Содержание
Счетчик электроэнергии трехфазный: обзор и отличия
Человечество не представляет своей жизни без электроэнергии. Этот ресурс играет крайне важную роль в жизни каждого человека, активно используется на производствах.
Позволяет множеству бытовых приборов и другой рабочей технике работать исправно.
Каждый человек потребляет определённое количество электроэнергии, которую он сможет легко рассчитать в конце рабочего месяца по счётчику.
Большинство бытовых счётчиков являются однофазными, но есть и более продуктивные варианты, которые работают с использованием трёх фаз. Именно о трёхфазных электрических счётчиках сейчас и пойдёт речь.
Счётчики электроэнергии, краткая характеристика трёхфазного счётчика
Содержание
- 1 Счётчики электроэнергии, краткая характеристика трёхфазного счётчика
- 2 Что такое трёхфазный счётчик и чем он отличается от однофазного
- 3 Главные принципы работы трёхфазного счетчика
- 4 Почему не рекомендуется использование трёхфазного счётчика энергии в частных домах
- 5 Дополнительные характеристики стандартного трёхфазного счётчика
Каждый электросчётчик предназначен для того, чтобы помочь человеку правильно рассчитать количество потребляемой им электроэнергии. Схема измерения энергии достаточно простая, ведь электрические провода посылают определённые импульсы к расчётному механизму, а он их обрабатывает. В жилых домах используются однофазные счётчики электроэнергии, поскольку потребление этого ресурса в быту не является очень большим.
Для производств, на которых используется очень мощное оборудование, более удачным вариантом станет трехфазный счётчик, для вычисления расчёта электроэнергии, ведь он более мощный. Чем отличается однофазная система расчёта от трёхфазной и какой счётчик для вычисления расхода электроэнергии лучше подбирать ви каждом конкретном случае, пользователи смогут узнать прямо сейчас.
Что такое трёхфазный счётчик и чем он отличается от однофазного
Электрический счётчик – квадратное или прямоугольное устройство, которое вычисляет расход электрической энергии и отображает этот результат на таблице циферблата.
Механизм снятия показателей для счётчиков всех моделей построен одинаково и для произведения расчётов существует одна схема.
Если характеризовать однофазный электрический счётчик, о нём стоит сказать следующее:
- система работает при напряжении средней мощности – 220 вольт;
- счётчик имеет небольшие размеры и квадратную форму;
- подключается только к одному проводу электрической сети;
- пломбируется сотрудниками электрической службы, для предотвращения попыток разных махинаций.
Для использования в частном доме однофазного счётчика вполне достаточно, ведь он выдерживает рабочее напряжение большинства бытовых приборов, а вот на производствах или для людей, которые пользуются очень мощной техникой, лучшим выбором станет трёхфазный электрический счётчик. Его стоит характеризовать таким образом:
- размеры немного больше, чем у однофазного счётчика;
- форма конструкции прямоугольная;
- подключается одновременно к трёх сетевым проводам;
- работает при напряжении сети 380 вольт.
Чтобы пользователь, при выборе счётчика электричества, смог понять какой является однофазным, а какой работает сразу с 3 фазами, ему необходимо обратить особое внимание на маркировку системы. Для однофазных счётчиков маркировка производится с применением отметки СО, а для трёхфазных СТ – это стандартная схема маркирования.
Подключение этих систем производится по одинаковому принципу, а схема установки является стандартной. Только стоит помнить, что в первом случае счётчик подключается к одному проводу, а во втором к трём. Монтировать счётчик для определения количества потребляемой электроэнергии, обязательно должен квалифицированный электрик.
Главные принципы работы трёхфазного счетчика
Используя советы опытных электриков, выбрать счетчик для измерения потребления энергии будет несложно. Если человек желает установить у себя дома такое устройство, как трёхфазный электрический счётчик, ему следует поступить таким образом:
- попросить опытного электрика определить подходит ли такой расчётный механизм для конкретного помещения;
- приобрести трёхфазный счётчик электроэнергии от надёжного и проверенного производителя в официальной торговой точке;
- попросить электрика произвести установку трёхфазного счётчика энергии.
