1、微機保護的硬件原理微機保護的硬件原理第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 1.1.微機保護的硬件系統(tǒng)包括以下三部分：微機保護的硬件系統(tǒng)包括以下三部分：n數(shù)據采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：包括電壓形成、采樣保持、多路開關及數(shù)模轉換。n微型機（或微處理器）主系統(tǒng)：包括微處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據存儲器（RAM）、定時器、并串接口等。n開關量輸入輸出系統(tǒng)：由微型機的并行接口、光電隔離器件及有觸點的中間繼電器等組成。完成保護需要的外部觸點接入、出口跳閘、人機對話等功能。圖11 示出了微機保護硬件構成框圖第一節(jié)第一節(jié) 概述概述圖11 微機保護硬件構成框圖第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2. 微機保護用硬件特點微機保護

2、用硬件特點n集成微處理器（MPU）、只讀存儲器(ROM)、隨即存取存儲器(RAM)、定時器、模數(shù)轉換器(AD)、并行接口(PIO)、閃存單元(FLASH)、數(shù)字信號處理器(DSP)、通信接口等多種功能集成在一個芯片內的單片機系統(tǒng)。n把所有總線連同單片機都集成在一個芯片內的總線不出片技術。n不區(qū)分微機、單片機、微處理器第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n為模數(shù)轉換（為模數(shù)轉換（ADAD）做準備、轉換模擬量為數(shù)字）做準備、轉換模擬量為數(shù)字量量n適應電力系統(tǒng)故障信號特點適應電力系統(tǒng)故障信號特點w頻譜分布寬廣：從直流、衰減直流、工頻基波分量到各頻譜分布寬廣：從直流、衰減直流、工頻基波分量到各次諧波

3、（最高到數(shù)百千赫茲）在內的暫態(tài)信號次諧波（最高到數(shù)百千赫茲）在內的暫態(tài)信號w動態(tài)范圍寬廣：從正常運行的幾十安培到短路狀態(tài)下的動態(tài)范圍寬廣：從正常運行的幾十安培到短路狀態(tài)下的幾萬安培甚至幾十萬安培幾萬安培甚至幾十萬安培微機保護的硬件原理微機保護的硬件原理n適應繼電保護特點要求適應繼電保護特點要求w模擬量設置應滿足繼電保護功能要求為準則模擬量設置應滿足繼電保護功能要求為準則w典型的高壓線路保護需要：三相電流、零序電流；三相典型的高壓線路保護需要：三相電流、零序電流；三相電壓、線路側線間電壓；電壓、線路側線間電壓；w典型的三繞組變壓器差動保護需要：每一繞組側的三相典型的三繞組變壓器差動保護需要：每一

4、繞組側的三相電流電流 因此，微機保護是一個多模擬量輸入系統(tǒng)因此，微機保護是一個多模擬量輸入系統(tǒng)微機保護的硬件原理微機保護的硬件原理2 21 1 電壓形成回路電壓形成回路要求要求n繼電保護所使用的電壓、電流都是來自于電壓互繼電保護所使用的電壓、電流都是來自于電壓互感器（感器（100100伏、線間電壓）和電流互感器（額定電伏、線間電壓）和電流互感器（額定電流流5 5安或安或1 1安，短路電流安，短路電流100100安）安）n把把100100伏左右的電壓變換為適合伏左右的電壓變換為適合ADAD轉換需要的正負轉換需要的正負2.52.5伏、正負伏、正負5 5伏、正負伏、正負1010伏的電壓；伏的電壓；n

5、把小于把小于1 1安安100100安的電流變換為適合安的電流變換為適合ADAD轉換需要轉換需要的正負的正負2.52.5伏、正負伏、正負5 5伏、正負伏、正負1010伏的電壓伏的電壓第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)變換器變換器n電壓變換器電壓變換器 用于將一次電壓變換成微機保護模數(shù)轉換（用于將一次電壓變換成微機保護模數(shù)轉換（ADAD）用的電）用的電壓，普通變壓器原理。壓，普通變壓器原理。n電流變換器：電流變換器：用于電流電流電壓用于電流電流電壓 用于將一次電流變換成微機保護模數(shù)轉換（用于將一次電流變換成微機保護模數(shù)轉換（ADAD）用的電）用的電壓。普通變壓器原理，把電流變換成電流，再把一個

