三相電信號采集電路設計

　　引言

　　當前，電力電子裝置和非線性設備的廣泛應用，使得電網(wǎng)中的電壓、電流波形發(fā)生畸變，電能質(zhì)量受到嚴重影響和威脅;同時,各種高性能家用電器、辦公設備、精密試驗儀器、精密生產(chǎn)過程的自動控制設備等對供電質(zhì)量敏感的用電設備不斷普及對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的要求越來越高，電能質(zhì)量問題成為近年來各個方面關注的焦點，電能質(zhì)量監(jiān)測是當前國際上的一個研究熱點[1]，有必要對三相電信號進行高精度采集，便于進一步分析控制，提高電能質(zhì)量。對電力參數(shù)的采樣方法主要有兩種，即直流采樣法和交流采樣法。直流采樣法采樣的是整流變換后的直流量，軟件設計簡單，計算方便，但測量精度受整流電路的影響，調(diào)整困難。交流采樣法則是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再按一定算法進行數(shù)值處理，從而獲得被測量，因而較之直流采樣法更易獲得高精度、高穩(wěn)定性的測量結果[2]。

　　三相電信號采集電路設計

　　三相電信號采集電路框架

　　三相電信號采集電路的框架如圖1所示。三相電壓電流信號經(jīng)過電壓電流互感器轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號。其中A相的電壓信號經(jīng)過波形調(diào)整成為頻率與A相電壓信號相同的方波信號，用于測量頻率。同時將轉(zhuǎn)換后方波頻率信號進行頻率的整數(shù)倍放大作為A/D轉(zhuǎn)換的控制信號。經(jīng)過六路互感器降壓后，將信號送入AD7656進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完的數(shù)字信號就可以供于DSP/MCU進行數(shù)據(jù)分析。

　　電壓電流互感器的選用

　　電壓/電流互感器均采用湖北天瑞電子有限公司TR系列檢測用電壓輸出型變換器。電壓互感器采用檢測用電壓輸出型電壓變換器TR1102-1C，如圖2為其結構圖，規(guī)格為300V/7.07V，非線性度比差<+/-0.1%,角差<=+/-5分。電流互感器采用檢測用電壓輸出型電流變換器TR0102-2C，規(guī)格為5A/7.07V，非線性度比差<+/-0.1%,角差<=+/-5分。

　　電源電路

　　AD7656共有兩種模擬信號輸入模式，一是模擬輸入信號為二倍的參考電壓(2.5V)即+/-5V之間，另一種是四倍的參考電壓即+/-10V之間。為提高采樣的精度，本電路采用輸入信號為+/-10V之間，因此需要+/-10V~+/-16.5V之間電源供電。AD7656同時需要5V的AVCC和DVCC電源及3.3V的接口電壓電源VDRIVE(也可以是5V，可根據(jù)需要進行調(diào)整)。因此，該電路共需要+/-10V~+/-16.5V，5V，3.3V三種電壓。電源電路共采用三種電源芯片7805，REG1117-3.3V，和MAX865。外用直流變壓器產(chǎn)生約15V的直流電源，接入7805經(jīng)電容濾波調(diào)理，輸出5V電壓。AD7656的AVCC和DVCC可接受電源極限為7V。7805產(chǎn)生的電壓作為施密特觸發(fā)器的電源，故接入的頻率信號經(jīng)處理后為0到3.3V之間的方波信號。7805產(chǎn)生的電壓接入REG1117-3.3V，REG1117-3.3V產(chǎn)生的電壓直接接入AD7656的VDRIVE。MAX865是一種高效電荷泵，能夠用一種直流電壓輸入，產(chǎn)生2倍的正負兩種電壓。輸入電壓的范圍為1.5~6V之間，7856產(chǎn)生的5V電壓接入MAX865產(chǎn)生+/-10V。