电赛专题国一作品-线路负载及故障检测装置.pdf
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电赛专题国作品_线路负载及故障检测装置有幸邀请到了在2019学电设计赛的获奖优秀队员为本公众号投稿,将分次推为家介绍只优秀队伍的作品。
本次推为家分享西安电科技学微电学院的团队的作品,团队成员为:
蒋昊宇冯郑张岳琦(排名不分先后),指导教师:
蔡觉平娄永乐。
该团队选择完成了电赛C题_线路负载及故障检测装置的设计,最终获得国家等奖的好成绩。
下开始介绍他们团队的作品。
线路负载及故障检测装置学校:
西安电科技学学校:
西安电科技学作者:
蒋昊宇作者:
蒋昊宇冯郑冯郑张岳琦张岳琦指导教师:
蔡觉平指导教师:
蔡觉平娄永乐娄永乐摘摘要:
在常测量中,对于电阻,电容,电感元件的判断与基本参数的测量分重要的,对于基本要:
在常测量中,对于电阻,电容,电感元件的判断与基本参数的测量分重要的,对于基本元件组成的简单串联或并联络的判断,本提出种线路负载及故障检测装置的设计案。
本作品元件组成的简单串联或并联络的判断,本提出种线路负载及故障检测装置的设计案。
本作品利利STM32f103ZET6芯作为主控芯,以芯作为主控芯,以ADI公司的公司的AD5933阻抗测量芯进阻抗测量,测量精度阻抗测量芯进阻抗测量,测量精度,误差较,响应速度快,且具有简单阻抗络结构判断功能,并且具有开路故障与短路故障报警,误差较,响应速度快,且具有简单阻抗络结构判断功能,并且具有开路故障与短路故障报警功能。
其中在短路故障状态利基于功能。
其中在短路故障状态利基于DDS信号发器向待测负载络注激励信号较短路回路电感信号发器向待测负载络注激励信号较短路回路电感在频信号下与标准采样电阻的分压来判定短路故障发位置。
在频信号下与标准采样电阻的分压来判定短路故障发位置。
关键词:
阻抗测量络结构DDS分压、案论证本系统需要实现的功能包括对于给定电阻电容电感元件的参数测量,任意两到三个元件串联或并联组成负载的络结构的判定,将电路故障点的距离测试,以及负载开路和短路故障分别指的报警功能。
需要对于以下电路模块进论证,系统案论证如下。
1.1元件测量案元件测量案案:
量电压电流法:
使基于FPGA的DDS信号发器产交流电压信号并经过放器放,将待测元件串接标准取样电阻,取样电阻将测试回路中电流转换为电压信号,经由鉴相器对幅度进鉴相后使ADC进采样,得出阻抗与元件参数值。
由于在使中需要对信号进放后使ADC两次采样,此过程中对所测相位差有定的影响,从影响测量精度。
案:
使ADI公司的阻抗测量芯AD5933。
AD5933是款精度的阻抗测量芯,内部集成了带有位,采样率达1MSPS的AD转换器的频率发器。
AD5933上带有个27位的DDS,这个频率发器可以产特定的频率来激励外部阻抗络,得到的响应信号被ADC采样,后通过上的DSP进离散傅叶变换。
变换后返回在这个输出频率下得到的阻抗实部值R和虚部值I,由此可以很容易得出在每个扫描频率下的阻抗与相。
通过相值判断元件种类与数值。
综上,元件测量案选取案。
1.2负载络结构判定案案:
阻抗测量法由AD5933阻抗测试芯对于接电路的不同负载络进阻抗测试,得到负载路的阻抗信息后对其进分析得出负载络组合。
虽然AD5933可以得到准确的负载络阻抗信息,但由于待测电感、电容、电阻的范围较,组合式众多,难以直接分析阻抗值得出。
案:
幅、模值判断法。
由于电阻、电容、电感元件在电路中的阻抗随频率表现出不样的性质,因此可以通过对于不同组合的阻抗络的幅频特性与相频特性的对于络连接形式进判别。
先对与不同络幅频特性与相频特性进分析,后使微处理器控制AD5933的DDS信号发器在定范围内进步进扫频,将得到的阻抗模值与相进分析,对于不同组合的阻抗络进匹配,得出结果。
综上,负载络结构判定案选取案。
1.3短路故障点测量案短路故障点测量案案:
波测距法波测距法是根据波传输理论实现输电线路故障测距的。
在故障发后由装置发射压频或直流脉冲,根据频脉冲由装置到故障点往返次的时间进测距。
由于波法测距需要频脉冲的发射与脉冲波测试仪器,同时要求操作者具有专业知识对于反射波形进数据分析计算,最后才能测出故障点位置,短时间内法实现。
