پیمانه قدرت دیجیتال با عملکرد بالا: راه‌حل ضد تداخل برای نظارت بر سیستم ۳ فازی

I. مروری بر کلیات​

این راه‌حل از یک مدار اصلی با عملکرد بالا و یک معماری همکاری چند مدولی استفاده می‌کند تا جمع‌آوری دقیق، پردازش، نمایش و انتقال دوردست پارامترهای شبکه سه‌فازی 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 مشکلات تداخل را به خوبی حل می‌کند و هزینه‌های تولید را بهینه می‌کند.

​II. ساختار کلی و عملکرد شمارنده​

​معماری سیستم​

از یک مدل معماری "مدار اصلی به عنوان هسته، همکاری چند مدولی" برای اجرای عملکردهای یکپارچه جمع‌آوری داده‌ها، پردازش، نمایش و انتقال استفاده می‌کند.

​عملکردهای مدول‌های اصلی​

1. ​مدول مدار اصلی​
• دستگاه اصلی: مدار MSP430F5438A
• عملکردهای یکپارچه: مدار تبدیل AD، مدار بلور با فرکانس بالا، مدار بلور با فرکانس پایین
• وظایف اصلی: کنترل مدول‌های 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 پایین ۳۲۷۶۸Hz متصل است.
2. ​مدول مدار جمع‌آوری سیگنال​
• جمع‌آوری ولتاژ: مدار تقسیم‌کننده ولتاژ شبکه سه‌فازی
• جمع‌آوری جریان: ترانسفورماتورهای جریان سه‌فازی
• روشن کردن 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 سه‌فازی را به دست می‌آورد.
3. ​مدول‌های عملکرد کمکی​
• ساعت زنده (RTC): زمان‌بندی دقیق ارائه می‌دهد و دقت زمان‌بندی داده‌ها را تضمین می‌کند.
• حافظه اطلاعات داخلی: پارامترهای عملکرد شمارنده و داده‌های جمع‌آوری شده را ذخیره می‌کند و امکان تغییر محتوا را فراهم می‌کند.
• مدول کنترل نمایش: پارامترهای شبکه برق را نمایش می‌دهد و حفاظت از تداخل دارد.
• رابط ارتباطی: رابط RS485، اتصال به کامپیوترهای نظارتی دوردست برای بارگذاری زنده داده‌ها را پشتیبانی می‌کند.
• مدول تغذیه: خروجی تغذیه چندسطحی
• خروجی ۵V: برای مدول مدار جمع‌آوری سیگنال.
• خروجی ۳.۳V: برای مدار اصلی، RTC، حافظه، مدول کنترل نمایش.
• خروجی ۵V جدا شده: برای رابط ارتباطی.

​III. بهبودهای فنی کلیدی و مزایا​

1. ​راه‌حل تداخل خط میانه​
• ​مشکلات سنتی​
• خط میانه نیاز به عبور از ۴ مقاومت با مقاومت کل ۱.۴۹۶MΩ داشت.
• هادی خط میانه در صورت شناخته شدن، مستعد تداخل بود.
• نمایش غیرطبیعی ولتاژ سه‌فازی در صورت عدم اعمال ولتاژ.
• عدم ثبات داده‌ها، که دقت نمونه‌برداری و اندازه‌گیری را تحت تأثیر قرار می‌داد.
• ​طراحی بهبودیافته​
• خط میانه کانال نمونه‌برداری آنالوگ ولتاژ مستقیماً به زمین سیستم متصل می‌شود.
• ​مزایای فنی​
• کاملاً مشکلات تداخل خط میانه را حل می‌کند.
• ۴ مقاومت خط میانه را حذف می‌کند و طراحی مدار را ساده می‌کند.
• سختی تولید و هزینه را کاهش می‌دهد.
2. ​طراحی ضد تداخل EFT​
• ​راه‌حل طراحی​
• یک مدول ضد EFT بین مدول کنترل نمایش و مدار اصلی قرار داده می‌شود.
• این مدول شامل ۴ خازن (C1-C4) است که یک به یک با خطوط سیگنال ارتباطی متناظر می‌شوند.
• مشخصات خازن: C1, C3, C4 هر یک ۱۰۰۰۰pF هستند؛ C2 ۳۳۰۰pF است.
• یک سمت خازن به خط سیگنال و سمت دیگر به زمین متصل می‌شود.
• ​مزایای فنی​
• محافظت موثر برای هر خط سیگنال ارتباطی ارائه می‌دهد.
• آزمون تحمل EFT ۴kV را می‌گذراند.
• توانایی قوی ضد EFT دارد.
3. ​بهینه‌سازی پایداری ساعت و محافظت ضد بار الکتریکی​
• ​پیکربندی بلورهای نوسان‌ساز​
• ورودی فرکانس اصلی مدار اصلی تنها به یک بلور با فرکانس پایین ۳۲۷۶۸Hz متصل است.
• مدار نوسان‌ساز با فرکانس پایین داخل مدار دارای خازنهای جبرانی داخلی است.
• ​سه مزیت​
• عملکرد ESD: آزمون ESD ۱۵kV تخلیه هوایی را می‌گذراند و به صورت پایدار عمل می‌کند.
• دقت ساعت: ساعت ثانیه‌ای از طریق تقسیم فرکانس تولید می‌شود و پایداری ساعت نمونه‌برداری ADC را تضمین می‌کند.
• ساده‌سازی مدار: مدار تبدیل AD خارجی و ۲ خازن جبرانی بلور را حذف می‌کند.

​IV. اثربخشی فنی کلی​

• ​اجرای عملکرد​
• به صورت پایدار جمع‌آوری و پردازش سیگنال‌های ولتاژ و جریان سه‌فازی شبکه را انجام می‌دهد.
• عملکرد نمایش زنده داده‌ها.
• بارگذاری زنده داده‌ها به کامپیوترهای نظارتی از طریق رابط RS485.
• نیازهای نظارت زنده بخش برق را برآورده می‌کند.
• ​بهبود عملکرد​
• به طور موثر سه مشکل کلیدی تداخل خط میانه، تداخل الکترواستاتیک و تداخل EFT را حل می‌کند.
• دقت جمع‌آوری داده‌ها و اندازه‌گیری را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.
• پایداری عملکرد تجهیزات را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
• ​بهینه‌سازی هزینه​
• چندین مقاومت، خازن و مدار تبدیل AD خارجی را حذف می‌کند.
• فرآیند تولید را ساده می‌کند و سختی تولید را کاهش می‌دهد.
• هزینه تولید را کاهش می‌دهد و ارزش کاربرد مهندسی بالایی دارد.

​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 ارائه می‌دهد که برای سناریوهای مختلف نظارت برق صنعتی مناسب است.