|
| |
|
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 в режиме отсутствия нейтрали используется другой метод подсчёта расходуемой электроэнергии. Используется значение измеренного тока нагрузки и предполагаемого напряжения в линии. Уравнение (2) используется для расчёта частоты в случае отсутствия нейтрали. 5,7xV1c , MISCAL Частота F1, F2 = (2), Обратите внимание на различие в двух уравнениях. В случае отсутствия нейтрали значение напряжения на входе MISCAL заменяет и имитирует значение на входе V2, которое отсутствует в этом режиме работы. Таблица 1 Сводная таблица параметров ADE7761
Примечания: 1. значения F1-4 даны для номинального значения частоты внутреннего тактового генератора 450 кГц; 2. значение Fi 4 пропорционально частоте внутреннего тактового генератора (зависит от RCLKIN); 3. максимальные значения частот F1 и F2 даны согласно формуле (1) при аналоговых сигналах на входах АЦП равных полному динамическому диапазону ±660 мВ, или Vlc/сз и \/2скз = 466,7 мВ. Электромеханическое отсчетное устройство (кВт-ч) рассчитано на постоянную отсчёта 100 импульсов/кВт-ч, то есть каждому потреблённому кВт-ч соответствует 100 импульсов на выходе ИС ADE7761. В стандарте IEC1036, раздел 4.2.11, описаны требования к электромагнитному счётчику: каждый разряд счётчика отображает десять цифр, в индикаторе имеется 5 разрядов, отображающих десятки тьюяч, тьюячи, сотни, десятки и единицы кВт-ч, плюс один разряд, отображающий десятью доли киловатт-часа. Постоянная счетчика (для калибровки и тестирования) равна 3200 импульсов/кВт-ч. Проектный расчёт Параметры разработки следующие: измеряемое напряжение = 240 В, калибровка счётчика при 5 А (1б), мощность, рассеиваемая в нагрузке = 1,2 кВт, Ыкс = 40 А, Постоянная счетчика (калибровочный выход) = 3200 импульсов/кВт-ч, при 1 кВт 3200 импульсов/кВт = 3200/3600 с = 0,88889 Гц, Частота CF = 1,2 х 0,88889 Гц = 1,06667 Гц при 1б = 5 А, постоянная отсчетного устройства = 100 импульсов/кВт-ч, при 1 кВт 100 импульсов/ч = 100/3600 с = 0,02777 Гц, Частота F1 и F2 = 1,2 х 0,02777 Гц = 0,0333324 Гц при 1б = 5 А, коэффициент трансформации СТ1 и СТ2 = 2500:1. Вычисление нагрузочных резисторов Чтобы обеспечить необходимый динамический диапазон электросчётчика нагрузочнью резисторы в цепях измерения тока должны быть выбраны в соответствии с коэффициентом трансформации СТ1 и СТ2 и максимально возможным током в нагрузке. Диапазон входного сигнала в цепи измерения тока VI ±660 мВ (среднеквадратичное значение (СКЗ) 467 мВ). Чтобы обеспечить достаточный запас по напряжению при увеличении тока нагрузки, разделим максимальный входной сигнал пополам. Таким образом, получаем VIз = 233,3 мВ. Для увеличения входного динамического диапазона можно использовать меньшее значение входного сигнала. В нашем случае, при максимальном токе нагрузки 40 А и коэффициентах трансформации СТ1 и СТ2, равных 2500:1, ток с выходов трансформаторов будет: 40 А = ЬмAcкз (3), 2500 Значение нагрузочного резистора рассчитывается следующим образом: 233,3 мБ 14,58 Ом (4), 16мЛскз Нагрузочный резистор 14,58 Ом устанавливается параллельно выходу трансформатора тока и обеспечивает корректное масштабирование тока нагрузки на входе VI. Второй такой же резистор устанавливается на выходе трансформатора СТ2 в цепи измерения тока нагрузки в нейтрали между выводами VIВ и VI N. Вычисление значений частот F1 и F2 При максимальных измеряемых значениях: 40 Аскз х 240 Вскз = 9,6 кВт и постоянной электромеханического отсчётного устройства равной 100 импульсов/кВт-ч, частота выходного сигнала для управления электромеханическим отсчётным устройством будет равна: 9.6 .вг X хЛ. 0,2667 Гц (5), кВт- ч 3600 с Вычисление значения сигнала V2 Значение сигнала V2 вычисляется из уравнения (1). частота 2. 0,2667x2,5- 5,7 X V1cK3 X Fi 4 5,7 х 0,233 х 3,44 Выбрано значение частоты Fi 4 = 3,44 Гц, чтобы максимально использовать входной диапазон АЦП канала измерения напряжения ±660 мВ, что обеспечит максимально возможную точность расчёта потребляемой энергии. При полученном значении V2co = 364,8 мВ диапазон изменения входного сигнала составит ±515,9 мВ (V2c3 хл/2). Это наиболее оптимальное значение диапазона изменения входного сигнала из всех значений, получаемых при разных Fi 4. Напряжение линии должно быть уменьшено в 657,8 раза. Вычисление значения сигнала MISCAL Значение сигнала MISCAL вычисляется из уравнения (2). При значении частоты Fi 4 = 3,44 Гц, получаем результат. MICAL- частота F2. 