Високопроизводителен цифров електрометър: Решение за противодействие на интерференцията при мониторинг на 3-фазна система

I. Общ преглед​

Това решение използва високопроизводителен основен контролен чип и архитектура за съвместна работа на многомодулни системи, за да постигне точна придобивка, обработка, визуализация и дистанционна передача на параметрите на трифазната електрическа мрежа, отговаряйки на реалните изисквания за наблюдение на електроенергийните системи. Осигурявайки точността на измерването, този цифров електроенергиен брояч ефективно решава проблемите с интерференцията чрез множество технологични иновации и оптимизира производствените разходи.

​II. Обща структура и функции на брояча​

​Системна архитектура​

Използва архитектурен модел „основен контролен чип като ядро, съвместна работа на многомодулни системи“, за да осъществи интегрирани функции на придобивка, обработка, визуализация и предаване на данни.

​Основни функции на модулите​

1. ​Модул основен контролен чип​
• Основно устройство: чип MSP430F5438A
• Интегрирани функции: AD преобразувателна схема, високочестотен кристален резонатор, ниско-честотен кристален резонатор
• Основни задачи: контрол на системните модули и обработка на сигнали
• Специален дизайн: Ниско-честотният кристален резонатор има вградени компенсиращи кондензатори; входът на основната честота е свързан само с 32768Hz ниско-честотен кристален резонатор.
2. ​Модул за придобивка на сигнали​
• Придобивка на напрежение: схема за деление на напрежението на трифазната мрежа
• Придобивка на ток: трифазни трансформатори на тока
• Обработка на сигнала: операционна усилвателна схема (усилване и преобразуване на нива)
• Конфигурация на канали: аналогови канали за пробиране на напрежението, аналогови канали за пробиране на тока
• Функция: Достижение на точна придобивка на сигнали на трифазното напрежение и тока.
3. ​Вспомогателни функционални модули​
• Реален часовник (RTC): Предоставя точна времева база, гарантирайки точността на времевите метки на данните.
• Внутренна памет за информация: Съхранява параметрите на работата на брояча и придобитите данни, поддържа промяна на съдържанието.
• Модул за контрол на визуализацията: Визуализира параметрите на електрическата мрежа, оборудван с защита срещу интерференция.
• Интерфейс за комуникация: RS485 интерфейс, поддържа връзка с дистанционни компютри за наблюдение за реално-временна предаване на данни.
• Модул за захранване: многоуровнев изход на захранване
• Изход 5V: За модул за придобивка на сигнали.
• Изход 3.3V: За основен контролен чип, RTC, памет, модул за контрол на визуализацията.
• Изолиран изход 5V: За интерфейс за комуникация.

​III. Основни технически подобрения и предимства​

1. ​Решение за интерференция на нейтралната линия​
• ​Традиционни проблеми​
• Нейтралната линия трябваше да минава през 4 резистора с общо съпротивление от 1.496MΩ.
• Проводникът на нейтралната линия е чувствителен към интерференция, когато е свободен.
• Аномална визуализация на трифазното напрежение, когато не е приложено напрежение.
• Нестабилни данни, влияещи на точността на пробирането и измерването.
• ​Подобрен дизайн​
• Нейтралната линия на аналоговия канал за пробиране на напрежението е директно свързана с земята на системата.
• ​Технически предимства​
• Пълно решение на проблемите с интерференцията на нейтралната линия.
• Елиминира 4 резистора на нейтралната линия, опростявайки дизайна на схемата.
• Намалява сложността на производството и разходите.
2. ​Дизайн за защита срещу EFT интерференция​
• ​Решение на дизайна​
• Модул за защита срещу EFT е поставен между модула за контрол на визуализацията и основния контролен чип.
• Модулът се състои от 4 кондензатора (C1-C4), които съответстват еднозначно с линиите за комуникационни сигнали.
• Характеристики на кондензаторите: C1, C3, C4 са 10000pF; C2 е 3300pF.
• Едната страна на кондензатора е свързана с линията за сигнали, другата страна е заземена.
• ​Технически предимства​
• Предлага ефективна защита за всяка линия за комуникационни сигнали.
• Преминава тест за имунитет на 4kV EFT.
• Разполага със силна способност за противодействие на EFT.
3. ​Защита срещу електростатичен разряд и оптимизация на стабилността на часовника​
• ​Конфигурация на кристалния резонатор​
• Основният вход за честота на основния контролен чип е свързан само с 32768Hz ниско-честотен кристален резонатор.
• Вътрешният ниско-честотен резонаторен циркуит на чипа има вградени компенсиращи кондензатори.
• ​Три предимства​
• ESD производителност: Преминава тест за ESD с 15kV въздушен разряд, работи стабилно.
• Точност на часовника: Генерира секунден часовник чрез деление на честотата, гарантирайки стабилността на ADC тактовия сигнал.
• Опростяване на схемата: Елиминира външния AD преобразувателен циркуит и 2 компенсиращи кондензатора на кристалния резонатор.

​IV. Общ технически ефект​

• ​Осъществяване на функции​
• Стабилно завършва придобивката и обработката на сигнали на трифазното напрежение и тока.
• Функция за реално-временна визуализация на данни.
• Реално-временно предаване на данни до компютри за наблюдение чрез RS485 интерфейс.
• Отговаря на реалните изисквания за наблюдение в сектора на електроенергията.
• ​Подобрения на производителността​
• Ефективно решава три основни проблема: интерференция на нейтралната линия, електростатична интерференция и EFT интерференция.
• Значително подобрява точността на придобивката и измерването на данни.
• Значително повишава стабилността на работата на оборудването.
• ​Оптимизация на разходите​
• Елиминира множество резистори, кондензатори и външен AD преобразувателен циркуит.
• Опростява производствения процес, намалява сложността на производството.
• Намалява производствените разходи, разполага с висока инженерна приложна стойност.

​V. Приложна стойност​

Това решение за цифров електроенергиен брояч, чрез иновативен дизайн на схемата и технологии за защита срещу интерференция, постига високо производително и надеждно наблюдение на параметрите на електроенергията. Едновременно, то оптимизира структурата на разходите за продукта, предлагайки конкурентно техническо решение за областта на наблюдението на електроенергийните системи, подходящо за различни индустриални сценарии за наблюдение на електроенергията.