继电保护课件55478
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溢出问题
u(t)
+Ma x
2
原始波形
u(t)
+Ma x
原始波形
1
0
t
0
t
-
-
Max
Max
（a）
（b）
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
16
四、模数转换器
（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理
双极性模拟信号的模数转换
Usr + U偏
由D/A来
-
10V
R 比较器
模拟usr
+
R
5V
偏置电压
I4
1 8
I1
I B1I1 B2I2 B3I3 B4I4
UR R
B1 21 B2 22 B3 23 B4 24
D B1 21 B2 22 Bn 2n
I
UR R
D
usc
I RF
U R RF R
D
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
14
四、模数转换器
（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理
作用 工作原理
-UR
a
b
c
R
R
R
I1
I2
I3
I4
2R
2R
2R
2R
2R
K3
K2
K1
K0
RF
“1” “0”
I
usc
B1
B2
B3
B4
+A
最高位
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
13
四、模数转换器
（二）数模转换器（DAC或D/A转换器）
I1 U R
2R ,
I2
1 2
I1,
I3
1 4
I1,
四、模数转换器
（一）模数转换的一般原理和分类
1. 一般原理：将输入的模拟量UA相对于模拟参考量UR转换成数 字量D输出：
假定数字量D是小于1的数，则：
即：
2. 分类：积分型、逐次逼近比较型、并行和流水线型等
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
12
四、模数转换器
（二）数模转换器（DAC或D/A转换器）
2) 采样频率过低将不能真实地反映被采样信号的 情况（采样定理）
采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降 低采样频率
消除频率混叠问题后，采样频率的选择基本取决于 保护的原理和算法。
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
9
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器 的应用
微型机继电保护基础，毕天姝
7
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（三）采样保持电路的典型芯片
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
Ch=0.01F
8
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器 的应用
1. 采样频率的选择
1) 采样频率越高，要求CPU的速度越高
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
18
四、模数转换器
（四）A/D转换器举例
方式选择
OB/2 C (output binary/2’s complement) WARP, IMPULSE SER/PAR(Serial/Parallel) BYTESWAP
（二）对采样保持电路的要求
使Ch上电压按一定精度（例如误差小于0.1%）跟踪 上usr所需要的最小采样宽度Tc（或称为截获时间）， 对快速变化的信号采样时，要求Tc尽量短
保持时间要长。通常用下降率 来表示保持能力。
模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流 要小。
分析讨论Ch的选值
2020/11/17
优点：线性范围内，波形相同且同相 缺点：在非周期分量下容易饱和、线性度较差、动态范围小
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
4
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
一、电压形成回路
2. 作用与方案比较 3. 电流互感器应用注意事项
变比的选择
u2=RLHi2=RLHi1/nLH RLHi1max/nLHUmax
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
3
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
一、电压形成回路
1. 模拟量选取原则：以满足保护功能为基本准则 2. 作用与方案比较
作用 方案比较
电抗变换器
缺点：二次电压波形将发生畸变 优点：线性范围大、铁芯不易饱和、有移相作用、抑制直流
电流变换器
2. 低通滤波器
R=4.3k, C=0.1F
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
10
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
三、模拟量多路转换开关
（一）模拟量多路转换开关的作用 （二）MPX的工作过程
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
11
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
第一章 微机保护的硬件原理
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
1
1-1 概述
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
2
1-1 概述（续）
模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟滤波、采 样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)，完成将 模拟输入量准确地转换为所需的数字量
U偏
R
t
0
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微型机继电保护基础，毕天姝
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四、模数转换器
（四）A/D转换器举例
AD7665是逐次逼近型的16位快速模数转换器，速度为500kSPS 电源
DVDD、DGNG OVDD、OGND AVDD、AGND REF、REFGND
模拟量输入usr
10V, 5V, 2.5V 0-10V, 0-5V, 0-2.5V
屏蔽层的作用
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
5
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（一）S/H电路的作用及原理
1. S/H电路的作用 2. S/H电路的工作原理
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
6
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存内 存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以 及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保护 测量、逻辑和控制功能
开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或PIO)、光 电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保护的出口跳 闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能
PA0
微 数字量 并
型
行 PB15
机
口
PB0
16位
usc
D/A
模拟量输入usr
-
比较器
+
100 (大于)
(小于)
010
110
001
011
0பைடு நூலகம்0
001 010
011
101
111
100
101 110
111
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四、模数转换器