Схема включения системы достаточно простая и после установки системы, её возможно сразу же продуктивно использовать. Счётчик, подключение которого производилось сразу к трём сетевым проводам, имеет возможность работать таким образом:
- после прямого подключения системы производится адаптация устройства под конкретный рабочий режим;
- импульсы от проводов, занимающихся распространением энергии, попадают к расчётному механизму система;
- принятые электрические сигналы обрабатываются системой трёхфазного счётчика и переводятся в конкретные числовые значения;
- цифровые показатели потребления энергии отображаются на циферблате расчётной системы.
Такая схема работы используется практически для всех электрических счётчиков. Включение счётчика производится исключительно опытными электриками, а ещё на него ставят пломбу. Механизм прямого подключения трёхфазного счётчика вмещает в себе стандартная схема, которую и используют электрики. Выбрать и установить счётчик человеку помогут электрики, а схема его подключения для простого пользователя не будет понятной.
Почему не рекомендуется использование трёхфазного счётчика энергии в частных домах
Выбрать трёхфазный счётчик для определения количества используемой электрической энергии сможет каждый, ведь такие устройства находятся в свободной продаже. Но для частного дома, произведение подключения такого устройства не является самым удачным. Включение трёхфазных электросчётчиков в зоне домашнего пространства нежелательно из-за следующих факторов:
- включение этого устройства, при недостаточном напряжении приводит неполадкам внутри электрической сети и самого устройства;
- присутствует большая вероятность возникновения замыканий;
- часто горят незащищённые специальными приспособлениями электрические приборы;
- при недостаточном напряжении в сети, работа прибора часто оказывается неправильной.
Схема прямого включения счётчика ничем не отличается от стандарта установки менее мощного прибора из этой категории, но несмотря на это, не стоит устанавливать столь мощный прибор, если человек не собирается пользоваться очень мощными станками или приборами.
Часто производится прямое подключение трёхфазного счётчика к трансформаторной будке и это наиболее оптимальный вариант. Включение трёхфазного счётчика электроэнергии должно производиться только на производствах или в тех домах, где используются очень мощные приборы, которые имеют способность потреблять очень много электроэнергии.
Дополнительные характеристики стандартного трёхфазного счётчика
Для мощных производств, в обязательном порядке, должны устанавливаться трёхфазные счётчики электроэнергии. Эта необходимость возникает из-за того, что интенсивное потребление электроэнергии требует определённого напряжения в сети. Стандарт измерения активной и реактивной энергии определяет установленная для всех схема.
Чтобы правильно выбрать электрический, трёхфазный счетчик, человеку необходимо руководствоваться следующими параметрами:
- конструкция трёхфазного счётчика должна быть прочной и целостной;
- на устройстве должна присутствовать специальная маркировка;
- торговая точка должна предоставить пользователю все сертификаты качества продукции;
- перед покупкой счётчика, пользователь должен ознакомится в его стандартными рабочими параметрами;
- лучше выбирать счётчик, обладающий функцией автоматического отключения, ведь в случае угрозы замыкания он самостоятельно предотвратит её.
Все трёхфазные счётчики имеют практически одинаковую конструкцию, но их качественные и ценовые характеристики при этом могут отличаться. Схема подключения этого прибора присутствует в упаковке, при покупке счётчика, но при этом не стоит производить процесс монтажа и прямого подключения самостоятельно.
Электросчётчики, которые имеют возможность одновременной работы с тремя фазами, будут стоить немного дороже, чем стандартный, однофазный вариант. Для покупки счётчика, стоит посещать исключительно специализированные магазины, чтобы избежать некачественного, бракованного товара.
Включение счётчика трёхфазного должно производиться профессионалами, а после этого происходит его регистрация и пломбировка.
Пользователям, которые используют каждый день мощные приборы, обязательно необходимо использовать трёхфазный счётчик, ведь более слабый механизм просто не выдержит слишком большого напряжения. Трёхфазный механизм расчёта электроэнергии – это мощное устройство, которое необходимо присоединять к таким же сетям, с большим напряжением. Чтобы выбрать электросчётчики правильно, стоит учитывать такую информацию, ведь от неё зависит исправная и продуктивная работа электросети.
Выбор электросчетчика | Заметки электрика
Дорогие гости сайта «Заметки электрика». Во-первых, я сегодня всех хочу поздравить с Православным праздником Крещение Господне.
