基于單片機的電氣設備電源頻率控制方法

王 卯

（保定天威恒通電氣有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

電氣設備的使用在電力行業中起到至關重要的作用，使用頻率的增加造成其故障現象頻發，大部分的檢修手段都是“壞了才修”的形式，使電氣設備檢修過程完全處于被動的狀態，導致運行隱患增加[1,2]。與電氣設備其他元件不同，電源的作用是重中之重，電源頻率控制效果穩定與否，是決定電氣設備運行安全與否的關鍵。因此，研究人員開始研究設備電源頻率控制方法。傳統設備電源頻率控制方法中，電源直流電與交流電之間的控制不完善，電流在電氣設備中的分布不夠均勻，影響電源頻率的穩定控制[3]。基于此，本文利用單片機技術設計設備電源頻率控制方法，旨在實現電氣設備電源頻率的有效控制，為電力行業的進一步發展提供保障。

1 基于單片機的電氣設備電源頻率控制方法設計

1.1 采集電氣設備電源頻率信號

本文設計的電源頻率控制方法需要利用單片機的集成效果，采用單片機終端裝置采集電氣設備的電源頻率信號，并通過單片機的中央處理單元初步處理采集到的電源頻率信號[4]。因此，在采集信號的過程中，需要考慮電氣設備的安全運行參數與故障運行參數，縮短電源頻率信號采集時間。首先，安裝單片機終端裝置，確定要采集信號的頻段；其次，采集電氣設備運行狀態的電源頻率信號以及電氣設備故障狀態的電源頻率信號，并同步記錄；最后，整合采集到的信號，在單片機存儲單元中備份，減少丟失信號的現象[5]。在電氣設備運行一段時間后，需要重復上述步驟，重新進行信號采集，對比兩組數據，同樣在單片機存儲單元中備份。

1.2 進行電源頻率信號處理

電力系統中，電氣設備至關重要，在電網中具有控制與保護的作用，當電網出現故障時可以將電網線路故障區域進行投切，迅速切除電網故障線路，保證剩余線路可以繼續運行[6]。電氣設備的主要技術參數有電源額定電壓、額定電流、開斷電流、開斷電壓以及額定熱穩定時間等[7]。在電氣設備的運行過程中，電源頻率信號的穩定控制效果至關重要。一般情況下，電氣設備在不同情況下會形成不同的用電環境，供電形式也會不同。在此條件下，電氣設備的電源頻率也會出現相應的變化。在頻率信號采集后，可以利用單片機的集成方式進行信號初步處理，并將初次處理后的電源頻率信號作為初始信號，對其進行去噪處理，公式為：

式中，Mhandle為去噪處理后的頻率信號；Ls為電源狀態參數；β為噪聲系數；Ns為單片機電源負荷量參數；Sn為電源頻率控制指數。初次處理后的頻率信號同樣存在噪聲信號，容易影響最終電氣設備的控制效果[8]。

1.3 基于單片機計算電源頻率控制功率

傳統設備電源頻率控制方法中，利用相同的頻率控制元件進行頻率控制，屬于電源控制元件的分支，在一定程度上擴大了控制范圍，縮短了控制時間[9]。本文利用單片機技術計算電源頻率傳播量，通過集成電源電路信號，實現對電源頻率的精準控制。電源頻率傳播量計算公式為：

式中，Jcontrol為電源頻率傳播量；Fv為電氣設備的結構關系系數；Dm為信號操作數據；s為數據性能指數；βn為噪聲系數的控制處理量。由于電氣設備結構較為復雜，關鍵部件較多，造成電源頻率控制不穩定的元素較多，影響電源頻率控制功率，計算出此時電氣設備電源頻率的控制功率：