6、小電阻壓。普通變壓器原理，把電流變換成電流，再把一個小電阻并聯(lián)在該變壓器的二次側，形成電壓。并聯(lián)在該變壓器的二次側，形成電壓。 要求該變壓器的鐵心不飽和。要求該變壓器的鐵心不飽和。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n電抗變壓器：電抗變壓器：用于直接獲取電壓用于直接獲取電壓 它的原理結構、原理圖及等值電路如圖它的原理結構、原理圖及等值電路如圖1 12 2所示所示 圖圖1 12 2 電抗變壓器的原理結構與等值電路圖電抗變壓器的原理結構與等值電路圖第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng) 它的鐵心帶有氣隙、具有三個繞組的變壓器。由于它的鐵心帶有氣隙、具有三個繞

7、組的變壓器。由于存在氣隙，勵磁電抗數(shù)值很小，相對而言很大的二次存在氣隙，勵磁電抗數(shù)值很小，相對而言很大的二次負載阻抗可忽略不及，故一次電流全部作為勵磁電負載阻抗可忽略不及，故一次電流全部作為勵磁電流。此時有以下關系：流。此時有以下關系： 總體效果相當于總體效果相當于.13()/( )ocmUIRjXZR3()/( )brmZRjXZR.1ocUI jX 因此電抗變能夠將一次電流的基波分量成比例地轉因此電抗變能夠將一次電流的基波分量成比例地轉換成二次側電壓。但放大了諧波分量，阻止了直流和換成二次側電壓。但放大了諧波分量，阻止了直流和低頻分量。嚴格講是失真變換。低頻分量。嚴格講是失真變換。n電流變

8、換器和電抗變壓器的比較電流變換器和電抗變壓器的比較w電流變換器能夠不失真地變換電流成為電壓，但是在出電流變換器能夠不失真地變換電流成為電壓，但是在出現(xiàn)非周期分量、衰減直流分量時，容易飽和，線性度差，現(xiàn)非周期分量、衰減直流分量時，容易飽和，線性度差，動態(tài)范圍小動態(tài)范圍小w電抗變壓器具有阻止直流、放大諧波的作用，因此當一電抗變壓器具有阻止直流、放大諧波的作用，因此當一次波形為非正弦時，二次將發(fā)生嚴重畸變。但是它的動次波形為非正弦時，二次將發(fā)生嚴重畸變。但是它的動態(tài)范圍寬廣、鐵心不易飽和、具有移相作用。在某些場態(tài)范圍寬廣、鐵心不易飽和、具有移相作用。在某些場合下還是有用的。合下還是有用的。第二節(jié)第二

9、節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)2 22 2 采樣保持電路和模擬低通濾波采樣保持電路和模擬低通濾波器器采樣保持電路的作用及原理采樣保持電路的作用及原理n定義：定義：采樣保持電路（采樣保持電路（S/H,Sampling and S/H,Sampling and HoldingHolding）是在極短時間內測量模擬量在該時刻的）是在極短時間內測量模擬量在該時刻的瞬時值，并在模擬數(shù)字轉換器進行轉換的期間瞬時值，并在模擬數(shù)字轉換器進行轉換的期間保持輸出不變的一個電路保持輸出不變的一個電路第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n組成：組成：它由電子模擬開關它由電子模擬開關ASAS、保持電容器及兩個、保持電容

10、器及兩個阻抗變換器組成。阻抗變換器組成。ChCh的作用是記憶的作用是記憶ASAS閉合時刻的閉合時刻的電壓，并在電壓，并在ASAS打開后保持該電壓。阻抗變換器打開后保持該電壓。阻抗變換器I I在在ChCh端提供低阻抗，使得端提供低阻抗，使得ChCh電壓建立迅速，而在輸電壓建立迅速，而在輸入端呈現(xiàn)高阻抗，以盡量減少對輸入回路的影響；入端呈現(xiàn)高阻抗，以盡量減少對輸入回路的影響；阻抗變換器阻抗變換器1111在在ChCh端提供高阻抗，使得端提供高阻抗，使得ChCh衰減緩衰減緩慢，而在后邊呈現(xiàn)低阻抗以提高帶負載的能力。慢，而在后邊呈現(xiàn)低阻抗以提高帶負載的能力。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第

