微機繼電保護實驗系統(tǒng)外圍電路設(shè)計

點擊次數(shù)：1513 更新時間：2017-11-27

一、微機繼電保護實驗系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換單元

由于A／D轉(zhuǎn)換器與整個系統(tǒng)的丈量范圍和精度有關(guān)，因此，A／D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)至少要比總精度要求的zui低分辨率高一位。本裝置對8路模擬信號進行采樣，每周波采樣12點，即每一個周波要完成256次轉(zhuǎn)換，而每個周波為20 ms，因此要求轉(zhuǎn)換速率約為78μs。考慮到每個通道的采樣時間包括多路開關(guān)的開關(guān)時間、采樣／保持器的采樣和建立時間、A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間以及丈量傳感器的建立時間等，決定選用轉(zhuǎn)換時間較少的逐次比較型的A／D轉(zhuǎn)換器。對于8位的A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率能達到1／28或滿刻度的0.392％，顯然不能滿足本裝置所要求的0.2級(0.2％)精度；而10位的轉(zhuǎn)換器能夠達到的精度為0.09％，能夠滿足本裝置的精度要求，所以本裝置采用10位的MAX1060型芯片A／D轉(zhuǎn)換器用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

MAX1060為10位低功耗逐次逼近型模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，轉(zhuǎn)換速度為2μs，具有內(nèi)部時鐘、+2.5 V內(nèi)部基準和高速單字節(jié)并口等特性，可工作于單+5 V模擬電源，獨立的VLOGIC引腳答應(yīng)與+2.7～+5.5 V的數(shù)字邏輯直接接口。在400 kS／s的zui大采樣頻率下，功耗僅為10 mW。提供兩種軟件可編程的關(guān)斷模式，可以使MAX1060在轉(zhuǎn)換操縱之間處于關(guān)斷狀態(tài)，一旦訪問并口，便使其返回到正常工作模式，且在低采樣率下，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)斷模式能夠?qū)㈦娫措娏鹘抵?0 μA以內(nèi)。

二、微機繼電保護實驗系統(tǒng)的開關(guān)量輸進／輸出單元

1、開關(guān)量輸進單元

本系統(tǒng)共有8路開關(guān)量輸進，如圖3所示。由于儀器模擬的運行現(xiàn)場環(huán)境惡劣，存在電、磁、振動、噪聲等各種干擾，TTL電平直接接口可能會造成錯誤輸進。因而本裝置采用光電隔離型輸進方式，其主要優(yōu)點：

(1) 輸進信號與輸出信號在電氣上*隔離，抗干擾能力強；

(2) 無觸點、耐沖擊、壽命長、可靠性高；

(3) 響應(yīng)速度快，易與邏輯電平配合使用。

從外面引進微機保護的開關(guān)量，如開關(guān)位置輔助接點、收發(fā)信機的收發(fā)信狀態(tài)觸點等都是由"開關(guān)量輸進"回路中的光電隔離技術(shù)處理后，將信息送至中心處理系統(tǒng)。本系統(tǒng)中8路開關(guān)量輸進量分成兩類：*類的6路由MCU通過查詢方式獲知系統(tǒng)的工作狀態(tài)；第二類的2路直接接到MCU的外部中斷口上，一旦開關(guān)量有變化時可以產(chǎn)生一個中斷，MCU可以及時處理。這樣就使得裝置的工作非常靈活。

撥碼開關(guān)是為了方便實現(xiàn)繼電器接點和按鍵接點的模擬，便于通過手動模擬外部的短路或斷路等工作方式。

2、開關(guān)量輸出單元

在線路發(fā)生故障時，微機保護主要是通過各種開關(guān)量輸出來完成對線路中各斷路器和繼電器的控制，從而使發(fā)生事故的線路被隔離，其他線路能夠zui大程度地得到保護。具體的說，從微機保護送出的開關(guān)量，如跳閘命令、告警信息等，是經(jīng)"開關(guān)量輸出"回路中的光電隔離技術(shù)處理后，將中心處理系統(tǒng)的判定結(jié)果送出，并實現(xiàn)保護功能。

本系統(tǒng)用8路信號開關(guān)量輸出來模擬故障狀態(tài)，其中7路接繼電器，同時并接發(fā)光二極管LED。在有故障信號而使繼電器動作時，相應(yīng)的二極管也發(fā)光顯示；另外1路接揚聲器，收到故障信號后，發(fā)聲報警。開關(guān)輸出量既可以用來模擬故障動作，還可用繼電器接外部設(shè)備來形成一個完整的保護系統(tǒng)，輸出結(jié)構(gòu)如圖4所示。微機系統(tǒng)輸出的開關(guān)信號是芯片給出的低壓直流，不能直接驅(qū)動外設(shè)，而需要經(jīng)過驅(qū)動模塊轉(zhuǎn)換等處理后才能用于完成對外部設(shè)備的開啟和封閉，本裝置的開關(guān)量采用繼電器輸出方式輸出。

三、頻率丈量單元

本微機繼電保護實驗系統(tǒng)使用單片模擬集成鎖相環(huán)電路NE564進行測頻，該芯片采用單5V電壓供電，zui高工作頻率可達50 MHz，外部可調(diào)節(jié)環(huán)路增益，數(shù)字量輸進輸出兼容TTL電平。另外裝置還使用了一片計數(shù)器集成電路74HCT4520，接成一個256分頻器，把NE564的VCO輸出進行256分頻后，送進NE564的鑒相器與輸進的50 Hz工頻信號進行相位比較。這樣，50 Hz的工頻信號就在256倍頻后送進MCU進行頻率丈量。通過上述電路，就可以實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整采樣間隔，在A／D轉(zhuǎn)換中采用跟蹤頻率變化的變步長對輸進信號進行采樣，以使本系統(tǒng)具有較好的丈量精度。此外，還采用常用的過零比較器進行測頻，把正弦信號轉(zhuǎn)換成方波信號，完成丈量頻率的功能。

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