式中，Kfrequency為電源頻率控制功率；k為電源徑流電流；Rui為電源實際功率。充分分析電源頻率控制環境，進而給出最佳控制方案。

1.4 實現電氣設備電源頻率的穩定控制

當電氣設備正常運行時，電氣部分的結構特性較復雜，電源具有外形小、不易氧化以及重量輕的特點，可以減少外界條件的影響，更好地為電氣設備服務。電源開斷能力較大，可以承受較大的電壓與電流，是電氣設備正常運行的關鍵[10]。為了實現電氣設備電源頻率的穩定控制，本文首先采集電源頻率信號，利用單片機終端裝置進行信號精準采集，采集過程中可以利用單片機中央處理單元進行初步信號處理；其次利用相關公式進行二次去噪處理，減少信號噪聲對電源控制的影響；最后利用單片機技術計算電源頻率控制功率，得出最佳控制方案。通過以上研究，可以將電源頻率保持在穩定控制狀態，為電氣設備提供充足的運行保障。

2 對比實驗

為了驗證本文設計的方法具有實用效果，對上述方法進行對比實驗驗證，最終的實驗結果以傳統設備電源頻率控制方法與本文設計的設備電源頻率控制方法對比的形式呈現。具體實驗過程及結果如下所述。

2.1 實驗過程

為了保證電氣設備的穩定運行，本文選取外形尺寸為1 500 mm×600 mm×400 mm的電氣設備，并將其額定電流控制在≤60 A的范圍內，此時殼體防護等級為IP55。本文使用CD-4046芯片，將電源電路設置為時鐘模塊電路，晶振數值為8.26 MHz，并采用復位模塊作為電源核心模塊，保證微調電容不超過30 pF。當電氣設備開始運行時，電源頻率的控制效果往往難以把控，使用本文設計的控制方法所需的控制時間如表1所示。

表1 本文設計的方法控制電源頻率所需時間

如表1所示，本文隨機選取8個電氣設備電源，并將其進行編號，分別為MT11L-1～MT11-8。利用本文設計的方法后，控制時間在MT11L-1～MT11L-5樣本中會隨著電源的增加而增加，但是控制電源頻率所需時間在增加至0.306 s之后，可以保持穩定。因此，可以保證本文設計的控制方法可以適用于大部分的設備電源頻率控制。在此條件下，分析該控制方法的有效率，如圖1所示。

圖1 本文設計的控制方法的控制有效率

如圖1所示，本文設計的控制方法在60 h內出現了穩定期與增長期兩種情況。隨著時間的增加，0～20 h為增長期，20～40 h趨于穩定，為穩定期，緊接著40～60 h又呈現了增長趨勢，為增長期。表明電氣設備的電源頻率會隨著電氣設備運行時間的增加而發生變化，主要是由電氣設備運行時間段的不同導致的。

2.2 實驗結果

本文將傳統設備電源頻率控制方法與本文設計的設備電源頻率控制方法進行對比，并以圖譜的形式將兩種控制方法的波特率進行繪制，如圖2所示。

圖2 實驗結果

如圖2所示，當本文設計的方法控制波特率為50 Bd/s、100 Bd/s、150 Bd/s、200 Bd/s、250 Bd/s、300 Bd/s時，相位差基本保持一致，具有更加穩定的電源頻率控制效果，符合本文研究目的。

3 結 論

近些年來，電氣設備的使用逐漸增加，為人們提供了更加安全的運行環境。電源頻率控制在電氣設備運行中起到至關重要的作用，當電源頻率較高時，電氣設備會出現發熱情況，造成較大的安全隱患；當電源頻率較低時，電氣設備會出現不平衡發電的情況，使電氣設施運行卡頓，影響設備的運行質量。因此，設備電源頻率控制方法得到了人們的關注。傳統設備電源頻率控制方法的控制時間較短，在一定程度上可以節省控制時間，但是在其控制下，電氣設備的控制波特率較不穩定，影響其控制效果。基于此，本文利用單片機技術，設計設備電源頻率控制方法，旨在為電氣設備提供更加穩定的控制效果，減少設備故障的現象。