11、二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)圖13 采樣保持電路及工作過程第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n工作過程：工作過程：微機采樣定時器等間隔地產生采樣脈沖微機采樣定時器等間隔地產生采樣脈沖進行采樣，得到采樣信號，采樣后信號在下次采樣進行采樣，得到采樣信號，采樣后信號在下次采樣脈沖到來之前應保持不變，形成穩(wěn)定的階梯狀采樣脈沖到來之前應保持不變，形成穩(wěn)定的階梯狀采樣保持信號，等待保持信號，等待A/DA/D轉換。轉換。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)對采樣保持電路的要求對采樣保持電路的要求nChCh上的電壓按照一定的精度跟蹤上的電壓按照一定的精度跟蹤UsrUsr，跟蹤時間盡，跟蹤時間盡量短，以

12、適應最小采樣寬度要求量短，以適應最小采樣寬度要求TcTcn保持時間要長，通常用下降率來表示保持能力保持時間要長，通常用下降率來表示保持能力n模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流模擬開關的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流要小要小 前兩個指標取決于阻抗變換器和保持電容的性能，前兩個指標取決于阻抗變換器和保持電容的性能，就捕獲而言，越小越好；就保持而言越大越好。就捕獲而言，越小越好；就保持而言越大越好。 一般來講，要求快速捕獲，采樣周期短，電容要小一般來講，要求快速捕獲，采樣周期短，電容要小一些；一些； 慢速捕獲，采樣周期長，電容大一些，穩(wěn)定性好，慢速捕獲，采樣周期長，電容大一些，穩(wěn)定性好

13、，抗雜散電容影響能力強。抗雜散電容影響能力強。uTsTc第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)圖14采樣保持電路的性能與電容Ch的關系曲線1保持下降率2保持跳變誤差30.1誤差的截獲時間4充電速率5頻帶例子：若取Ch為0.01uf，則保持下降率為2mV/S，微機保護采樣速率高于2mS，沒問題；而截獲時間為20微妙，誤差相當于工頻0.36度，也沒有問題。但是對于高頻采集行波采集就不行了！需要提醒的是：Ch經常需要外接第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)采樣頻率的選擇和模擬低通濾波器的應用采樣頻率的選擇和模擬低通濾波器的應用n等步長采樣和變步長采樣等步長采樣和變步長采樣 對于電網頻率波動小，采樣

14、精度要求不是很高的場合，常采用等對于電網頻率波動小，采樣精度要求不是很高的場合，常采用等步長采樣步長采樣 對于電網頻率波動大，采樣精度要求高的場合，需要變步長采對于電網頻率波動大，采樣精度要求高的場合，需要變步長采樣，變步長的采樣間隔時間（采樣脈沖發(fā)出時間）要隨時調整樣，變步長的采樣間隔時間（采樣脈沖發(fā)出時間）要隨時調整n采樣定理采樣定理 被采樣信號的頻率最高不超過被采樣信號的頻率最高不超過1/21/2采樣頻率，否則會造成頻譜混采樣頻率，否則會造成頻譜混疊。疊。n合適的保護采樣頻率選擇合適的保護采樣頻率選擇 高采樣頻率要求高采樣頻率要求CPUCPU的處理和運算速度快；低采樣頻率可能會造的處理和

15、運算速度快；低采樣頻率可能會造成頻率混疊，因為電力系統(tǒng)故障后的電壓電流是一個寬頻譜信號。成頻率混疊，因為電力系統(tǒng)故障后的電壓電流是一個寬頻譜信號。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n合適的保護采樣頻率選擇合適的保護采樣頻率選擇 如果考慮目前的繼電保護主要是基于工頻故障信息構成的，那如果考慮目前的繼電保護主要是基于工頻故障信息構成的，那么，高頻故障信息應該么，高頻故障信息應該/ /可以濾除，這樣將降低對可以濾除，這樣將降低對CPUCPU和采樣速率的和采樣速率的要求。目前微機保護普遍采用要求。目前微機保護普遍采用600Hz600Hz（1.6671.667毫秒）、毫秒）、1kHz1kHz（1 1

