Pengukur Daya Digital High-Performance: Solusi Anti-Interferensi untuk Pemantauan Sistem 3-Fasa

I. Gambaran Umum

Solusi ini memanfaatkan chip kontrol utama berkinerja tinggi dan arsitektur kolaborasi multi-modul untuk mencapai pengambilan, pemrosesan, tampilan, dan transmisi jarak jauh parameter grid listrik tiga fasa dengan akurat, memenuhi kebutuhan pemantauan real-time sistem tenaga listrik. Sementara memastikan akurasi pengukuran, meter digital ini secara efektif menangani masalah gangguan melalui berbagai inovasi teknologi dan mengoptimalkan biaya produksi.

II. Struktur Meter Secara Keseluruhan dan Fungsi

Arsitektur Sistem

Mengadopsi model arsitektur "chip kontrol utama sebagai inti, kolaborasi multi-modul" untuk mewujudkan fungsi terintegrasi pengambilan data, pemrosesan, tampilan, dan transmisi.

Fungsi Modul Inti

1. Modul Chip Kontrol Utama
• Perangkat Inti: Chip MSP430F5438A
• Fungsi Terintegrasi: Sirkuit konversi AD, sirkuit kristal frekuensi tinggi, sirkuit kristal frekuensi rendah
• Tanggung Jawab Utama: Mengontrol modul sistem dan memproses sinyal data
• Desain Khusus: Sirkuit kristal frekuensi rendah memiliki kapasitor kompensasi bawaan; input frekuensi utama hanya terhubung ke kristal frekuensi rendah 32768Hz.
2. Modul Sirkuit Pengambilan Sinyal
• Pengambilan Tegangan: Sirkuit pembagi tegangan penurun tegangan tiga fasa
• Pengambilan Arus: Transformator arus tiga fasa
• Kondisi Sinyal: Sirkuit amplifier operasional (pengubahan amplitudo dan level)
• Konfigurasi Saluran: Saluran sampling analog tegangan, saluran sampling analog arus
• Fungsi: Mencapai pengambilan yang tepat dari sinyal tegangan dan arus tiga fasa.
3. Modul Fungsi Pendukung
• Jam Waktu Nyata (RTC): Memberikan dasar waktu yang tepat, memastikan akurasi cap waktu data.
• Memori Informasi Internal: Menyimpan parameter operasi meter dan data yang diambil, mendukung modifikasi konten.
• Modul Kontrol Tampilan: Menampilkan parameter grid listrik, dilengkapi dengan perlindungan anti-gangguan.
• Antarmuka Komunikasi: Antarmuka RS485, mendukung koneksi ke komputer pemantauan jarak jauh untuk pengunggahan data real-time.
• Modul Sumber Daya: Output daya multi-level
• Output 5V: Untuk modul sirkuit pengambilan sinyal.
• Output 3.3V: Untuk chip kontrol utama, RTC, memori, modul kontrol tampilan.
• Output 5V Terisolasi: Untuk antarmuka komunikasi.

III. Peningkatan Teknis Inti dan Keunggulan

1. Solusi Gangguan Garis Netral
• Masalah Tradisional
• Garis netral perlu melewati 4 resistor dengan total resistansi 1.496MΩ.
• Konduktor garis netral rentan terhadap gangguan saat mengambang.
• Tampilan tegangan tiga fasa tidak normal ketika tidak ada tegangan yang diterapkan.
• Data tidak stabil, mempengaruhi akurasi sampling dan pengukuran.
• Desain yang Ditingkatkan
• Garis netral saluran sampling analog tegangan terhubung langsung ke tanah sistem.
• Keunggulan Teknis
• Menyelesaikan sepenuhnya masalah gangguan garis netral.
• Menghilangkan 4 resistor garis netral, menyederhanakan desain sirkuit.
• Mengurangi kesulitan dan biaya produksi.
2. Desain Anti-Gangguan EFT
• Solusi Desain
• Modul anti-EFT ditempatkan antara modul kontrol tampilan dan chip kontrol utama.
• Modul terdiri dari 4 kapasitor (C1-C4), sesuai satu-satu dengan jalur sinyal komunikasi.
• Spesifikasi Kapasitor: C1, C3, C4 adalah 10000pF; C2 adalah 3300pF.
• Salah satu ujung kapasitor terhubung ke jalur sinyal, ujung lainnya di-grounded.
• Keunggulan Teknis
• Memberikan perlindungan efektif untuk setiap jalur sinyal komunikasi.
• Lulus uji kekebalan EFT 4kV.
• Mempunyai kemampuan anti-EFT yang kuat.
3. Optimasi Stabilitas Jam dan Perlindungan Terhadap Lepas Elektrostatik
• Konfigurasi Kristal Oscilator
• Input frekuensi utama chip kontrol utama hanya terhubung ke kristal frekuensi rendah 32768Hz.
• Sirkuit osilator frekuensi rendah internal chip memiliki kapasitor kompensasi bawaan.
• Tiga Keunggulan
• Kinerja ESD: Lulus uji ESD pelepasan udara 15kV, beroperasi stabil.
• Akurasi Jam: Menghasilkan jam detik melalui pembagian frekuensi, memastikan stabilitas jam sampling ADC.
• Penyederhanaan Sirkuit: Menghilangkan sirkuit konversi AD eksternal dan 2 kapasitor kompensasi osilator kristal.

IV. Efektivitas Teknis Secara Keseluruhan

• Realisasi Fungsi
• Menyelesaikan pengambilan dan pemrosesan sinyal tegangan dan arus tiga fasa dengan stabil.
• Fungsi tampilan data real-time.
• Unggah data real-time ke komputer pemantauan melalui antarmuka RS485.
• Memenuhi kebutuhan pemantauan real-time sektor tenaga listrik.
• Peningkatan Kinerja
• Menyelesaikan secara efektif tiga isu inti: gangguan garis netral, gangguan elektrostatik, dan gangguan EFT.
• Meningkatkan signifikan akurasi pengambilan data dan pengukuran.
• Meningkatkan secara besar stabilitas operasional peralatan.
• Optimasi Biaya
• Menghilangkan beberapa resistor, kapasitor, dan sirkuit konversi AD eksternal.
• Menyederhanakan proses produksi, mengurangi kesulitan produksi.
• Mengurangi biaya produksi, memiliki nilai aplikasi teknis yang tinggi.

V. Nilai Aplikasi

Solusi meter tenaga listrik digital ini, melalui desain sirkuit inovatif dan teknologi anti-gangguan, mencapai pemantauan parameter tenaga listrik dengan kinerja tinggi dan keandalan tinggi. Sementara itu, solusi ini mengoptimalkan struktur biaya produk, memberikan produk teknis yang kompetitif untuk bidang pemantauan sistem tenaga listrik, cocok untuk berbagai skenario pemantauan tenaga listrik industri.