Sibprompost.ru

Стройка и ремонт
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тестеры счетчиков электрической энергии

Тестеры счетчиков электрической энергии

TS33 — Трехфазная полностью автоматическая испытательная система с эталонным стандартом и встроенным источником тока и напряжения

Портативная испытательная система Calmet TS33 состоит из трехфазного эталонного измерителя класса точности 0.02%, 0.04% или 0.1% и встроенного трехфазного источника тока и напряжения до 3x120A / 600В

C300B — Автоматический тестер электросчетчиков класса 0,02 и 0,05

Трехфазный тестер электросчетчиков и калибратор мощности до 3×120А (360А) и 560В классов 0.02% и 0.05% с программированной формой сигналов. Предназначен для автоматизированной поверки электросчетчиков, измерительных преобразователей и трансформаторов а также средств релейной защиты.

TE30 — Тестер счетчиков электроэнергии

Эталонный трехфазный счетчик портативный — тестер счетчиков энергии класса 0.05% или 0.1%. Трехфазный тестер трансформаторов тока и анализатор качества энергии. Предназначен для поверки счетчиков подключенных к сети на месте установки и в лаборатории

TE30 Lite — Тестер счетчиков электроэнергии

Трехфазный сетевой анализатор и тестер электросчетчиков и измерительных трансформаторов класса 0.2%. Трехфазный тестер трансформаторов тока. Это позволяет проводить испытания счетчиков электроэнергии на месте или в лаборатории

TS41 — Трехфазная полностью автоматическая испытательная система высокой мощности с эталонным стандартом и встроенным источником тока и напряжения

Портативная испытательная система Calmet TS33 состоит из трехфазного эталонного измерителя класса точности 0.02% (или 0.04%) и встроенного трехфазного источника тока и напряжения до 3x120A / 600В. Это дает возможность автоматически проверять счетчики электроэнергии на станциях проверки счетчиков

Caltest 10 — Тестер счетчиков электроэнергии

Однофазный тестер счетчиков энергии класса 0.5% или 0.2% с питанием от цепи измерения и с возможностью изменения тока нагрузки. Для измерений не требуется отключение потребителя

Caltest 300 — Тестер счетчиков электроэнергии класса 0,05

Эталонный трехфазный счетчик портативный — тестер счетчиков энергии класса 0.05% или 0.1%. Трехфазный тестер трансформаторов тока и анализатор качества энергии. Предназначен для поверки счетчиков подключенных к сети на месте установки и в лаборатории

Calport 100 Plus — Тестер счетчиков электроэнергии

Эталонный трехфазный счетчик портативный – тестер счетчиков энергии класса 0.1% или 0.2%. Трехфазный тестер трансформаторов тока и напряжения, анализатор параметров энергетической сети и правильности подключений сети. Предназначен для поверки счетчиков подключенных к сети на месте установки и в лаборатории

Calport 100 — Тестер счетчиков электроэнергии

Эталонный трехфазный счетчик портативный — тестер счетчиков энергии класса 0.1% или 0.2% и анализатор параметров энергетической сети и правильности подключений сети. Предназначен для поверки счетчиков подключенных к сети на месте установки или в лаборатории

CC11 — Однофазный источник переменного тока

СС11 является однофазным источником переменного тока класса 0,2 с частотой 50/60Гц и углом фазового сдвига 0° или 180° относительно напряжения питания. Генерирует ток в диапазоне до 5А при напряжении питания 85. 264В и может применятся как электронная нагрузка при поверке элетросчетчиков подключенных с сети

EL10 — Фантомная нагрузка

EL10 является однофазным источником переменного тока и используется для принудительного прохождения тока до 5 А через катушки тока счетчиков без необходимости отключения тестируемого измерителя

TS PC-Soft — Программа до Тестовая система TS33

Программное обеспечение для ПК для настройки TS33 Test System, автоматического тестирования оборудования для электроэнергетики, считывания, архивирования, визуализации и анализа результатов измерений.

