三相电信号采集电路设计方案
基于LPC2103的三相电信号数据采集系统
基于LPC2103的三相电信号数据采集系统
本方案以LPC2103为核心设计的三相电信号数据采集系统，采用霍尔传感器准确、安全的获取电压电流信号，数据的存储采用SD卡存储方式
和串口发送数据至上位机存储模式两种法相结合，增加了数据采集系统的应用灵活性，并给出了详细的软、硬件开发过程。
通过测试软件的标定换算，数据采集的结果是准确并有效的，从而验证了方案中所设计的三相电信号数据采集系统能够为进行基于电机拖动的液压动力系统运行状态监测研究奠定良好的数据平台。
0 引言
基于三相异步电机驱动的液压设备凭借其运行中的诸多优点在生产实践中得到广泛应用，针对液压系统安全稳定的运行而开展的研究也越来越多。
各种能够反应此类设备运转状态的特征信号中，电机的三相电信号能够充分的反应其液压故障和电机故障［1］，且三相电信号具有稳定、不易受干扰的特点。
因此，根据应用的需要，开发具有高便携性和实用性的三相电信号数据采集系统，完成对液压设备运行中三相电信号实时准确的采集、存储等功能，对实现基于电机驱动的液压设备状态监测以及故障诊断等工作都是十分重要和有意义的。
三相电参数采集模块(机房监控)技术参数设计说明
三相电参数采集模块（机房监控）技术参数设计说明产品编号：551523616产品名称：K TR9033A三相电参数采集模块规格：三相产品备注：三相电参数采集模块产品类别：集中监控功能及指标●输入信号三相交流电压、电流。
输入频率：45～75Hz。
电压量程：50V、100V、250V、500V可选。
电流量程：1A、5A、20A；通过外置互感器可实现量程50A、100A、200A、500A、1000A。
信号处理：16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采样，真有效值测量；数据更新：模块实时数据的更新周期可设置（40mS～1000mS，每步为10mS）；此功能可通过我公司提供的恶“E系列产品测试软件”MODBUS-RTU协议中的配置界面进行配置；更新周期默认为250ms。
过载能力：1.4倍量程输入可正确测量；瞬间(<10周波)电流5倍，电压3倍量程不损坏。
●通讯输出输出数据：三相相电压Ua、Ub、Uc；三相电流Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功电度等电参数。
输出接口：RS-485二线制±15KVESD保护、或RS-232三线制±2KVESD保护。
通讯速率（Bps）：1200、2400、4800、9600、19.2K；通讯协议：ASCII码格式协议、MODBUS-RTU协议，自动识别使用。
●测量精度电流、电压：0.2级；其它电量：0.5级；●参数设定模块地址、通讯速率可通过通讯接口设定；有功电量底数可通过通讯接口清零。
●模块供电电源DC+5V±5%、DC+8～30V；功耗：<0.5W+5V供电，消耗电流小于70mA，输入纹波应小于100mV，输入电压5V±5%。
+8～30V供电，消耗电流小于70mA，最高输入电压不得超过+32V。
●隔离电压输入-输出：1000VDC。
电流输入、电压输入、AC电源输入、通讯接口输出之间均相互隔离。
三相电压电流的采集课程设计 华北电力大学
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的 本课程设计是完成《微机原理及应用》理论教学以后，为农业电气化与自动化专业开设的必 修环节，学生通过本课程设计，进一步巩固本课程的理论知识，掌握硬件电路图设计的相关知识，汇 编程序的设计方法。提高学生利用计算机软、硬件技术、综合其他课程知识，分析和解决实际问题的 能力。 1.2 要求 1.2.1. 掌握 ADC0809 转换的原理。 1.2.2. 掌握单片机的键盘，拨码开关等输入设备的应用。 1.2.3. 掌握 LCD 显示器输出器件的使用 1.2.4.设计一套以 MCS-51 单片微机为核心的测量与控制系统.
