|
| |
|
Слаботочка Книги напряжения) должно быть установлено равным половине максимального напряжения (середина шкалы), чтобы обеспечить возможность калибровки постоянной счетчика. На входе канала измерения тока также должно быть напряжение, не превышающее половины максимального, когда счетчик показывает максимальную нагрузку. Это обеспечит для устройства возможность работать с запасом по максимальному току, а также работать с сигналами с большим пик-фактором (с большим отношением амплитудного значения к среднеквадратическому). В таблице VI показаны значения частот на выходах F1 и F2 при условии, что на оба аналоговых входа поданы напряжения, равные половине максимального. Частоты, перечисленные в таблице VI, очень близки к значениям частот, перечисленным в таблице V для максимальной нагрузки. Табл. VI. Частоты на выходах F1 и F2 при нагрузке, равной половине от максимальной
При выборе подходящей частоты Fi 4 в процессе разработки счетчика, при токе Imax (максимальная нагрузка) и для постоянной счетчика, равной 100 импульсам/кВт-ч, выходную частоту необходимо сравнить со значениями, приведенными в четвертом столбце таблицы VI. По ближайшей частоте в таблице VI определяется оптимальная частота (Fi 4). Например, необходимо разработать счетчик для максимального тока 25 А; частота на выходах F1 и F2 при постоянной счетчика, равной 100 импульсам/кВт-ч будет составлять 0,153 Гц при токе 25 А и напряжении сети 220 В (из таблицы V). Затем смотрим таблицу VI; ближайшая к 0,153 Гц частота в четвертом столбце представлена значением 0,17 Гц. Таким образом, для данного счетчика выбираем значение F2 (3,4 Гц, см. таблицу II). Частотные выходы На рис. 1 показаны временные диаграммы для различных частотных выходов. Выходы F1 и F2 - это низкочастотные выходы, которые могут быть использованы для управления напрямую шаговым двигателем или электромеханическим счетчиком импульсов. На выходах F1 и F2 обеспечиваются двухфазные низкочастотные импульсы. Ширина импульсов (ti) равна 275 мс и время между спадами импульсов F1 и F2 (1з) приблизительно равно половине периода F1 (t2). Однако, если период F1 и F2 падает до величины ниже 550 мс (1,81 Гц), то ширина импульсов F1 и F2 становится равной половине этого периода. Максимальные частоты на выходах F1 и F2 приведены в таблице III. Высокочастотный выход CF предназначен для использования в целях связи с микроконтроллером и калибровки. На выходе CF появляются импульсы с активным высоким уровнем длительностью 90 мс, их частота пропорциональна активной мощности. Значения частот на выходе CF приведены в таблице IV. Так же как и в случае с F1 и F2, если период CF (Ц) сокращается до значения меньше 180 мс, ширина импульсов CF становится равной половине периода. Например, если частота на выходе CF равна 20 Гц, то ширина импульсов CF составляет 25 мс. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Когда выбран высокочастотный режим (т.е. SCF = О, S1 = SO = 1), ширина импульсов CF представлена фиксированной величиной 18 мкс. Следовательно, t4 будет всегда равно 18 МКС, независимо от значения частоты на выходе CF. ПОРОГ ВЫКЛЮЧЕНИЯ по ОТСУТСТВИЮ НАГРУЗКИ ИС ADE7755 обладает возможностью выключения счетчика, если величина нагрузки будет ниже определенного порога, благодаря чему исключается эффект самохода счетчика. Микросхема ADE7755 разработана так, чтобы обеспечивать минимальную выходную частоту во всех режимах, за исключением высокочастотного (SCF = О и S1 = SO = 1). В этом режиме порог обнаружения отсутствия нагрузки не работает, чтобы ИС ADE7755 можно было использовать в специальных случаях. Любая нагрузка, которой соответствует частота на выходе меньшая, чем определенная минимальная, не вызывает появления импульсов на выходах F1, F2 и CF. Эта минимальная выходная частота составляет 0,0014% от максимальной выходной частоты при соответствующем режиме частоты Fi 4 (см. таблицу II). Например, в счетчике электроэнергии при постоянной счетчика, равной 100 импульсам/кВт-ч, в режиме F2 (3,4 Гц) минимальная выходная частота на выводах F1 и F2 будет равна 0,0014% от 3,4 Гц, или 4,76-10- Гц. Это будет соответствовать частоте 3,05ТО Гц на выходе CF (64-F1 Гц). В этом примере порог отключения счетчика будет соответствовать нагрузке 1,7 Вт, или току 8 мА при напряжении 220 В. Стандарт IEC1036 устанавливает, что счетчик должен запускаться при токе нагрузки, равном или меньшем 0,4% от lb. Для счетчика, рассчитанного на ток 5 А (lb = 5 А), 0,4% будет соответствовать значению тока 20 мА. Таким образом, ток запуска счетчика в устройстве на ИС ADE7755 удовлетворяет требованиям IEC. Как показано в этом примере, выбор режима частоты F1-F4 будет определять пороговый ток срабатывания счетчика. УСТАНОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ Размеры показаны в дюймах и (мм) 24-выводной корпус SSOP (RS-24) 0.311 \7щ 0.