Calpro 300TS — Программа для калибратора C 300

Компьютерная программа для управления калибратором C300B а также CP11B и автоматической поверки электроэнергетических приборов

TE30 Soft — Программа для тестера TE30

Компьютерная программа для конфигурации анализатора TE30, чтения, хранения, визуализации и анализа результатов измерений

Calsoft 10 — Программа для тестера Caltest 10

Компьютерная программа для поверки электросчетчиков с применением тестера Caltest 10

Calsoft 300 — Программа для тестера Caltest 300

Компьютерная программа для конфигурации анализатора Caltest 300, чтения, визуализации и хранения результатов измерений

Calsoft 100 — Программа для тестера Calport 100 и Calport 100 Plus

Компьютерная программа для регистрации, визуализации и хранения результатов измерений параметров сети и погрешности исследуемого счетчка при помощи тестера Calport 100

CF106 — Универсальная фотоголовка

Универсальная миниатюрная фотоголовка предназначенная для обнаружения (подсчетa) оборотов ротора индукционных счетчиков, импульсов LED и мерцания точки LCD электронных счетчиков

AP10 — Удлинительный шнур для yниверсальная фотоголовка CF106

Удлинительный шнур используется для удлинения кабеля фотоголовка CF106. Это позволяет выполнить проверку ошибок измерителя, расположенного на значительном расстоянии от анализатора

CT10AC — Клещи токовые компенсированные 12А

Миниатурные электронно компенсированные токовые клещи для измереия тока до 12А

CT100AC — Клещи токовые компенсированные 120А

Миниатурные электронно компенсированные токовые клещи для измерения тока до 120А

CT1000AC — Клещи токовые компенсированные 1200А

Электронно компенсированные токовые клещи для измерения тока до 1200А

FCT3000AC.B — Клещи токовые гибкие 3000А

Flexible, electronic compensated clamps 3000A in ranges 30/300/3000A

ALW2000AC.1 — Зонд первичного тока

Зонд для измерения первичного тока до 2000А при напряжениях до 40кВ в сетях низкого и среднего напряжения для тестеров Calport 100 Plus, Caltest 300 и TE30

VLW40kVC.1 — Зонд первичного напряжения

Зонд для измерения первичного напряжения до 40кВ в сетях низкого и среднего напряжения для тестеров Calport 100 Plus, Caltest 300 и TE30

EA — Принадлежности к измерительным проводам 20А

Дополнительные принадлежности (щюпы и зажимы) к измерительным проводам до 20А. Позволяют удобно подключать тестер к зажимам исследуемого прибора на месте установки

Читайте так же:
Общедомовые счетчик электроэнергии платить или нет

EA30 — Провода до 100А с зондами

Комплект измерительных проводов до 100А с выменяемыми зондами для удобного подключения тестера к зажимам исследуемого прибора на месте установки

DR100 — Принтер термопечатающий

Миниатурное термопечатающее устройство обеспечивает регистрацию результатов измерений на термочуствительной бумаге непосредственно на электроэнергетическом объекте — месте установки исследуемого прибора

DR200D — Принтер термопечатающий с аккумулятором

Принтер термопечатающий с аккумулятором

AD300 — Адаптер

Адаптер — переходной соединитель для реализации перехода с разъема 7-пин применяемого в приборах фирмы Calmet на стандартные разъемы банан 4мм и винтовые

  • C300B — Калибратор мощности и тестер релейной защиты
  • TE30 — Анализатор качества электроэнергии
  • TE30 — Тестер счетчиков электроэнергии
  • AP10 — Удлинительный шнур для yниверсальная фотоголовка CF106
  • Политика конфиденциальности
  • Карта сайта
  • Контактная информация

Visit Calmet — Smart Calibration Devices on

  • Home
  • Продукция
  • Лаборатория
  • Скачать
  • О компании
  • Контакты
    • Контактная информация
    • Формуляр контакта
    • Как доехать

Наш сайт использует куки-файлы (Cookies).