科技学院
课程设计报告 ( 2011 -- 2012 年度第 2 学期)
名 题 院 班 学
称：微机原理与接口技术 目：三相电压和电流的采集与测量 系：电力工程系 级： 农电 09K2 号： 091901090210、091901090214 091901090220、091901090201、091901090231
2
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D7
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REF+
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IN1
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IN3
D1
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D0
46
ห้องสมุดไป่ตู้
IN5
CLK
IN6
ADC0809
IN7
47
A0
ALE
48
A1
START
49
OE
图3 下面说明各个引脚功能: 1）IN0-IN7（8 条） ：8 路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。 2）地址输入控制（4 条） ： 3） ALE:地址锁存允许输入线， 高电平有效， 当 ALE 为高电平时， 为地址输入线， 用于选择 IN0-IN7 上那一条模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。 4）ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址输入线，用于选择 8 路模拟输入中的一路
三相检测电路的制作方法
三相检测电路的制作方法三相电是指电源中有三个交流电源导线，并在时间上互相相位差120度，形成平衡的三相系统。
三相电提供了更高的功率传输能力和更稳定的电能供应。
在很多工业和商业应用中，三相电被广泛使用。
为了确保三相系统的稳定运行，我们需要使用三相检测电路来监测三相电的电压和频率是否正常。
下面是一个制作三相检测电路的方法。
所需材料：1.电容2.电感3.电阻4.电压调节器5.锂电池6. LED指示灯7.电路板8.电线和连接器9.钳子和剥线工具10.手工具步骤：1.设计电路：首先，根据你的需求和要监测的电源参数，设计一个合适的三相检测电路。
三相检测电路通常由三个相同的单相检测电路组成，每个单相电路负责检测一个相位的电流和电压。
你可以根据需要选择合适的电容、电感和电阻值来满足你的电路要求。
确保在电路设计中考虑到输入和输出的保护和过压保护。
2.制作电路板：一旦你设计好了电路图，你需要将它布局在一个电路板上。
使用手工工具或计算机辅助设计工具来绘制电路板图纸。
然后，将电路图纸传输到电路板上，并使用镀铜的电路板进行蚀刻。
当完成蚀刻时，使用砂纸清除电路板的残留物，并进行化学清洗。
最后，使用钳子和剥线工具将电路板上的多余铜线剪掉，并修整连接点。
3.焊接元器件：根据你的电路图纸，将所需的电容、电感、电阻和其他元器件焊接到电路板上。
确保正确连接每个元器件，并注意焊接的质量和稳定性。
确保使用正确的焊接温度和技巧，以避免焊接过热或冷焊导致的连接问题。
4.连接电源：将电路板连接到电源电缆上。
使用电线和连接器将电路板上的输电线连接到电源引线上。
确保正确连接每个线路，并确保电线接地正常。
接地是确保电路运行稳定和安全的重要因素。
5.安装LED指示灯：将LED指示灯焊接到电路板上，以便显示电路的状态。
使用与LED指示灯配套的电阻来限制电流，并将其连接到适当的引脚上。
确保LED指示灯下有合适的标记，以便正确显示检测到的电源状态。
6.测试和调试：在连接电源之前，确认你的电路已正确焊接和安装。
一种三相交流电压采电路的制作方法
一种三相交流电压采电路的制作方法三相交流电压采集电路是一种用来采集、处理和监测三相电系统中交流电压信号的电路。
它广泛应用于工业自动化、电力监测、电能计量等领域。
