请教下，如何用单片机测量交流电的功率因数

z31com · 发表于 2021-6-29 10:39:45

电路比较简单：交流电压与电流通过互感器输入到MCU的AD口上

目前已测到频率，方法是：AD ->DMA,一次读100个数据，然后在100个数中，找出一个时间周期。
目前已测到有效电压，方法是：在一个周期内算出峰峰值。
目前已测到电流，方法是：在一个周期内算出峰峰值。（不确定这个值可以怎么用）

lzy888 · 发表于 2021-6-29 10:39:46

本帖最后由 lzy888 于 2021-6-30 09:12 编辑

有同步的电压电流瞬时值就能计算，先计算瞬时功率的平均值，就是有功功率，再把电压电流的有效值分别算出来(按有效值的定义计算，均方根),S=U*I就是视在功率，有功功率除以视在功率得出功率因数，这种方法不管电流谐波多大都能用。峰值受干扰太大数值不可靠，计算相角也不可靠，电流谐波大的情况下根本没法计算相角

lb0857 · 发表于 2021-6-29 10:50:22

功率因数需要把这个概念搞清楚了才有思路

Romate · 发表于 2021-6-29 10:55:02

电压电流相位差，这个必须要分流器采集或者抗直流互感器采集不然有些情况不准确的。相位差就是起始波形的相位差啦，也就是0度波形的相位差

csformatru · 发表于 2021-6-29 10:55:05

这个有谐波，有相位差。

如果你是测单一负载还好。

如果是未知的负载就复杂点了

z31com · 发表于 2021-6-29 11:02:15

我看到网上有些讲解，如：计算电压与电流的相位。--------我觉得只有理想状态的话，才能算得出来。不知是否对？
可否帮忙讲解下

lusson · 发表于 2021-6-29 11:08:26

如果这些基础你都没有的话，建议使用电表IC来做，以前用过矩力的，设置好后用单片机读出来就可以了。

z31com · 发表于 2021-6-29 11:11:07

csformatru 发表于 2021-6-29 10:55
这个有谐波，有相位差。

如果你是测单一负载还好。

我要做的是发电机的控制器，那个负载比较复杂。

z31com · 发表于 2021-6-29 11:13:42

lusson 发表于 2021-6-29 11:08
如果这些基础你都没有的话，建议使用电表IC来做，以前用过矩力的，设置好后用单片机读出来就可以了。 ...

图纸有抄了其它厂家的电路，就是一个电压与电流的采集。需要把功率因数，有功功率，无功功率。计算出来。
有什么建议吗？

gyzzg2030 · 发表于 2021-6-29 11:17:44

找到一个周期里面的峰峰值，然后通过时间算角度

z31com · 发表于 2021-6-29 11:19:56

gyzzg2030 发表于 2021-6-29 11:17
找到一个周期里面的峰峰值，然后通过时间算角度

这个可以算出来，只通过角度，算出来的功率因素准吗？

鲜衣怒马 · 发表于 2021-6-29 11:23:35

坛里之前有人讨论过，帖子找不到了，我把某一楼的内容收藏下来

首先要保证电压和电流必须有时间上的关联性，或者说你采集的100个电压数据和100个电流数据必须是一一对应的，那么接下来：
1、实时电压乘以电流再累加，得到有功功率
2、实时电压乘以超前90度的电流再累加，得到无功功率
3、有功和无功算功率因数

另外有效值用峰峰值算不可取，你算的有效值是用不到的

z31com · 发表于 2021-6-29 11:40:04

鲜衣怒马发表于 2021-6-29 11:23
坛里之前有人讨论过，帖子找不到了，我把某一楼的内容收藏下来

首先要保证电压和电流必须有时间上的关联性 ...

100个电压数据和100个电流-----------------我是用DMA来操作的，理论上关连性比较强。

1、实时电压乘以电流再累加，得到有功功率 ---------------这个可计算一个周期期吧？
2、实时电压乘以超前90度的电流再累加，得到无功功率---------------------------------------------这个是要把电流的相位往前90度，然后计算一个周期？
3、有功和无功算功率因数------

鲜衣怒马 · 发表于 2021-6-29 11:42:35

z31com 发表于 2021-6-29 11:13
图纸有抄了其它厂家的电路，就是一个电压与电流的采集。需要把功率因数，有功功率，无功功率。计算出来。 ...

https://www.amobbs.com/forum.php ... F%E7%8E%87%E8%AE%A1
可以看看这个

鲜衣怒马 · 发表于 2021-6-29 12:01:11

z31com 发表于 2021-6-29 11:40
100个电压数据和100个电流-----------------我是用DMA来操作的，理论上关连性比较强。

1、实时电压乘以 ...

