交流采样培训

交流采样培训提纲

1. 交流采样基本原理

1.1 电参数的计算

有功功率：ϕcos UI P =; （1）

无功功率： ϕsin UI Q = （2）

有功电量:⎰=Pdt E （3）

视在功率:UI S = （4）

1.2 交流变送器原理

原理：交流信号通过整流变成一定幅值的直流信号，该直流信号大小与交流信号有效值成线性的比例关系（即比例系数为一个定值）。利用（4）式可以计算出视在功率 优点：电路简单

缺点：只有电压，电流的有效值，只能得到视在功率

1.3 积分型交流采样板原理

原理：通过采样电路，得到电压，电流的瞬时值，利用（4）式可以计算出视在功率。通过比较同一相的电压，电流过零点的时差，可以得到电压，电流之间的相位差，利用

（1）式和（2）式计算出有功功率和无功功率。

优点：电路较简单，低成本

缺点：（1）无法快速跟踪频率变化，导致固定采样频率下，采样得到得波形不是一个完整的周波。（2）在电路的设计中一般都没有采用同步采样技术，导致相位差的计算误差较大。（3）其它：如运放等

1.4 FFT 应用于交流采样

原理：利用锁相环，得到一个完整周波的电压，电流瞬时值，利用同步采样电路，准确得到同一相电压，电流之间的相位差。将得到电压，电流瞬时值用FFT 进行处理，可以求出基波和谐波电压，电流。对基波和谐波利用（1）式和（2）式，计算出基波和谐波功率。滤波后计算每一相的有功功率，将一周波内的电压和电流采样值相乘后相加，得到一个周波功率.

公式:

以采样次数K=128为例

畸变波形的余玄系数:]1282cos )128()0([12821281

∑=+=K h hK T K f f a π 畸变波形的正玄系数:]128

2sin )128([12821281∑==K h hK T K f b π

各次谐波幅值及相位:

22h h h b a C +=

h

h h b a tg 1-=θ (0>h b ) h h h b a tg 1

0180-+=θ (0

利用(1),(2),(4)计算出功率和电量.

芯片性能：

本交流采样板采用电表芯片作数据采集和处理。 A T500和A T501是ATMEL 公司开发的一对集采样、处理及输出为一体的三相电表芯片。AT501为6通道的模数转换芯片，AT500是具有DSP 内核的信号处理芯片，两者组合在一起能组成最高为0.2级的电表。用A TMEL 公司的A VR 单片机AT90S8515来读取并处理数据，使用串口把有用数据上传。该MCU 集成程度高，内带FLASH 和SRAM ，可以极大地提高系统的稳定性

电能表的系统结构如下：

三相电压

三相电流系统结构的简要说明：

三相电压，电流通过电压，电流互感器，转换成AD 转换器可测量的电平信号，AD 转换器进行滤波并同时对六路进行采样，采样值送到DSP 进行计算，计算得到的电参数送往MCU 进行后续处理。图中的EEPROM 用于保存校准参数。

校准参数:

电压，电流副值误差：通过乘上一个比例系数进行校准（软件校准）

电压互感器，电流互感器相位滞后引起的误差：通过预置误差值进行校准（软件校准） 有功功率，无功功率误差：通过乘上一个比例系数进行校准（软件校准）

优点：

（1） 精度高

（2） 数据量全，有三相电压、三相电流外，功率因数、频率、有功功率、无功

功率、视在功率、电能量、（以后还可以提供谐波数据），

（3） 全数字化参数校准，较大提高精度的稳定性

缺点：电路较复杂，成本较高

2.交流采样的应用

2.1 防窃电

法1:

通过采集非计量回路的模拟量计算的有功功率(电量)和通过计量回路脉冲采集功率(电量)的对比来判定计量表计的计量错误

在初始接线正确的情况下，运行一段时间后发现模拟量7和模拟量8有较大误差，可以初步认为前端接线被人为改动。

法2:

比较48点电量

利用定时任务，每30分钟召测一次交流采样板的有功电量和无功电量值，同时召测一次电表的有功电量和无功电量值，做出两者的电量曲线图进行比较，正常情况下，两者的曲线应该是重合的或大致重合。

2.2电压监测

交流采样板实时计算电压,电流提供给终端,

终端将记录：

-断相发生的时间和该相序

-累计总的缺相时间

-缺相电量

-累计各分相的缺相时间。。

-电压合格率

-过压累计时间

-欠压累计时间

-电压监测总时间

-最大最小电压值及发生时间

3.交流采样的接线

3.1 后端接线：后端只有四个接线端子，分别为13.8V,GND,485A,485B

3.2 前端接线：电压和电流的前端接线分别适用于三相三线制和三相四线制，可以从硬件上简单地调接线改变接线方法，而不须改变模块后端的电路结构和软件流程。

电流前端接线方法：

三相四线制

采用三表法测量功率和电能量，分别输入三相电流。

三相三线制

采用两表法测量功率和电能量，输入两相线电流，根据三相线电流和为零的关

系，计算出第三相电流，满足ADC输入的要求。

电压前端接线方法

三相四线制

采用三表法测量功率和电能量，分别输入三相相电压。

三相三线制

采用两表法测量功率和电能量，输入两相线电压，选择一参考点，获得等效的

三相相电压