下面将介绍一种常见的三相交流电压采集电路的制作方法。
所需元器件：1.分压电阻：用于将高电压降低到可测量范围。
2.运算放大器：用于放大和处理电压信号。
3.滤波电容：用于滤除高频噪声。
4. ADC模块：用于将模拟电压信号转换为数字信号。
制作步骤：1.选择合适的运算放大器。
运算放大器应具有高增益、低噪声和宽带宽特性。
常用的运算放大器有LM324、LM741等型号。
2.根据实际情况选择合适的分压比例。
分压比例是根据待测电压范围和ADC模块的输入范围来确定的。
一般常用的分压比例为10:1。
3.计算所需的分压电阻值。
分压电阻的阻值计算公式为R1 = (Vin * R2) / (Vout - Vin)，其中R2为已知阻值，Vin为待测电压，Vout 为ADC模块的输入范围。
4.根据计算得到的分压电阻值选择合适的电阻。
一般常用的电阻阻值有1kΩ、10kΩ、100kΩ等。
5.连接电路。
将分压电阻串联连接，并与运算放大器的非反馈端相连接。
将运算放大器的反馈端和参考电压连接，并通过滤波电容连接到地线。
6.连接ADC模块。
将运算放大器的输出端连接到ADC模块的输入端，将ADC模块的输出端连接到处理系统。
校准与测试：1.进行电路连线后，首先进行电阻的测量和校准，确保分压比例的准确性。
2.使用已知电压进行测试。
将已知电压连接到待测电路的输入端，通过ADC模块将电压转换为数字信号。
然后将数字信号与已知电压进行比较，检查输出结果的准确性。
3.如果发现输出结果有误差，可以通过调整运算放大器的增益或更换电阻值来进行校准。
注意事项：1.电路制作过程中要仔细阅读元器件的规格书，确保选用合适的元器件。
2.所需元器件资料可以参考电子元器件手册或通过互联网进行查询。
3.在进行电路连接和测试时，应注意安全，避免触电和短路等危险情况的发生。
无线通讯的三相多功能电能表设计方案
具备无线通讯的三相多功能电能表设计方案关键字：ADE7758 ADF7020 Multi-function Energy Metering energy meter 三相多功能电能表随着经济体制改革的深入，在市场的推动下，数字电能表发展迅猛，中国目前已成为世界电能计量行业最具有活力的市场。
随着用户用电负荷的增加，供电质量的要求也越来越高，供电部门需要了解电网质量和用户的各种用电参数，如功率、电压、电流、频率等，这样三相电能表的应用范围得到了扩大。
电能计量、电费核算及收缴的及时性和准确性已成为用电企业的重要课题。
目前，电能表的抄表接口主要是485接口和红外接口，这两种方式逐渐不能满足实际的需要，为此我们提出了新的抄表方案一无线抄表。
无线抄表的实现是迈向配电自动化的第一步，并有助于提高电力系统用电管理的水平。
电能计量芯片ADE7758精度为0.5级和0.5S级的三相多功能电能表可以采用ADI公司的ADE7758 。
ADE7758具有以下的功能和特性：内部集成了6路独立的16位^-2 A/D转换器、高性能DSP、电压基准及温度传感器等电路，在1000:1动态范围内误差小于0.1% ;提供有功、无功及视在电能、电压、电流有效值及波形采样等数据；三相三线/三相四线兼容；功率、相位及输入失调可实现数字校准；在环境条件变化很大和长时间使用条件下，采用专利技术的ADC及DSP仍能保证高精度；DSP内部对无功电能进行了补偿；提供独立的有功电能及无功电能脉冲输出。
这些功能特点大大减少了MCU的软件开发工作量。
基于ADE7758的电能表功能框图见图1。
三相电能计量设计方法三相电能表根据使用条件分为互感器式、直入式。
对于大电流用户，采用外接一次互感器，按标准其电流输出为5A。
三相电能表最常见的为互感器式，其互感器电流规格为 1.5/6A。
1. 三相电能计量的设计条件a. 电压规格220V/380V ;b. 电流规格为1.5/6A，即基本电表为1.5A、最大电流6A。
三相电adc采样电路
三相电adc采样电路三相电ADC采样电路是一种用于将三相交流电信号转换为数字信号的电路。
在电力系统中，三相电是最常见的电力供应形式，它具有稳定和高效的特点。
然而，为了对三相电进行数字信号处理和控制，我们需要将其转换为数字形式。
