Visokonizkoščni digitalni merilnik moči: Rešitev za odpornost na motnje pri nadzoru sistema z 3 fazi

I. Pregled​

Ta rešitev uporablja visoko zmogljiv mikročip za glavno nadzorno enoto in arhitekturo z več sodelujočimi moduli, da doseže natančno zajemanje, obdelavo, prikaz in oddaljeno prenos parametrov trofaznega električnega omrežja, kar zadovoljuje zahteve za trenutno spremljanje električnih sistemov. Poleg zagotavljanja natančnosti meritve ta digitalni merilnik energije učinkovito reši probleme motenj skozi več tehnoloških inovacij in optimizira stroške proizvodnje.

​II. Splošna struktura in funkcija merilnika​

​Sistemsko okvirje​

Uporablja arhitekturo "mikročip za glavno nadzorno enoto kot jedro, sodelovanje več modulov" za realizacijo integriranih funkcij zajemanja, obdelave, prikaza in prenosa podatkov.

​Funkcije osrednjih modulov​

1. ​Modul glavne nadzorne enote​
• Osnovno napravo: čip MSP430F5438A
• Integrirane funkcije: AD pretvorbeni vezji, visokofrekvenčni kristalni oscilator, nizkofrekvenčni kristalni oscilator
• Glavne odgovornosti: nadzor sistema in obdelava signala podatkov
• Posebna konstrukcija: nizkofrekvenčni kristalni oscilator ima vgrajene kompenzacijske kondenzatorje; glavni frekvenčni vhod je povezan samo s 32768Hz nizkofrekvenčnim kristalom.
2. ​Modul za zajemanje signalov​
• Zajemanje napetosti: vezji deljenja napetosti za trofazno omrežno napetost
• Zajemanje toka: trofazni tokovi transformatorji
• Obdelava signala: operacijski vezji (pospeševanje in sprememba ravni)
• Konfiguracija kanalov: analogni vzorčevalni kanali za napetost, analogni vzorčevalni kanali za tok
• Funkcija: dosega natančno zajemanje signalov trofazne napetosti in toka.
3. ​Pomožni funkcionalni moduli​
• Trenutni čas (RTC): zagotavlja natančno časovno bazo, ki zagotavlja natančnost časovne oznake podatkov.
• Notranja pomnilnik informacij: shranjuje parametre delovanja merilnika in zajete podatke, podpira spremembo vsebine.
• Modul za nadzor prikaza: prikazuje parametre električnega omrežja, opremljen s ščitom pred motnjami.
• Vmesnik za komunikacijo: RS485 vmesnik, podpira povezavo s računalniki za oddaljeno spremljanje za trenutni prenos podatkov.
• Modul za oskrbo z energijo: večnivojsko izhodno napetost
• 5V izhod: za modul zajemanja signalov.
• 3.3V izhod: za glavno nadzorno enoto, RTC, pomnilnik, modul za nadzor prikaza.
• Izoliran 5V izhod: za vmesnik za komunikacijo.

​III. Ključne tehnološke izboljšave in prednosti​

1. ​Rešitev motenj na neutralni vrstici​
• ​Tradicionalni problemi​
• Neutralna vrstica mora biti povezana s 4 odporniki z skupnim odpornostjo 1.496MΩ.
• Provozna žica neutralne vrstice je občutljiva na motnje, ko plava.
• Nepričakovani prikaz trofazne napetosti, ko ni priključena napetost.
• Nestabilni podatki, ki vplivajo na natančnost vzorčenja in merjenja.
• ​Izboljšana konstrukcija​
• Neutralna vrstica analognega vzorčevalnega kanala za napetost je neposredno povezana z sistemskega zemljištva.
• ​Tehnološke prednosti​
• Popolnoma reši problem motenj na neutralni vrstici.
• Odstrani 4 odpornike na neutralni vrstici, poenostavi dizajn vezja.
• Zmanjša težave in stroške proizvodnje.
2. ​Anti-EFT dizajn proti motnjam​
• ​Rešitev dizajna​
• Med modulom za nadzor prikaza in glavno nadzorno enoto je postavljen anti-EFT modul.
• Modul sestavlja 4 kondenzatorji (C1-C4), ki se eno-za-eno ujemajo z vezji komunikacijskih signalov.
• Specifikacije kondenzatorjev: C1, C3, C4 so 10000pF; C2 je 3300pF.
• En konec kondenzatorja je povezan z vezji signalov, drug konec je zemljen.
• ​Tehnološke prednosti​
• Predstavlja učinkovito zaščito za vsako vezje komunikacijskih signalov.
• Prehaja 4kV EFT test odpornosti.
• Ima močno sposobnost odpornosti na EFT.
3. ​Anti-elektrostatska razpoložljivost in optimizacija stabilnosti ura​
• ​Konfiguracija kristalnega oscilatorja​
• Glavni frekvenčni vhod glavne nadzorne enote je povezan samo s 32768Hz nizkofrekvenčnim kristalom.
• Notranji nizkofrekvenčni oscilator čipa ima vgrajene kompenzacijske kondenzatorje.
• ​Trojni prednosti​
• ESD zmogljivost: prehaja 15kV test ESD v zraku, deluje stabilno.
• Natančnost ura: generira sekundni ura preko frekvencnega deljenja, zagotavlja stabilnost vzorčevalnega ura ADC.
• Poenostavitev vezja: odstrani zunanji AD pretvorbeni vezji in 2 kompenzacijska kondenzatorja kristalnega oscilatorja.

​IV. Splošna tehnična učinkovitost​

• ​Izvedba funkcij​
• Stabilno dokonča zajemanje in obdelavo signalov trofazne napetosti in toka.
• Funkcija trenutnega prikaza podatkov.
• Trenutni prenos podatkov na računalnike za spremljanje preko RS485 vmesnika.
• Zadovoljuje potrebe za trenutno spremljanje v sektorju energije.
• ​Izboljšave zmogljivosti​
• Učinkovito reši tri ključne probleme: motnje na neutralni vrstici, elektrostatske motnje in EFT motnje.
• Značilno izboljša natančnost zajemanja in merjenja podatkov.
• Zelo izboljša stabilnost delovanja opreme.
• ​Optimizacija stroškov​
• Odstrani več odpornikov, kondenzatorjev in zunanji AD pretvorbeni vezji.
• Poenostavi proces proizvodnje, zmanjša težave proizvodnje.
• Zmanjša stroške proizvodnje, ima visoko inženirsko uporabno vrednost.

​V. Uporabna vrednost​

Ta rešitev digitalnega merilnika energije, skozi inovativni dizajn vezja in tehnologije proti motnjam, dosega visoko zmogljivostno in visoko zanesljivo spremljanje parametrov energije. Hkrati optimizira strukturo stroškov izdelka, ponuja konkurenčen tehnični izdelek za področje spremljanja električnih sistemov, primern za različne industrijske scenarije spremljanja energije.