且在题所加环境噪声对于波测距法也有影响,使测量精度不够确。
案:
LC谐振法由于在故障发时导线与短路线形成矩形回路,具有定量的电感值,在电路中串联个电容器,通过测量谐振频率,从计算出回路电感值。
谐振法需要不断调节激励信号的频率来使得电路达到谐振,此法需要对激励信号进信号调节测量速度较慢。
案三:
鉴相器鉴相法由于在短路情况下,导线与短路线间的环路中有定的电感,且与短路线的连接位置有关。
激励信号通过环路络后会由于电路中的阻抗改变相位。
两路信号通过鉴相器AD8302来测量相位差,由于导线在不同短路位置处具有不同的电感,因此不同位置的相位差也不相同,因此鉴相器在不同的导线位置输出的电压也不同,经过ADC采样后进函数拟合。
但是由于鉴相器对于输信号的电压值较为敏感,外界扰将严重影响鉴相器输出。
案四:
分压法由于短路回路具有定的电感值,因此频信号的刺激下表现出定的感抗值,在线圈回路中串联了个标准电阻R=50通过对于测量不同短路位置处线圈的不同感抗与标准电阻的分压,便可以得到个电压与短路位置的对应关系,使AD8302鉴出两路交流电压的幅值,进得到电感的精确变化。
电压值与鉴相法相对于外界噪声的抗扰能较强,系统较为稳定。
综上,短路故障点测量使案四。
、硬件电路设计、硬件电路设计2.1电源设计电源设计由于提供的电压只有5V,不满主控板的供电条件,故需要前端升压并多路降压稳压,电路设计如图1-1和图1-2所:
图1-1:
做第级降压图1-2第级分路降压2.2DDS及其信号预处理及其信号预处理本题使DDS模块实现固定频率和幅值的正弦波激励输出,其原理图如图1-3所,随后对激励源信号进放以便后进信号检测,放预处理电路如图1-4所:
图1-3:
DDS_AD9959图1-4:
信号固定增益放2.3阻抗测量阻抗测量本题对于阻抗测量使了专芯,其中对于电阻测量加了级处理电路,并通过排针连接来实现模式的选择,电路图如图1-5所:
图1-5:
AD5933专芯进阻抗测量三、测试结果表1-1:
电阻测量结果电阻值()200500100015002000测量值198521100214532005相对误差(%)14.20.23.10.25表1-2:
电容测量结果电容值(nF)200500100015002000测量值193483104515232003相对误差(%)3.53.44.51.50.15表1-3:
电感测量结果电感值(uH)1002005008001000测量值1042075208121000相对误差43.541.50由以上表1、2、3知对于电阻,电容,电感测量都可以满,但是前提是选择合适的扫频频段,由于频率越低,芯返回数据的时间越久,故在处理电容的时候,若要使测量较准,使较低的频段,需要较久的时间,可能会超过五秒。
表1-4:
短路故障点测量短路位置(cm)2025354550测量值(cm)20.325.23544.849.7误差(cm)0.30.200.20.3对3050cm范围进整段拟合,经过函数拟合之后,可以实现整段故障点的测量不超过1cm。
且由于侧分压,抗造性能很好,噪声的加故障点的测量乎没有影响。
四、进步改进的措施四、进步改进的措施1尽量降低整个系统的功耗由于升压之后外接外设或者负载会提功耗,整个系统可以在满最实现最电压的前提下降低升压,提效率,同时,由于开发板的外设过多,可以最系统板来降低功耗.2、可以适当降低整个系统的价格由于个激励源使了DDS芯稳定输出个频率的正弦波,可以使制振荡器来成正弦波,降低价格.五、结束语五、结束语该设计较好实现了题基本部分和发挥部分的全部功能,并有良好的发挥,多项性能优于题要求的指标。
但对于电容的测量缺乏合理的解决案,本题由于时间的限制,难以使低频交流信号来测量电容,这有待于对系统设计的进步改善。
往期精彩(国家等奖)本完!
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- 关 键 词:
- 专题 作品 线路 负载 故障 检测 装置
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