这就是三相电ADC采样电路的作用。
三相电ADC采样电路通常由三个独立的ADC（模数转换器）组成，每个ADC都负责对应的三相电信号进行采样和转换。
在采样过程中，三相电信号经过放大和滤波处理，然后输入到ADC中进行模数转换。
转换后的数字信号可以通过数字信号处理器（DSP）或微控制器进行进一步处理和控制。
三相电ADC采样电路的设计考虑了多个因素。
首先，为了确保采样精度和稳定性，需要选择合适的ADC，具有足够的分辨率和采样速率。
其次，为了减小噪声和干扰，需要在输入信号之前添加滤波电路。
滤波电路可以去除高频噪声和谐波分量，确保采样信号的准确性。
为了保证三相电信号的相位关系被准确采样，还需要对三个ADC进行同步采样。
这可以通过使用同步采样时钟和触发信号来实现。
同步采样可以确保采样的三相电信号具有相同的采样时刻和相位关系，从而减小采样误差。
在实际应用中，三相电ADC采样电路被广泛应用于电力系统监测、电机控制、能源管理等领域。
通过对三相电信号进行数字化处理，可以实现精确的电力测量、电流保护和负载管理。
同时，三相电ADC采样电路还可以与通信系统集成，实现远程监控和控制。
三相电ADC采样电路是将三相电信号转换为数字信号的关键组成部分。
它通过合适的ADC选择、滤波处理和同步采样，实现了对三相电信号的精确采样和转换。
这为电力系统的数字化和智能化提供了基础，并在实际应用中发挥着重要作用。
基于SOPC的三相电参数采集系统设计
ＸＵ Ｚ ｉ ｉ Ｌ ． ｕ， Ｕ Ｚ ｉ ｕ Ｌ ｕｈ ｉ ｈ－ａ ， ＵＯ Ｑｉ Ｌ Ｏ ｈ。 ｎ， Ｉ ．ａ ｊｎ ｗ ｋ Ｆ
（ ． ｎ ｎＥｌｃｒｃＰ ｗｅ ｓ ｎ ｓ ａｃ ｎ ｔｔｔ， ａ ｇ ｈ １ ００ ， ｉａ １ Ｈｕ ａ ｅ ｔｉ ｏ ｒ ｔａ ｄＲｅ ｅ ｒｈＩ ｓｉ ｅ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４ ０ ３ Ｃｈｎ ； Ｔｅ ｕ ２． ｌ ｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌ ｄＩ ｆ ｒ ｔｏ ｇｎ ｅｉｇ Ｈｕ ａ ｉ ｅｓｔ， Ｃｏｌ ｅｏ ｅ ｔｉａ ｎ ｏ ｍａｉ ｎＥｎ ｉｅ ｒｎ ， ｎ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ Ｃｈａ ｇ ｈ １ ８ ， ｉａ ｅ ｎ ａ ｎ ｎ ｓ ａ４ ００ ２ Ｃｈｎ ）
程门阵列器件 Ｘ ３ １ ０ Ｅ为核心 ， Ｃ Ｓ ６０ 选用三相 电信号采集芯片 Ａ ７ ５ 进行高精度 同步采样 ， Ｄ ６６ 扩充大容量 Ｄ ＲＳ Ｒ Ｍ 作为系统运算缓存 ， Ｄ Ｄ Ａ 内置媒体访问控制器建 立以太网通 信链路 ， 配置 Ｍｉ ｏ ｌ ｅ ｃ Ｂ ａ 处理器管理各模块 ，并提供配套软件 。 ｒ ｚ 测试结果证 明， 系统各项性能指标均 该
ａ ｑ ｉ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｙ ｔｍ ｎ Ｐ ｏ ｒ ｍｍａ ｌ Ｃｈｐ Ｓ Ｐ ） Ｗｉ ｅＦ ｅｄ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ ｔ ｒ ｙＦ ＧＡ）ｄ ｖｃ Ｃ３ ｌ ０ ｅ ａ ｅ ｃ ｕｓ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ Ｓ ｓ ｉｏ ｅ ｏ ｒｇ ａ ｂｅ ｉ（ Ｏ Ｃ ． ｔ ｔ ｉｌ ｒ ｇ ａ ｈｈ ｂｅ ＧａｅＡｒ （ Ｐ ａ ｅ ｉｅ Ｘ ｓ ６ ０ ｓｔ ｈ
50Hz三相正弦波参考电压信号电路的设计
50Hz三相正弦波参考电压信号电路的设计在研制三相DC/AC逆变器电路系统时,需要三相正弦波参考电压信号作为给定信号,以进行电压瞬时跟踪控制。
三相基准电压信号的波形质量直接影响到变换器输出电压的幅值、频率及其总谐波畸变因数(THD),因此要求三相正弦波基准电压信号具有相位差120恒定、幅值频率高度稳定、失真度小、幅值大小一致可调等特点。
文中设计了一种50Hz三相正弦波参考电压信号产生电路,并详细分析了其电路工作原理及参数选择方法。
