Wysokiej wydajności cyfrowy licznik mocy: Rozwiązanie antyinterferencyjne do monitorowania systemu 3-fazowego

I. Przegląd​

To rozwiązanie wykorzystuje wysokowydajny główny chip kontrolny i architekturę wielomodułową do osiągnięcia precyzyjnego pobierania, przetwarzania, wyświetlania i zdalnej transmisji parametrów trójfazowej sieci elektrycznej, spełniając wymagania dotyczące monitorowania w czasie rzeczywistym systemów energetycznych. Zapewniając dokładność pomiarów, ten cyfrowy licznik energii skutecznie rozwiązuje problemy interferencji dzięki wielu innowacjom technologicznym i optymalizuje koszty produkcji.

​II. Ogólna struktura i funkcja licznika​

​Architektura systemu​

Wykorzystuje model architektoniczny "główny chip kontrolny jako rdzeń, współpraca wielu modułów" do realizacji zintegrowanych funkcji pobierania, przetwarzania, wyświetlania i transmisji danych.

​Funkcje głównych modułów​

1. ​Moduł głównego chipu kontrolnego​
• Główny urządzenie: chip MSP430F5438A
• Zintegrowane funkcje: obwód konwersji AD, obwód krystaliczny o wysokiej częstotliwości, obwód krystaliczny o niskiej częstotliwości
• Główny zakres obowiązków: kontrolowanie modułów systemowych i przetwarzanie sygnałów danych
• Specjalny projekt: obwód krystaliczny o niskiej częstotliwości ma wbudowane kondensatory kompensacyjne; główne wejście częstotliwości jest podłączone tylko do krystalu o niskiej częstotliwości 32768Hz.
2. ​Moduł obwodu pobierania sygnałów​
• Pobieranie napięcia: obwód podziału napięcia dla trójfazowego napięcia sieci
• Pobieranie prądu: transformator prądowy trójfazowy
• Kondycjonowanie sygnałów: obwód wzmacniacza operacyjnego (wzmocnienie i konwersja poziomów)
• Konfiguracja kanałów: kanały próbkowania analogowego napięcia, kanały próbkowania analogowego prądu
• Funkcja: osiąga precyzyjne pobieranie sygnałów napięcia i prądu trójfazowego.
3. ​Moduły funkcji pomocniczych​
• Czas rzeczywisty (RTC): zapewnia precyzyjną bazę czasową, gwarantując dokładność znaczników czasowych danych.
• Wewnętrzna pamięć informacji: przechowuje parametry działania licznika i pobrane dane, obsługuje modyfikację zawartości.
• Moduł kontroli wyświetlacza: wyświetla parametry sieci elektrycznej, wyposażony w ochronę przed interferencją.
• Interfejs komunikacyjny: interfejs RS485, obsługuje połączenie z komputerem do monitorowania na odległość w celu natychmiastowego przesyłania danych.
• Moduł zasilania: wielopoziomowe wyjście zasilające
• Wyjście 5V: dla modułu obwodu pobierania sygnałów.
• Wyjście 3.3V: dla głównego chipu kontrolnego, RTC, pamięci, modułu kontroli wyświetlacza.
• Izolowane wyjście 5V: dla interfejsu komunikacyjnego.

​III. Kluczowe usprawnienia techniczne i zalety​

1. ​Rozwiązanie problemu interferencji linii neutralnej​
• ​Tradycyjne problemy​
• Linia neutralna musiała przechodzić przez 4 oporniki o całkowitym oporze 1.496MΩ.
• Przewód linii neutralnej był podatny na interferencję podczas dryfu.
• Nienormalne wyświetlanie napięcia trójfazowego, gdy nie było zastosowane napięcie.
• Niestabilne dane, wpływające na dokładność próbkowania i pomiaru.
• ​Ulepszony projekt​
• Linia neutralna kanału próbkowania analogowego napięcia jest bezpośrednio podłączona do masy systemu.
• ​Zalety techniczne​
• Całkowicie rozwiązuje problemy z interferencją linii neutralnej.
• Eliminuje 4 oporniki linii neutralnej, upraszczając projekt obwodów.
• Zmniejsza trudności produkcji i koszty.
2. ​Projekt antyinterferencyjny EFT​
• ​Rozwiązanie projektowe​
• Między modułem kontroli wyświetlacza a głównym chipem kontrolnym umieszczony jest moduł anty-EFT.
• Moduł składa się z 4 kondensatorów (C1-C4), odpowiadających jednoznacznie liniom sygnałów komunikacyjnych.
• Specyfikacje kondensatorów: C1, C3, C4 to 10000pF; C2 to 3300pF.
• Jedno ramię kondensatora jest podłączone do linii sygnałowej, drugie do masy.
• ​Zalety techniczne​
• Dostarcza skuteczną ochronę dla każdej linii sygnałowej komunikacyjnej.
• Przechodzi test odporności na EFT 4kV.
• Posiada silną zdolność anty-EFT.
3. ​Optymalizacja odporności na wyładowania elektrostatyczne i stabilności zegara​
• ​Konfiguracja generatora krystalicznego​
• Wejście głównej częstotliwości głównego chipu kontrolnego jest podłączone tylko do krystalu o niskiej częstotliwości 32768Hz.
• Wewnętrzny obwód oscylatora o niskiej częstotliwości chipu ma wbudowane kondensatory kompensacyjne.
• ​Trzy zalety​
• Wykonanie ESD: przechodzi test ESD 15kV, działa stabilnie.
• Dokładność zegara: generuje zegar sekundowy poprzez dzielenie częstotliwości, zapewniając stabilność zegara próbkowania ADC.
• Uproszczenie obwodu: eliminuje zewnętrzny obwód konwersji AD i 2 kondensatory kompensacyjne generatora krystalicznego.

​IV. Ogólna efektywność techniczna​

• ​Realizacja funkcji​
• Stabilnie wykonuje pobieranie i przetwarzanie sygnałów napięcia i prądu trójfazowego sieci.
• Funkcja wyświetlania danych w czasie rzeczywistym.
• Przesyłanie danych w czasie rzeczywistym do komputerów do monitorowania przez interfejs RS485.
• Spełnia potrzeby monitorowania w czasie rzeczywistym sektora energetycznego.
• ​Poprawa wydajności​
• Skutecznie rozwiązuje trzy kluczowe problemy: interferencję linii neutralnej, interferencję elektrostatyczną i interferencję EFT.
• Znacznie poprawia dokładność pobierania i pomiaru danych.
• Zdecydowanie zwiększa stabilność działania urządzenia.
• ​Optymalizacja kosztów​
• Eliminuje wiele oporników, kondensatorów i zewnętrzny obwód konwersji AD.
• Upraszcza proces produkcji, zmniejsza trudności produkcji.
• Zmniejsza koszty produkcji, posiada wysoką wartość zastosowania inżynieryjnego.

​V. Wartość zastosowania​

To rozwiązanie cyfrowego licznika energii, dzięki innowacyjnemu projektowi obwodów i technologii antyinterferencyjnej, osiąga wysokowydajne, niezawodne monitorowanie parametrów energii. Jednocześnie optymalizuje strukturę kosztów produktu, dostarczając konkurencyjny produkt technologiczny dla dziedziny monitorowania systemów energetycznych, odpowiedni dla różnych scenariuszy monitorowania energii przemysłowej.