Узнайте больше о цели их использования и изменения настроек в вашем браузере куки. Используя этот сайт, вы соглашаетесь с использованием куки в соответствии с текущими настройками браузера. Nash sayt ispol’zuyet kuki-fayly (Cookies). Uznayte bol’she o tseli ikh ispol’zovaniya i izmeneniya nastroyek v vashem brauzere kuki. Ispol’zuya etot sayt, vy soglashayetes’ s ispol’zovaniyem kuki v sootvetstvii s tekushchimi nastroykami brauzera.

Интеллектуальные счетчики как средство повышения эффективности использования электроэнергии

Рис. 1. Электромеханический счетчик электроэнергии

Все мы знакомы со счетчиком электроэнергии, который спрятан в гараже, подвале или другом неприметном месте. Мы могли даже взглянуть на него раз-другой, чтобы снять последние показания и сообщить их в обслуживающую компанию. Благодаря развитию технологий внутри этого безобидно выглядящего приборчика происходит тихая революция.

На рис. 1 приведен пример традиционного электромеханического счетчика, который имеет вращающийся диск и механическое устройство отображения. Первый такой прибор был разработан еще в конце XIX века. Принцип его работы основан на подсчете количества оборотов металлического диска, вращающегося со скоростью, которая пропорциональна мощности, проходящей через счетчик. Расположенные рядом с диском катушки приводят его во вращение, наводя вихревые токи и вызывая действие силы, которая пропорциональна мгновенному току и напряжению. После отключения питания постоянный электромагнит демпфирует диск, останавливая его вращение.

Первым шагом в эволюции стала замена электромеханических счетчиков на полупроводниковые электронные. Эти устройства оцифровывают мгновенное напряжение и ток при помощи сигма-дельта АЦП с высоким разрешением. Произведение напряжения и тока дает значение мгновенной мощности в ваттах. Интегрирование ее во времени дает значение использованной энергии, которая обычно измеряется в киловатт/часах (кВт/ч). Данные о расходе энергии отображаются на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ), как показано на рис. 2.

Рис. 2. Полупроводниковый электронный счетчик электроэнергии

Электронные счетчики обладают рядом преимуществ. Помимо измерения мгновенной мощности, они могут фиксировать и другие параметры, например коэффициент мощности и реактивную мощность. Данные можно измерять и сохранять в определенные интервалы времени, что позволяет обслуживающим компаниям предлагать услуги с различной ценовой политикой в зависимости от времени суток. Это, в свою очередь, дает возможность грамотным потребителям экономить деньги, используя устройства с высоким энергопотреблением (стиральные машины, сушилки и т. п.) в пе риоды низкой нагрузки, когда стоимость ниже, а обслуживающим компаниям — не тратиться на строительство новых электростанций, поскольку энергия, потребляемая в период пиковой нагрузки, уменьшится. На работу электронных счетчиков не могут повлиять внешние магниты и их собственная ориентация, поэтому они более защищены от вмешательства, чем электромеханические. Кроме того, электронные счетчики обладают высокой надежностью.

Компания Analog Devices сыграла важную роль в процессе перехода от электромеханических счетчиков к электронным, поставив на сегодняшний день уже более 225 млн ИС для измерения электроэнергии. Согласно исследованию, проведенному IMS Research, 75% всех счетчиков электроэнергии, проданных в 2007 г., были электронными, а не электромеханическими.

Электронный счетчик открывает новые возможности

Как только данные счетчика становятся доступны в электронной форме, к нему можно добавить функцию передачи данных. Это позволит использовать технологию удаленного снятия показаний счетчика (Automatic Meter Reading, AMR) для обращения к датчику по каналу связи. Разнообразные архитектуры систем, разработанные для удаленного снятия показаний, можно разделить на три большие категории: со считыванием проходящим мимо сотрудником компании, со считыванием с проезжающего мимо автомобиля и сетевые. Система, работающая по принципу считывания с проезжающего автомобиля, показана на рис. 3.