1电路工作原理1.1三相电路原理如图1所示,电路原理框图由振荡分频电路、阶梯波合成电路和有源滤波电路三部分组成。
由晶振及外电路形成的高频脉冲波,经过分频器4060分频,得到所要的时钟频率信号,然后将这些信号分别送给A、B、C三相的阶梯波合成电路。
每相阶梯波合成电路中的两片4018芯片,对时钟脉冲信号按移位计数器方式工作,从而形成阶梯波。
又由于A、B、C三相相位相差120,所以B相的阶梯波合成要通过A相的来控制,使B相落后于A 相120;同理,C相的阶梯波合成要通过B相的来控制,使C相落后于B相120。
为了能使三相相位严格相差120,所以再用C相来控制A相的阶梯波合成,使A、B、C三相平衡。
然后每相合成的阶梯波相再分别经过电容隔直,消除阶梯波中的直流成分,最后再经过有源滤波和放大,得到幅值频率高度稳定、失真度小且幅值大小一致、可调,相位差恒定120的三相正弦波基准电压信号。
1.2单相正弦波产生原理50Hz三相正弦波参考电压A相信号产生电路见图2[1]。
电路由振荡分频电路、阶梯波合成电路和有源滤波电路组成。
振荡分频电路由晶振CT和分频器4060组成,用于产生计数器4018的时钟信号CLK;阶梯波合成电路由计数器4018、权电阻R18R26、反相器4069构成,将振荡分频电路输出的时钟信号循环移位后,使得两片4018计数器的输出端Q1Q9的输出电平组合不同。
在此过程中,图2中a点处电压Va得到图3所示的阶梯波。
三相电信号采集电路设计方案
引言当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点［1］，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。
对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。
直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。
交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果［2］。
三相电信号采集电路设计三相电信号采集电路框架三相电信号采集电路的框架如图1所示。
三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。
其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。
同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控制信号。
经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。
电压电流互感器的选用电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用电压输出型变换器。
电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。
电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。
电源电路AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压（2.5V）即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V 之间。
三相检测电路设计指引
电控设计规范三相检测电路设计指引1.1三相交流电：由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120 °角的交流电路组成的电力系统。
1.2相电压：火线对零线的电压。
1.3线电压：火线与火线间的电压。
2总述在三相空调室外机上，常用到三相检测电路来检测三相电的相序和缺相，以达到保护压缩机的目的。
下面介绍其工作原理及注意事项。
3电路原理3.1电路原理图图13.2工作原理简介3.2.1在了解电路工作原理之前，首先简单介绍三相交流电的知识。