Во-вторых, приготовил для Вас статью о выборе электросчетчика для учета электроэнергии.
Счетчик электрической энергии — это электроизмерительный прибор, который необходим для учета электрической энергии, потребляемой в быту или на промышленных предприятиях.
Данный прибор очень необходим для контроля потребленной электроэнергии за определенный промежуток времени и дает возможность сэкономить на этом.
В настоящее время рынок переполнен счетчиками электрической энергии разных типов и с различными техническими свойствами и характеристиками. Поэтому цель этой статьи — это помочь Вам сделать правильный выбор электросчетчика.
По принципу работы и типу устройства:
- индукционные (например: СО-И446, NE-1-44, САЗУ-ИТ, САЗУ-И670М)
- электронные (например: ЦЭ6803В, СЕ 102, СОЭ-55)
Индукционные счетчики электрической энергии — это электромеханические устройства, которые работают по принципу вращения металлического диска, по количеству оборотов которого ведется учет электроэнергии. Индукционные счетчики имеют единственное преимущество перед электронными: цена и срок межповерочного интервала.
Электронные счетчики электрической энергии — это электронные устройства, работа которых построена на базе полупроводниковой техники и микросхем. Они не имеют вращающихся механических частей, а преобразование входных сигналов напрямую поступают с датчиков напряжения и тока. Электронные счетчики выпускаются с более высоким классом точности.
Что выбрать — индукционный или электронный счетчик?
Если Вы подробно хотите узнать об устройстве индукционных и электронных счетчиков читайте мою статью принцип работы электросчетчика.
По количеству фаз:
- однофазные
- трехфазные
Однофазные счетчики электроэнергии используются для однофазных сетей, соответственно, трехфазные — для трехфазных сетей. В последнее время стали выпускаться трехфазные электронные электросчетчики, которые можно подключать в однофазную сеть.
И наоборот, в трехфазную сеть можно подключать 3 однофазных электросчетчика (на каждую фазу). Таким образом мы будем вести учет электроэнергии по всем фазам раздельно.
По классу точности:
- 2,5
- 2,0
- 1,0
- 0,5
- 0,5s
- 0,2
По классу точности прибора определяют уровень погрешности его измерений. Раньше большинство счетчиков выпускались с классом точности 2,5, т.е. их максимальная погрешность составляла 2,5%. Класс точности в жилом (бытовом) секторе должен быть — 2,0. Об этом подробнее читайте в статье про допустимые классы точности для разных категорий потребителей.
По способу подключения:
- прямого включения
- через трансформаторы тока
Счетчики электрической энергии прямого включения используются для токов нагрузки до 100 (А). Если у Вас общая нагрузка превышает 100 (А), то необходимо подключать счетчик через трансформаторы тока со вторичным током 5 (А).
По классу напряжения:
- 220/380 (В)
- 100 (В)
Если Ваш объект получает питание по высоковольтной линии 6 (кВ) или 10 (кВ) и Вам необходим учет электроэнергии именно по высокой стороне, то в этом случае необходимо применять измерительные трансформаторы напряжения, у которых вторичное напряжение составляет 100 (В). Поэтому электросчетчик Вы должны установить с классом напряжения 100 (В). В этом же случае применяются и трансформаторы тока.
По количеству тарифов:
- однотарифные
- двухтарифные
- многотарифные
При наличии двухтарифного счетчика появляется возможность платить за потребление электроэнергии по двум тарифам: дневной и ночной. Разница между этими тарифами заключается в стоимости электроэнергии, которая отличается почти в 2 раза. Ознакомьтесь с новыми тарифами на 2013 год.
Дневной тариф работает с 7:00 до 23:00, после 23:00 счетчик автоматически переключается на ночной тариф, который продолжает работать с 23:00 до 7:00.
Поэтому многие наши граждане при наличии двухтарифных счетчиков активно начинают пользоваться стиральными машинами и другими энергоемкими приборами в ночное время.
Правда не всегда двухтарифный счетчик оказывается выгодным, порой срок его окупаемости превышает более 5-6 лет — читайте об этом подробнее в статье про расчет экономической эффективности при переходе на двухтарифный счетчик электроэнергии.