0,2667 х 2.5 х =0.5159 В = 515.9 мВ (7), 5,7 X VI скз X Fi 4 5,7 х 0,233 х 3,44 КАЛИБРОВКА СЧЁТЧИКА Для правильной работы интегрального счётчика электрической энергии ADE7761 важен порядок его калибровки. Калибровка осуществляется в последовательности, соответствующей режимам работы счётчика: калибровка при преднамеренном заземлении, затем при разрыве нейтрали и в последнюю очередь - в нормальном режиме. Преднамеренное заземление На первом этапе калибровки необходимо добиться совпадения токов в фазной и нейтральной цепи измерения токов. Это важно для правильной работы счётчика в режиме преднамеренного заземления. Входная цепь токовых каналов показана на рисунке 2. Сначала требуется отсоединить канал измерения тока в нейтральном проводе и произвести измерения с помощью выхода CF. Затем, аналогично производят измерения 233mV rms ? ? Wv-f-VlA K12 R24 233mV rms О-f-f-V-f-Vl В R26 R27 -Lqq 5 Рис. 2. Входная схема токовых каналов -о MISCAL Vref 9R33 Re R34 R35 R36 R26 J17 JI8 J19 J20 J1I R37 R38 R39 R40 R41  J12 Jl3 Jl4 Jl5 Jl( Рис. 3. Цепь калибровки сигнала MISCAL 240V AC R16 Ri5 R5 R31  J7 Je Js J4 J3 R12 Ri3 Ri4  114 r\ T T T-о % [HRsI =tC3 364mVAC Рис. 4. Цепь калибровки сигнала канала измерения напряжения линии (V2) в канале измерения тока в нейтральном проводе, отсоединив входную цепь канала измерения тока в фазном проводе. После измерений подбираются резисторы R26 и R27 до полного совпадения результатов измерений. Отсутствие нейтрали Как уже рассматривалось выше, при отсутствии соединения счётчика с нейтральным проводом используется сигнал MISCAL, равный 516 мВ. Напряжение на входе MISCAL получается с помощью простой цепи деления опорного напряжения, показанной на рисунке 3. Цепь калибровки сигнала MISCAL имеет коэффициент ослабления опорного напряжения от О до 0,28 и обеспечивает диапазон калибровки сигнала MISCAL от О до 698 мВ. Обратите внимание, что в качестве перемычек используются резисторы сопротивлением О Ом, которью припаиваются на специально предусмот-реннью места. Такой подход предпочтительнее, нежели использование под-строечного резистора, так как его временная стабильность и стабильность в зависимости от условий окружающей среды недостаточны. Для калибровки уровня сигнала MISCAL необходимо отсоединить канал измерения напряжения в линии V2. После отключения канала измерения напряжения необходимо проверить, поступление сигнала на вход измерения тока нагрузки. Алгоритм дальнейшей калибровки будет заключаться в последовательной установке перемычек (см. рис. 3) до совпадения значения частоты, измеренной на выходе CF, с расчётной (см. выше подраздел Проектный расчёт ). Нормальный режим Последним калибруется сигнал на входе канала измерения напряжения в линии. Калибровка производится по тому же алгоритму, что и при калибровке сигнала MISCAL. Цепь калибровки канала V2, показанная на рисунке 4 и обеспечивает изменение входного сигнала в диапазоне от 190 мВ до 365 мВ с разрешением 96 мкВ/(младший значащий разряд). Это достигается путем использования цепочки резисторов R5, R31, R7, R8...R14, сопротивление каждого из которых в два раза меньше предыдущего (значения резисторов можно посмотреть в [1]). Это позволяет точно откалибровать счётчик, используя алгоритм последовательного приближения. Начиная с Л, последовательно устанавливаются перемычки в порядке возрастания номера, т. е. Л, J2, J3 и т. д. Если частота калибровки на выходе CF превьюит расчётную частоту (см. выше подраздел Проектный расчёт ) когда перемычка будет припаяна, необходимо отпаять её и установить следующую перемычку. Необходимо опять измерить частоту на выходе CF и повторить эту процедуру до проверки этой частоты после установки перемычки J10. Так как передаточная функция микросхемы ADE7761 обладает очень вьюо-кой линейностью, то калибровка в одной точке при токе 1б и коэффициенте мощности, равном единице, - это всё что требуется для калибровки счётчика. Если все детали должным образом были предусмотрены на стадии проектирования, калибровка при низких значениях коэффициента мощности (PF = 0,5) не требуется. КОНСТРУКЦИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ Электропитание счётчика на ИС ADE7761 обеспечивается двумя источниками электропитания. В нормальном режиме и в режиме преднамеренного заземления электропитание обеспечивается источником питания, построенном на ёмкостном делителе. В режиме отсутствия нейтрали используется источник, построенный на токовом трансформаторе и двухполупе-риодном выпрямителе. ИС ADE7761 потребляет менее 4 мА. Шаговый двигатель электромеханического отсчетного устройства с собственным сопротивлением 400 Ом в активном режиме потребляет 12 мА. При максимальном токе в нагрузке 40 А частота включения шагового двигателя в активный режим будет составлять 0,2667 Гц (согласно проектному расчёту для тока в нагрузке равного 40 А). Длительность импульсов включения двигателя F1 и F2 равна 120 мс. Итак, двигатель будет потреблять ток 12 мА в течении 240 мс с периодом 1/0,2667 с, что в среднем составит менее 1 мА. Дополнительно ток будет потреблять светодиод на выходе CF. Светодиод потребляет ток 4 мА длительностью 90 мс с периодом 1/8,53 с, или в среднем 3 мА. Линейный стабилизатор для своей работы потребует менее 1 мА. В итоге, с учётом потерь на других компонентах схемы, для работы счётчика электрической энергии необходим ток около 10 мА. Источник питания, построенный на ёмкостном делителе В источнике питания, построенном на ёмкостном делителе, используется вьюоковольтный конденсатор С17 (см. рис. 5). Через этот конденсатор и диод D2 заряжается конденсатор большой ёмкости С18. Далее используется линейный стабилизатор с малым падением напряжения для получения вьюокостабильного напряжения питания величиной 5 В для работы электрической схемы счётчика. 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 |