DSP交流采样电路设计

1、DSP交流采样电路设计DSP流 采 样 电 路 设1实验目的本次实验针对电气工程及其自动化专业及测控专业。通过综合实验，使学生对所学过的 DSP在继电保护中的应用有一个系统的认识， 并运用自己学过的知识， 自己设计模拟继电保护过程实系统继电器的跳验系统。要求用 DSP 完成对电网的电压的采样，然后经过 DSP 的处理，可以对 合进行控制，自己设计，自己编程，最后自行调试，自行实现自己的设计。在整个试验过程中， 摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培 养学生动手能力。学生试验应做到以下几点：DSP 在继电保护中的应用。1. 通过 DSP 程序的设计模

2、拟继电保护跳闸实验，进一步了解2. 通过实验线路的设计，计算及实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本 知识更加巩固。3. 培养动手能力，增强对 DSP 运用的能力4.培养分析，查找故障的能力。5. 增加对 DSP 外围电路的认识。2实验设备DSP板、仿真器、面包板、采样板器件，电烙铁，其它工具3实验原理1、DSP 最小系统电路图1、模拟电子线路（一）、电流采样电路的设计本次电流采样电路选择的电流互感器总共由两级， 前一级互感器变比为 4A： 1A，第二级互感器采用 TA1015-1, 其变比为 5A:5mA，也就是 1000:1 ，两级总共 的互感器比例为 4000:1 。即电流互

3、感器一次侧的电流大小为 4A，二次侧的电流大小为 1A，二级互感 器的二次侧电流大小为 1mA。如图 3-6 ，在互感器二次侧并一个 1K 的电阻即可 将一次侧的 4A 的强电流信号变换为二次侧的弱电压信号，其计算公式为 :(3-1)(3-2)(3-3)i2 i1 /k 4A/ 4000 1.0(mA)u2 i2R 1.0 10 3 1 103 1.0(V) 其峰值为： up 2u2 2 1.0 1.414(V )即电流互感器二次侧输出的电压范围为 - 1.414V至+1.414V，即一次回路里的220V的工频交流便被线性转化为 - 1.414V至+1.414V。信号电路共有三级， 第一级为偏

4、置放大环节， 它能够将交流信号调理成 DSP 能准确进行 AD转换的 0V 至 3.3V 的直流信号。第二级为有源滤波环节，该环节 能够滤去信号调理电路里的高频干扰信号。第三极为跟随环节，其输入高阻抗， 输出低阻抗，进一步增加了信号调理电路的抗干扰能力。对于第一级信号调理电路，假设正相端输入电压为 ui1 ，反向端输入电压为ui2 ，输出电压为 uo1，则其输入与输出有如下的关系Rfuo1ui1ui 2 ui13-4)在此信号调理电路里， R2 2Rf ，所以输入信号与输出信号之间满足如下关 系：uo1 1.5ui1 0.5ui 2 （3-5）由公式 3-5 可知，当 ui1=1V时，因为 u

5、i2的取值范围为 - 1.414V至+1.414V,所 以 uo1的取值范围为 0.793V 至 2.207V，此信号能够满足 DSP的采样范围（ 0V 至 3V）。对于第二级信号调理电路，它是有源滤波环节，该电路对地阻抗为：Z R3 1 j2 fc（3-6）在此信号调理电路里电容取 10pf, 则其对地阻抗为：4 10Z 104 1.6j 1010 / f （3-7）根据公式 3-7 ，该有源滤波电路对高频干扰信号能够被滤掉，对于 50Hz 的 工频，其阻抗非常大，故对采样的信号幅值衰减和相位的影响都很小，可以忽 略。假设同相输入端信号电压为 ui3，输出电压信号为 uo2，则其对工频 50

6、Hz 的 传递函数近似为：uo2 ui 3 （3-8） 对于第三极信号调理电路，它是一个跟随器，其输入等于输出。假设同相 输入端信号电压为 ui4 ，输出电压信号为 uo3 ，则其对工频 50Hz 的传递函数近似 为：uo3 ui4 （3-9）由此，电流采样电路便分析完毕，其输入与输出的关系为：Rfuo ui1ui 2 ui 1 （3-10）o i1 R2 i 2 i 1所以 220V 的一次侧强电流信号就被转化成 0.793V 至 2.207V 的直流信号。二）、电压采样电路的设计如图所示，电压互感器选择为 TV1013-1H，其变比为 2mA:2mA，也就是变比 为 2000:2000 ，

7、本次设计采集的电压信号为相电压，即 220V，在电压互感器一 次侧串联一个 ,200K 的电阻，再在二次侧并联一个 330 的电阻即可得到所需的 信号，其具体计算如下：一次侧电流大小为 :i1u1220 3 1. 1 mA (3-11R1200 103由于该互感器为 2000:2000，所以二次侧的电流大小也为 1.1mA ，当二次侧 并联一个 330 的电阻以后，其输出电压为 :u2 i2 R2 1.1 330 0.363 A 363mV (3-12 其峰值为有效值的 2 倍，则二次侧电压信号峰值约为 513mV,也即电压互感器二次侧输出电压的范围为 -0.513V 至 +0.513V。此信

