Alta Rendiment Digital Power Meter: Solució Antiinterferència per al Monitoratge de Sistemes Triphasics

I. Panorama general​

Aquesta solució utilitza un xip de control principal d'alt rendiment i una arquitectura col·laborativa de diversos mòduls per aconseguir l'adquisició, processament, visualització i transmissió remota precisa dels paràmetres de la xarxa trifàsica, complint els requisits de monitoratge en temps real dels sistemes elèctrics. Assegurant la precisió de la mesura, aquest comptador digital d'energia aborda eficientment problemes d'interferència mitjançant diverses innovacions tecnològiques i optimitza els costos de producció.

​II. Estructura i funció generals del comptador​

​Arquitectura del sistema​

Adopta un model d'arquitectura de "xip de control principal com a nucli, col·laboració de diversos mòduls" per realitzar funcions integrades d'adquisició, processament, visualització i transmissió de dades.

​Funcions dels mòduls principals​

1. ​Mòdul de xip de control principal​
• Dispositiu central: xip MSP430F5438A
• Funcions integrades: circuit de conversió AD, circuit d'oscil·lador de cristal de alta freqüència, circuit d'oscil·lador de cristal de baixa freqüència
• Responsabilitats principals: controlar els mòduls del sistema i processar senyals de dades
• Disseny especial: el circuit d'oscil·lador de cristal de baixa freqüència té capacitadors de compensació interns; l'entrada de freqüència principal està connectada únicament a un cristal de baixa freqüència de 32768Hz.
2. ​Mòdul de circuit d'adquisició de senyals​
• Adquisició de tensió: circuit divisor de tensió d'atenuació de la xarxa trifàsica
• Adquisició de corrent: transformadors de corrent trifàsics
• Acondicionament de senyals: circuit d'amplificador operacional (amplificació i conversió de nivells)
• Configuració de canals: canals d'mostreig analògic de tensió, canals d'mostreig analògic de corrent
• Funció: aconsegueix l'adquisició precisa de senyals de tensió i corrent trifàsics.
3. ​Mòduls de funcions auxiliars​
• Rellotge en temps real (RTC): proporciona una base de temps precisa, assegurant la precisió de les marques de temps de les dades.
• Memòria interna d'informació: emmagatzema paràmetres d'operació del comptador i dades adquirides, suporta modificació de contingut.
• Mòdul de control de visualització: mostra paràmetres de la xarxa elèctrica, dotat de protecció contra interferències.
• Interfície de comunicació: interfície RS485, suporta connexió a ordinadors de monitoratge remots per a la càrrega de dades en temps real.
• Mòdul d'alimentació: sortida de potència multinivell
• Sortida de 5V: per al mòdul de circuit d'adquisició de senyals.
• Sortida de 3.3V: per al xip de control principal, RTC, memòria, mòdul de control de visualització.
• Sortida aïllada de 5V: per a la interfície de comunicació.

​III. Milloraments tècnics i avantatges principals​

1. ​Solució d'interferència de la línia neutra​
• ​Problemes tradicionals​
• La línia neutra necessitava passar per 4 resistors amb una resistència total de 1,496MΩ.
• El conductor de la línia neutra era susceptible a interferències quan flotava.
• Visualització anormal de la tensió trifàsica quan no s'aplica tensió.
• Dades inestables, afectant la precisió de l'mostreig i la mesura.
• ​Disseny millorat​
• La línia neutra del canal d'mostreig analògic de tensió es connecta directament a la terra del sistema.
• ​Avantatges tècnics​
• Resol completament els problemes d'interferència de la línia neutra.
• Elimina 4 resistors de la línia neutra, simplificant el disseny del circuit.
• Redueix la dificultat i el cost de producció.
2. ​Disseny anti-interferència EFT​
• ​Solució de disseny​
• S'ha col·locat un mòdul anti-EFT entre el mòdul de control de visualització i el xip de control principal.
• El mòdul consta de 4 capacitadors (C1-C4), corresponents un a un amb les línies de senyal de comunicació.
• Especificacions dels capacitadors: C1, C3, C4 són de 10000pF; C2 és de 3300pF.
• Un extrem del capacitador es connecta a la línia de senyal, l'altre extrem es connecta a terra.
• ​Avantatges tècnics​
• Proporciona protecció efectiva per a cada línia de senyal de comunicació.
• Superen la prova d'immunitat a EFT de 4kV.
• Possueix una forta capacitat anti-EFT.
3. ​Optimització de la descàrrega electroestàtica i l'estabilitat del rellotge​
• ​Configuració de l'oscil·lador de cristal​
• L'entrada de freqüència principal del xip de control principal està connectada únicament a un cristal de baixa freqüència de 32768Hz.
• El circuit d'oscil·lador de baixa freqüència intern del xip té capacitadors de compensació interns.
• ​Tres avantatges​
• Rendiment ESD: supera la prova d'ESD de descàrrega per aire de 15kV, opera de manera estable.
• Precisió del rellotge: genera un rellotge de segons mitjançant la divisió de freqüència, assegurant l'estabilitat del rellotge d'mostreig ADC.
• Simplificació del circuit: elimina el circuit de conversió AD extern i 2 capacitadors de compensació d'oscil·lador de cristal.

​IV. Efectivitat tècnica global​

• ​Realització de funcions​
• Completa de manera estable l'adquisició i processament dels senyals de tensió i corrent trifàsics de la xarxa.
• Funció de visualització de dades en temps real.
• Càrrega de dades en temps real als ordinadors de monitoratge a través de la interfície RS485.
• Complaix els requisits de monitoratge en temps real del sector elèctric.
• ​Milloraments de rendiment​
• Resol eficientment tres problemes principals: interferència de la línia neutra, interferència electroestàtica i interferència EFT.
• Millora significativament la precisió de l'adquisició de dades i la mesura.
• Augmenta considerablement la estabilitat operativa de l'equip.
• ​Optimització de costos​
• Elimina múltiples resistors, capacitadors i el circuit de conversió AD extern.
• Simplifica el procés de producció, redueix la dificultat de producció.
• Redueix els costos de fabricació, posseeix un gran valor d'aplicació enginyerística.

​V. Valor d'aplicació​

Aquesta solució de comptador d'energia digital, a través d'un disseny de circuit innovador i tecnologia anti-interferència, aconsegueix un monitoratge de paràmetres elèctrics d'alt rendiment i alta fiabilitat. Alhora, optimitza la estructura de costos del producte, proporcionant un producte tècnic competitiu per al camp de monitoratge dels sistemes elèctrics, adequat per a diversos escenaris industrials de monitoratge de l'energia.