16、毫毫秒）、秒）、1.8kHz1.8kHz（0.550.55毫秒）的采樣頻率，它們都能夠滿足工頻故障毫秒）的采樣頻率，它們都能夠滿足工頻故障信息和信息和3 3次、次、5 5次諧波的采樣和分辨要求。但是高于次諧波的采樣和分辨要求。但是高于300Hz300Hz、500Hz500Hz、900Hz900Hz的故障信號怎么辦呢？的故障信號怎么辦呢？第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)n前置低通濾波器的設置前置低通濾波器的設置 濾波器是一種能使有用頻率信號通過，同時擬制無用頻率信號濾波器是一種能使有用頻率信號通過，同時擬制無用頻率信號的電路。低通濾波器是只讓低于截至頻率通過的濾波器。的電路。低通濾波器是只

17、讓低于截至頻率通過的濾波器。 前置低通濾波器又稱為抗混疊濾波器，廣泛應用于各種消費、前置低通濾波器又稱為抗混疊濾波器，廣泛應用于各種消費、控制電路中的采樣電路前，濾除高于控制電路中的采樣電路前，濾除高于2 2倍采樣頻率的信號，因此截倍采樣頻率的信號，因此截至頻率被設置為至頻率被設置為1/2fs1/2fs。 低通濾波器可以采用有源的、也可以采用無源的。無源濾波器低通濾波器可以采用有源的、也可以采用無源的。無源濾波器構成簡單，但電阻和電容回路對信號有衰減作用，并會帶來時間延構成簡單，但電阻和電容回路對信號有衰減作用，并會帶來時間延遲，僅適用于對速度和性能要求不高的微機保護遲，僅適用于對速度和性能要

18、求不高的微機保護 有源濾波器抗沖擊干擾能力差，但濾波性能好。有源濾波器抗沖擊干擾能力差，但濾波性能好。 性能越好的濾波器延時越長，造成信號不同步的可能性越大。性能越好的濾波器延時越長，造成信號不同步的可能性越大。 繼電保護常常采用普通的一階（最高二階的有源或無源）濾波繼電保護常常采用普通的一階（最高二階的有源或無源）濾波器來限制接近工頻分量的諧波信息混進來！器來限制接近工頻分量的諧波信息混進來！第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)圖15 二階無源低通濾波器第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)圖16 二階無源低通濾波器2 23 3 模擬量多路轉換開關模擬量多路轉換開關n繼電保護需要多的模擬量

19、繼電保護需要多的模擬量n數(shù)模轉換器是貴重的元器件數(shù)模轉換器是貴重的元器件n電路布板希望少的芯片電路布板希望少的芯片n多路轉換器是一個理想的、經常采用的芯片多路轉換器是一個理想的、經常采用的芯片定義：定義：是一個開關電路；接入很多模擬量；僅僅把是一個開關電路；接入很多模擬量；僅僅把其中的一路送給數(shù)模轉換器去轉換。其中的一路送給數(shù)模轉換器去轉換。 不同的模擬量通過不同的模擬量通過“分時分時”方式完成模數(shù)轉換過程。方式完成模數(shù)轉換過程。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)組成：包括選擇接通路數(shù)的二進制譯碼電路和多路組成：包括選擇接通路數(shù)的二進制譯碼電路和多路電

20、子開關。電子開關。n二進制譯碼電路決定哪個電子開關接通二進制譯碼電路決定哪個電子開關接通接入相應的待接入相應的待轉換模擬量轉換模擬量n多路電子開關起分斷其它回路而僅僅接通待轉換的哪一路多路電子開關起分斷其它回路而僅僅接通待轉換的哪一路模擬量作用模擬量作用1616路多路轉換開關例路多路轉換開關例A0A0A3A3是路數(shù)選擇線是路數(shù)選擇線接接CPUCPU，控制哪一路選通，控制哪一路選通A1A1A16A16是模擬量入是模擬量入AS1AS1AS16AS16是電子開關是電子開關EnEn是始能端是始能端圖17 16路多路轉換開關2 24 4 模數(shù)轉換器模數(shù)轉換器定義：是一個硬件電路，用于實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量定