В данной статье я рассказал Вам о выборе электросчетчика. В следующей статье читайте о том, как правильно купить электросчетчик.
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
Зачем выбирать трехфазный счетчик
on
Категории: Счетчики
Когда вы мало знаете об электричестве, кроме того, что оно обеспечивает вас энергией, необходимой для работы бытовой техники в вашем доме, вы часто будете в затруднении, когда дело доходит до замены вашей электроустановки или счетчика. Часто возникает вопрос, зачем использовать трехфазный счетчик и установку, а не однофазную систему, которая оказалась бы менее дорогой.
3-фазные распределительные коробки гораздо более распространены в жилых домах, чем однофазные коробки в современных домах, а однофазные коробки гораздо чаще встречаются в менее развитых странах или в жилых домах с очень старыми электрическими установками. Основной ответ на вопрос, почему вам нужно выбрать 3-х фазную коробку счетчика, заключается в том, что однофазная коробка и питание будут постоянно вас подводить; с таким количеством приборов, которые постоянно подключаются одновременно, однофазная установка просто не обеспечит вам уровень мощности, который вам нужен.
Электропитание основной сети в современном мире почти всегда трехфазное, и причина этого в том, что однофазное питание использует синусоидальное напряжение, которое пересекает ноль до того, как меняет полярность, и при приближении к нулю очень мало сила. При нуле вы вообще не найдете мощности, а однофазные системы часто полагаются только на инерцию рассматриваемого прибора или двигателя, когда он равен нулю или близок к нулю.
При выборе трехфазного счетчика и трехфазного питания одна из фаз всегда будет обеспечивать необходимую мощность; не все три фазы будут равны нулю одновременно. Коробки и установки трехфазных счетчиков не только рекомендуются, но и необходимы, когда вы используете приложения, требующие высокой мощности; когда речь идет об автомобиле, эта трехфазная мощность будет затем преобразована генератором переменного тока для обеспечения необходимого постоянного тока.
При выборе установок и счетчиков для электроснабжения вам, как правило, будет предложен вариант трехфазного и однофазного; хотя двухфазные коробки также производятся, они используются для очень ограниченного количества приложений и процессов. Трехфазная система обеспечит вас постоянной мощностью и крутящим моментом, необходимыми для работы вашей бытовой техники или оборудования в вашем бизнес-помещении.
Трехфазные счетчики обеспечивают надежность, необходимую для дома или работы. Если вы только изредка запускаете большое количество мощных устройств одновременно, вам необходимо избегать неудобств, связанных с отключением электрики и перегрузкой цепи. Когда вы устанавливаете трехфазную электрическую установку с трехфазными коробками, вы будете обеспечивать уровень мощности, необходимый для одновременной работы всех ваших приборов. Помните, что простое обновление вашего счетчика до трехфазного — это не решение вашей устаревшей электроустановки, которая постоянно выходит из строя и вызывает проблемы; вам необходимо установить и запустить трехфазную установку для вашей трехфазной коробки, которая обеспечит вас надежным источником питания круглосуточно.
Теги: 3 фазы
210
Нравится (0)
в отличие
Нравиться
Тенденции в трехфазном измерении электроэнергии: новая инновационная изолированная архитектура АЦП позволяет использовать трехфазные счетчики электроэнергии с шунтами
по
Петре Минчунеску, доктор философии.
