Pengukur Kuasa Digital Prestasi Tinggi: Penyelesaian Anti-Gangguan untuk Pemantauan Sistem 3-Fasa

I. Gambaran Keseluruhan​

Penyelesaian ini menggunakan cip utama berprestasi tinggi dan arsitektur kolaboratif modul-berganda untuk mencapai pengambilan, pemprosesan, paparan, dan penghantaran jarak jauh yang tepat bagi parameter grid elektrik tiga fasa, memenuhi keperluan pemantauan masa nyata sistem elektrik. Sementara menjamin ketepatan pengukuran, meter digital ini secara efektif menangani isu gangguan melalui pelbagai inovasi teknologi dan mengoptimumkan kos pengeluaran.

​II. Struktur dan Fungsi Meter Secara Keseluruhan​

​Arsitektur Sistem​

Menggunakan model arsitektur "cip utama sebagai inti, kerjasama modul-berganda" untuk merealisasikan fungsi terpadu pengambilan data, pemprosesan, paparan, dan penghantaran.

​Fungsi Modul Inti​

1. ​Modul Cip Utama​
• Peranti Inti: Cip MSP430F5438A
• Fungsi Terpadu: Litar penukaran AD, litar kristal frekuensi tinggi, litar kristal frekuensi rendah
• Tanggungjawab Utama: Mengawal modul sistem dan memproses isyarat data
• Reka Bentuk Khas: Litar kristal frekuensi rendah mempunyai kapasitor kompensasi bina-dalam; input frekuensi utama hanya disambungkan kepada kristal frekuensi rendah 32768Hz.
2. ​Modul Litar Pengambilan Isyarat​
• Pengambilan Voltan: Litar pembahagian voltan pengecilan voltan tiga fasa
• Pengambilan Arus: Transformator arus tiga fasa
• Kondisikan Isyarat: Litar ampi lapis (pengamplifikasi dan perubahan tahap)
• Konfigurasi Saluran: Saluran sampel analog voltan, saluran sampel analog arus
• Fungsi: Mencapai pengambilan yang tepat bagi isyarat voltan dan arus tiga fasa.
3. ​Modul Fungsi Tambahan​
• Jam Nyata (RTC): Menyediakan asas masa yang tepat, memastikan ketepatan cap waktu data.
• Memori Maklumat Dalaman: Menyimpan parameter operasi meter dan data yang diambil, menyokong pengubahsuaian kandungan.
• Modul Kawalan Paparan: Memaparkan parameter grid elektrik, dilengkapi dengan perlindungan anti-gangguan.
• Antara Muka Komunikasi: Antara muka RS485, menyokong sambungan ke komputer pemantauan jarak jauh untuk penghantaran data masa nyata.
• Modul Bekalan Kuasa: Keluaran kuasa multi-tahap
• Keluaran 5V: Untuk modul litar pengambilan isyarat.
• Keluaran 3.3V: Untuk cip utama, RTC, memori, modul kawalan paparan.
• Keluaran 5V Terasing: Untuk antara muka komunikasi.

​III. Penambahbaikan Teknikal Inti dan Kelebihan​

1. ​Penyelesaian Gangguan Garis Neutral​
• ​Masalah Tradisional​
• Garis neutral perlu melalui 4 resistor dengan rintangan total 1.496MΩ.
• Konduktor garis neutral mudah terganggu apabila mengapung.
• Paparan voltan tiga fasa tidak normal apabila tiada voltan dikenakan.
• Data tidak stabil, mempengaruhi ketepatan sampel dan pengukuran.
• ​Reka Bentuk Diperbaiki​
• Garis neutral saluran sampel analog voltan disambungkan langsung ke tanah sistem.
• ​Kelebihan Teknikal​
• Sekali gus menyelesaikan isu gangguan garis neutral.
• Menghapuskan 4 resistor garis neutral, menyederhanakan reka bentuk litar.
• Mengurangkan kesukaran dan kos pengeluaran.
2. ​Reka Bentuk Anti-Gangguan EFT​
• ​Penyelesaian Reka Bentuk​
• Modul anti-EFT diletakkan antara modul kawalan paparan dan cip utama.
• Modul terdiri daripada 4 kapasitor (C1-C4), berkoresponden satu-satu dengan talian isyarat komunikasi.
• Spesifikasi Kapasitor: C1, C3, C4 adalah 10000pF; C2 adalah 3300pF.
• Hujung kapasitor disambungkan ke talian isyarat, hujung lain disambungkan ke tanah.
• ​Kelebihan Teknikal​
• Memberikan perlindungan yang efektif bagi setiap talian isyarat komunikasi.
• Lulus ujian imuniti EFT 4kV.
• Mempunyai keupayaan anti-EFT yang kuat.
3. ​Optimasi Stabiliti Jam dan Perlindungan Discharge Elektrostatik​
• ​Konfigurasi Kristal Oscilator​
• Input frekuensi utama cip utama hanya disambungkan ke kristal frekuensi rendah 32768Hz.
• Litar osilator frekuensi rendah dalaman cip mempunyai kapasitor kompensasi bina-dalam.
• ​Tiga Kelebihan​
• Performa ESD: Lulus ujian ESD pelepasan udara 15kV, beroperasi dengan stabil.
• Ketepatan Jam: Menghasilkan jam saat melalui pembahagian frekuensi, memastikan ketepatan jam sampel ADC.
• Penyederhanaan Litar: Menghapuskan litar penukaran AD luaran dan 2 kapasitor kompensasi osilator kristal.

​IV. Kesan Teknikal Secara Keseluruhan​

• ​Realisasi Fungsi​
• Menyelesaikan pengambilan dan pemprosesan isyarat voltan dan arus grid tiga fasa dengan stabil.
• Fungsi paparan data masa nyata.
• Penghantaran data masa nyata ke komputer pemantauan melalui antara muka RS485.
• Memenuhi keperluan pemantauan masa nyata sektor elektrik.
• ​Penambahbaikan Prestasi​
• Menyelesaikan tiga isu inti: gangguan garis neutral, gangguan elektrostatik, dan gangguan EFT.
• Secara signifikan meningkatkan ketepatan pengambilan data dan pengukuran.
• Meningkatkan ketegaran operasi peralatan secara besar-besaran.
• ​Optimasi Kos​
• Menghapuskan pelbagai resistor, kapasitor, dan litar penukaran AD luaran.
• Menyederhanakan proses pengeluaran, mengurangkan kesukaran pengeluaran.
• Mengurangkan kos pembuatan, mempunyai nilai aplikasi kejuruteraan yang tinggi.

​V. Nilai Aplikasi​

Penyelesaian meter digital elektrik ini, melalui reka bentuk litar inovatif dan teknologi anti-gangguan, mencapai pemantauan parameter elektrik yang berprestasi tinggi dan boleh dipercayai. Serentak itu, ia mengoptimumkan struktur kos produk, menyediakan produk teknikal yang kompetitif untuk bidang pemantauan sistem elektrik, sesuai untuk pelbagai skenario pemantauan elektrik industri.