所谓三相交流电是指由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120 °角的交流电路组成的电力系统。
如图2所示：图2其三角函数表示为：三相交流电有星型（Y）和三角形（Δ）两种接法，如图3所示：a星型接法b三角形接法图3星型接法采用三相四线制，有一根公共的零线；线电压是380VAC，相电压是220VAC，因此可以提供380VAC和220VAC电压，适用于三相负载平衡和不平衡的场合。
目前市电是采用三相四线制的供电方式，本标准只适用于该接线方式。
三角形接法采用三相三线制，没有公共零线；只能提供380VAC线电压，一般用于三相平衡的场合。
有些船舶等环境下使用，本标准不适用于该接线方式。
3.2.2从原理图1可以看到，需检测的电源是采用三相四线制方式，每一相的电压（A、B、C相和零线之间电压，220VAC）通过4007二极管和68K大功率电阻加到PC817光耦上，在正半周期光耦导通，负半周期则光耦截止；由于光耦输出端有上拉电阻，故光耦导通时芯片检测到低电平，光耦截止时芯片检测到高电平。
A、B、C三相电的相差是120o，芯片检测到A、B、C三相的波形如下：从波形图可以看到，芯片的三个端口均检测到一定周期的方波，且相位相差120 o。
若某端口检测不到方波信号，则说明缺相；若检测到三相信号不是按120 o相差顺序变化，则说明是相序错误。
这是三相电压检测设计的基本原理。
3.3各元器件作用整流二极管D1、D2和D3——保证回路正半周期导通、负半周期截止，减少大功率电阻R1、R2和R9的发热；大功率电阻R1、R2和R9——限流作用，使光耦导通电流控制在3.2mA 左右；光耦U1、U2和U3——控制和隔离作用，正半周期导通，负半周期截止；电阻R3、R4和R10——分流和钳压作用，保护光耦；瓷片电容C1、C2和C5——滤波作用，保护光耦；电阻R5、R6和R11——上拉作用；瓷片电容C3、C4、C6和电阻R7、R8、R12——组成了RC滤波电路，抗高频干扰作用。
三相电压采样电路
(10)申请公布号 CN 102662095 A(43)申请公布日 2012.09.12C N 102662095 A*CN102662095A*(21)申请号 201210137462.9(22)申请日 2012.05.07G01R 19/00(2006.01)(71)申请人无锡智卓电气有限公司地址214174 江苏省无锡市惠山区堰桥镇金惠西路118号(无锡智卓电气有限公司)(72)发明人白建社 戈浩 吴振锋(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332代理人冯铁惠(54)发明名称三相电压采样电路(57)摘要本发明公开一种三相电压采样电路，其包括接入三相供电系统的信号检测电路、所述信号检测电路的输出端连接信号放大电路，所述信号放大电路的输出端和用于控制开关的单片机连接，所述信号检测电路主要由采样电阻R4、R10、R16组成，新增了三相电压保护功能，采用电阻进行信号检测，在提高抗干扰能力和可靠性的同时，尽可能的降低了成本，可根据需要通过不同的连接方法：星形接法和三角形接法，可以实现相电压和线电压的检测，采样到的信号通过运算放大器处理后送至单片机计算处理。
若信号正常，则由单片机继续处理信号；若信号异常，则由单片机向保护执行机构发出指令，为负载设备提供保护。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书2页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页1/1页1.一种三相电压采样电路，其包括接入三相供电系统的信号检测电路、所述信号检测电路的输出端连接信号放大电路，所述信号放大电路的输出端和用于控制开关的单片机连接，其特征在于，所述信号检测电路包括采样电阻R4、R10、R16，所述采样电阻R4的两端分别串联限流电阻R3、R18、R19并入三相供电系统且与信号放大电路的输入端连接，所述采样电阻R10的两端分别串联限流电阻R9、R18、R19并入三相供电系统且与信号放大电路的输入端连接，所述采样电阻R16的两端分别串联限流电阻R15、R18、R19并入三相供电系统且与信号放大电路的输入端连接。
