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第一章微机保护的硬件原理
中国石油大学(华东)信控学院电气工程系
四、采样保持器及其工作原理
(一)概述
模拟信号进行A/D转换时,有以下实事:
从启动转换到转换结束输出数字量,需要一定的转换时间。
在这个转换时间内,模拟信号要保持不变。否则转换精度没有保证,特别当输入信号输入频率较高时,会造成很大的转换误差。
要防止这种误差的产生,必须在A/D转换开始时将输入信号的电平保持住,而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。
能完成这能完种功能的器件叫采样/保持器。采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。
在数据采集系统中,采样/保持器主要起以下两种作用:
“稳定”快速变化的输入信号,以利于模/数转换器把模拟信号转换成数字信号,减小采样误差。
用来储存多路模拟信号,这样可使用多路开关和一个AD实现多路信号的同步采集。
1、逐次逼近型模数转换器优缺点
缺点:由于逐次逼近型模数转换器在1个时钟周期内只能完成1位转换。n位转换需要n个时钟周期,故这种模数转换器采样速率不高,输入带宽也较低。
优点是原理简单,便于实现,适用于中速率而分辨率要求较高的场合。
六、VFC工作原理及其在微机保护中的应用
有一种积分型A/D,其基本思想是用待转换的电压V控制时间间隔Δt,使Δt正比于输入电压V,而计数脉冲频率不变,在Δt时间间隔内,计数脉冲的数字代表了输入电压的大小。
换一种思路,用待转换的电压V控制脉冲的频率,使脉冲频率正比于电压V,而计数间隔不变,则计数结果也代表输入了电压的大小。
这种模数转换称为电压-频率型(V-F型)模数转换,简称VFC。
而且VFC器件构成的数据采集系统本身就具有低通滤波的功能,幅频特性如图所示:
结论:VFC型数据采集系统的输出值与输入电压的积分成正比!
(3)VFC式数据采集系统的分辨率
微机继电保护对模数变换器的主要要求是分辨率。直接型A/D芯片以其输出的数字信号的位数来衡量分辨率。例如某一芯片,输出数字量为12位,去除符号位,其表示的数的范围是±2048,显然位数越多测量范围越大,量化误差相对越小。
VFC式数据采集系统的分辨率决定于两个因素,其一是VFC芯片输出的最高频率fVFC,二是积分间隔NTs的大小。在NTs期间计数的最大值为:
可见,欲提高VFC式数据采集系统的分辨率,一是选择最高转换频率高的芯片,这要增加硬件成本;二是增大计算间隔NTs 的值。这只需要在软件中改变即可实现,但代价是增加了保护的延时。实际上任何控制系统中速度和精度总是一对矛盾。实际中可以根据故障的严重程度实时改变计算间隔。
2、在分辨率方面
A/D式芯片构成的数据采集系统的分辨率决定于A/D芯片的位数。位数越高,分辨率也越高。但硬件一经选定则分辨率便固定。
而由VFC芯片构成的数据采集系统的分辨率不仅与VFC芯片的最高转换频率有关,而且还与软件计算时所选取的计算间隔有关。计算间隔越长,分辨率越高。
五、光耦器件在微机保护中的应用
在微机保护中,光耦器件一般均作为具有开关特性的接口器件使用,包括:
(1)开关量输入电路
(2)开关量输出电路
(3)打印机接口电路
(4)脉冲接口电路
(5)通信接口电路