高性能デジタル電力計：3相システム監視のノイズ対策ソリューション

I.概要​

このソリューションは、高性能なメインコントロールチップとマルチモジュール協調アーキテクチャを活用して、三相電力網パラメータの正確な取得、処理、表示、および遠隔送信を実現し、電力システムのリアルタイム監視要件を満たします。測定精度を確保しながら、複数の技術革新を通じて干渉問題を効果的に解決し、生産コストを最適化します。

​II. メーター全体の構造と機能​

​システムアーキテクチャ​

「メインコントロールチップをコアとし、マルチモジュールが協調する」アーキテクチャモデルを採用し、データ取得、処理、表示、送信の一連の機能を実現します。

​コアモジュール機能​

1. ​メインコントロールチップモジュール​
• コアデバイス：MSP430F5438Aチップ
• 統合機能：AD変換回路、高周波水晶発振回路、低周波水晶発振回路
• 主な責任：システムモジュールの制御とデータ信号の処理
• 特別設計：低周波水晶発振回路には内蔵補償コンデンサーがあり、主周波数入力は32768Hzの低周波水晶のみに接続されています。
2. ​信号取得回路モジュール​
• 電圧取得：三相電網電圧減衰分圧回路
• 電流取得：三相電流トランス
• 信号調整：オペアンプ回路（増幅およびレベル変換）
• チャンネル構成：電圧アナログサンプリングチャンネル、電流アナログサンプリングチャンネル
• 機能：三相電圧および電流信号の正確な取得を実現します。
3. ​補助機能モジュール​
• リアルタイムクロック（RTC）：正確な時間基準を提供し、データタイムスタンプの正確性を確保します。
• 内部情報メモリ：メーター動作パラメータと取得データを保存し、内容の変更をサポートします。
• 表示制御モジュール：電網パラメータを表示し、ノイズ保護機能を備えています。
• 通信インターフェース：RS485インターフェース、リモート監視コンピュータへの接続をサポートし、リアルタイムデータアップロードが可能です。
• 電源モジュール：多段階電源出力
• 5V出力：信号取得回路モジュール用。
• 3.3V出力：メインコントロールチップ、RTC、メモリ、表示制御モジュール用。
• 絶縁5V出力：通信インターフェース用。

​III. 核心的な技術改善と利点​

1. ​中性線干渉解消​
• ​従来の問題​
• 中性線は4つの抵抗（合計抵抗1.496MΩ）を通る必要がありました。
• フローティング状態の中性線導体は干渉に影響を受けやすい。
• 電圧が印加されない場合、三相電圧表示が異常になる。
• データが不安定になり、サンプリングおよび計量精度に影響を与える。
• ​改善された設計​
• 電圧アナログサンプリングチャネルの中性線は直接システム接地に接続されます。
• ​技術的利点​
• 中性線干渉問題を完全に解決します。
• 4つの中性線抵抗を排除し、回路設計を簡素化します。
• 生産難易度とコストを削減します。
2. ​EFT干渉防止設計​
• ​設計ソリューション​
• 表示制御モジュールとメインコントロールチップの間にEFT防止モジュールを配置します。
• モジュールは4つのコンデンサ（C1-C4）で構成され、通信信号線と1対1に対応しています。
• コンデンサ仕様：C1、C3、C4は10000pF、C2は3300pF。
• コンデンサの一端は信号線に接続され、もう一端は接地されています。
• ​技術的利点​
• 各通信信号線に対して効果的な保護を提供します。
• 4kV EFT耐性試験に合格します。
• 強力なEFT耐性を有します。
3. ​静電気放電防止とクロック安定性の最適化​
• ​水晶発振器設定​
• メインコントロールチップの主周波数入力は32768Hzの低周波水晶のみに接続されます。
• チップの内部低周波発振回路には内蔵補償コンデンサがあります。
• ​トリプル利点​
• ESD性能：15kV空気放電ESD試験に合格し、安定して動作します。
• クロック精度：周波数分割により秒単位のクロックを生成し、ADCサンプリングクロックの安定性を確保します。
• 回路の簡素化：外部AD変換回路と2つの水晶発振器補償コンデンサを排除します。

​IV. 全体的な技術効果​

• ​機能の実現​
• 三相電網電圧および電流信号の取得と処理を安定して完了します。
• リアルタイムデータ表示機能。
• RS485インターフェースを介して監視コンピュータへリアルタイムデータをアップロードします。
• 電力セクターのリアルタイム監視要件を満たします。
• ​性能の改善​
• 中性線干渉、静電気干渉、EFT干渉という3つの核心的な問題を効果的に解決します。
• データ取得と計量の精度を大幅に向上させます。
• 装置の運転安定性を大幅に向上させます。
• ​コストの最適化​
• 複数の抵抗、コンデンサ、および外部AD変換回路を排除します。
• 生産プロセスを簡素化し、生産難易度を低下させます。
• 製造コストを削減し、高いエンジニアリング適用価値を有します。

​V. 応用価値​

このデジタル電力メーターソリューションは、革新的な回路設計とノイズ防止技術を通じて、高性能かつ高信頼性の電力パラメータ監視を実現します。同時に、製品のコスト構造を最適化し、電力システム監視分野に競争力のある技術製品を提供し、さまざまな産業電力監視シナリオに適しています。