Скачать PDF
Кратко об идее
Традиционные трехфазные счетчики энергии используют трансформаторы тока (ТТ) для определения токов фазы и нейтрали. Одним из преимуществ трансформаторов тока является присущая им электрическая изоляция, которую они обеспечивают между линией электропередачи, работающей при напряжении в сотни вольт, и заземлением счетчика, обычно подключенным к нейтрали. Трансформаторы тока могут обеспечить хорошую линейность и гибкость для измерения широкого диапазона токов за счет регулировки коэффициента трансформации и нагрузочных резисторов. Однако они также имеют некоторые недостатки для использования в счетчиках электроэнергии. Во-первых, магнитопровод ТТ может насыщаться внешними постоянными магнитными полями. Среднему домовладельцу теперь легко получить чрезвычайно мощные магниты постоянного тока из редкоземельных металлов и применить их для взлома счетчиков. Во-вторых, трансформаторы тока также могут быть насыщены силовым электронным оборудованием, таким как инверторы прямого подключения для распределенной солнечной генерации, которые создают в линии постоянный ток. Производители могут противодействовать этим двум эффектам за счет экранирования и использования трансформаторов тока, устойчивых к постоянному току; однако это увеличивает стоимость, и некоторые предполагают, что для каждого такого ТТ можно найти постоянный магнит для его взлома. В-третьих, трансформаторы тока вносят фазовую задержку измерения, которая зависит от частоты линейных токов. Если интерес представляет только основная составляющая линейного тока, эту задержку относительно легко компенсировать. Однако измерение содержания гармоник становится все более важным, и очень трудно компенсировать задержки основной гармоники и всех гармоник вместе взятых.
Другие датчики тока используются реже в трехфазных счетчиках, включая датчики di/dt, такие как катушки Роговского или датчики на эффекте Холла. Хотя они могут обеспечить преимущества в некоторых приложениях, они сопряжены со своими проблемами. Например, пояса Роговского обладают отличной линейностью и могут воспринимать очень большие токи, но их сложнее изготовить и сложнее добиться хорошей помехоустойчивости, необходимой для точных измерений малых токов. С точки зрения несанкционированного доступа они также могут быть восприимчивы к переменным магнитным полям. Датчики Холла требуют активной компенсации смещения по температуре и по своей природе чувствительны к магнитным полям.
Шунты и трехфазный учет энергии
Использование резистивных шунтов в однофазных счетчиках быстро растет в последние годы, что обусловлено стоимостью, магнитной невосприимчивостью и размерами. Во многих случаях эти однофазные счетчики привязаны к линейному напряжению и, таким образом, не требуют дополнительной изоляции. В трехфазных счетчиках необходимо решить проблему создания изолирующего барьера между каждым шунтом и сердечником счетчика. Проблемы с нагревом также становятся проблемой, обычно ограничивая использование шунтов счетчиками с максимальным током 120 А или меньше.
Сначала рассмотрим фазу А трехфазной системы и ее нагрузку. Представьте, что шунт используется для измерения фазного тока (рис. 1).
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing -pages/technical-articles/trends-in-three-phase-energy-metering/figure1. png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 1’&amp ;amp;gt;
Рис. 1. Определение тока и напряжения фазы А при измерении тока фазы с помощью шунта.
Это точно однофазная конфигурация счетчика электроэнергии: шунт размещен в линии электропередач, а делитель напряжения определяет напряжение между фазой и нейтралью. Напряжения на шунте и делителе напряжения воспринимаются аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Земля — это полюс шунта, общий с делителем напряжения. Однофазные счетчики в основном используются в жилых помещениях, и их максимальный ток обычно ниже 120 А. Этот предел и низкая стоимость делают шунты наиболее часто используемыми датчиками тока в однофазном учете энергии.
При повторении этой схемы на всех трех фазах каждый АЦП имеет свою землю (рис. 2).
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles /trends-in-three-phase-energy-metering/figure2. png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 2’>
Рис. 2. Измерение трехфазного тока и напряжения при измерении фазных токов с помощью шунтов.
Поскольку микроконтроллер (MCU), который управляет всеми ими, находится на одном потенциале с нейтральной линией, для обеспечения работы связи между АЦП и MCU необходимо изолировать каналы данных. Затем каждый АЦП должен иметь собственный изолированный источник питания (рис. 3).
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/trends -in-three-phase-energy-metering/figure3.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 3’>
Рис. 3. Трехфазный счетчик с шунтами, отдельными источниками питания и изолированной связью.
Эта архитектура измерителя уже используется: два канала АЦП последовательно передают информацию в микроконтроллер через изолирующий барьер с помощью оптронов или трансформаторов на микросхемах. Изолированные источники питания строятся с использованием автономных компонентов или изолированных преобразователей постоянного тока, в которых используются трансформаторы масштаба микросхемы.