21、義：是一個硬件電路，用于實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉換，也稱為的轉換，也稱為A/DA/D轉換器。它是把模擬量變成能讓轉換器。它是把模擬量變成能讓計算機識別的數(shù)字量的橋梁。計算機識別的數(shù)字量的橋梁。n應用范圍及其寬廣：隨時間連續(xù)變化的模擬量、需要計算應用范圍及其寬廣：隨時間連續(xù)變化的模擬量、需要計算機來處理的都必須經過這個環(huán)節(jié)。像電壓、電流、溫度、機來處理的都必須經過這個環(huán)節(jié)。像電壓、電流、溫度、壓力速度等壓力速度等分類：分類：n直接型：直接把模擬量轉換成數(shù)字代碼直接型：直接把模擬量轉換成數(shù)字代碼n間接型：首先把模擬量轉換成某種變量（比如頻率），再間接型：首先把模擬量轉換成某種變量（比如頻率），再轉換

22、成數(shù)字代碼輸出轉換成數(shù)字代碼輸出第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)模數(shù)轉換器的一般原理模數(shù)轉換器的一般原理 將輸入的模擬量將輸入的模擬量UsrUsr相對于模擬參考量相對于模擬參考量U UR R經編碼電經編碼電路轉換成數(shù)字量路轉換成數(shù)字量D D輸出輸出 D D可以表示為可以表示為 B1B1BnBn均為二進制碼。均為二進制碼。srRUDU123123222.2nnDBBBB123123(222.2)nsrRnUUBBBB第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)模轉換器，數(shù)模轉換器，D/AD/A轉換器轉換器 數(shù)模轉換器的作用是將數(shù)字量經解碼電路變成模擬數(shù)模轉

23、換器的作用是將數(shù)字量經解碼電路變成模擬電壓或電流輸出。每位數(shù)字量都有一定的權，不同的權電壓或電流輸出。每位數(shù)字量都有一定的權，不同的權就代表一個具體的數(shù)值。就代表一個具體的數(shù)值。 圖圖18 4位數(shù)模轉換器說明圖位數(shù)模轉換器說明圖第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng) 電子開關電子開關K0K0K3K3分別受分別受4 4位輸入數(shù)字量位輸入數(shù)字量B1B1B4B4的控制。的控制。在某位為零時，開關合向左側，即接地；為在某位為零時，開關合向左側，即接地；為1 1時，合向右時，合向右側，即接運放反相輸入端。側，即接運放反相輸入端。 流向運算放大器反相輸入端的總電流反映了流向運算放大器反相輸入端的總電流反映

24、了4 4位輸入位輸入數(shù)字量的大小，經帶有負反饋電阻的放大器放大后變換數(shù)字量的大小，經帶有負反饋電阻的放大器放大后變換成電壓輸出。成電壓輸出。 圖中的特殊網絡結構和參數(shù)選擇使得各個電子開關所圖中的特殊網絡結構和參數(shù)選擇使得各個電子開關所接通的回路具有不同的接通的回路具有不同的“權權”值。值。 所以，運放輸入電流為所以，運放輸入電流為1213141/2 ;1/2 ;1/4 ;1/8RIUR II II II1 1223 344scFIB IB IB IB IuI R第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)逐次逼近式模數(shù)轉換器原理逐次逼近式模數(shù)轉換器原理 將一待轉換的模擬輸入信號將一待轉換的模擬輸入信

25、號UinUin與一推測信號與一推測信號UiUi相比相比較，根據推測信號大于還是小于輸入信號來決定是增大還較，根據推測信號大于還是小于輸入信號來決定是增大還是減小該推測信號，直至逼近輸入信號為止。推測信號由是減小該推測信號，直至逼近輸入信號為止。推測信號由D/AD/A轉換器的輸出獲得。轉換器的輸出獲得。 圖圖19 模數(shù)轉換器原理說明圖模數(shù)轉換器原理說明圖微機保護硬件原理微機保護硬件原理小結小結1.1.簡介了微機保護基本硬件組成簡介了微機保護基本硬件組成2.2.介紹了電壓形成回路介紹了電壓形成回路3.3.介紹了采樣保持電路介紹了采樣保持電路4.4.介紹了多路轉換開關介紹了多路轉換開關5.5.介紹了

