عداد كهربائي رقمي عالي الأداء: حل لمكافحة التداخل لرصد نظام ثلاثي الطور

I. نظرة عامة​

تعتمد هذه الحلول على رقاقة تحكم ذات أداء عالي وبنية تعاونية متعددة الوحدات لتحقيق التقاط دقيق ومعالجة وعرض ونقل عن بعد لمعلمات الشبكة الكهربائية ثلاثية الأطوار، مما يلبي متطلبات المراقبة الفورية لنظم الطاقة. بينما يتم ضمان دقة القياس، تعالج هذه العداد الرقمي للطاقة مشاكل التداخل بكفاءة من خلال العديد من الابتكارات التكنولوجية وتقوم بتحسين تكاليف الإنتاج.

​II. بنية العداد العامة والوظائف​

​هندسة النظام​

تستخدم نموذج الهندسة "مع رقاقة التحكم كنواة وتعاون الوحدات المتعددة" لتحقيق الوظائف المتكاملة لجمع البيانات ومعالجتها وعرضها ونقلها.

​وظائف الوحدات الأساسية​

1. ​وحدة رقاقة التحكم الرئيسية​
• الجهاز الرئيسي: رقاقة MSP430F5438A
• الوظائف المدمجة: دائرة تحويل AD، دائرة البلور عالية التردد، دائرة البلور المنخفض التردد
• المسؤوليات الرئيسية: التحكم في وحدات النظام ومعالجة إشارات البيانات
• التصميم الخاص: تحتوي دائرة البلور المنخفض التردد على مكثفات تعويض داخلية؛ يتم توصيل التردد الرئيسي فقط ببلور 32768Hz منخفض التردد.
2. ​وحدة دارة التقاط الإشارة​
• التقاط الجهد: دائرة مقسم الجهد لجهد الشبكة ثلاثية الأطوار
• التقاط التيار: المحولات الحالية ثلاثية الأطوار
• تهيئة الإشارة: دائرة مضخم التشغيل (التكبير وتحويل المستوى)
• تكوين القنوات: قنوات عينات جهد أنالوج، قنوات عينات تيار أنالوج
• الوظيفة: تحقيق التقاط دقيق لإشارات الجهد والتيار ثلاثية الأطوار.
3. ​وحدات الوظائف المساعدة​
• الساعة الزمنية الفعلية (RTC): توفر أساس زمني دقيق، مما يضمن دقة ختم الوقت للبيانات.
• ذاكرة المعلومات الداخلية: تخزن معلمات تشغيل العداد والبيانات المستلمة، وتدعم تعديل المحتوى.
• وحدة التحكم بالعرض: تعرض معلمات الشبكة الكهربائية، مجهزة بحماية ضد التداخل.
• واجهة الاتصال: واجهة RS485، تدعم الاتصال بأجهزة الكمبيوتر للمراقبة عن بعد لتحميل البيانات الفعلية.
• وحدة التغذية: إخراج طاقة متعدد المستويات
• إخراج 5V: لوحدة دارة التقاط الإشارة.
• إخراج 3.3V: لرقاقة التحكم الرئيسية، RTC، الذاكرة، وحدة التحكم بالعرض.
• إخراج 5V معزول: لواجهة الاتصال.

​III. التحسينات والتقدم التقني الأساسي والأفضليات​

1. ​حل تداخل خط المحايد​
• ​المشاكل التقليدية​
• كان يجب أن يمر خط المحايد عبر 4 مقاومات بمجموع مقاومة 1.496MΩ.
• عند التعويم، كان موصل خط المحايد عرضة للتداخل.
• عرض جهد ثلاثي الأطوار غير طبيعي عند عدم وجود جهد.
• بيانات غير مستقرة، مما يؤثر على دقة العينات والقياس.
• ​التصميم المحسن​
• يتم توصيل خط المحايد لقناة العينة الجهدية مباشرة بالأرضية النظام.
• ​الأفضليات التقنية​
• حل كامل لتداخل خط المحايد.
• إزالة 4 مقاومات خط المحايد، مما يبسط تصميم الدائرة.
• تخفيض صعوبة الإنتاج والتكلفة.
2. ​تصميم مقاومة التداخل EFT​
• ​حل التصميم​
• تم وضع وحدة مقاومة EFT بين وحدة التحكم بالعرض ورقاقة التحكم الرئيسية.
• تحتوي الوحدة على 4 مكثفات (C1-C4)، مرتبطة بشكل واحد مقابل واحد مع خطوط إشارات الاتصال.
• مواصفات المكثفات: C1، C3، C4 هي 10000pF؛ C2 هي 3300pF.
• يتم توصيل أحد طرفي المكثف بخط الإشارة، والطرف الآخر بالأرض.
• ​الأفضليات التقنية​
• توفر حماية فعالة لكل خط إشارة اتصال.
• تمر اختبار مناعة EFT 4kV.
• تمتلك قدرة قوية على مقاومة EFT.
3. ​تحسين مقاومة التفريغ الكهربائي الساكن واستقرار الساعة​
• ​تكوين البلور​
• يتم توصيل مدخل التردد الرئيسي لرقاقة التحكم الرئيسية فقط ببلور 32768Hz منخفض التردد.
• تحتوي دائرة البلور المنخفض التردد الداخلية للرقاقة على مكثفات تعويض داخلية.
• ​ثلاثة أفضليات​
• أداء ESD: يمر اختبار ESD 15kV بالهواء، يعمل بشكل مستقر.
• دقة الساعة: يولد ساعة ثانية من خلال التقسيم الترددي، مما يضمن استقرار ساعة عينات ADC.
• تبسيط الدائرة: إزالة دائرة تحويل AD الخارجية ومكثفتين لتعويض البلور.

​IV. الفعالية التقنية الشاملة​

• ​تحقيق الوظائف​
• إكمال بشكل مستقر التقاط ومعالجة إشارات الجهد والتيار ثلاثية الأطوار.
• وظيفة عرض البيانات الفعلية.
• تحميل البيانات الفعلية إلى أجهزة الكمبيوتر للمراقبة عبر واجهة RS485.
• تلبية احتياجات المراقبة الفعلية لقطاع الطاقة.
• ​تحسينات الأداء​
• حل فعال لثلاثة مشاكل رئيسية: تداخل خط المحايد، التداخل الكهربائي الساكن، وتداخل EFT.
• تحسين كبير لدقة التقاط البيانات والقياس.
• زيادة كبيرة في استقرار تشغيل المعدات.
• ​تحسين التكلفة​
• إزالة العديد من المقاومات والمكثفات ودائرة تحويل AD الخارجية.
• تبسيط عملية الإنتاج، وتخفيض صعوبة الإنتاج.
• تخفيض تكاليف الصنع، مما يمنح قيمة هندسية تطبيقية عالية.

​V. القيمة التطبيقية​

من خلال تصميم الدائرة المبتكر والتكنولوجيا المضادة للتداخل، تحقق هذه الحلول للعداد الرقمي للطاقة مراقبة معلمات الطاقة ذات الأداء العالي والموثوقية العالية. وفي الوقت نفسه، تقوم بتحسين بنية تكلفة المنتج، مما يقدم منتجًا تقنيًا تنافسيًا لمجال مراقبة نظم الطاقة، ومناسب لسيناريوهات مراقبة الطاقة الصناعية المختلفة.