В идеале все фазные токи и напряжения должны измеряться одновременно, чтобы можно было использовать их мгновенные значения для комплексного трехфазного анализа. Но показания АЦП на каждой фазе полностью независимы от остальных, поскольку синхронизация АЦП отсутствует. Это первое ограничение этой архитектуры. Счетчики энергии, в которых используются трансформаторы тока или катушки Роговского, не имеют такой проблемы, поскольку они могут использовать измерительный аналоговый интерфейс (AFE), который одновременно считывает все фазные токи и напряжения.
Еще одной проблемой этой архитектуры является большое количество компонентов: микроконтроллер, три АЦП, три многоканальных изолятора данных и четыре блока питания. У счетчиков, использующих ТТ, такой проблемы нет, так как на печатной плате обычно есть MCU, измерительный AFE и один источник питания.
Тогда как можно создать счетчик, обладающий преимуществами шунтов, с наименьшим количеством компонентов для этой архитектуры (т. е. один микроконтроллер, один источник питания и три АЦП) и одновременно измерять все фазные токи и напряжения?
Архитектура изолированного АЦП
Ответом на эту проблему является создание микросхемы, которая объединяет по крайней мере два АЦП, один изолированный преобразователь постоянного тока и изоляцию данных, а также имеет технологию, позволяющую АЦП, принадлежащим разным микросхемам, одновременно производить выборку данных (рис. 4). Источник питания VDD микроконтроллера также питает эту микросхему. Изолированный преобразователь постоянного тока, использующий технологию трансформатора в масштабе микросхемы, обеспечивает изолированное питание для первого каскада АЦП. Один АЦП измеряет напряжение на шунте, а второй измеряет напряжение между фазой и нейтралью с помощью делителя напряжения. Земля, определяемая одним из полюсов шунта, является землей изолированной стороны микросхемы. АЦП являются сигма-дельта, и только первый каскад размещен на изолированной стороне микросхемы. Поток битов, выходящий из первой ступени, проходит через микросхемные преобразователи, составляющие изолированные каналы передачи данных. Биты принимаются на неизолированной стороне микросхемы, фильтруются, помещаются в 24-битные слова и передаются на последовательный порт SPI.
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/trends-in-three-phase -energy-metering/figure4.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 4’>
Рис. 4. Новая архитектура АЦП, включающая двухканальные АЦП, изоляцию данных и один изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный.
Технология преобразователя в масштабе микросхемы является наиболее важным компонентом этой новой архитектуры АЦП: запатентованная Analog Devices i Ответвитель Цифровые изоляторы ® обладают большей надежностью по сравнению с оптронами, меньшими размерами, меньшим энергопотреблением, более высокой скоростью связи и большей точностью синхронизации. Но этого недостаточно. Изолированные сигма-дельта модуляторы уже давно присутствуют на рынке, в них используются либо оптопары, либо трансформаторы в масштабе микросхемы. Наиболее важным вкладом технологии трансформаторов в масштабе чипа является сопутствующий изолированный преобразователь постоянного тока iso Power ® , который может быть интегрирован с АЦП, цифровым блоком и изолированными каналами данных в одном и том же поверхностном монтаже. низкопрофильный пакет.
Поскольку сердечником трансформаторов с микросхемой является воздух, цифровые изоляторы i соединителя и изолированный преобразователь постоянного тока iso Power не подвержены влиянию постоянных магнитов, что делает эту сторону счетчика энергии полностью невосприимчивой. к постоянному магнитному тамперу. Трансформаторы также очень устойчивы к переменным магнитным полям. Площадь катушек настолько мала, что для воздействия на поведение катушки iso Power потребовалось бы создать магнитное поле 10 кГц силой 2,8 Тл. Другими словами, нужно было бы создать ток частотой 10 кГц в 69кА через провод и отнесите этот провод на 5 мм от микросхемы, чтобы повлиять на поведение преобразователей шкалы микросхемы.
Информация передается через изолирующий барьер с помощью импульсов ШИМ очень высокой частоты. Это создает высокочастотные токи, которые распространяются по печатной плате, вызывая краевое и дипольное излучение. Нагрузка изолированного преобразователя постоянного тока состоит только из первого каскада сигма-дельта АЦП, и ее величина хорошо известна. Таким образом, катушки рассчитаны на известную нагрузку, что снижает излучение, обычно связанное с преобразователями постоянного тока, и устраняет необходимость в четырехслойных печатных платах. Производители счетчиков электроэнергии могут использовать двухслойные печатные платы и соответствовать требуемому стандарту CISPR 22 класса B при использовании ИС с такой архитектурой.
