兰州理工大学毕业设计说明书
通过A/D转换器对该直流电压采样，直接获得待测交流电压的电压值。图2-2为一种电压变送器电路原理图。
为了提高测量精度，需要较强滤波来降低纹波系数，但会因此而加大电压变送器的时间常数。过大的时间常数不利于控制系统的稳定，也妨碍控制系统性能指标的提高。根据运行经验，将纹波峰—峰值控制在15—20mV左右较为合适（纹波系数小于0.5%）。如能在采样时运用定点采样技术，即可使测量精度得到进一步提高。为了改善测量电路输入—输出特性曲线在低端的线性度，设计时应适当提高降压变压器副方的电压并选择正向管压降较小的整流二极管。
图2-2 电压变送器原理图
2.2.1.2数值计算法
数值计算法也叫交流采样法，是利用交流电压接口电路将引自PT副方的待测电压信号降压隔离，并加以滤波得到与
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图2-3交流电压接口电路原理图
待测电压成比例的、幅度合适的交流电压信号。微机通过A/D转换器对这些交流电压信号进行采样，然后依据一定的测量算法在微机内部对采样值进行采样处理，从而计算出待测电压的有效值。典型的交流接口电路如图2-3所示。
交流接口由测量变压器和两级RC低通滤波器组成。低通滤波器的作用是：1、滤去待测信号中的高次谐波，有助于微机对信号的采样率；2、滤去高频随机干扰，以保证采样值的准确性。由于计算机测量算法通常均具有一定的滤波作用，所以交流接口电路的滤波参数一般选择的较小。
交流采样法的优点是：硬件简单，可靠性高，响应速度快，线性度好。为保持这种特点，在交流接口电路中一般不设可调电阻，因此电路中滤波参数及测量变压器的变比必须精确计算且需要精心挑选电路元器件，小范围的元件参数误差可由软件进行校正。
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RC滤波电路是一个频率敏感电路，当频率偏离额定值为50Hz时，
将引起输出电压的复制和相位发生变换，势必影响测量精度，必要时采用频率补偿校正措施。另外，在选侧滤波电容时，应选择温度系数小的精密电容器，以免环境温度的变化引起幅值和相点位的变化，造成测量误差的产生。交流采样法占用3路A/D采样通道，一个信号周期需要采样多点（通常为12点或更多点）且需要经过一定量的数值计算才能得到信号的幅值，CPU软件开销比采用电量变送器大。
交流采样法有多种，按模型函数分类，可分为正弦函数模型算法和非正弦周期函数模型算法两大类。其中正弦函数模型算法主要有峰值算法、两点才采法、三点采样法和半周积分法等；非正弦周期函数模型算法主要有均方根算法和傅氏算法等。下面介绍峰值采样算法和 90°两点采样法。
（1）峰值采样算法
正弦函数的过零点与其峰值点相距90°，峰值采样算法根据这一点实现交流电压的测量。先用过零比较器侧的交流电压零点时刻，再用定时器定时T/4时间（T为信号周期），待定实践一到，便立即对交流电压采样，此时的采样值恰为交流电压峰值。
（2）90°两点采样法
根据三角函数定律：sin2x?cos2?1可知，两个频率相同、幅值相同、初相角相差90°的正弦函数的平方和等于它们幅值的平方，即：
2022[Umsin(?t??)]?[Umsin(?t???90)]?Um
相距90°采样同一正弦函数等效于同时采样两个频率相同、幅值相同、初相角相差90°的正弦函数，因此可得：
Um?Uk2??U2k?1
式中Uk，Uk?1为相距90°（T/4）对同一正弦函数的两次采样值。
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如果在电压过零时刻采样第一点，则Uk?1?0。
Um?Uk??U22k?1?Uk?0?Uk
2结果等于峰值采样算法。
峰值采样算法的程序工作量较小，但需有一个电压过零检测电路。90度两点采样算法的第一采样点可以始于任何时刻，使用比较灵活。由于两种方法均基于正弦函数模型，故无论哪一种方法，当被测信号不是标准正弦形时，都将导致测量误差。因此，在实用时，其交流接口电路需加强滤波。
在本设计中，我采用了电压变送法，将OUT输出的直流信号接入80C196MC的A/D转换输入端，就可达到同步电压测量的目的。
2.2.2励磁电流的测量
测量励磁电流有多种方案，本文只介绍其中两种较好的方案。
2.2.2.1整流桥交流侧测量法
用于交流量测量的接口电路如图2-3所示。可调电位器用作输出幅
值调节，同时兼作电流到电压的转换。交流电接口与交流电压接口配合用作功率的测量时，必须保证两者的滤波电路具有一致的相位滞后，这一点在硬件设计与调试中应予以充分注意，否则将引起测量误差。
图2-3 交流电流接口电路原理
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同步发电机的励磁电流通常是由可控的或不可控的整流桥提供的。而整流桥交流侧电流与其直流侧电流（即励磁电流）之间存在线性比例关系。据此，可以将励磁电流测量转化为整流桥交流侧电流的测量。对
应的测量电路图如图2-4所示。
图2-4交流电流变送器电路原理图
电路工作原理：整流桥交流侧的电流经两级电流互感器变换后送三相桥式整流电路进行整流，得到与励磁电流IL成正比的直流电流。该直流电流经精密测量电阻R4后转化为正比于IL的直流电压，稍加滤波处理后便可送微机的A/D转换器。
设置两级电流互感器的目的在于降低对测量电路元件的要求，并加强与主回路的隔离。第二级电流互感器的变比，通常取0.1A。测量电阻R4的取值原则是：在满足输出电压幅值的前提下，尽量取最小值。该方法的特点是电路简单可靠。
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