图2-5 电压采集电路
图2-5中仅画出对相电压进行采样，对相电压和的电路原理也是一样的，图中就此省略。对相电压进行采样时，DVDI-001的输入端直接到三相交流电源的220V相电压上。因为DVDI-001匝数比为1:1，额定电流为6mA/6mA，所以使用时必须在互感器的原边初级回路串接电阻和，所接电阻的计算值为：
R1?R2?1Vin1220V(?170?)?(?170?)?36.497k?26mA26mA，
取其标准值39，公式中为初级线圈电阻。IC为通用运算放大器OP470，运放正负输入端电阻R3、R4为配对的一般电阻，最好取值一致，一般取值为5到10之间，则电阻值。的作用是通过调节其阻值大小得到所需的输出电压。的作用是对输出信号的相移作补偿，在工频下，的经验值为0.01-0.03311，如满足于的相移，则可在经验值范围内，取适当的固定电容值。由于取的标准值与计算值之间有一定的差异，因此会引起输出电压的改变，因此在元件选定后，可先通过调节得到所要的输出电压值，再调使相移满足要求。
（2）用DVDI-001用做电流互感器使用时，用户只要在预留的孔内穿一匝母线。将两个线圈按同名端串联起来使用（即：2、3相接，1、4作输出），变化比为3000：1。典型应用电路如图2-6所示，性能参数如下表2-3所示。
表2-3 DVDI-001作电流互感器使用时性能参数表
额定输入电流
额定输出电流 额定采样电压 相移 非线 性度 线性范围 耐压
18A 6mA 1/2倍Ic电源电压 0.1% 2倍额定 6kV
图2-6 电流互感器典型应用电路
图2-7电路仅对线电流采样，对线电流和采样也是同一原理。图中，的取值方法与在电压采集电路所介绍一样。
图2-7 电流采集电路
2.5 采样信号保持
A/D转换器在转换期间要求输入的模拟量应保持不变，以保证A/D转换的准确进行。因此，采集信号应送至采样保持电路(亦称采样保持器)进行保持。采样保持器对系统精度有很大的影响，特别是对一些瞬变模拟信号更为明显。
采样保持电路是数据采集系统的重要部件，对数据采集系统的精度起决定性的作用。采样保持电路作为A/D转换的前级，主要完成信息隔离缓冲作用，如果要对变化速度快的模拟信号进行A/D转换，转换精度要求比较高，这时为了防止A/D转换过程中信号发生变化，就必须用采样保持电路。虽然在AVR单片机的模数转换器中有自带的采样保持电路，但是难以在同一时间内同时进行多路信号的采样保持。在本测量系统中要采集每一相的电流、电压等电网参数，为此在这里选用了多路开关和采样保持器集成芯片LF398配合工作；利用多路开关将各路模拟信号轮流与A/D转换器接通，使一个A/D转换器能完成多个模拟信号的转换，节省硬件开销；使用采样保持器LF398 将同一时刻的电压、电流值锁定， 再分时输入A/D进行转换。本系统采用集成采样保持器LF398，其价格低廉，在国内应用非常广泛。LF398采用了双结型场效应管技术，具有许多优良的特性，如： （1）工作电源范围宽；
（2）可在供电电压±5V～±18V下工作； （3）电压跟随时间短(<10)，下降率低；
（4）输出电压零点可调，高精度的直流误差(<0.01%)，低功耗等。 如图2-8所示，为了同步锁存两路模拟信号，两个采样保持器共用一个逻辑控制信号。
图2-8 采样保持电路
A/D转换器是整个系统的重要组成部分，它将模拟量转换为数字量，为计算机进行数字处理提供数据，A/D转换的精度直接关系整个测量系统的测量准确度。只有具有合适的转换精度和转换速率才能保证A/D转换数据的真实可靠，为后面进行准确的分析和处理作好准备。因此，选择A/D转换器要
首先确定好采样频率和采样位数。
2.6 三相电压不平衡判断
在三相电路中，影响功率因数的因素除了电压和电流的相位差、波形畸变外，还有一个因素就是三相不对称，而引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断线、谐振等。
三相负载平衡时，交流三相电压、、在电压幅值相等，相位角相差，；一旦三相负载不平衡时，通常、、的幅值就不再相等，或相位角之差不再是，。根据此原理，对、、之和进行采集，将采集值与工程实践中得到的阀值进行比较，以判断是否采取保护动作，当采集值达到阀值，单片机发出控制信号指令使主电路中的接触器执行相应的保出动作，实现对电路设备的保护，其原理框图如2-9所示。
图2-9 三相不平衡交流检测电路
由公式和，得
当设定值，即不平衡；当很小或者很大时缺相。 同理可以求得、。
2.7 电网参数的测量
2.7.1 功率因数的计算
在三相对称电路中，各相电压、电流均为对称，功率因数也相同。三相电路总的功率因数就等于各相功率因数。所以输电线路的功率因数，实际上就任一相电压与该相电流之间夹角的余弦值。图2-10给出了三相输电线路的相电压、相电流的矢量图，相位角为，则可计算出功率因数。
图2-10 相电压、相电流矢量图
测量相位角可采用的方法是首先将正弦信号整形为方波，再利用方波的边沿作为中断源触发中断来实现。如图2－11所示，为将两路正弦波整型为方波的原理图：
R1Signal_U10kD1D232LM358R4Signal_I10kD3D456LM358LED-12VU1BD67NOTI4VCC+12VR24.7kD51LEDR34.7kTP521-2U4NOTU5U8U1A 图2-11 正弦波整型为方波电路
具体实现过程为：交流电压和电流信号经过运放分别整形为方波，经过光电隔离加以整理并去掉负半波，再经过施密特触发器整形为TTL电平的波形。获得了电压和电流信号转换来的TTL信号，来求得相位角。
在采集过程中，关键是利用AVR单片机的输入捕获引脚：ICP。该引脚的功能为捕捉边沿信号。其特点为能记录当前定时器/计数器1的值。当该引脚边沿触发时，可以将当时的定时器/计数器1的值放入寄存器。
整形后的电压信号输入AVR的外部中断引脚，上升沿触发中断。单片机接收到上升沿触发中断后，将定时器/计数器1清零并开始计数，直到下一个上升沿中断的到来，该时间间隔即为一个周期，其倒数即为频率，如图2-12所示：