三相电信号采集电路设计
三相电信号采集电路设计
贾宏伟;樊利民;贺翔
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】2011(018)004
【摘要】本文设计了一种三相电信号采集电路，可以实现三相电压/电流的六路同步采样。
A/D转换芯片采用的是ADI公司产的A/D7656芯片。
以锁相环
HEF4046和CD406O构成采样的倍频信号作为A/D转换的控制信号,可以实现每周波动态等间距信号采集。
本电路的输出接口电压可以根据需要调整为3.3V或者5V，直接与DSP或MCU相连。
【总页数】3页(P35-37)
【作者】贾宏伟;樊利民;贺翔
【作者单位】华南理工大学电力学院，广州510641;华南理工大学电力学院，广州510641;华南理工大学电力学院，广州510641
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种脑电信号采集系统前端电路设计与实现 [J], 邱力军;刘文强;范启富;刘欢;焦纯
2.一种低噪声心电信号采集模拟前端电路设计 [J], 张瑛;耿萧;李鑫;李泽有
3.基于高阶滤波的肌电信号采集电路设计 [J], 周明娟;逯迈
4.低成本高精度单导联心电信号采集电路设计 [J], 王睿;李欣;曹慧斌;杨罕
5.针对微弱表面肌电信号的采集电路设计 [J], 周明娟;王语园;王田戈;冉蠡
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引言
当前，电力电子装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，电能质量受到严重影响和威胁;同时，各种高性能家用电器、办公设备、精密试验仪器、精密生产过程的自动控制设备等对供电质量敏感的用电设备不断普及对电力系统供电质量
的要求越来越高，电能质量问题成为近年来各个方面关注的焦点，电能质量监测是当前国际上的一个研究热点［1］，有必要对三相电信号进行高精度采集，便于进一步分析控制，提高电能质量。
对电力参数的采样方法主要有两种，即直流采样法和交流采样法。
直流采样法采样的是整流变换后的直流量，软件设计简单，计算方便，但测量精度受整流电路的影响，调整困难。
交流采样法则是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量，因而较之直流采样法更易获得高精度、高稳定性的测量结果［2］。
三相电信号采集电路设计
三相电信号采集电路框架
三相电信号采集电路的框架如图1所示。
三相电压电流信号经过电压电流互感器转换为较低的电压信号。
其中A相的电压信号经过波形调整成为频率与A相电压信号相同的方波信号，用于测量频率。
同时将转换后方波频率信号进行频率的整数倍放大作为A/D转换的控
制信号。
经过六路互感器降压后，将信号送入AD7656进行A/D转换，转换完的数字信号就可以供于DSP/MCU进行数据分析。
电压电流互感器的选用
电压/电流互感器均采用湖北天瑞电子有限公司TR系列检测用
电压输出型变换器。
电压互感器采用检测用电压输出型电压变换器TR1102-1C，如图2为其结构图，规格为300V/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。
电流互感器采用检测用电压输出型电流变换器TR0102-2C，规格为5A/7.07V，非线性度比差<+/-0.1%，角差<=+/-5分。
电源电路
AD7656共有两种模拟信号输入模式，一是模拟输入信号为二倍的参考电压（2.5V）即+/-5V之间，另一种是四倍的参考电压即+/-10V 之间。
为提高采样的精度，本电路采用输入信号为+/-10V之间，因此需要+/-10V~+/-16.5V之间电源供电。
AD7656同时需要5V的AVCC
和DVCC电源及3.3V的接口电压电源VDRIVE（也可以是5V，可根据需要进行调整）。
因此，该电路共需要+/-10V~+/-16.5V，5V，3.3V 三种电压。
