微機(jī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)
點(diǎn)擊次數(shù)：1437 更新時(shí)間：2017-11-27
一、微機(jī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換單元
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由于A／D轉(zhuǎn)換器與整個(gè)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(jìn)行采樣，每周波采樣12點(diǎn)，即每一個(gè)周波要完成256次轉(zhuǎn)換，而每個(gè)周波為20 ms，因此要求轉(zhuǎn)換速率約為78μs。考慮到每個(gè)通道的采樣時(shí)間包括多路開關(guān)的開關(guān)時(shí)間、采樣／保持器的采樣和建立時(shí)間、A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間以及丈量傳感器的建立時(shí)間等，決定選用轉(zhuǎn)換時(shí)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(dá)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(dá)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(shí)鐘、+2.5 V內(nèi)部基準(zhǔn)和高速單字節(jié)并口等特性，可工作于單+5 V模擬電源，獨(dú)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(jī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開關(guān)量輸進(jìn)／輸出單元
1、開關(guān)量輸進(jìn)單元
本系統(tǒng)共有8路開關(guān)量輸進(jìn)，如圖3所示。由于儀器模擬的運(yùn)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(cuò)誤輸進(jìn)。因而本裝置采用光電隔離型輸進(jìn)方式，其主要優(yōu)點(diǎn)：
(1) 輸進(jìn)信號與輸出信號在電氣上*隔離，抗干擾能力強(qiáng)；
(2) 無觸點(diǎn)、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(jìn)微機(jī)保護(hù)的開關(guān)量，如開關(guān)位置輔助接點(diǎn)、收發(fā)信機(jī)的收發(fā)信狀態(tài)觸點(diǎn)等都是由"開關(guān)量輸進(jìn)"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(jìn)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(shí)可以產(chǎn)生一個(gè)中斷，MCU可以及時(shí)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(shí)現(xiàn)繼電器接點(diǎn)和按鍵接點(diǎn)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(shí)，微機(jī)保護(hù)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(hù)。具體的說，從微機(jī)保護(hù)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(shí)現(xiàn)保護(hù)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(shí)并接發(fā)光二極管LED。在有故障信號而使繼電器動作時(shí)，相應(yīng)的二極管也發(fā)光顯示；另外1路接揚(yáng)聲器，收到故障信號后，發(fā)聲報(bào)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(gè)完整的保護(hù)系統(tǒng)，輸出結(jié)構(gòu)如圖4所示。微機(jī)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(jī)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用單片模擬集成鎖相環(huán)電路NE564進(jìn)行測頻，該芯片采用單5V電壓供電，zui高工作頻率可達(dá)50 MHz，外部可調(diào)節(jié)環(huán)路增益，數(shù)字量輸進(jìn)輸出兼容TTL電平。另外裝置還使用了一片計(jì)數(shù)器集成電路74HCT4520，接成一個(gè)256分頻器，把NE564的VCO輸出進(jìn)行256分頻后，送進(jìn)NE564的鑒相器與輸進(jìn)的50 Hz工頻信號進(jìn)行相位比較。這樣，50 Hz的工頻信號就在256倍頻后送進(jìn)MCU進(jìn)行頻率丈量。通過上述電路，就可以實(shí)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(jìn)信號進(jìn)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(jìn)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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