Yüksek Performanslı Dijital Güç Metresi: 3 Faz Sistemi İzleme için Anti-Parazit Çözüm

I. Genel Bakış​

Bu çözüm, yüksek performanslı bir ana kontrol çipi ve çok modülü işbirliği yapısı kullanarak, üç fazlı güç ağı parametrelerinin hassas bir şekilde toplanmasını, işleme geçirilmesini, gösterilmesini ve uzaktan iletilmesini sağlar. Bu, güç sistemlerinin gerçek zamanlı izleme ihtiyaçlarını karşılar. Ölçüm doğruluğunu sağlarken, bu dijital güç sayacı, birçok teknolojik yenilik aracılığıyla interferans sorunlarına etkili bir şekilde çözüm getirir ve üretim maliyetlerini optimize eder.

​II. Sayaçın Genel Yapısı ve Fonksiyonları​

​Sistem Mimarisi​

"Ana kontrol çipi merkezli, çok modülü işbirliği" mimari modeli benimsenerek, veri toplama, işleme, gösterim ve iletim gibi entegre fonksiyonların gerçekleştirilmesi sağlanır.

​Çekirdek Modül Fonksiyonları​

1. ​Ana Kontrol Çipi Modülü​
• Çekirdek Cihaz: MSP430F5438A çip
• Entegre Fonksiyonlar: AD dönüştürme devresi, yüksek frekanslı kristal osilatör devresi, düşük frekanslı kristal osilatör devresi
• Ana Görevleri: Sistem modüllerini kontrol etmek ve veri sinyallerini işlemek
• Özel Tasarım: Düşük frekanslı kristal osilatör devresi dahili kompensasyon kondansatörlere sahip; ana frekans girişi sadece 32768Hz düşük frekanslı kristale bağlanmıştır.
2. ​Sinyal Toplama Devre Modülü​
• Gerilim Toplaması: Üç fazlı ağ geriliminin azaltılmış bölücü devresi
• Akım Toplaması: Üç fazlı akım transformatörleri
• Sinyal Hazırlama: İşlevsel amplifikatör devresi (genişletme ve seviye çevirme)
• Kanal Yapılandırması: Gerilim analog örnekleme kanalları, akım analog örnekleme kanalları
• Fonksiyon: Üç fazlı gerilim ve akım sinyallerinin hassas bir şekilde toplanmasını sağlar.
3. ​Yardımcı Fonksiyon Modülleri​
• Gerçek Zamanlı Saat (RTC): Hassas bir zaman tabanı sağlar, veri zaman damgasının doğruluğunu sağlar.
• İç Bilgi Belleği: Sayaç çalışma parametrelerini ve toplanan verileri saklar, içerik değiştirilebilir.
• Gösterim Kontrol Modülü: Güç ağı parametrelerini gösterir, interferansa karşı koruma özelliği vardır.
• İletişim Arayüzü: RS485 arayüzü, gerçek zamanlı veri yükleme için uzaktan izleme bilgisayarlarına bağlantı sağlar.
• Güç Kaynağı Modülü: Çok seviyeli güç çıkışı
• 5V Çıkış: Sinyal toplama devre modülü için.
• 3.3V Çıkış: Ana kontrol çipi, RTC, bellek, gösterim kontrol modülü için.
• Ayrılmış 5V Çıkış: İletişim arayüzü için.

​III. Çekirdek Teknik İyileştirmeler ve Avantajları​

1. ​Nötr Hat Interferans Çözümü​
• ​Geleneksel Sorunlar​
• Nötr hat 1.496MΩ toplam dirençte 4 dirençten geçmesi gerekiyordu.
• Nötr hat kabloları serbest kalırken interferansa maruz kalıyordu.
• Gerilim uygulanmadığında anormal üç fazlı gerilim gösterimi oluyordu.
• Veriler istikrarsızdı, örnekleme ve ölçüm doğruluğunu etkiliyordu.
• ​İyileştirilmiş Tasarım​
• Gerilim analog örnekleme kanalının nötr hattı doğrudan sisteme bağlanmıştır.
• ​Teknik Avantajlar​
• Nötr hat interferans sorunlarını tamamen çözer.
• 4 nötr hat direncini ortadan kaldırır, devre tasarımını basitleştirir.
• Üretim zorluğunu ve maliyetini azaltır.
2. ​Anti-EFT Interferans Tasarımı​
• ​Tasarım Çözümü​
• Gösterim kontrol modülü ile ana kontrol çipi arasında anti-EFT modülü yerleştirilmiştir.
• Modül, iletişim sinyal hatlarıyla bire bir eşleşen 4 kondansatör (C1-C4) oluşmaktadır.
• Kondansatör Özellikleri: C1, C3, C4 10000pF; C2 3300pF.
• Kondansatörün bir ucuna sinyal hattı, diğer ucuna da toprak bağlantısı yapılmıştır.
• ​Teknik Avantajlar​
• Her bir iletişim sinyal hattına etkili koruma sağlar.
• 4kV EFT dayanıklılık testinden geçer.
• Güçlü anti-EFT kapasitesine sahiptir.
3. ​Anti-Elektriksel Statik Serbestleşme ve Saat Stabilitesi Optimizasyonu​
• ​Kristal Osilatör Yapılandırması​
• Ana kontrol çipinin ana frekans girişi sadece 32768Hz düşük frekanslı kristala bağlanmıştır.
• Çipin dahili düşük frekanslı osilatör devresi iç kompansasyon kondansatörlere sahiptir.
• ​Üçlü Avantajlar​
• ESD Performansı: 15kV hava serbest bırakma ESD testinden geçer, istikrarlı çalışır.
• Saat Doğruluğu: Frekans bölme yoluyla saniye saati oluşturur, ADC örnekleme saatini istikrarlı hale getirir.
• Devre Basitleştirme: Dış AD dönüştürme devresini ve 2 kristal osilatör kompansasyon kondansatörünü ortadan kaldırır.

​IV. Genel Teknik Etkinlik​

• ​Fonksiyon Realizasyonu​
• Üç fazlı ağ gerilimi ve akım sinyallerinin toplanmasını ve işleme geçirilmesini istikrarlı bir şekilde tamamlar.
• Gerçek zamanlı veri gösterim fonksiyonu.
• RS485 arayüzü aracılığıyla izleme bilgisayarlarına gerçek zamanlı veri yükleme.
• Güç sektörünün gerçek zamanlı izleme ihtiyaçlarını karşılar.
• ​Performans İyileştirmeleri​
• Üç çekirdek sorunu olan nötr hat interferansı, elektrostatik interferans ve EFT interferansını etkili bir şekilde çözer.
• Veri toplama ve ölçüm doğruluğunu önemli ölçüde artırır.
• Ekipman işletim istikrarını büyük ölçüde artırır.
• ​Maliyet Optimizasyonu​
• Birden fazla direnç, kondansatör ve dış AD dönüştürme devresini ortadan kaldırır.
• Üretim sürecini basitleştirir, üretim zorluğunu azaltır.
• Üretim maliyetlerini azaltır, yüksek mühendislik uygulama değerine sahiptir.

​V. Uygulama Değeri​

Bu dijital güç sayacı çözümü, yenilikçi devre tasarımı ve interferansa karşı teknoloji aracılığıyla, yüksek performanslı, güvenilir güç parametre izlemesini gerçekleştirir. Aynı zamanda, ürün maliyet yapısını optimizasyon sağlar, güç sistem izleme alanında rekabetçi bir teknik ürünü sunar ve çeşitli endüstriyel güç izleme senaryolarına uygun hale getirir.