（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理
u(t)
+Ma x
2
原始波形
u(t)
+Ma x
原始波形
1
0
t
0
t
-
-
Max
Max
（a）
（b）
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（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理
双极性模拟信号的模数转换
Usr + U偏
由D/A来
-
10V
R 比较器
模拟usr
+
R
5V
偏置电压
I4
1 8
I1
I B1I1 B2I2 B3I3 B4I4
UR R
B1 21 B2 22 B3 23 B4 24
D B1 21 B2 22 Bn 2n
I
UR R
D
usc
I RF
U R RF R
D
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四、模数转换器
（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理
作用 工作原理
-UR
a
b
c
R
R
R
I1
I2
I3
I4
2R
2R
2R
2R
2R
K3
K2
K1
K0
RF
“1” “0”
I
usc
B1
B2
B3
B4
+A
最高位
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四、模数转换器
（二）数模转换器（DAC或D/A转换器）
I1 U R
2R ,
I2
1 2
I1,
I3
1 4
I1,
四、模数转换器
（一）模数转换的一般原理和分类
1. 一般原理：将输入的模拟量UA相对于模拟参考量UR转换成数 字量D输出：
假定数字量D是小于1的数，则：
即：
2. 分类：积分型、逐次逼近比较型、并行和流水线型等
2020/11/17
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四、模数转换器
（二）数模转换器（DAC或D/A转换器）
2) 采样频率过低将不能真实地反映被采样信号的 情况（采样定理）
采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降 低采样频率
消除频率混叠问题后，采样频率的选择基本取决于 保护的原理和算法。
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1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器 的应用
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1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（三）采样保持电路的典型芯片
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Ch=0.01F
8
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器 的应用
1. 采样频率的选择
1) 采样频率越高，要求CPU的速度越高
2020/11/17
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18
四、模数转换器
（四）A/D转换器举例
方式选择
OB/2 C (output binary/2’s complement) WARP, IMPULSE SER/PAR(Serial/Parallel) BYTESWAP
（二）对采样保持电路的要求
使Ch上电压按一定精度（例如误差小于0.1%）跟踪 上usr所需要的最小采样宽度Tc（或称为截获时间）， 对快速变化的信号采样时，要求Tc尽量短
保持时间要长。通常用下降率 来表示保持能力。
模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流 要小。
分析讨论Ch的选值
2020/11/17
优点：线性范围内，波形相同且同相 缺点：在非周期分量下容易饱和、线性度较差、动态范围小
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
4
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
一、电压形成回路
2. 作用与方案比较 3. 电流互感器应用注意事项
变比的选择
u2=RLHi2=RLHi1/nLH RLHi1max/nLHUmax
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
3
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
一、电压形成回路
1. 模拟量选取原则：以满足保护功能为基本准则 2. 作用与方案比较
作用 方案比较
电抗变换器
缺点：二次电压波形将发生畸变 优点：线性范围大、铁芯不易饱和、有移相作用、抑制直流
电流变换器
2. 低通滤波器
R=4.3k, C=0.1F
2020/11/17
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10
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
三、模拟量多路转换开关
（一）模拟量多路转换开关的作用 （二）MPX的工作过程
2020/11/17
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11
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
第一章 微机保护的硬件原理
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
1
1-1 概述
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2
1-1 概述（续）
模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟滤波、采 样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)，完成将 模拟输入量准确地转换为所需的数字量
U偏
R
t
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2020/11/17
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17
四、模数转换器
（四）A/D转换器举例
AD7665是逐次逼近型的16位快速模数转换器，速度为500kSPS 电源
DVDD、DGNG OVDD、OGND AVDD、AGND REF、REFGND
模拟量输入usr
10V, 5V, 2.5V 0-10V, 0-5V, 0-2.5V
屏蔽层的作用
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5
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（一）S/H电路的作用及原理
1. S/H电路的作用 2. S/H电路的工作原理
2020/11/17
微型机继电保护基础，毕天姝
6
1-2 数据采集系统 （模拟量输入系统）
CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存内 存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以 及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保护 测量、逻辑和控制功能
开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或PIO)、光 电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保护的出口跳 闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能
PA0
微 数字量 并
型
行 PB15
机
口
PB0
16位
usc
D/A
模拟量输入usr
-
比较器
+
100 (大于)
(小于)
010
110
001
011
0பைடு நூலகம்0
001 010
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四、模数转换器
（三）逐次逼近法模数转换器的基本原理