Compteur numérique haute performance : Solution anti-interférence pour la surveillance des systèmes triphasés

I. Aperçu​

Cette solution utilise une puce de contrôle principale à haute performance et une architecture de collaboration multi-modules pour réaliser l'acquisition précise, le traitement, l'affichage et la transmission à distance des paramètres du réseau triphasé, répondant aux exigences de surveillance en temps réel des systèmes électriques. Tout en assurant la précision des mesures, ce compteur électrique numérique résout efficacement les problèmes d'interférence grâce à plusieurs innovations technologiques et optimise les coûts de production.

​II. Structure globale et fonction du compteur​

​Architecture système​

Adopte un modèle d'architecture "puce de contrôle principale au cœur, collaboration multi-modules" pour réaliser des fonctions intégrées d'acquisition, de traitement, d'affichage et de transmission de données.

​Fonctions des modules centraux​

1. ​Module de puce de contrôle principale​
• Dispositif central : puce MSP430F5438A
• Fonctions intégrées : circuit de conversion AD, circuit d'oscillateur haute fréquence, circuit d'oscillateur basse fréquence
• Responsabilités principales : contrôle des modules du système et traitement des signaux de données
• Conception spéciale : le circuit d'oscillateur basse fréquence a des condensateurs de compensation intégrés ; l'entrée de fréquence principale est uniquement connectée à un oscillateur basse fréquence de 32768 Hz.
2. ​Module de circuit d'acquisition de signaux​
• Acquisition de tension : circuit diviseur de tension pour la tension du réseau triphasé
• Acquisition de courant : transformateurs de courant triphasés
• Conditionnement de signal : circuit d'amplificateur opérationnel (amplification et conversion de niveau)
• Configuration des canaux : canaux d'échantillonnage analogique de tension, canaux d'échantillonnage analogique de courant
• Fonction : réalise l'acquisition précise des signaux de tension et de courant triphasés.
3. ​Modules de fonctions auxiliaires​
• Horloge temps réel (RTC) : fournit une base de temps précise, garantissant l'exactitude des horodatages des données.
• Mémoire interne d'informations : stocke les paramètres de fonctionnement du compteur et les données acquises, supporte la modification du contenu.
• Module de contrôle d'affichage : affiche les paramètres du réseau électrique, équipé d'une protection anti-interférences.
• Interface de communication : interface RS485, supporte la connexion à des ordinateurs de surveillance à distance pour le téléversement en temps réel des données.
• Module d'alimentation : sortie de puissance multi-niveaux
• Sortie 5V : pour le module de circuit d'acquisition de signaux.
• Sortie 3.3V : pour la puce de contrôle principale, le RTC, la mémoire, le module de contrôle d'affichage.
• Sortie 5V isolée : pour l'interface de communication.

​III. Améliorations techniques clés et avantages​

1. ​Solution d'interférence sur la ligne neutre​
• ​Problèmes traditionnels​
• La ligne neutre devait passer par 4 résistances avec une résistance totale de 1,496 MΩ.
• Le conducteur de la ligne neutre était sensible aux interférences lorsqu'il flottait.
• Affichage anormal de la tension triphasée en l'absence de tension appliquée.
• Données instables, affectant la précision de l'échantillonnage et de la mesure.
• ​Conception améliorée​
• La ligne neutre du canal d'échantillonnage analogique de tension est directement connectée à la masse du système.
• ​Avantages techniques​
• Résout complètement les problèmes d'interférence sur la ligne neutre.
• Élimine 4 résistances de la ligne neutre, simplifiant la conception du circuit.
• Réduit la difficulté et le coût de production.
2. ​Conception anti-interférence EFT​
• ​Solution de conception​
• Un module anti-EFT est placé entre le module de contrôle d'affichage et la puce de contrôle principale.
• Le module se compose de 4 condensateurs (C1-C4), correspondant chacun à une ligne de signal de communication.
• Spécifications des condensateurs : C1, C3, C4 sont de 10000 pF ; C2 est de 3300 pF.
• Une extrémité du condensateur est connectée à la ligne de signal, l'autre extrémité est mise à la terre.
• ​Avantages techniques​
• Fournit une protection efficace pour chaque ligne de signal de communication.
• Passe le test d'immunité EFT de 4 kV.
• Dispose d'une forte capacité anti-EFT.
3. ​Optimisation de la protection contre les décharges électrostatiques et de la stabilité de l'horloge​
• ​Configuration de l'oscillateur cristal​
• L'entrée de fréquence principale de la puce de contrôle principale est uniquement connectée à un oscillateur basse fréquence de 32768 Hz.
• Le circuit d'oscillateur basse fréquence interne de la puce dispose de condensateurs de compensation intégrés.
• ​Trois avantages​
• Performance ESD : passe le test ESD de décharge par air de 15 kV, fonctionne de manière stable.
• Précision de l'horloge : génère une horloge de secondes par division de fréquence, assurant la stabilité de l'horloge d'échantillonnage ADC.
• Simplification du circuit : élimine le circuit de conversion AD externe et 2 condensateurs de compensation d'oscillateur cristal.

​IV. Efficacité technique globale​

• ​Réalisation fonctionnelle​
• Réalise de manière stable l'acquisition et le traitement des signaux de tension et de courant triphasés du réseau.
• Fonction d'affichage en temps réel des données.
• Téléversement en temps réel des données vers les ordinateurs de surveillance via l'interface RS485.
• Répond aux besoins de surveillance en temps réel du secteur électrique.
• ​Améliorations de performance​
• Résout efficacement trois problèmes clés : l'interférence sur la ligne neutre, l'interférence électrostatique et l'interférence EFT.
• Améliore significativement la précision de l'acquisition et de la mesure des données.
• Améliore considérablement la stabilité de fonctionnement de l'équipement.
• ​Optimisation des coûts​
• Élimine plusieurs résistances, condensateurs et le circuit de conversion AD externe.
• Simplifie le processus de production, réduit la difficulté de production.
• Réduit les coûts de fabrication, possède une valeur d'application ingénierie élevée.

​V. Valeur d'application​

Cette solution de compteur électrique numérique, grâce à une conception de circuit innovante et à des technologies anti-interférences, réalise une surveillance des paramètres électriques à haute performance et haute fiabilité. Simultanément, elle optimise la structure des coûts du produit, offrant un produit technique compétitif pour le domaine de la surveillance des systèmes électriques, adapté à divers scénarios de surveillance industrielle de l'énergie.