Слаботочка Книги

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

Реактивная мощность в этом случае определяется следующим образом:

Q = иЫпф = Ssin9 [ВАР] (4)

Для вычисления любых мощностей (Р, Q, S) в цифровых счётчиках необходимо измерять любые два значения из четырёх величин Р, Q, S, ф. Это принципиально невозможно реализовать в электромеханическом СЭ из-за их конструктивных особенностей.

ДА1ЧН11

Дпчж Тон

1Ька

мсil и остъ-ч й

Сеть

Рис. 1. Варианты подключения микроконтроллеров к цепям измерения мощности

На рис. 1 и 2 приведены структурные схемы цифровых СЭ, позволяющих реализовать необходимые измерения.

цпрпменьия

24С01

ШЩЛСХГГЬ Ч11С№п

KPiuosnni

MOHHC05KJ1

КонфолгарЖКИ 1С1а20вГ2

Рис. 2. Блок-схема простейшего СЭ

Наиболее просто схемотехнически это реализуется с помощью процессоров цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor - DSP), осуществляющих все необходимые преобразования с помощью измерения мгновенных значений тока и напряжения в дискретные промежутки времени. В этом случае на входы DSP подаются сигналы, пропорциональные значениям тока и напряжения в цепи, снимаемые с соответствующих датчиков (рис. 1а). Дискретизированные значения тока и напряжения (Ii и Ui) обрабатываются далее для получения параметров Р, Q, S, ф. Например, значение активной мощности Р может быть получено, согласно формуле (1), как среднеарифметическое произведений дискретных значений тока (10 и напряжения (Ui) в последовательной выборке по периоду измеряемого сигнала:

где N - количество отсчётов в одном периоде измеряемого сигнала; fo - частота дискретизации; fc - частота сети.

Очевидно, что точность измерения растёт с увеличением частоты дискретизации, что, в свою очередь, ведёт к усложнению программного обеспечения, поскольку обработка производится в реальном времени. Кроме этого, недостатком таких систем, на сегодняшний день, является их относительно высокая стоимость.

Упростить алгоритмы обработки информации и снизить цену на комплектацию позволяет схема, представленная на рис. 16. В этом варианте функцию измерения одного или нескольких из четырёх отмеченных параметров осуществляет специализированная микросхема измерителя мощности. В простейшем случае схема обеспечивает на своём выходе частоту импульсов, пропорциональную активной мощности. В этой структуре микроконтроллер выполняет лишь функцию счётчика импульсов, вывод информации на дисплей, а также ряд специальных функций (например, изменение тарифов, сохранение информации в аварийных режимах, вывод служебной информации на внешние устройства и прочее). Примерами подобных преобразователей, выпускаемых российскими производителями, являются, например, КР1095ПП1 - специализированная ИС измерителя активной мощности, выпускаемая заводом Ангстрем БИС КР1446ПМ1, или разработанные специалистами НПФ Прорыв и ООО Силиком БИС SPM-1 и SPM-2 [1,2]. Применяя дополнительные схемотехнические решения, в данном варианте построения возможно также производить измерение сдвига фаз между током и напряжением.

В простейшем случае цифрового СЭ, когда требуется лишь измерение числа импульсов, вывод информации на дисплей и защита при аварийных сбоях напряжения питания (то есть, фактически, цифрового функционального аналога существующих механических счётчиков), система может быть построена, например, на базе простейшего микроконтроллера фирмы Motorola MC68HC05KJ1.

Блок-схема такого СЭ представлена на рис. 2. Сигналы, пропорциональные значениям напряжения и тока в сети, поступают через соответствующие датчики на входы микросхемы-преобразователя КР1095ПП1. С её выхода снимается частотный сигнал, поступающий на вход микроконтроллера MC68HC05KJ1. Микроконтроллер накапливает количество пришедших импульсов, преобразовывая его для получения значения энергии в Вт-ч. По мере накопления каждого Вт-ч, значение накопленной энергии выводится на дисплей и записывается во FLASH-память. Если происходит сбой, временное

исчезновение напряжения сети, информация о накопленной энергии сохраняется во FLASH-памяти. После восстановления питающего напряжения эта информация считывается микроконтроллером, выводится на индикатор, и счёт продолжается с этой величины. Реализация такого алгоритма потребовала менее 1 Кбайт памяти микроконтроллера. Применённый в данной схеме микроконтроллер МС68ПС05КЛ выпускается в 16-выводном корпусе (DIP или SOIC), имеет 1,2 Кбайт ПЗУ и 64 байт ОЗУ. Его стоимость в исполнении OTP (One Time Programmable - однократно программируемый) меньше 1$. Для хранения накопленного количества энергии при сбоях питания служит флэш-ПЗУ малого объёма 24С01 (128 байт памяти). В качестве дисплея используется простейший 6-...8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый контроллером К1820ВГ2. Учитывая стоимость этих компонентов, преобразователя КР1095ПП1, а также остальных компонентов счётчика (токового трансформатора, источника питания, печатной платы и так далее), получается, что стоимость такой системы (не считая корпуса) будет составлять не более 10$.

В случае реализации многотарифного СЭ, устройство должно обеспечивать обмен информацией с внешними устройствами по последовательному интерфейсу. Он может использоваться для задания тарифов, инициальзации и коррекции таймера реального времени, получения информации о накопленных значениях энергии и так далее. Кроме того, интерфейс может обеспечивать подключение группы делокализованных в пространстве СЭ в сеть с возможностью доступа к каждому из них. Блок-схема такого устройства, реализованного на микроконтроллере фирмы Motorola МС68ПС05Ы6, представлена на рис. 3.

Hirpyn

нвпрмшнмя

ХР1К№ПП1

dg19h

-*.-

MCbttHtlQbLK

n J IPG

Эргашний

Рис. 3. Блок-схема миоготарифиого СЭ

Рассмотрим алгоритм работы счётчика. Память энергонезависимого ОЗУ разбита на 13 банков, в каждом из которых хранится информация о накопленной энергии по четырём тарифам: общем, льготном, пиковом и штрафном. В первом банке накопления производятся с момента начала эксплуатации счётчика, следующие 12 банков соответствуют накоплениям за 11 предыдущих и за текущий месяцы. Пакопления за текущий месяц записываются в соответствующий банк, и таким образом имеется возможность определить, сколько было накоплено энергии за любой из 11 предшествующих месяцев. Перед началом эксплуатации счётчика на заводе-изготовителе обнуляют содержимое банков памяти, то есть накопление начинается с нулевых значений.

Переключение тарифов осуществляется по временным критериям: для каждого дня недели определяется свое тарифное расписание, то есть времена начала основного и льготного тарифов и от нуля до трёх интервалов времени - для пикового тарифа. До 16 произвольных дней в году могут быть определены как праздничные, в эти дни работает тарифное расписание для воскресенья.

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