|
| |
|
Слаботочка Книги сигнале по-прежнему содержится информация о мгновенной мощности, т.е. составляющая вида соб{2ш). Этот сигнал затем поступает на преобразователь цифрового сигнала в частоту, где он интегрируется (накапливается) за какое-то время; таким образом определяется частота выходного сигнала. Этот процесс накапливания сигнала обеспечивает подавление или усреднение всех переменных составляющих в сигнале мгновенного значения активной мощности. Усредненная величина синусоидального сигнала составляет ноль. Поэтому частота на выходе ИС ADE7755 будет пропорциональна среднему значению активной мощности. На рис. 12 проиллюстрирован процесс преобразования цифрового сигнала в частоту при постоянной нагрузке, т.е. при неизменном токе и напряжении. ЕРЕМНОЖИТЕЛЬ V преобр. цифровой сигнал - частота -F1 V Фнч -F2 ПРЕОБР. ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ - ЧАСТОТА Время FOUT ФНЧ извлекает информацию об активной мощности  Время cos(2wt) Подавлена фильтром НЧ О ы 2ы Сигнал мгновенной активной мощности Рис. 12. Преобразование сигнала активной мощности в частоту Как видно из графика на рис. 12, частота на выходе CF изменяется даже при неизменных условиях нагрузки. Это изменение частоты обусловлено прежде всего составляющей вида cos(2(jot) сигнала мгновенной активной мощности. Выходная частота на выводе CF может быть в 2048 раз выше, чем частота на выводах F1 и F2. Эта более высокая частота генерируется за счет того, что сигнал мгновенной активной мощности накапливается за более короткое время. Более короткий период накопления означает меньшее сглаживание составляющей вида cos(2(jot). Как следствие этого, сигнал мгновенной мощности частично проходит через блок преобразования цифрового кода в частоту. Но это не приводит к каким-либо проблемам при работе устройства. Если выход CF используется для калибровки, то частота усредняется в частотомере и любые пульсации устраняются. Если вывод CF используется для подсчета потребляемой энергии, например, когда ИС ADE7755 применяется совместно с микропроцессором, то при подсчете потребляемой энергии сигнал на выходе CF также должен быть Пульсации частоты Средняя частота  ±10% Время ADE7755 CF REVP* Микроконтроллер СЧЕТЧИК UP/DOWN ТАЙМЕР *Вывод REVP необходимо использовать, если счетчик двунаправленный или необходимо знать направление передачи энергии Рис. 13. Подключение ИС ADE7755 к микроконтроллеру Как показано на схеме, частотный выход CF подключен к счетчику или порту микроконтроллера. Это обеспечивает подсчет импульсов за заданное время интеграции, которое определяется внутренним таймером микроконтроллера. Средняя мощность пропорциональна средней частоте в соответствии с формулой: Сред, частота = Сред, активная мощность = Показания счётчика Показания таймера усреднен. Так как на выходах F1 и F2 вырабатывается сигнал гораздо более низкой частоты, при этом осуществляется большее усреднение сигнала мгновенной мощности. В результате синусоидальная составляющая сигнала средней мощности сильно ослабляется и на выходах F1 и F2 периодических изменений частоты практически нет. Подключение ИС ADE7755 к микроконтроллеру с целью подсчета потребляемой энергии Простейший способ подключения ИС ADE7755 к микроконтроллеру обеспечивается при использовании высокочастотного выхода CF с учетом того, что частота на выходе CF в 2048 раз выше, чем на F1 и F2. Для этого необходимо установить сигналы на входах: SCF = О и SO = S] =1 (см. таблицу IV). При максимальном значении сигнала переменного тока на аналоговых входах частота на выходе CF составит приблизительно 5,5 кГц. На рис. 13 показана одна из возможных схем, применяемых для подсчета выходной частоты и для необходимого усреднения, о котором говорилось в предыдущем разделе. ADE7755 Количество электроэнергии, потребленной за период интеграции, равно: Энергия = Сред.мощностъ хВремя = Показания счётчика. Время <Время = Показания счетчика При калибровке время интеграции может составлять от 10 до 20 секунд для накопления количества импульсов, достаточного для усреднения частоты. При обычной работе время интеграции может быть сокращено до 1-2 секунд в зависимости, например, от частоты обновления показаний индикатора. При малом времени интеграции количество энергии, подсчитанное за каждый период интеграции, может все еще иметь некоторый разброс даже при неизменных условиях нагрузки. Однако через минуту или больше измеренное количество потребленной энергии будет усреднено. Аспекты, связанные с измерением мощности Подсчитанная и отображенная информация о потребленной энергии всегда будет иметь какие-то колебания, величина которых зависит от длительности запрограммированного в микроконтроллере периода интеграции. Например, при некоторой небольшой величине нагрузки, выходная частота составляет 10 Гц. Если период интеграции равен двум секундам, будет подсчитано всего около 20 импульсов. Всегда существует возможность пропустить один импульс, так как сигнал на выходе ИС ADE7755 не синхронизирован с таймером микроконтроллера. Это приведет к ошибке в одну двадцатую (или 5%) при измерении мощности. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ Частотные выходы f1 и f2 ИС ADE7755 вычисляет произведение двух сигналов напряжения (в каналах VI и V2) и затем подвергает результат произведения низкочастотной фильтрации, чтобы получить информацию об активной мощности. Затем эта информация преобразуется в частоту. Информация выдается на выходы F1 и F2 в виде импульсов с низким активным уровнем. Частота импульсов на этих выходах относительно низкая, например, она составляет 0,34 Гц максимум для сигналов переменного тока при установленных входах SO = S1 = О (см. таблицу III). Это означает, что частота импульсов на этом выходе определяется значением активной мощности, усредненным за довольно длительный период времени. В результате мы получаем импульсы, частота которых пропорциональна среднему значению активной мощности. Усреднение сигнала активной мощности происходит автоматически в процессе преобразования цифрового сигнала в частоту. Частота импульсов на выходе зависит от входного напряжения сигналов следующим образом: 8,06 VI V2 Кус Частота = -тт-г-- V И.