Чтобы максимально упростить интерфейс с MCU, цифровой блок микросхемы выполняет фильтрацию битового потока, поступающего с первого каскада, и формирует 24-битные выходные данные АЦП через простой последовательный порт SPI подчиненного устройства. Поскольку счетчик энергии имеет один изолированный АЦП на каждой фазе, остается проблема получения когерентных выходных сигналов АЦП. Первый каскад АЦП может выполнять выборку в один и тот же момент на всех фазах, если они работают с одним и тем же тактовым сигналом. Этого легко добиться, если сигнал CLKIN, показанный на рис. 4, генерируется MCU. Альтернативой является использование одного кристалла для создания тактового сигнала для одного чипа и использование буферизованного сигнала CLKOUT для тактирования всех остальных изолированных АЦП. Все изолированные АЦП управляются таким образом, чтобы их выходные сигналы АЦП генерировались в один и тот же момент. Теперь счетчик энергии может выполнять точный и всесторонний трехфазный анализ, используя шунты для измерения тока.
На рис. 5 представлен трехфазный счетчик с тремя изолированными АЦП. Измеритель имеет только один источник питания, который питает MCU и изолированные АЦП. MCU использует интерфейс SPI для считывания выходных сигналов АЦП с каждой микросхемы.
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/trends-in-three-phase -energy-metering/figure5.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 5’>
Рис. 5. Трехфазный счетчик с новыми изолированными АЦП.
Предыдущее описание предполагает использование внешнего MCU для выполнения метрологических расчетов. Для производителей счетчиков, предпочитающих решения, включающие метрологию, есть возможность соединить изолированные АЦП с ИС, выполняющей все метрологические расчеты, как показано на рис. 6.
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/trends-in-three-phase-energy -metering/figure6.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 6’>
Рис. 6. Трехфазный счетчик с новыми изолированными АЦП и метрологической ИС.
Новые продукты на основе этой архитектуры
Эта архитектура уже используется в новом семействе продуктов Analog Devices: ADE7913, ADE7912, ADE7933 и ADE7932. На рис. 7 представлена блок-схема ADE7913. Он очень похож на рис. 4, но имеет дополнительный канал АЦП, который воспринимает вспомогательное напряжение, мультиплексированное с датчиком температуры. Вспомогательное напряжение может быть напряжением на выключателе, а датчик температуры может использоваться для коррекции колебаний температуры шунта. АДЭ7912 представляет собой вариант без измерения вспомогательного напряжения, но с датчиком температуры.
<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/trends-in-three-phase-energy-metering /figure7.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 7’>
Рис. 7. Новый изолированный АЦП ADE7913 на основе этой архитектуры.
ADE7933 и ADE7932 заменяют интерфейс SPI интерфейсом битового потока и в остальном повторяют характеристики ADE79.13 и ADE7912 соответственно. Это изолированные АЦП, представленные на рисунке 6. Метрологическая ИС на рисунке реализована как ADE7978.
Заключение
Представлена новая изолированная архитектура АЦП. Он содержит изолированный преобразователь постоянного тока iso Power, который использует блок питания MCU для питания первого каскада многоканального сигма-дельта АЦП через изолирующий барьер. Битовые потоки, выходящие из АЦП, проходят через изоляторы данных ответвителя и и принимаются цифровым блоком. Этот блок фильтрует их и создает 24-битные выходные данные АЦП, которые можно считывать с помощью простого интерфейса SPI. Один АЦП может измерять ток, проходящий через шунт, второй может измерять напряжение между фазой и нейтралью с помощью делителя напряжения, а третий может измерять вспомогательное напряжение или датчик температуры. Он позволяет использовать трехфазные счетчики энергии с использованием шунтов, гарантируя полную невосприимчивость к постоянным и переменным магнитным полям и измерение тока без фазового сдвига, снижая при этом общую стоимость системы. Небольшой форм-фактор обеспечивает очень маленькую печатную плату с очень небольшим количеством компонентов для сборки.