第四章智能电子设备的基本原理 《配电网和配电自动化系统课件

Uref
000 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1 ×8 A
000 3/15 7/15 11/15 1 5/15 9/15 13/15 ×8 A
△A
△A
(a)只舍不入方式
(b)四舍五入方式
量化过程的近似方式
2. A/D转换器（Analog to Digit Converter）
···
OUT S1
···
S15 S16
AD7506模拟多路开关工作原理框图
AD公司： AD7506 16路模拟开关,Ron 为300~450欧,稳定时间 700ns~1000ns ton=1.5mS,toff=1 mS 速度较低.
快速：接通时间7nS,中速 00~700nS, Ron=100~280欧。 接通电阻和电压有关，
例如：0~5V, -5V~+5V, 0~10V, -10V~+10V。
（3）选型原则 a）遵循整体设计要求的原则 b）较高性价比的原则 c）接口方便的原则
3. 模拟多路开关（Multiplexer）
wk.baidu.com
EN
A3
A2
A1
A0
UDD (+15V)
GND
地址输入缓冲区及电平转换
译码和驱动
USS
(-15V)
采样方式：直流采样、交流采样两种。 （1）交流采样 直接对输入的交流电压、交流电流进 行采样，CPU对A/D转换生成的数字量按照一定的算法进行 计算，获得I、U、P、Q全部电气量信息。 （2）直流采样 非电气量采用直流量采样方法采样， 传感器将非电气量变成直流信号，由直流模拟量采样通道 进行采样。
CD4051 Ron为100~280欧，当Vdd=5V，为280欧， 当 Vdd >10时，Ron为100欧
常用芯片：CD4502 双4选一 AD 公司 AD7502 双4选一 CD4051 AD7501 7503 八选一 CD4067 AD7506 16 选一
4.采样定理
CPU只能处理离散的数字信号，而模拟量都是连续变化 的物理量. 采样是将一个连续的时间信号函数x(t)变成离散 信号xˊ(t)的过程。
b）精度 精度是指转换结果对于实际值的准确度。 绝对精度和相对精度两种。 绝对精度：对应于输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。
它是指在零点和满度都校准以后，在整个转换范围内，分别测量各个数字量 所对应的模拟输入电压实测范围与理论范围之间的偏差，取其中的最大偏差 作为转换误差的指标。绝对精度通常以数字量的最小有效位（LSB）的分数值 来表示绝对精度，例如：±1LSB。
第四章智能电子设备的基本原理
4.1 引言 4.2 智能电子设备的结构和功能 4.3 模拟量的采集与处理 4.4 常用交流采样算法 4.5 模拟量采样处理方法 4.6 开关量采样与处理 4.7 遥控通道与信息处理
4.2 智能电子设备的结构和功能
4.2.1 组成、结构
4.2.2 主要功能
主要负责配电网电气参数、配电设备运行状态、 配电网二次设备（包括IED自身)的工作状态的数 据采集与处理，对配电网实施调节控制，是配电 网自动化系统的“耳目”和“手脚”。
具有数据通信的功能，与配电子站和主站通信， 将采集、生成的实时信息上报，同时接收上位设 备下达的控制和调节命令，对配电网实施控制调 节。
具体功能
1.数据采集 （Data Acquisition） 2.调节控制 （Regulation and Control） 3.数据加工处理 （Data Processing） 4.数据通信 （Data Communication） 5.人机交互接口 （Man Machine Interface）
S级误差：如果测量值在0值附近，由于分母太小，测 量误差不容易标定，一般由测量标准指定一个最小的参考 值作为分母。例如，A/D的满量程为10V，在测量小于等于 0.5V的电压时，S级误差的理想输入值统一都用0.5V替代。
c）转换速率 是指完成一次模拟量到数字量转换所需时间的倒数。
d）量程 A/D转换器能转换模拟信号的电压范围。
（1）工作原理 逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、
逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部 分组成。
比较器
UC
D/A
SAR
START
时序及控制逻辑
UX
URef
数 字 量 输 出
EOC
电压比较 Ux
Uc1
Uc2
Uc6
Uc4 Uc5
Uc7 Uc8
Uc3
10111011 SAR中的结果
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
4.3.1模拟量的采样原理
1. A/D转换的工作过程 （1）采样保持（Sample Holder）
原理图
采样过程
波形图
采样保持电路工作原理
采样-保持电路工作原理
（2）量化与编码
D
输入
D
输入
111
输出 111
输出
110
110
101
101
100
100
011
011
010
010
LSB 001
Uref LSB 001
0
t
逐次逼近型A/D
（2）性能指标 a）分辩率 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，
定义为满刻度与2n的比值。
分辩率通常用输出二进制数的位数表示，位数越 多，误差越小，则转换精度越高。例如，输入模拟电 压的变化范围为0～5 V，输出八位二进制数可以分辨 的最小模拟电压为5V×2-8 =20mV；而输出12位二进制 数可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12 ≈1.22mV。
通信是为了与其它设 备实现数据交换。功能：
(1)通信接口配置 (2)信息表(数据对象) 配置 (3)命令接收与解帧处 理 (4)组帧与响应帧发送
4.3模拟量的采集与处理
主要是完成配电网运行参数的采样，实现智 能电子设备的遥测功能。
采用A/D转换器，将模拟量信号转换成CPU能 识别的数字量。
为了给A/D转换器提供符合其输入规范的电压 信号，用信号调理电路对输入信号进行变换。
相对精度：一般来说，相对精度采用相对误差来表示，为绝对误差与理想 输入值之比的百分数。
IED量测领域，相对误差分为两个级别：S级和F级。所谓S级误差和相对 误差概念一致，而F级误差为绝对误差与满量程值之比的百分数。
例如，1V电压值经过满量程为10V的A/D转换器转换 后，测得输入值为0.99V，其S级误差=(1-0.99)/1=1%S，F 级误差=(1-0.99)/10=0.1%F。F级误差也称为引用误差。