О.Н. где: Частота = частота на выходах F1 и F2 (Гц) VI = дифференциальное напряжение сигнала (среднеквадратичное значение) на входе канала VI (В) V2 = дифференциальное напряжение сигнала (среднеквадратичное значение) на входе канала V2 (В) Кус = усиление программируемого усилителя в канале VI, равно 1, 2, 8, или 16, в зависимости от логических сигналов, установленных на входах GO и G1 и.о.н. = опорное напряжение (2,5 В ± 8%) (В) FI-4 = одна из четырех возможных частот, выбираемая при помощи логических сигналов на входах SO и S1- см. таблицу II Табл. П. Установка частоты с помощью входов SO и S1
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Частота F 1.4 является частным от деления частоты кварцевого резонатора на 2, где N = 18.. .21, поэтому она будет различной для различных кварцевых резонаторов. Пример 1 Пусть на дифференциальные входы каналов VI и V2 поданы сигналы постоянного напряжения +470 мВ и -660 мВ соответственно. (470 мВ - это максимальное дифференциальное напряжение, которое может быть подано на вход канала VI; 660 мВ - максимальное дифференциальное напряжение, которое может быть подано на вход канала V2). Тогда ожидаемая частота на выходе под считывается следующим образом: Кус= 1,G0 = G1 =0 Fi.4=1.7 Гц, S0 = S1 = 0 VI = +470 мВ (пост.тока) = 0,47 В V2 = -660 мВ (пост.тока) = 0,66 В Vh.o.h. 2,5 В (номинальное значение) ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Если используется встроенный источник опорного напряжения, действительная частота на выходе может несколько меняться от устройства к устройству, так как источник опорного напряжения имеет разброс ±8%. Частота = 8,06 0,47 О 66 =0.68 Пример 2 В этом примере на вход VI приложено переменное напряжение с амплитудным значением 470 мВ, а на вход V2 - с амплитудным значением 660 мВ. Тогда ожидаемая частота на выходе вычисляется так: Кус= 1,G0 = G1 =0 Fi.4= 1.7 Гц, SO = SI =0 VI = 470 мВ/л/2 В (среднеквадратичное значение для синусоидального сигнала с амплитудой 470 мВ) V2 = 660 мВ/л/2 В (среднеквадратичное значение для синусоидального сигнала с амплитудой 660 мВ) Vh.o.h. = 2,5 В (номинальное значение) ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Если используется встроенный источник опорного напряжения, действительная частота на выходе может несколько меняться от устройства к устройству, так как источник опорного напряжения имеет разброс ±8%. Частота = 8.06-0.47.0.6644.7 = о,34 л/2.л/2.2.5 Как можно убедиться на этих двух примерах, максимальная частота на выходе в случае измерения мощности переменного тока всегда приблизительно в два раза ниже, чем при измерении мощности постоянного тока. В таблице III показан полный список всех возможных максимальных частот на выходе. Табл. III. Макс, значения частоты на выходах F1 и F2
Частотный выход CF Импульсный выход CF (Calibration Frequency) предназначен для использования в целях калибровки. Частота импульсов на выходе CF может быть в 2048 раз выше, чем частота импульсов на выходах F1 и F2. Чем ниже выбранная частота Fi 4, тем больше множитель, определяющий соотношение частот на выходе CF и F1, F2, за исключением высокочастотного режима, когда установлены сигналы SCF = 0, S1 = S0=1.B таблице IV показано, каким образом соотносятся частоты в зависимости от сигналов, установленных на входах SO, SI, и SCF. Благодаря тому, что частота импульсов на выходе CF достаточно высока, эта частота несет информацию о мгновенной активной мощности. Точно так же, как и для выходов F1 и F2, частота на выходе CF определяется значением на выходе низкочастотного фильтра после перемножителя. Однако, за счет того, что выходная частота велика, информация об активной мощности накапливается в течение более короткого промежутка времени. Следовательно, сигнал подвергается меньшей степени усреднения во время
ВЫБОР ЧАСТОТЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Как показано в таблице II, проектировщик может выбрать одну из четырех частот. Этот выбор определяет максимальную частоту на выходах F1 и F2. Эти выходы предназначены для управления счетным механизмом (электромеханическим или каким-либо другим). Так как есть возможность выбирать только из четырех различных значений выходной частоты, доступный выбор частот оптимизирован для постоянной счетчика, равной 100 импульсам/кВт-ч при максимальном токе в пределах от 10 А до 120 А. В таблице V приведены значения выходных частот для нескольких величин максимального тока (IMAX) при напряжении сети 220 В. Во всех случаях постоянная счетчика равна 100 импульсам/кВт-ч. Табл. V. Частоты на выходах F1 и F2 при постоянной счётчика 100 имп./кВт-ч
Возможность выбора частоты Fi 4 позволяет обеспечить полное перекрытие этого диапазона частот на выходах F1 и F2. При разработке счетчика электроэнергии номинальное напряжение на входе канала V2 (канал преобразования цифрового сигнала в частоту. При гораздо меньшем времени усреднения сигнала активной мощности, сигнал на выходе CF быстрее реагирует на колебания мощности (см. рис. 2, структурную схему устройства). Табл. IV. Макс, значения частоты на выходах F1 и F2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 |