Високопродуктивний цифровий електромер: Рішення проти перешкод для моніторингу 3-фазової системи

I.Огляд

Цей рішення використовує високопродуктивний основний контролюючий чип та архітектуру з багатьма модулями для співпраці, щоб досягти точного збору, обробки, відображення та віддаленого передавання параметрів трифазної електромережі, задовольняючи вимоги реального часу моніторингу електроенергетичних систем. Забезпечуючи точність вимірювання, цей цифровий лічильник енергії ефективно вирішує проблеми завад через багато технологічних інновацій та оптимізує виробничі витрати.

II. Загальна структура та функції лічильника

Системна архітектура

Використовує модель архітектури "основний контролюючий чип як ядро, співпраця багатьох модулів", щоб реалізувати інтегровані функції збору, обробки, відображення та передачі даних.

Функції ключових модулів

1. Модуль головного контролюючого чипу
• Основне пристрійство: чип MSP430F5438A
• Інтегровані функції: AD-конвертер, високочастотний кристал, низькочастотний кристал
• Основні обов'язки: керування системними модулями та обробка сигналів даних
• Спеціальний дизайн: у низькочастотному кристалі вбудовані компенсаційні конденсатори; основний частотний вхід під'єднаний лише до 32768 Гц низькочастотного кристалу.
2. Модуль збору сигналів
• Збір напруги: трифазний дільник напруги для зниження напруги електромережі
• Збір струму: трифазні трансформатори струму
• Умова сигналів: операторський підсилювач (підсилення та перетворення рівня)
• Конфігурація каналів: аналогові канали збору напруги, аналогові канали збору струму
• Функція: досягає точного збору сигналів трифазної напруги та струму.
3. Додаткові функціональні модулі
• Час реального часу (RTC): забезпечує точну часову базу, гарантує точність позначок часу даних.
• Внутрішня пам'ять інформації: зберігає параметри роботи лічильника та зібрані дані, підтримує зміну вмісту.
• Модуль керування відображенням: показує параметри електромережі, оснащений захистом від завад.
• Інтерфейс зв'язку: інтерфейс RS485, підтримує підключення до віддалених комп'ютерів для реального часу передачі даних.
• Модуль живлення: багаторівневий вивід живлення
• Вивід 5 В: для модуля збору сигналів.
• Вивід 3.3 В: для головного контролюючого чипу, RTC, пам'яті, модуля керування відображенням.
• Відокремлений вивід 5 В: для інтерфейсу зв'язку.

III. Основні технічні поліпшення та переваги

1. Рішення завади нейтральної лінії
• Традиційні проблеми
• Нейтральній лінії потрібно пройти через 4 резистори з загальною опором 1.496 МОм.
• Провідник нейтральної лінії вразливий до завад при плаванні.
• Аномальне відображення трифазної напруги при відсутності напруги.
• Нестійкість даних, що впливає на точність збору та вимірювання.
• Поліпшений дизайн
• Нейтральна лінія аналогового каналу збору напруги безпосередньо під'єднана до системного землі.
• Технічні переваги
• Повністю вирішує проблеми завад нейтральної лінії.
• Елімінує 4 резистори нейтральної лінії, спрощує проектування схеми.
• Зменшує складність виробництва та вартість.
2. Дизайн захисту від EFT-завад
• Рішення дизайну
• Між модулем керування відображенням та головним контролюючим чипом розташований модуль захисту від EFT.
• Модуль складається з 4 конденсаторів (C1-C4), які відповідають один до одного з лініями зв'язку сигналів.
• Характеристики конденсаторів: C1, C3, C4 - 10000 пФ; C2 - 3300 пФ.
• Один кінець конденсатора під'єднаний до лінії сигналу, другий кінець заземлений.
• Технічні переваги
• Надає ефективний захист кожній лінії зв'язку сигналів.
• Пройшло тест на стійкість до EFT 4 кВ.
• Має сильну здатність до протистояння EFT.
3. Захист від електростатичного розряду та оптимізація стабільності годинника
• Конфігурація кристалу генератора
• Основний частотний вхід головного контролюючого чипу під'єднаний лише до 32768 Гц низькочастотного кристалу.
• У внутрішній низькочастотній генератор чипу вбудовані компенсаційні конденсатори.
• Три переваги
• ESD-властивості: проходить тест на ESD 15 кВ повітряного розряду, працює стабільно.
• Точність годинника: генерує секундний годинник через поділ частоти, забезпечуючи стабільність тактового сигналу ADC.
• Спрощення схеми: елімінує зовнішній AD-конвертер та 2 компенсаційні конденсатори кристалу.

IV. Загальна технічна ефективність

• Реалізація функцій
• Стабільно завершує збір та обробку сигналів трифазної напруги та струму електромережі.
• Функція відображення даних у реальному часі.
• Передача даних у реальному часі на комп'ютери моніторингу через інтерфейс RS485.
• Задовольняє потреби реального часу моніторингу електроенергетичної галузі.
• Поліпшення продуктивності
• Ефективно вирішує три ключові проблеми: завади нейтральної лінії, електростатичні завади та EFT-завади.
• Значно покращує точність збору та вимірювання даних.
• Значно підвищує стабільність роботи обладнання.
• Оптимізація вартості
• Елімінує багато резисторів, конденсаторів та зовнішній AD-конвертер.
• Спрощує процес виробництва, зменшує складність виробництва.
• Зменшує виробничі витрати, має високу інженерну цінність.

V. Застосування

Це рішення цифрового лічильника енергії, через інноваційний дизайн схеми та технології захисту від завад, досягає високої продуктивності та надійності моніторингу параметрів енергії. Одночасно, воно оптимізує структуру вартості продукту, надаючи конкурентну технічну продукцію для галузі моніторингу електроенергетичних систем, придатну для різних індустриальних сценаріїв моніторингу енергії.