是的，说的都是一个周期20ms，电流数据超期90度，就是5ms，
如果你每20ms采样100个数据，那么算无功时数据会不够，电流至少要125个数据，前25个就是超前90度的数据，第26个电压和第1个电流相乘，依次类推

z31com · 发表于 2021-6-29 16:22:23

鲜衣怒马发表于 2021-6-29 12:01
是的，说的都是一个周期20ms，电流数据超期90度，就是5ms，
如果你每20ms采样100个数据，那么算无功时数 ...

我的理解是下面：假设正弦波电压的0周期是从,第26开始-------到第125,正好是一个周期（20MS）

有功功率计算是26*26----125*125的乘积，共100个数取平均

电压    1---------25、26-----------------100---------------125
                                    | >                                                 < |
                                    | >                                                 < |
电流    1---------25、26-----------------100---------------125

无功功率计算是26*1----125*100的乘积，共100个数取平均

电压    1---------25、26-----------------100---------------125
                                 />                                              </
                              /                                                 /
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            />                                                 < /
电流    1---------25、26-----------------100---------------125

鲜衣怒马 · 发表于 2021-6-29 16:54:53

z31com 发表于 2021-6-29 16:22
我的理解是下面：假设正弦波电压的0周期是从,第26开始-------到第125,正好是一个周期（20MS）

有功功率 ...

算法是这样，但需要处理的问题还很多，比如电压、电流、功率都是有正负的，信号调理部分是怎么处理负信号的，是电压抬升还是绝对值电路，都跟后面的数据处理有关系

另外，电流超前90度的情况下计算如果无功功率为正代表容性无功，为负代表感性无功

acmilannast · 发表于 2021-6-30 10:57:40

z31com 发表于 2021-6-29 11:13
图纸有抄了其它厂家的电路，就是一个电压与电流的采集。需要把功率因数，有功功率，无功功率。计算出来。 ...

用电表芯片做。不管纯计量还是soc

z31com · 发表于 2021-6-30 11:43:35

lzy888 发表于 2021-6-30 09:04
有同步的电压电流瞬时值就能计算，先计算瞬时功率的平均值，就是有功功率，再把电压电流的有效值分别算出来 ...

有些电流峰峰值是瞬间的，这样也是可靠的。需要做什么滤波吗？

lzy888 · 发表于 2021-6-30 11:53:30

本帖最后由 lzy888 于 2021-6-30 11:56 编辑

z31com 发表于 2021-6-30 11:43
有些电流峰峰值是瞬间的，这样也是可靠的。需要做什么滤波吗？

求平均或者累加本身就是滤波了，结果不会由一两个数值决定。不过最好还是软件或者硬件上滤一下，时间常数不要太大，否则会影响精度

z31com · 发表于 2021-6-30 14:18:31

lzy888 发表于 2021-6-30 11:53
求平均或者累加本身就是滤波了，结果不会由一两个数值决定。不过最好还是软件或者硬件上滤一下，时间常数 ...

谢谢你的回复，
那我想问下：电压电流的有效值分别算出来(按有效值的定义计算，均方根),S=U*I就是视在功率
这个怎么理解，我现在计算有效果是，V峰峰值/2/根号2 * I峰峰值/2/根号2 .-------这个相当于只有一个数值。
这样可以吗？

lzy888 · 发表于 2021-6-30 14:40:09

本帖最后由 lzy888 于 2021-6-30 14:48 编辑

z31com 发表于 2021-6-30 14:18
谢谢你的回复，
那我想问下：电压电流的有效值分别算出来(按有效值的定义计算，均方根),S=U*I就是视在功 ...

