基于单片机的电气设备电源频率控制方法

王 卯

（保定天威恒通电气有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

电气设备的使用在电力行业中起到至关重要的作用，使用频率的增加造成其故障现象频发，大部分的检修手段都是“坏了才修”的形式，使电气设备检修过程完全处于被动的状态，导致运行隐患增加[1,2]。与电气设备其他元件不同，电源的作用是重中之重，电源频率控制效果稳定与否，是决定电气设备运行安全与否的关键。因此，研究人员开始研究设备电源频率控制方法。传统设备电源频率控制方法中，电源直流电与交流电之间的控制不完善，电流在电气设备中的分布不够均匀，影响电源频率的稳定控制[3]。基于此，本文利用单片机技术设计设备电源频率控制方法，旨在实现电气设备电源频率的有效控制，为电力行业的进一步发展提供保障。

1 基于单片机的电气设备电源频率控制方法设计

1.1 采集电气设备电源频率信号

本文设计的电源频率控制方法需要利用单片机的集成效果，采用单片机终端装置采集电气设备的电源频率信号，并通过单片机的中央处理单元初步处理采集到的电源频率信号[4]。因此，在采集信号的过程中，需要考虑电气设备的安全运行参数与故障运行参数，缩短电源频率信号采集时间。首先，安装单片机终端装置，确定要采集信号的频段；其次，采集电气设备运行状态的电源频率信号以及电气设备故障状态的电源频率信号，并同步记录；最后，整合采集到的信号，在单片机存储单元中备份，减少丢失信号的现象[5]。在电气设备运行一段时间后，需要重复上述步骤，重新进行信号采集，对比两组数据，同样在单片机存储单元中备份。

1.2 进行电源频率信号处理

电力系统中，电气设备至关重要，在电网中具有控制与保护的作用，当电网出现故障时可以将电网线路故障区域进行投切，迅速切除电网故障线路，保证剩余线路可以继续运行[6]。电气设备的主要技术参数有电源额定电压、额定电流、开断电流、开断电压以及额定热稳定时间等[7]。在电气设备的运行过程中，电源频率信号的稳定控制效果至关重要。一般情况下，电气设备在不同情况下会形成不同的用电环境，供电形式也会不同。在此条件下，电气设备的电源频率也会出现相应的变化。在频率信号采集后，可以利用单片机的集成方式进行信号初步处理，并将初次处理后的电源频率信号作为初始信号，对其进行去噪处理，公式为：

式中，Mhandle为去噪处理后的频率信号；Ls为电源状态参数；β为噪声系数；Ns为单片机电源负荷量参数；Sn为电源频率控制指数。初次处理后的频率信号同样存在噪声信号，容易影响最终电气设备的控制效果[8]。

1.3 基于单片机计算电源频率控制功率

传统设备电源频率控制方法中，利用相同的频率控制元件进行频率控制，属于电源控制元件的分支，在一定程度上扩大了控制范围，缩短了控制时间[9]。本文利用单片机技术计算电源频率传播量，通过集成电源电路信号，实现对电源频率的精准控制。电源频率传播量计算公式为：

式中，Jcontrol为电源频率传播量；Fv为电气设备的结构关系系数；Dm为信号操作数据；s为数据性能指数；βn为噪声系数的控制处理量。由于电气设备结构较为复杂，关键部件较多，造成电源频率控制不稳定的元素较多，影响电源频率控制功率，计算出此时电气设备电源频率的控制功率：

式中，Kfrequency为电源频率控制功率；k为电源径流电流；Rui为电源实际功率。充分分析电源频率控制环境，进而给出最佳控制方案。

1.4 实现电气设备电源频率的稳定控制

当电气设备正常运行时，电气部分的结构特性较复杂，电源具有外形小、不易氧化以及重量轻的特点，可以减少外界条件的影响，更好地为电气设备服务。电源开断能力较大，可以承受较大的电压与电流，是电气设备正常运行的关键[10]。为了实现电气设备电源频率的稳定控制，本文首先采集电源频率信号，利用单片机终端装置进行信号精准采集，采集过程中可以利用单片机中央处理单元进行初步信号处理；其次利用相关公式进行二次去噪处理，减少信号噪声对电源控制的影响；最后利用单片机技术计算电源频率控制功率，得出最佳控制方案。通过以上研究，可以将电源频率保持在稳定控制状态，为电气设备提供充足的运行保障。

2 对比实验

为了验证本文设计的方法具有实用效果，对上述方法进行对比实验验证，最终的实验结果以传统设备电源频率控制方法与本文设计的设备电源频率控制方法对比的形式呈现。具体实验过程及结果如下所述。

2.1 实验过程

为了保证电气设备的稳定运行，本文选取外形尺寸为1 500 mm×600 mm×400 mm的电气设备，并将其额定电流控制在≤60 A的范围内，此时壳体防护等级为IP55。本文使用CD-4046芯片，将电源电路设置为时钟模块电路，晶振数值为8.26 MHz，并采用复位模块作为电源核心模块，保证微调电容不超过30 pF。当电气设备开始运行时，电源频率的控制效果往往难以把控，使用本文设计的控制方法所需的控制时间如表1所示。

表1 本文设计的方法控制电源频率所需时间

如表1所示，本文随机选取8个电气设备电源，并将其进行编号，分别为MT11L-1～MT11-8。利用本文设计的方法后，控制时间在MT11L-1～MT11L-5样本中会随着电源的增加而增加，但是控制电源频率所需时间在增加至0.306 s之后，可以保持稳定。因此，可以保证本文设计的控制方法可以适用于大部分的设备电源频率控制。在此条件下，分析该控制方法的有效率，如图1所示。

图1 本文设计的控制方法的控制有效率

如图1所示，本文设计的控制方法在60 h内出现了稳定期与增长期两种情况。随着时间的增加，0～20 h为增长期，20～40 h趋于稳定，为稳定期，紧接着40～60 h又呈现了增长趋势，为增长期。表明电气设备的电源频率会随着电气设备运行时间的增加而发生变化，主要是由电气设备运行时间段的不同导致的。

2.2 实验结果

本文将传统设备电源频率控制方法与本文设计的设备电源频率控制方法进行对比，并以图谱的形式将两种控制方法的波特率进行绘制，如图2所示。

图2 实验结果

如图2所示，当本文设计的方法控制波特率为50 Bd/s、100 Bd/s、150 Bd/s、200 Bd/s、250 Bd/s、300 Bd/s时，相位差基本保持一致，具有更加稳定的电源频率控制效果，符合本文研究目的。

3 结 论

近些年来，电气设备的使用逐渐增加，为人们提供了更加安全的运行环境。电源频率控制在电气设备运行中起到至关重要的作用，当电源频率较高时，电气设备会出现发热情况，造成较大的安全隐患；当电源频率较低时，电气设备会出现不平衡发电的情况，使电气设施运行卡顿，影响设备的运行质量。因此，设备电源频率控制方法得到了人们的关注。传统设备电源频率控制方法的控制时间较短，在一定程度上可以节省控制时间，但是在其控制下，电气设备的控制波特率较不稳定，影响其控制效果。基于此，本文利用单片机技术，设计设备电源频率控制方法，旨在为电气设备提供更加稳定的控制效果，减少设备故障的现象。