پایه‌ی بلنداز دیجیتال برق: راه‌حل ضد تداخل برای نظارت سیستم ۳ فاز

I. مروری بر کلیات​

این راه‌حل از یک مدار اصلی با عملکرد بالا و معماری همکاری چند ماژولی استفاده می‌کند تا جمع‌آوری دقیق، پردازش، نمایش و انتقال دوردست پارامترهای شبکه برق سه‌فاز را به دست آورد و نیازهای نظارت زنده سیستم‌های برق را برآورده کند. در حالی که دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کند، این شمارنده برق دیجیتال از طریق چندین نوآوری فناورانه مسائل تداخل را مؤثرانه حل می‌کند و هزینه‌های تولید را بهینه می‌سازد.

​II. ساختار کلی و عملکرد شمارنده​

​معماری سیستم​

از یک مدل معماری "مدار اصلی به عنوان هسته و همکاری چند ماژولی" استفاده می‌کند تا عملکردهای یکپارچه جمع‌آوری داده، پردازش، نمایش و انتقال را به دست آورد.

​عملکردهای ماژول‌های اصلی​

1. ​ماژول مدار اصلی​
• دستگاه اصلی: میکروکنترلر MSP430F5438A
• عملکردهای یکپارچه: مدار تبدیل AD، مدار بلور با فرکانس بالا، مدار بلور با فرکانس پایین
• وظایف اصلی: کنترل ماژول‌های سیستم و پردازش سیگنال‌های داده
• طراحی خاص: مدار بلور با فرکانس پایین دارای خازنهای جبرانی داخلی است؛ ورودی فرکانس اصلی تنها به یک بلور با فرکانس ۳۲۷۶۸Hz پایین متصل است.
2. ​ماژول مدار جمع‌آوری سیگنال​
• جمع‌آوری ولتاژ: مدار تقسیم‌کننده ولتاژ شبکه سه‌فاز
• جمع‌آوری جریان: ترانسفورماتورهای جریان سه‌فاز
• پردازش سیگنال: مدار تقویت‌کننده عملیاتی (تقویت و تبدیل سطح)
• پیکربندی کانال: کانال‌های نمونه‌برداری آنالوگ ولتاژ، کانال‌های نمونه‌برداری آنالوگ جریان
• عملکرد: جمع‌آوری دقیق سیگنال‌های ولتاژ و جریان سه‌فاز.
3. ​ماژول‌های عملکرد کمکی​
• ساعت زنده (RTC): ارائه پایه زمان دقیق، تضمین صحت زمان‌بندی داده‌ها.
• حافظه اطلاعات داخلی: ذخیره پارامترهای عملکرد شمارنده و داده‌های جمع‌آوری شده، پشتیبانی از تغییر محتوا.
• ماژول کنترل نمایش: نمایش پارامترهای شبکه برق، مجهز به محافظت در برابر تداخل.
• رابط ارتباطی: رابط RS485، پشتیبانی از اتصال به کامپیوترهای نظارت زنده برای ارسال داده‌های زنده.
• ماژول تغذیه: خروجی تغذیه چندسطحی
• خروجی ۵V: برای ماژول مدار جمع‌آوری سیگنال.
• خروجی ۳.۳V: برای مدار اصلی، RTC، حافظه، ماژول کنترل نمایش.
• خروجی ۵V جدا شده: برای رابط ارتباطی.

​III. بهبودهای فنی اصلی و مزایا​

1. ​راه‌حل تداخل خط میانی​
• ​مسائل سنتی​
• خط میانی باید از طریق ۴ مقاومت با مقاومت کل ۱.۴۹۶MΩ عبور کند.
• هادی خط میانی در حالت شناور مستعد تداخل است.
• نمایش غیرطبیعی ولتاژ سه‌فاز بدون اعمال ولتاژ.
• عدم ثبات داده‌ها، تأثیر بر دقت نمونه‌برداری و اندازه‌گیری.
• ​طراحی بهبود یافته​
• خط میانی کانال نمونه‌برداری آنالوگ ولتاژ مستقیماً به زمین سیستم متصل می‌شود.
• ​مزایای فنی​
• کاملاً مسائل تداخل خط میانی را حل می‌کند.
• حذف ۴ مقاومت خط میانی، ساده‌سازی طراحی مدار.
• کاهش دشواری تولید و هزینه.
2. ​طراحی ضد تداخل EFT​
• ​راه‌حل طراحی​
• یک ماژول ضد EFT بین ماژول کنترل نمایش و مدار اصلی قرار داده شده است.
• ماژول شامل ۴ خازن (C1-C4) است که یک به یک با خطوط سیگنال ارتباطی متناظر است.
• مشخصات خازن: C1, C3, C4 هر یک ۱۰۰۰۰pF؛ C2 ۳۳۰۰pF.
• یک سمت خازن به خط سیگنال متصل است، سمت دیگر به زمین متصل است.
• ​مزایای فنی​
• محافظت مؤثر برای هر خط سیگنال ارتباطی.
• عبور از آزمون مقاومت ۴kV EFT.
• دارای قدرت ضد EFT قوی.
3. ​طراحی ضد بار الکتریکی و بهینه‌سازی پایداری ساعت​
• ​پیکربندی بلور ارتعاشی​
• ورودی فرکانس اصلی مدار اصلی تنها به یک بلور با فرکانس ۳۲۷۶۸Hz پایین متصل است.
• مدار ارتعاشی با فرکانس پایین داخل مدار دارای خازنهای جبرانی داخلی است.
• ​سه مزیت​
• عملکرد ESD: عبور از آزمون ESD با تخلیه هوایی ۱۵kV، عملکرد پایدار.
• دقت ساعت: تولید ساعت ثانیه‌ای از طریق تقسیم فرکانس، تضمین پایداری ساعت نمونه‌برداری ADC.
• ساده‌سازی مدار: حذف مدار تبدیل AD خارجی و ۲ خازن جبرانی بلور ارتعاشی.

​IV. اثربخشی فنی کلی​

• ​ realizado
• به طور پایدار جمع‌آوری و پردازش سیگنال‌های ولتاژ و جریان شبکه سه‌فاز را انجام می‌دهد.
• عملکرد نمایش داده‌های زنده.
• ارسال داده‌های زنده به کامپیوترهای نظارت زنده از طریق رابط RS485.
• برآورده کردن نیازهای نظارت زنده بخش برق.
• ​بهبودهای عملکرد​
• حل مؤثر سه مسئله اصلی: تداخل خط میانی، تداخل الکترواستاتیک و تداخل EFT.
• بهبود قابل توجه دقت جمع‌آوری و اندازه‌گیری داده‌ها.
• افزایش قابل توجه پایداری عملکرد تجهیزات.
• ​بهینه‌سازی هزینه​
• حذف چندین مقاومت، خازن و مدار تبدیل AD خارجی.
• ساده‌سازی فرآیند تولید، کاهش دشواری تولید.
• کاهش هزینه‌های تولید، دارای ارزش کاربردی مهندسی بالا.

​V. ارزش کاربردی​

این راه‌حل شمارنده برق دیجیتال، از طریق طراحی مدار نوآورانه و فناوری‌های ضد تداخل، نظارت پارامترهای برق با عملکرد بالا و قابلیت اطمینان بالا را به دست می‌آورد. همزمان، ساختار هزینه محصول را بهینه می‌کند و یک محصول فنی رقابتی برای زمینه نظارت سیستم‌های برق فراهم می‌کند که مناسب برای سناریوهای مختلف نظارت برق صنعتی است.