26、逐次逼近式模數(shù)轉換器原理介紹了逐次逼近式模數(shù)轉換器原理習題習題寫出逐次逼近式模數(shù)轉換器工作原理和過程寫出逐次逼近式模數(shù)轉換器工作原理和過程 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)逐次逼近式模數(shù)轉換器原理逐次逼近式模數(shù)轉換器原理 將一待轉換的模擬輸入信號將一待轉換的模擬輸入信號UinUin與一推測信號與一推測信號UiUi相比相比較，根據推測信號大于還是小于輸入信號來決定是增大還較，根據推測信號大于還是小于輸入信號來決定是增大還是減小該推測信號，直至逼近輸入信號為止。推測信號由是減小該推測信號，直至逼近輸入信號為止。推測信號由D/AD/A轉換器的輸出獲得。轉換器的輸出獲得。 圖圖19 模數(shù)轉換器原

27、理說明圖說明圖模數(shù)轉換器原理說明圖說明圖第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)二分法：測試最大可能值，為二分法：測試最大可能值，為1 1，DADA偏小，有偏小，有效；為效；為0 0，偏大，置，偏大，置0 0。繼續(xù)。繼續(xù)ADAD的雙極性連接抬起來，加偏置的雙極性連接抬起來，加偏置第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)偏置結果變成單極性偏置結果變成單極性第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)波形溢出波形溢出第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)w微機保護對模數(shù)轉換器的要求微機保護對模數(shù)轉換器的要求n轉換時間n精度要求n微機保護要承受100A電流，還要正確分辨10額定電流（精工電流）0.5安培。n1

28、2位AD可以滿足要求。如采用16位更好()ADRYTsn ttt第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)2 25 VFC5 VFC型數(shù)據采集系統(tǒng)型數(shù)據采集系統(tǒng)nVFC-Voltage Frequency Converter,VFC-Voltage Frequency Converter,電壓頻率轉換器電壓頻率轉換器n經電壓形成回路后，經過經電壓形成回路后，經過VFCVFC，將模擬電壓變換為脈沖信號，將模擬電壓變換為脈沖信號，由計數(shù)器進行計數(shù)。這樣在采樣間隔內的計數(shù)值就與采樣對象由計數(shù)器進行計數(shù)。這樣在采樣間隔內的計數(shù)值就與采樣對象的積分值成比例。實現(xiàn)了模數(shù)轉換。的積分值成比例。實現(xiàn)了模數(shù)轉換。第

29、二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)nVFCVFC工作原理工作原理n它是一個電路，由一個運放、一個零電壓比較器、一個單它是一個電路，由一個運放、一個零電壓比較器、一個單穩(wěn)觸發(fā)器、一個電子開關及電阻電容組成。穩(wěn)觸發(fā)器、一個電子開關及電阻電容組成。第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)前提前提maxmaxsrRsrRsrRRRREIIUERR直流輸入信號工作原理直流輸入信號工作原理n輸入為輸入為0 0，電容器電壓為，電容器電壓為0 0，單穩(wěn)為，單穩(wěn)為0 0，電，電子開關接地子開關接地n正直流信號時，正直流信號時，I IR R0 0，IcIc-Isr-Isr，UcUc有變有變負的趨勢，這個變化被檢測

30、，單穩(wěn)輸出正負的趨勢，這個變化被檢測，單穩(wěn)輸出正跳變并保持跳變并保持T T0 0. .電子開關切換到電子開關切換到-E-ER Rn在在T T0 0期間，期間，R RR R上有電流，電容電流發(fā)生了上有電流，電容電流發(fā)生了變化變化 IcIc I IR R -Isr -Isr第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)在在ToTo消失時刻消失時刻 UcUc達最大值達最大值To To 消失后，電子開關接回地。電容放電，放電電壓為消失后，電子開關接回地。電容放電，放電電壓為n到到0 0時，再次被零電壓監(jiān)測器發(fā)現(xiàn)，單穩(wěn)狀態(tài)翻轉時，再次被

