Высокопроизводительный цифровой измеритель мощности: решение по противодействию помехам для мониторинга 3-фазной системы

I.Обзор​

Это решение использует высокопроизводительный основной контроллер и архитектуру с многомодульным взаимодействием для точного сбора, обработки, отображения и удаленной передачи параметров трехфазной сети, удовлетворяя требованиям реального времени мониторинга энергетических систем. Обеспечивая точность измерений, этот цифровой электросчетчик эффективно решает проблемы помех благодаря множеству технологических инноваций и оптимизирует производственные затраты.

​II. Общая структура и функции счетчика​

​Архитектура системы​

Использует архитектурную модель "основной контроллер в качестве ядра, многомодульное взаимодействие" для реализации интегрированных функций сбора, обработки, отображения и передачи данных.

​Функции ключевых модулей​

1. ​Модуль основного контроллера​
• Основное устройство: микросхема MSP430F5438A
• Интегрированные функции: цепь АЦП, высокочастотный кварцевый генератор, низкочастотный кварцевый генератор
• Основные обязанности: управление системными модулями и обработка сигналов данных
• Специальное проектирование: низкочастотная цепь кварцевого генератора имеет встроенные компенсационные конденсаторы; вход основной частоты подключен только к низкочастотному кварцу 32768 Гц.
2. ​Модуль цепи сбора сигналов​
• Сбор напряжения: цепь делителя напряжения для трехфазного сетевого напряжения
• Сбор тока: трехфазные трансформаторы тока
• Условия сигнала: операционный усилитель (усиление и преобразование уровня)
• Конфигурация каналов: аналоговые каналы сбора напряжения, аналоговые каналы сбора тока
• Функция: обеспечивает точный сбор сигналов трехфазного напряжения и тока.
3. ​Вспомогательные функциональные модули​
• RTC (реальное время): предоставляет точную временную базу, обеспечивая точность временных меток данных.
• Внутренняя память информации: хранит параметры работы счетчика и собранные данные, поддерживает изменение содержимого.
• Модуль управления отображением: отображает параметры сети, оснащен защитой от помех.
• Интерфейс связи: интерфейс RS485, поддерживает подключение к удаленным компьютерам для мониторинга и передачи данных в реальном времени.
• Модуль питания: многоуровневый выход питания
• Выход 5 В: для модуля цепи сбора сигналов.
• Выход 3.3 В: для основного контроллера, RTC, памяти, модуля управления отображением.
• Изолированный выход 5 В: для интерфейса связи.

​III. Основные технические улучшения и преимущества​

1. ​Решение проблемы помех на нулевой линии​
• ​Традиционные проблемы​
• Нулевая линия должна проходить через 4 резистора с общим сопротивлением 1.496 МОм.
• Проводник нулевой линии подвержен помехам при плавании.
• Аномальное отображение трехфазного напряжения при отсутствии напряжения.
• Нестабильные данные, влияющие на точность сбора и учета.
• ​Улучшенное проектирование​
• Нулевая линия канала аналогового сбора напряжения напрямую подключена к земле системы.
• ​Технические преимущества​
• Полностью решает проблему помех на нулевой линии.
• Устраняет 4 резистора нулевой линии, упрощая схему.
• Снижает сложность и стоимость производства.
2. ​Дизайн защиты от ЭФТ-помех​
• ​Решение дизайна​
• Между модулем управления отображением и основным контроллером размещается модуль защиты от ЭФТ-помех.
• Модуль состоит из 4 конденсаторов (C1-C4), соответствующих каждому из линий связи.
• Характеристики конденсаторов: C1, C3, C4 - 10000 пФ; C2 - 3300 пФ.
• Один конец конденсатора подключен к линии сигнала, другой конец - к земле.
• ​Технические преимущества​
• Предоставляет эффективную защиту для каждой линии связи.
• Проходит тест на иммунитет к ЭФТ-помехам 4 кВ.
• Обладает высокой устойчивостью к ЭФТ-помехам.
3. ​Защита от электростатического разряда и оптимизация стабильности часов​
• ​Конфигурация кварцевого генератора​
• Вход основной частоты основного контроллера подключен только к низкочастотному кварцу 32768 Гц.
• Внутренняя цепь низкочастотного генератора основного контроллера имеет встроенные компенсационные конденсаторы.
• ​Три преимущества​
• Производительность по ESD: проходит тест на воздушный разряд ESD 15 кВ, работает стабильно.
• Точность часов: генерирует часовой сигнал через деление частоты, обеспечивая стабильность тактового сигнала АЦП.
• Упрощение схемы: устраняет внешнюю цепь АЦП и 2 компенсационных конденсатора кварцевого генератора.

​IV. Общая техническая эффективность​

• ​Реализация функций​
• Стабильно выполняет сбор и обработку сигналов трехфазного сетевого напряжения и тока.
• Функция отображения данных в реальном времени.
• Передача данных в реальном времени на компьютеры мониторинга через интерфейс RS485.
• Удовлетворяет потребностям реального времени мониторинга в энергетическом секторе.
• ​Улучшение производительности​
• Эффективно решает три ключевые проблемы: помехи на нулевой линии, электростатические помехи и ЭФТ-помехи.
• Значительно улучшает точность сбора и учета данных.
• Значительно повышает стабильность работы оборудования.
• ​Оптимизация затрат​
• Устраняет множество резисторов, конденсаторов и внешнюю цепь АЦП.
• Упрощает процесс производства, снижает сложность производства.
• Снижает затраты на производство, обладает высокой инженерной ценностью применения.

​V. Применение и ценность​

Это решение цифрового электросчетчика, благодаря инновационному проектированию схем и технологии защиты от помех, достигает высокой производительности и надежности мониторинга параметров сети. Одновременно оно оптимизирует структуру затрат на продукт, предоставляя конкурентоспособное техническое решение для области мониторинга энергетических систем, подходящее для различных промышленных сценариев мониторинга электроэнергии.