第五講微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).ppt

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1、第五講微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)舉例微機(jī)保護(hù)的結(jié)構(gòu)CPU板一、概述微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成由三部分組成1、模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）：電壓形成、模擬濾波、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換(MPX)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量2、CPU主系統(tǒng)：微處理器(MPU)、只讀存儲器(ROM)或閃存內(nèi)存單元(FLASH)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、定時(shí)器、并行以及串行接口等。MPU執(zhí)行編制好的程序，以完成各種繼電保護(hù)測量、邏輯和控制功能3、開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)：

2、并行接口(PIA或PIO)、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，完成保護(hù)的出口跳閘、信號、外部接點(diǎn)輸入及人機(jī)對話等功能微機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）（一）電壓形成回路微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)電力線路的電流互感器、電壓互感器取得電流、電壓信息，必須把這些電流互感器、電壓互感器的二次電流、電壓（5A或1A、100V）進(jìn)一步變換降低為±5V或±10V范圍內(nèi)的電壓信號，供微機(jī)保護(hù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用。電壓形成回路（1）輸入電壓的電壓形成回路把一次電壓互感器輸出的二次額定100V電壓變換

3、成最大±5V模擬電壓信號，供模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用?？梢圆捎秒妷鹤儞Q器實(shí)現(xiàn)。（2）輸入電流的電壓形成回路把一次電流互感器輸出的二次額定5A/1A電流變換成最大±5V模擬電壓信號，供模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用。可以采用電流變換器或電抗變換器實(shí)現(xiàn)。1、輸入電壓的電壓形成回路通過電壓變換器實(shí)現(xiàn)，即一種變壓器（但是，原邊與付邊之間應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)屏蔽層，提高抗共模干擾的能力）。電壓變換器（TV）2、輸入電流的電壓形成回路，有以下2種方法實(shí)現(xiàn)（1）電抗變換器電抗變換器是一種鐵心中有氣隙的變壓器。優(yōu)點(diǎn)是鐵心不易飽和，線性變換范

4、圍大。缺點(diǎn)是阻止直流、放大高頻分量，使二次側(cè)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。（2）電流變換器電流變換器是一種鐵心閉合無氣隙的變壓器。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)鐵心不飽和時(shí)，二次電流波形與一次側(cè)相同。缺點(diǎn)是在電流非周期分量作用下容易飽和，線性度差。微機(jī)保護(hù)中一般采用電流變換器。Z是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗；是二次側(cè)并聯(lián)電阻，很小。輸出電壓（二）采樣保持電路和模擬低通濾波器1、采樣保持電路的作用及原理采用保持電路（S/H），作用是采集模擬輸入電壓在某一時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持輸出電壓不變，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換。采樣保持

5、電路：輸入電壓：輸出電壓：采用保持電路輸出了一個(gè)階梯電壓波形。在保持階段無論何時(shí)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，都反映了采樣值。2、對采樣保持電路的要求a）截獲時(shí)間（Tc）盡量短，以便采用很短采樣脈沖。b）保持時(shí)間長，在保持期間輸出電壓變化小。c）模擬開關(guān)的動作延時(shí)、閉合電阻和開斷時(shí)的漏電流要小。采樣保持電路的典型芯片3、模擬低通濾波器電力系統(tǒng)故障初期，電流、電壓中可能含有相當(dāng)高的頻率分量（如2kHZ以上）。而目前大多數(shù)微機(jī)保護(hù)原理都是反映50HZ工頻分量的。因此，在采樣保持前用一個(gè)模擬低通濾波器把高頻分量過濾掉

6、，防止高頻分量混疊到工頻來。最簡單的模擬低通濾波器是RC低通濾波器。其中（三）模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)當(dāng)需要對多個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）的價(jià)格較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)置一個(gè)A/D，而是多路輸入模擬量共用一個(gè)A/D，中間經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。16路多路轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入模擬量通道：A1～A16;輸出模擬量通道：輸出控制由四個(gè)路數(shù)選擇線來控制。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的應(yīng)用。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）中最重要的部分是電子開關(guān)AS，它是用數(shù)字電子邏輯控制模擬信號通、斷的一種電路

7、，通常是由雙極型晶體管（BJT）、結(jié)型場效應(yīng)晶體管（J-FET）或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOS-FET）等類型組成的電子開關(guān)。（四）模數(shù)轉(zhuǎn)換器1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一般原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC）是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)，是將模擬量轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字量的橋梁。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬量相對于模擬參考轉(zhuǎn)化成數(shù)字量D輸出，輸出數(shù)字量D和輸入模擬量之間關(guān)系式為：，其中是模擬參考電壓，一般D是小于1的二進(jìn)制數(shù)，D是一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)字

8、。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字信號。以kTs時(shí)刻為例分析：該時(shí)刻瞬時(shí)電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量2、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的一般原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器，或簡稱DAC）是把數(shù)字量D轉(zhuǎn)變成模擬電壓或電流輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器。輸入數(shù)字量：，上圖n=4。輸出模擬電壓：，正比于輸入數(shù)字量D。3、逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作過程：通過并行接口向16位D/A轉(zhuǎn)換器試探性送數(shù)。每送一次數(shù)，微型機(jī)通過讀取PA0端口的狀態(tài)判斷試送的16位數(shù)相對于模擬輸入量是偏大還是偏小