31、零電壓監(jiān)測器發(fā)現(xiàn)，單穩(wěn)狀態(tài)翻轉過零時對應的時刻是過零時對應的時刻是t2 t2 周而復始，周而復始， UcUc 呈周期性變化，周期呈周期性變化，周期T T是是t2t2。0001( )()()1()tcRsrcTRsru tIIdtU TCII tC第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng) 因此，因此，電壓和電壓和頻率成頻率成正比，正比，對脈沖對脈沖個數(shù)計個數(shù)計數(shù)得到數(shù)得到電壓求電壓求和（積和（積分）分）第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)交流輸入信號工作原理交流輸入信號工作原理首先增加一個正偏置，把信號變?yōu)閱螛O性。正偏置首先增加一個正偏置，把信號變?yōu)閱螛O性

32、。正偏置電流取為電流取為I I偏偏I IR R/2/2E ER R/2R/2RR,R,這時最大交流輸入變?yōu)檫@時最大交流輸入變?yōu)閙ax2sRRRsruUER偏第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)綜合輸入信號為max ( )sin()srsutUUt偏（1）在0To期間是一上升的曲線第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)（2）當To消失后，電子開關接回地第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)VFCVFC數(shù)據采集系統(tǒng)特點數(shù)據采集系統(tǒng)特點n低通濾波低通濾波n抗干擾能力強抗干擾能力強n位數(shù)可調位數(shù)可調n與微機接口簡單與微機接口

33、簡單n多微機共享多微機共享n不適于高速采樣不適于高速采樣第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據采集系統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)第三節(jié)第三節(jié) 開關量輸入及輸出回路開關量輸入及輸出回路光電耦合器光電耦合器 把發(fā)光器件（發(fā)光二極管）和光敏器件（受光導通）組合，把發(fā)光器件（發(fā)光二極管）和光敏器件（受光導通）組合，可以實現(xiàn)光媒介的電信號傳變，這種器件被稱為光電耦合器可以實現(xiàn)光媒介的電信號傳變，這種器件被稱為光電耦合器 光隔離器光隔離器 光傳感器光傳感器 光敏集成塊光敏集成塊 常見光隔離器，二極管型、三極管型、達林頓型晶閘管型，常見光隔離器，二極管型、三極管型、達林頓型晶閘管型，驅動功率大小區(qū)分驅動功率大小區(qū)分第三節(jié)第三節(jié) 開關量輸入及

34、輸出回路開關量輸入及輸出回路開關量輸入回路開關量輸入回路n裝在面板上的接點裝在面板上的接點5 5伏系統(tǒng)伏系統(tǒng)n裝在端子排上的接點裝在端子排上的接點2424伏、伏、4848伏、伏、220220伏等，需要光電伏等，需要光電隔離隔離第三節(jié)第三節(jié) 開關量輸入及輸出回路開關量輸入及輸出回路開關量輸出回路開關量輸出回路n保護的跳閘出口、本地信號和中央信號保護的跳閘出口、本地信號和中央信號 一般由并行輸出口、邏輯與非門、光電隔離器、有一般由并行輸出口、邏輯與非門、光電隔離器、有接點的繼電器組成接點的繼電器組成典典型型微微機機保保護護出出口口控控制制回回路路第三節(jié)第三節(jié) 開關量輸入及輸出回路開關量輸入及輸出回

35、路nK1K1為常閉接點（線圈不帶電狀況下閉合），是一個為常閉接點（線圈不帶電狀況下閉合），是一個閉鎖告警信號閉鎖告警信號nK2K2、K3K3、K4K4、KNKN為常開接點（線圈不帶電狀況下打為常開接點（線圈不帶電狀況下打開）開）nK2K2是故障啟動信號是故障啟動信號nK3K3、K4K4是跳閘出口接點是跳閘出口接點nV1V1V5V5是光隔是光隔n出口接點出口條件出口接點出口條件1 1）無告警信號）無告警信號2 2）啟動繼電器動作）啟動繼電器動作n出口繼電器所在光隔導通計算機輸出跳閘信號出口繼電器所在光隔導通計算機輸出跳閘信號小結小結多路轉換開關多路轉換開關逐次逼近式模數(shù)轉換逐次逼近式模數(shù)轉換VFCVFC開關量輸入輸出開關量輸入輸出作業(yè) 1 圖137中K1的作用是什么？2 VFC電路中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用是什么？第四節(jié)第四節(jié) DSPDSP技術的應用技術的應用DSPDSP數(shù)字信號處理器（數(shù)字信號處理器（Digital signal processorDi