算基波含量，即只需计算，，则进线侧的功率因数为：

；

当电压过零采样点数未达到，则进行累加处理，即，；

当电压过零采样点数达到则进入基波傅里叶系数，计算，进而进入功率因数计算。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-4，通过在cpu8内部开辟一个定时器中断9，负载采集电压，并对电压进行坐标变换，然后进入锁相处理，当锁相电压相位为时且一个周波的采样点数到达，则进行功率因数的计算，若没有，则进入累加处理；这样每个周波计算一次功率因数，实时更新；相对于传统的fft运算，本发明运算速度和cpu8的开销更小。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。