三相电信号采集电路设计
三相交流电压信号采集电路[实用新型专利]
![三相交流电压信号采集电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3d60244200f69e3143323968011ca300a6c3f6ca.png)
(10)授权公告号 (45)授权公告日 2013.09.04C N 203178360 U (21)申请号 201320147518.9(22)申请日 2013.03.28G01R 19/25(2006.01)(73)专利权人国家电网公司地址100031 北京市西城区西长安街86号专利权人上海市电力公司上海聚动交能电气电子有限公司(72)发明人盛方正 施永梅 张钻 王文斌(74)专利代理机构上海信好专利代理事务所(普通合伙) 31249代理人张妍(54)实用新型名称三相交流电压信号采集电路(57)摘要本实用新型公开了一种三相交流电压信号采集电路，包含输入级电路、第一放大器电路、第二放大器电路及输出级电路；输入级电路一端与交流电相接，另一端连接第一放大器电路的输入端，第一放大器电路的输出端与第二放大器电路的输入端连接，第二放大器电路的输出端与输出级电路的一端连接，输出级电路的另一端连接A/D 芯片。
本实用新型将高压部分和控制部分进行了有效的电气隔离，且滤波效果好，并且能在硬件上消除因元器件差异导致的电路零漂。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 203178360 U*CN203178360U*1/1页1.三相交流电压信号采集电路，其特征在于，包含：输入级电路（10）、第一放大器电路（20）、第二放大器电路（30）及输出级电路（40）；所述的输入级电路一端与交流电相接，其另一端连接第一放大器电路（20）的输入端；所述的第一放大器电路（20）的输出端与第二放大器电路（30）的输入端连接；所述的第二放大器电路（30）的输出端与输出级电路（40）的一端连接；所述的输出级电路（40）的另一端连接A/D 芯片。
2.如权利要求1所述的三相交流电压信号采集电路，其特征在于，所述的输入级电路（10）包含第一电阻（R1）、第二电阻（R2）及第一电容（C1），所述的第一电阻（R1）的一端与第二电阻（R2）的A 端连接，其另一端接地；所述的第二电阻（R2）的A 端连接输入电压，第二电阻（R2）的B 端连接第一电容（C1）的一端；所述的第一电容（C1）的另一端接地。
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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IN3
D1
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IN4
D0
46
ห้องสมุดไป่ตู้
IN5
CLK
IN6
ADC0809
IN7
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A0
ALE
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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
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。
STM32单片机在三相电路参数采集的应用
STM32单片机在三相电路参数采集的应用摘要：为了对电力数据进行实时的采集和监控，以ATT7022E和STM32单片机为核心，对该系统的各个部分进行了详细的设计，并对各个模块的软体和功能进行了具体的描述。
该系统可实现6路电压、电流、功率、功率因数等的数据的采集，并通过串行通信实现了对信号的实时传输。
试验证明，本测量方法具有较高的测量精度和实时性，可以在各种电气装置及电力系统中得到广泛的使用。
关键词：电力数据采集；单片机；微处理器引言在电力装置或电网的日常操作中，必须对三相电压、三相电流、功率等进行远程监测，而随着电力设备和电力系统的发展，对电能的测量和传输要求越来越高[1]。
在电网和电子装置中，不仅要能够对电网的各种电子参数进行精确的检测，而且还要能够将电能计量的信息传送到电网上去，而这一切都离不开对电网的电能参数进行及时、准确的获取。
1总体设计思路现阶段我国在电力采集方面的系统和针对电测仪表相关设备在利用交流电整流后相关平均值之间的对应关系，不过相对于51单片机来说的话，很显然是STM32的性能更好，对相关精密数据的采集效能更为精确，本文中的电力数据采集系统主要作用芯片正是上文提及的主控芯片STM32。
ATT7022E是一种多用途的电能计量芯片，它可以精确地检测三相三线或三相四线方式的三相 AC和三相 AC 的有效值、有功、无功、视在功率、功率因子等。
图1系统结构框图ARMV7的ARMCortex-M3核心采用STM32核心，它拥有大量的片上资源，并具备强大的运算能力，能够高效地完成电源的数据处理、存贮以及通信等工作。
电压电流采集电路将电压电流信号传输至ATT7022E，通过该电路进行电压、电流、有功、无功、功率因数等功率参数的测量。
STM32负责数据的处理和存储，并将数据传输到主机和其他控制器。
2 STM32在硬件设计中的应用2.1电源设计2.1.1 5V输出电源模块设计德州仪器公司的3 A直流下降式稳压器是以恒定的方式输出，它实现了12 V 到5 V的功率模块的结构，其工作原理见附图2。
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。
基于LPC2103的三相电信号数据采集系统
[导读]基于电机拖动的液压动力系统中，电机的三相电信号是能够全面反映设备运行状态的信息源，而获得准确、可靠的三相电信号是进行液压系统状态监测等后续各项研究的基础。
根据应用需求，本文提出了基于LPC2103 的三相电信号数据采集系统的设计方案。
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。
1 系统的硬件开发根据三相电信号数据采集系统的应用环境，本文开发的数采系统硬件部分由模拟信号获取、调理单元，数据采集与处理单元和数据存储数据通信四大模块组成。
系统的原理如图1所示。
1.1 主控芯片单元主控芯片是整个数据采集系统的核心部分。
根据应用的设计需求，在选择主控芯片时，主要有以下方面：（1）体积小且具有丰富的内部资源，以减少外部扩展，减小数据采集系统硬件模块的体积；（2）具有较高的运算速率，提高实时数据的准确度；（3）低功耗、高性价比。
综合上述问题本设计选择以LPC2103为主控芯片，最小系统如图2所示。
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三相电信号采集电路设计
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。