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1、 模拟量输入及输出电路简述模拟量输入及输出电路简述逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D变换的模拟量输入电路变换的模拟量输入电路主要内容基于基于V/FV/F转换的模拟量输入回路转换的模拟量输入回路模模 拟拟 量量 输输 出出 电电 路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
2、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)100V5A/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
3、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 、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
4、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
5、 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
6、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AD7506ui0变电站模拟量输入输出原理（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
7、，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
8、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25
9、0kHz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。锁存器：本质是一种触发器，具有记忆功能，一经触 发就将输入信号锁存输出端，输入端再发生变化不影响输 出端状态。 变电站模拟量输入输出原理（二）D/A转换器输出电压为：式中： 是按代码的权 组合起来表示的数字量 ，某位B为 “0”时，相应的这项为0。 为基准 电压