8、号再经过与电流采样相同的信号调理电路， 如果运放正相端所加的直流电压为 1V，即可将工频 220V 的交 流信号变换为在 1.244V 至 1.757V 之间变化的直流信号。3、继电保护（一）、阶段式电流保护的构成 瞬时电流速断保护只能保护线路的一部分，定时限电流速断保护能够保护本线 路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，所以还必须采用过电流保护作为 本线路远后备和下一线路的近后备保护。由瞬时电流速断、定时限电流速断与 过电流保护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流 保护。（二）、瞬时电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障的时间必须满足系统 稳定和

9、保护重要用户供电的可靠性。对于特高压输电线路，还要满足限制过电 压的要求。再简单、可靠和保证选择性的前提下，原则上总是越快越好。因此， 在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护装置。对于仅反应与电流 增大而瞬时动作的电流保护，成为瞬时电流速断保护。基本概念： 指仅反应电 流增大而瞬时动作的保护；是三段式电流保护的第段 ; 是电流保护的主保护。（三）、限时电流速断保护由于有选择性的瞬时电流速断保护，不能保护本线路的全长，不能作为主保 护，因此应增加一段新的保护，用来切除本线路瞬时电流速断保护范围以外的 故障，同时作为瞬时电流速断保护的后备，这就是现实电流速断保护。对限时 电流速断保护的要求

10、，首先是在任何情况下能保护本线路的全长，并具有足够 的灵敏度；其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小的动作时限。整定原 则是保护范围不超过下一条线路瞬时速断保护的范围，而动作时限则比下一条 线路的瞬时速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段以 t 表示。基本概念：指 快速切除本线路上瞬时速断保护范围之外故障的保护；是三段式电流保护的第 段。是电流保护的主保护，同时可以作为速断保护的后备保护。基本要求： 在任何情况能够保护线路的全长，并具有足够的灵敏度。在下一级线路发生故 障时候，首先保证由下一级线路切除故障。时限：t 1II t2It （ t 通常取为 0.5 s）灵敏度校验时计算条件：最小运行

11、方式、两相短路、线路末端短路、金属性短灵敏度校验公式：（要求 Ksen 1.31.5）四）、定时限过电流保护k .B.minIIset.1有别于电流速断，过电流保护通常是指其启动电流按躲开最大负荷电流整定的一种保护装置，也是多段式电流保护的最后一段。他是正常运行时不应该起 动，而在系统发生故障时能反应与电流增大而动作，在一般情况下他不仅能够 保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到远后备保护的作用。 整定原则是保证在正常运行的情况下过电流保护绝对不动作，显然保护装置的 启动电流必须整定得大于该线路上可能出现的最大负荷电流。然而在实践上确 定保护装置的启动电流时，还必须考虑在外部故障

12、切除后，保护装置是否能够 返回的问题。基本概念：指按躲过最大负荷电流来整定的保护； 是三段式电流保护的第段； 可以作为本线路的近后备保护，还可以作相邻线 路的远后备。基本要求：正常运行时不起动；外部故障切除之后能可靠返回； 近后备校验：最小运行方式、两相短路、本线路末端近后备校验公式：I kB. min远后备校验：IIIsetKsen 1.31.5 )最小运行方式、两相短路、相邻线路末端远后备校验公式：I kC. minKsen1. 2 )IIIset4实验步骤1. 设计、答疑设计要求：1）熟悉 DSP 开发板硬件原理2）熟悉 CCS3.1 软件。3）设计硬件电路图2. 自行调试，接线，要求布

13、线整齐。3. 写出实验步骤，经教师检查认可后，按实验步骤调试。4. 通电调试系统单个环节，确认各个环节无误后，通电进行系统调试。5. 能够完全准确的模拟继电保护。4实验程序/*文件名： DSP28_Ev.c*功 能：2812 事件管理器的初始化函数，包括 了 EVA 和 EVB 的初始化* 作 者 : likyo from hellodsp*/#include "DSP28_Device.h"* 名称： InitEv()* 功能：初始化 EVA 下的通用定时器 T1，T1的周期中断标志位被置 1的时候向 ADC 模块 * 发出一个 ADC 启动信号。采样频率 设定为 10K

14、 ，则定时器 T1 的周期为 0.1ms。* 入口参数：无* 出口参数：无*/void InitEv(void)/ 计 数模式为连续增计数/ 暂时禁止 T1 计数/ 使用内部时钟EvaRegs.T1CMPR=0x0000;/ 周期中断启动 ADC/ 使 能定时器 T1 的周期中断/清除定时器 T1 的周期中断标志位EvaRegs.T1PR=0x0EA6;/ 周期为 0.1msEvaRegs.T1CNT=0;/初始化计数器寄存器#include "DSP28_Device.h"void InitAdc(void)unsigned int i;asm(" RPT #10 | NOP");/仿真暂停时，序列发生器和其他数字电路逻 辑立即停止/采样窗口大小， SOC 脉冲宽度为 1 个ADCLK/核时钟预定标器，等于 0，未将时钟进行 2 分频/运行于启动 /停止模式/单序列发生器模式for(i=0;i<10000;i+) NOP;for(i=0;i<5000;i+) NOP;/ADCLK=HSPCLK/30/采用顺序采样模