模拟量输入输出原理.ppt

1、变电站模拟量输入输出原理,主要内容,基于V/F转换的模拟量输入回路,变电站模拟量输入输出原理,一、模拟量输入及输出电路简述 变电站综合自动化的微机系统所采集的变电站测控对象的电流、电压、有功和无功功率、温度等都属于模拟量。模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与CPU接口完成数据采集任务。 模拟量输入电路有两种方式： （1）逐次逼近型A/D转换方式直接将模拟量转换为数字量的变换方式； （2）利用电压/频率变化（VFC）原理进行模数变换方式将模拟量电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式。,变电站模拟量输入输出原理,二、逐次逼近型A/D变换的模拟量

2、输入电路,逐次逼近型模拟量输入电路框图,变电站模拟量输入输出原理,（一）电压形成回路 来自TA、TV的电流或电压量不适应模数变换器的范围，故需要进行变换。,模拟量输入电压变换原理图 （a)电压接口 （b) 电流接口,（a),（b),100V,5A/1A,？,变电站模拟量输入输出原理,电压形成电路作用： 起电量变换 将一次设备的TA、TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。 电路中的稳压管V1和V2的作用？ 稳压管V1和V2组成双向限幅，使后面环节的采样保持器、A/D转换芯片的输入电压限制在峰峰值10V（或5V）以内。,变电站模拟量输入输出原理,（二）低通滤波器和采样定理 、

3、低通滤波 电力系统在故障的暂态期间，电压和电流含有较高的频率，需在采用之前将最高频率分量限制在一定的频带内，以降低采样频率fs,这样一方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需要的最高频率信号的采样不至于发生失真。 模拟低通滤波器可以做成有源或无源的，最常用的是RC低通滤波器，阶数根据具体的情况而定。,常用的滤波电路的类型？,变电站模拟量输入输出原理,、采样和采样定理 模拟量的采样可分为直流采样和交流采样两种类型。 （1）直流采样 直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换 成直流电压信号，再送至AD转换器进行转换；即 AD转换器采样的模拟量为直流信号。 （）交流采样 指对交流电流和交流电压

4、采集时，输入至AD转换 器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率， 大小成比例的交流电压信号。如下页图所示。,交流电压电流输入通道结构框图 （a）电压输入通道（b）电流输入通道,变电站模拟量输入输出原理,采样定理 一个随时间连续变化的物理量f(t)，如图（a），经过采样后，得到一系列的脉冲序列f*(t)，它是离散的信号，被称为采样信号，如图(c) 。 根据香农（Shannon）定理：如果随时间变化的模拟信号（包括噪声干扰在内）的最高频率为fmax，只要按照采样频率f2fmax进行采样，那么所给出的样品系列就足以代表（或恢复）f(t)了，实际应用中常采用f(5-10)fmax。,变电站模拟量输

5、入输出原理,采 样 过 程,变电站模拟量输入输出原理,变电站模拟量输入输出原理,（三）采样保持器 连续时间信号的采样及其保持是指在采样时刻上，把输入模拟信号的瞬时值记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模数转换器A/D使用。 在t0时，s开关闭合， 电容被迅速充电， ui=uo。t0-t1是采样阶段。 在t1时，s断开，uo为此刻 的输入值，t1-t2 是保持 阶段，供A/D使用。,采样阶段,保持阶段,采样,采样,采样保持示意图,变电站模拟量输入输出原理,（四）多路转换开关（） 以AD7506为例说明多路转换开关的工作原理。,多路转换开关,AD7506,ui0,变电站模拟量输入输出原理

6、,（五）模数(A/D)变换 A/D变换器主要有逐次逼近型、积分型、计数型和并行比较型等几种类型。 逐次逼近型A/D转换的实质是：逐次把设定的SAR 寄存器的数字量经D/A转换后得到的电压Uc与待转换的模拟电压Ux进行比较。比较时，先从SAR 最高位开始，逐次的确定各位的数码是“1”还是 “0” 。,逐次逼近型A/D转换器的工作原理,变电站模拟量输入输出原理,三、基于V/F转换的模拟量输入回路 （一）VFC型A/D变换 VFC的原理是将输入的电压模拟量ui线性地变换为数字脉冲式的频率f，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后再固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，使CPU读入，其原理如图所

7、示。,VFC型A/D变换原理框图,变电站模拟量输入输出原理,（二）AD654的结构及工作原理 AD654是单片VFC变换芯片，中心频率为50Hz。在装置中一般采用负端输入方式，如图2-16，AD654只能转换单极性，所以对交流电压的信号输入，必须有个负的偏置电压，它在3端输入。,AD654工作电路图,零漂调整,零漂调整,变电站模拟量输入输出原理,变电站模拟量输入输出原理,此偏置电压为-5V，其压控震荡频率与网络电阻的关系为 可见输出频率与输入电压呈线性关系。 RP1用来调整偏置值，使外部输入电压为零时输出频率为250kHz,从而使交流电压的测量范围控制在5V的峰值内，这也叫零漂调整。各通道的平

8、衡度及刻度比可用电位器RP2来调整。,变电站模拟量输入输出原理,VFC的变换特性与输入交流信号的变换关系如图。,VFC变换关系图,输入-5V,输入0V,输入+5V,变电站模拟量输入输出原理,当输入电压 时，由于偏置电压-5V加在输入端3上，输出信号是频率为250kHz的等幅等宽的脉冲波，见图（a），当输入信号是交流信号时，经VFC变换后输出的信号是被交变信号调制了的等幅脉冲调频波，见图（b）。,变电站模拟量输入输出原理,VFC工作原理和计数采样 （a）uin=0 （b）uin为交变信号,250kHz的等幅等宽脉冲,-5V500kHzT小稠密,变电站模拟量输入输出原理,在 至 的这一段时间内计数器计到的脉冲数为 ，如果每个脉冲对应的电压值为Kb系数，则输入电压可用下式表示 式中： 为250kHz中心频率对应的脉冲常数。,瞬时值,变电站模拟量输入输出原理,四、模拟量输出电路 （一）模拟量输出电路组成,模拟量输出通道结构框图,由于D/A需要一定时间，在转换期间，输入待转换的数字量应保持不变，而数据在总线上稳定的时间很短，因此必须用锁存器来保持数据量的稳定。 锁