电源电路共采用三种电源芯片7805，REG1117-3.3V，和MAX865。
外用直流变压器产生约15V的直流电源，接入7805经电容滤波调理，输出5V电压。
AD7656的AVCC和DVCC可接受电源极限为7V。
7805产生的电压作为施密特触发器的电源，故接入的频率信号经处理后为0到3.3V之间的方波信号。
7805产生的电压接入
REG1117-3.3V，REG1117-3.3V产生的电压直接接入AD7656的VDRIVE。
MAX865是一种高效电荷泵，能够用一种直流电压输入，产生2倍的正负两种电压。
输入电压的范围为1.5~6V之间，7856产生的5V电压接入MAX865产生+/-10V。
频率调整电路
交流电力参数的频率并不是固定不变的，电力系统的频率有一定的波动范围，特别对小功率供电系统，其供电电网的信号频率将随负
载有较大范围内的波动［3］。
频率波形调理电路如图4，A相电压信号经互感器转换成+/-7.07V左右的正弦电压信号V1。
为了不影响输入信号V1的波形，先使用电压跟随器将V1引入调理电路。
因电压跟随器的输入信号为+/-7.07V之间，故需要采用+/-10V为供电电源的运算放大器。
D1对采入的信号进行整流，使输入信号只有正半波，负半波为0。
D2为5.01V稳压管，限制输入到施密特触发器7414，如果需要接口电压为+5V，也可采用施密特触发器HCC40106BF。
锁相倍频电路
电网的频率在正常情况下是在一定范围内变化，采取硬件锁相倍频的方法能够实现每周期内采样的等间隔，提高采样的准确性，电路原理图如图5。
锁相环HEF4046的6、7管脚必须外接振荡电容;11、12管脚必须外接振荡电阻。
这是因为在锁相环HEF4046的内部采用RC型压控振荡器，必须外接电阻和电容作为充放电元件。
其内部的VCO是一个电流控制振荡器，对定时电容的充电电流与从9脚输入的控制电压成正比，使得VCO的振荡频率也正比于该控制电压。
13脚
接电容和电阻起滤波作用。
R1和C1决定了VCO的频率范围［4］，再结合CD4060电路一起实现锁相倍频的功能，频率的放大倍数可以接在CD4060的Q4~Q14不同管角上加以选择.VCO OUT 接入A/D转换CONVST口控制采样。
A/D转换电路
AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近（SAR）型ADC，它具有每通道达250kSPS的采样率，并且在片内包含一个2.5V内部基准电压源和基准缓冲器。
AD7656的电源包括AVCC、DVCC、VDD、VSS 和VDRIVE。
AVCC和DVCC分别为模拟电源和数字电源，范围为
4.75~
5.25 V。
VDD/VSS为采集到的模拟信号部分的供电电源，范围为+/-5V到+/-1
6.5V之间。
AD7656允许的模拟输入信号有两种量程，一种是输入信号为+/-5V之间，另外一种为+/-10V之间。
为提高采样的精度，采用输入信号范围为+/-10V之间的电路接法。
因此VDD/VSS 至少为+/-10V。
RANGE口决定的模拟信号输入的范围，当RANGE接地时，输入范围为4倍的参考电压（2.5V），当RANGE接VDRIVE时，
模拟输入范围为2倍的参考电压，因此RANGE信号端接地。
参考电压采用的是内部参考电压。
AD7656和DSP之间的通信采用并口方式。
片选信号CS接地，始终保持接通。
始终保持AD7656运行，STBY直接接VDRIVE。
AD与DSP之间采用的是16位并口进行数据传输，所以SER/PAR，H/S，W/B均接地。
为完成六路信号同步采样，故A/D转换通道控制开关CONVSTA，B，C连接到一起。
所有的数字电源，模拟电源，接口驱动电压等电源，均通过两个电容（100nF//10mF）并联后与就近的地连接去耦［5］。
总结
该电路采样精度高，可根据电网频率变化，实时实现对每一周波的等间隔采样。
通过同时控制A/D7656的CONVST转换开关，实现三相电压电流六路信号的同步采样，输出为16位数字信号。
可根据不
同的应用环境采用不同的接口电压，另外在DSP/MCU数字接口有限的情况下，A/D7656也可以采用SPI通讯，或仅用8位数字并口，传输16位的数字信号［4］。