这个简单，电压有效值=SQRT((u1*u1+u2*u2+.........un*un)/n)。电流有效值=SQRT((i1*i1+i2*i2+.........in*in)/n)。n是一个周期的采样点数。只用一个峰值计算不合适。
有功功率=u1*i1+u2*i2+u3*i3+.......，为了精度好点儿，可以多累积几个周期的，再除以个系数。

baal · 发表于 2021-6-30 15:16:21

交流步釆样,fft处理

z31com · 发表于 2021-7-1 10:41:11

lzy888 发表于 2021-6-30 14:40
这个简单，电压有效值=SQRT((u1*u1+u2*u2+.........un*un)/n)。电流有效值=SQRT((i1*i1+i2*i2+.........i ...

明白了你的意思，我先试下，谢谢

amcey · 发表于 2021-7-1 20:47:18

现在有很多的电表芯片,为何要自己做?

amcey · 发表于 2021-7-1 20:48:54

还有一个问题,采样点要足够,计量芯片其实就是一个单片机+高精度ADC.如果自己做,单片机可能其他事就做不了了.一个周波至少64个点.

z31com · 发表于 2021-7-6 20:04:53

amcey 发表于 2021-7-1 20:48
还有一个问题,采样点要足够,计量芯片其实就是一个单片机+高精度ADC.如果自己做,单片机可能其他事就做不了了 ...

我是1个周期采40个点。

hdxet · 发表于 2021-7-7 08:22:18

每周期采样64个点，电压电流用ADC1和ADC2同步采样，然后FFT，根据需要只取基波幅值和角度，或者再取谐波参数，就用103的12位AD，不用特殊处理就能得出误差只有零点几度的结果，一般用足够了

2nd · 发表于 2021-7-7 09:29:16

我用的24bit的ADC，采样率256点每周波，参考这个专利：

电力正弦信号过零时间、频率、相位差的检测方法

zhwd102198 · 发表于 2021-7-7 09:57:30

求电压与电流之间的角度

zhwd102198 · 发表于 2021-7-7 10:10:09

方针代码

zhwd102198 · 发表于 2021-7-8 15:45:19

还没解决吗？我还盯着你的汤圆呢

diego2003 · 发表于 2021-7-8 17:07:34

瑞芯微电能计量芯片完全可以论坛有源码的

2nd · 发表于 2021-7-8 23:01:33

diego2003 发表于 2021-7-8 17:07
瑞芯微电能计量芯片完全可以论坛有源码的

瑞芯微是做DSP的吧，也有计量芯片？什么型号呀

MAD_FISH · 发表于 2021-7-9 08:36:59

2nd 发表于 2021-7-8 23:01
瑞芯微是做DSP的吧，也有计量芯片？什么型号呀

他是想说瑞能微吧.

z31com · 发表于 2021-7-12 10:10:44

zhwd102198 发表于 2021-7-8 15:45
还没解决吗？我还盯着你的汤圆呢

谢谢你的回复，汤圆已供上。问题还在解决中

zhwd102198 · 发表于 2021-7-12 10:14:43

z31com 发表于 2021-7-12 10:10
谢谢你的回复，汤圆已供上。问题还在解决中

哈哈于心不安卡在了哪里？

z31com · 发表于 2021-7-12 14:30:49

本帖最后由 z31com 于 2021-7-12 14:54 编辑

用的芯片是STM32F103VBT6 ROM 128K, RAM 20K
我要测2个三相交流电压+1个三相交流电流。共需要9路ADC输入。每个时钟周期还不能采太多的数据
需要检没的电压频率范围 10--70HZ.
DMA每次采集的数据是: 300*9(9路ADC)*2（2字节数据） = 5400（占用RAM = 5.4K）,DMA采集一次波形，大概120MS，1000ms/120ms = 8.3HZ
硬件已把负载电流设成阻性的 100A,
现在是先采集1路与1路电流，把负载电流
有功功率 = （电压1*电流1 + 电压2*电流2 ---------电压N * 电流N,）/N---(N=50) --------测出来是 17.3W，，，，，，，，，，，，感谢楼上几位给的公式
视在功率 = 有效电压*有效电流------------------------------------------------------- 测出来是 22.5W，，，，，，，，，，，，感谢楼上几位给的公式
问题：
我现在测的是阻性负载，有功功率与视在功率应该是一样或接近的。

z31com · 发表于 2021-8-2 08:51:06

问题解决了，是因为我把相电压与相电流没有对应上。Ua与Ib相乘了。感谢楼上各位的

akey3000 · 发表于 2021-8-2 09:03:09

学习，不错

请教下，如何用单片机测量交流电的功率因数

最佳答案

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