ЭЙ1 (7.64) 0.31 в шйв) 0.068 0 3) oat£fs зе) 0.205 {5 207) 0 07(7B) 0.066 (V67) 4 -н -ни- 4 тС в* -.Л 0.0256 0.015 /П ил\ I ГГ 0.002 (П.050) BSC 0.01р(0.Й) plane JSjS:) 0.037 <D.94) 0 022 (0.559) http: www.radiodvd.jino-net.ru -21- ► ANALOG DEVICES AN-559 R РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ http: www.radiodvd.jino-net.ru Недорогой счётчик электроэнергии на микросхеме AD7755 http: www.radiodvd.jino-net.ru ВВЕДЕНИЕ В данном руководстве по применению описан недорогой, высокоточный счетчик электроэнергии на базе ИС AD7755. Счетчик предназначен для использования в однофазной двухпроводной сети. Тем не менее данная разработка может быть без труда адаптирована в соответствии с местными требованиями; например, в США электроэнергия обычно поставляется потребителю по однофазной трехпроводной сети. ИС AD7755 представляет собой недорогую микросхему, предназначенную для измерения потребления электрической энергии. ИС AD7755 содержит два АЦП, источник опорного напряжения, и все средства обработки сигналов, необходимые для подсчета активной мощности. Микросхема AD7755 также обладает возможностью прямого управления электромеханическим счетчиком (т.е. регистратором потребленной электроэнергии), а также имеет высокочастотный импульсный выход для калибровки и подключения к другим устройствам. Наряду с настоящим руководством по применению необходимо пользоваться также описанием технических характеристик (data sheet) ИС AD7755. Описание технических характеристик содержит детальную информацию о работе и возможностях микросхемы AD7755 и оно будет упоминаться несколько раз в данном руководстве. ЦЕЛИ РАЗРАБОТКИ В качестве предварительной спецификации для данной разработки был использован Международный стандарт IEC1036 (1996-09) -Счетчики электроэнергии переменного тока для активной мощности (Класса 1 и 2). Тем, кому более знаком стандарт ANSI С12.16, предлагаем обратиться к разделу в конце данного руководства по применению, где сравниваются стандарты IEC1036 и ANSI С12.16. В этом разделе приведены ключевые параметры стандарта IEC1036 и соответствующие им параметры стандарта ANSI. Рассматриваемый счетчик по многим показателям точности в значительной степени перекрывает основные требования стандарта, например, точность при единичном коэффициенте мощности и при низком (PF = ±0,5) коэффициенте мощности. К тому же динамический диапазон данного устройства расширен до 500:1. Стандарт IEC1036 нормирует точность в диапазоне от 5%1Ь до Imakc (см. таблицу I). Типичные значения Imakc составляют от 400% до 600% от lb. В таблице I приведены требования по точности для стационарного счетчика электроэнергии. Диапазон тока (динамический диапазон) по точности указан относительно базового тока lb. Табл. 1. Требования по точности
ПРИМЕЧАНИЯ Диапазоны допустимых токов в таблице I, для которых нормируется погрешность, указаны относительно базового тока (lb). Базовый ток определен в стандарте IEC1036 (1996-09). раздел 3.5.1.1 как величина тока, при которой определяются номинальные параметры системы. Imax представляет собой максимальный ток, при котором обеспечивается необходимая точность. Коэффициент мощности (PF) в таблице I определяется сдвигом по фазе между напряжением в сети (частотой 45 -65 Гц) и током. Коэффициент мощности может быть определен как PF = со8(ф), где ф представляет собой фазовый угол между напряжением и током в случае чистой синусоиды. Номер класса определяется в стандарте IEC1036 (1996-09), раздел 3.5.5 размерами допустимой погрешности. Погрешность в процентах определяется формулой: %Погрешности = (Зарегистрированная энергия - Фактическое кол-во энергии) .jqq% Фактическое кол-во энергии На рис. 1 представлен вариант схемы простого, недорогого счетчика электроэнергии на базе AD7755. Для преобразования тока в сигнал напряжения, необходимый для работы ИС AD7755, используется шунт; сигнал напряжения снимается с обычного делителя напряжения. В качестве регистратора электроэнергии (кВтч) используется простой электромеханический счетчик, в котором применен двухфазный шаговый двигатель. Микросхема AD7755 может управлять подобным типом счетчиков напрямую. ИС AD7755 также имеет высокочастотный выход CF с постоянной счетчика 3200 импульсов/кВт. Выход CF подключен к светодиоду изолирующего оптрона. Этот высокочастотный выход используется для проведения ускоренной калибровки и он обеспечивает возможность быстро проверить работоспособность и точность устройства в промышленных условиях. Прибор калибруется путем изменения степени ослабления сигнала цепочкой резисторов R5 - R14. 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||