
I. Panoramica
Questa soluzione utilizza un chip di controllo ad alte prestazioni e un'architettura collaborativa a multi-moduli per realizzare l'acquisizione, elaborazione, visualizzazione e trasmissione remota precisa dei parametri della rete trifase, soddisfacendo i requisiti di monitoraggio in tempo reale dei sistemi elettrici. Mantenendo l'accuratezza delle misurazioni, questo contatore digitale risolve efficacemente i problemi di interferenza attraverso molteplici innovazioni tecnologiche e ottimizza i costi di produzione.
II. Struttura Generale del Contatore e Funzioni
Architettura del Sistema
Adotta un modello architetturale "chip di controllo principale al centro, collaborazione a multi-moduli" per realizzare funzioni integrate di acquisizione, elaborazione, visualizzazione e trasmissione dei dati.
Funzioni dei Moduli Principali
- Modulo del Chip di Controllo Principale
- Dispositivo Centrale: chip MSP430F5438A
- Funzioni Integrate: circuito di conversione AD, circuito oscillatore ad alta frequenza, circuito oscillatore a bassa frequenza
- Responsabilità Principali: controllo dei moduli del sistema ed elaborazione dei segnali di dati
- Progettazione Speciale: il circuito oscillatore a bassa frequenza ha condensatori di compensazione incorporati; l'ingresso della frequenza principale è collegato esclusivamente a un cristallo a 32768Hz a bassa frequenza.
- Modulo del Circuito di Acquisizione del Segnale
- Acquisizione di Tensione: circuito divisore di tensione con attenuazione per la rete trifase
- Acquisizione di Corrente: trasformatori di corrente trifase
- Condizionamento del Segnale: circuito amplificatore operazionale (amplificazione e conversione di livello)
- Configurazione dei Canali: canali di campionamento analogico della tensione, canali di campionamento analogico della corrente
- Funzione: realizza l'acquisizione precisa dei segnali di tensione e corrente trifase.
- Moduli di Funzioni Ausiliarie
- Orologio a Tempo Reale (RTC): fornisce una base temporale precisa, assicurando l'accuratezza del timestamp dei dati.
- Memoria Interna dell'Informazione: memorizza i parametri di funzionamento del contatore e i dati acquisiti, supporta la modifica del contenuto.
- Modulo di Controllo della Visualizzazione: visualizza i parametri della rete, dotato di protezione anti-interferenze.
- Interfaccia di Comunicazione: interfaccia RS485, supporta la connessione a computer di monitoraggio remoto per il caricamento dei dati in tempo reale.
- Modulo di Alimentazione: uscita di alimentazione a più livelli
- Uscita 5V: per il modulo del circuito di acquisizione del segnale.
- Uscita 3.3V: per il chip di controllo principale, RTC, memoria, modulo di controllo della visualizzazione.
- Uscita 5V isolata: per l'interfaccia di comunicazione.
III. Miglioramenti Tecnici Chiave e Vantaggi
- Soluzione per l'Interferenza della Linea Neutrale
- Problemi Tradizionali
- La linea neutrale doveva passare attraverso 4 resistori con una resistenza totale di 1.496MΩ.
- Il conduttore della linea neutrale era suscettibile all'interferenza quando fluttuante.
- Visualizzazione anomala della tensione trifase quando non viene applicata alcuna tensione.
- Dati instabili, che influiscono sull'accuratezza del campionamento e della misurazione.
- Progetto Migliorato
- La linea neutrale del canale di campionamento analogico della tensione è collegata direttamente alla terra del sistema.
- Vantaggi Tecnici
- Risolve completamente i problemi di interferenza della linea neutrale.
- Elimina 4 resistori della linea neutrale, semplificando il progetto del circuito.
- Riduce la difficoltà e il costo di produzione.
- Progettazione Anti-Interferenza EFT
- Soluzione Progettuale
- Un modulo anti-EFT è posizionato tra il modulo di controllo della visualizzazione e il chip di controllo principale.
- Il modulo è composto da 4 condensatori (C1-C4), corrispondenti uno a uno con le linee di segnale di comunicazione.
- Specifiche dei Condensatori: C1, C3, C4 sono 10000pF; C2 è 3300pF.
- Una estremità del condensatore è collegata alla linea di segnale, l'altra estremità è collegata a massa.
- Vantaggi Tecnici
- Fornisce una protezione efficace per ciascuna linea di segnale di comunicazione.
- Superato il test di immunità EFT a 4kV.
- Possiede una forte capacità anti-EFT.
- Ottimizzazione della Stabilità dell'Orologio e Protezione contro la Scarica Elettrostatica
- Configurazione dell'Oscillatore a Cristallo
- L'ingresso della frequenza principale del chip di controllo principale è collegato esclusivamente a un cristallo a 32768Hz a bassa frequenza.
- Il circuito oscillatore a bassa frequenza interno al chip ha condensatori di compensazione incorporati.
- Tre Vantaggi
- Performance ESD: supera il test ESD a scarica aerea di 15kV, opera in modo stabile.
- Accuratezza dell'Orologio: genera un orologio secondario attraverso la divisione di frequenza, assicurando la stabilità dell'orologio di campionamento ADC.
- Semplificazione del Circuito: elimina il circuito di conversione AD esterno e 2 condensatori di compensazione per l'oscillatore a cristallo.
IV. Effettività Tecnica Complessiva
- Realizzazione delle Funzioni
- Completa in modo stabile l'acquisizione e l'elaborazione dei segnali di tensione e corrente trifase.
- Funzione di visualizzazione dei dati in tempo reale.
- Caricamento dei dati in tempo reale ai computer di monitoraggio tramite l'interfaccia RS485.
- Soddisfa i bisogni di monitoraggio in tempo reale del settore elettrico.
- Miglioramenti delle Prestazioni
- Risolve efficacemente tre problemi chiave: interferenza della linea neutrale, interferenza elettrostatica e interferenza EFT.
- Migliora significativamente l'accuratezza dell'acquisizione e della misurazione dei dati.
- Aumenta notevolmente la stabilità operativa dell'equipaggiamento.
- Ottimizzazione dei Costi
- Elimina diversi resistori, condensatori e il circuito di conversione AD esterno.
- Semplifica il processo di produzione, riducendo la difficoltà di produzione.
- Riduce i costi di fabbricazione, possedendo un alto valore di applicazione ingegneristica.
V. Valore Applicativo
Questa soluzione di contatore digitale, attraverso un progetto di circuito innovativo e tecnologie anti-interferenza, raggiunge il monitoraggio dei parametri elettrici ad alte prestazioni e alta affidabilità. Nello stesso tempo, ottimizza la struttura dei costi del prodotto, fornendo un prodotto tecnologico competitivo per il campo del monitoraggio dei sistemi elettrici, adatto a vari scenari di monitoraggio industriale dell'energia.