Рис. 3. Снятие показаний счетчиков с проезжающего автомобиля

В данном случае обслуживающая компания посылает фургон, на котором установлено устройство беспроводного сбора данных. Автомобиль объезжает район, считывая информацию. В подобной системе количество счетчиков, показания которых можно снять при помощи одного фургона за день, увеличивается в пять раз по сравнению с системой, основанной на удаленном считывании проходящим мимо сотрудником компании, и более чем в десять раз по сравнению с ручным сбором показаний. В сетевой системе данные со счетчиков направляются в фиксированное устройство сбора данных, которое обычно располагается на столбе в конце улицы или квартала. Оно, в свою очередь, посылает собранные показания в обслуживающую компанию по широкополосному каналу или по сотовой связи.

От AMR к AMI

Первоначально процесс перехода от ручного считывания к системам AMR рассматривался просто как способ сокращения расходов на оплату труда. Однако по мере того как обслуживающие компании стали осознавать потенциальные преимущества технологии AMR, среди которых — возможность организации гибкой ценовой политики для повышения КПД, мгновенное оповещение об обнаружении сбоев и повышенная точность снимаемых показаний, позволяющая собирать статистику энергопотребления в сети, ситуация начала меняться.

Читайте так же:
Трехфазный электрический счетчик автомат

Вместо AMR иногда используют понятие усовершенствованной измерительной инфраструктуры (Advanced Metering Infrastructure, AMI), подчеркивая тем самым процесс эволюции простого удаленного считывания показаний датчиков. Сетевые измерительные системы типа AMI могут быть реализованы на основе различных технологий — от спутниковой до недорогой радиосвязи. Среди развивающихся на сегодняшний день направлений доминируют радиосвязь в нелицензируемом диапазоне ISM (Industrial, Scientific, Medical) и связь по линиям электропитания (Power Line Carrier, PLC).

При организации сбора данных посредством радиосвязи для передачи показаний счетчика используются недорогие маломощные радиопередатчики, а в случае PLC данные транслируются непосредственно по сети электропитания. Компанией Analog Devices разработаны решения для обеих технологий: семейство трансиверов ближнего радиуса действия ADF7xxx для сегмента радиосвязи в диапазоне ISM и семейство SALEM на базе процессоров Blackfin для сегмента PLC.

Каждая из этих технологий имеет свои достоинства и недостатки. Так, для счетчиков воды и газа по соображениям безопасности предпочтительнее использовать радиосвязь, так как наличие силовой сети вблизи воды или газа нежелательно. Кроме того, со счетчиками воды могут возникать дополнительные сложности, поскольку они часто находятся под землей. Для счетчиков электроэнергии одинаково годятся обе технологии, причем в Северной Америке предпочтение отдается радиосвязи, а в Европе — технологии PLC.

В США к одному трансформатору обычно подключается небольшое количество домов, поэтому решение на основе PLC менее оправдано с экономической точки зрения. В некоторых реализациях обслуживающие компании разворачивают AMI на основе комбинации двух технологий: сеть электропитания используется для связи между устройством сбора данных и счетчиком электроэнергии, а радиосвязь используется для связи между счетчиком электроэнергии и другими счетчиками и устройствами, находящимися в доме. На Google Maps есть интересная страница, которая показывает самые последние данные о глобальном покрытии развернутых и тестируемых систем AMR/AMI.

Разработка ВЧ-тракта счетчика для систем AMR/AMI

Счетчики коммунальных расходов часто располагаются внутри домов, где имеется большое количество беспроводных устройств, или в непосредственной близости от них, что затрудняет обеспечение надежной передачи данных по радиоканалу. Схема ВЧ-тракта должна обладать хорошими показателями для подавления больших помех, например от устройств беспроводных сетей передачи данных, и декодирования полезного сигнала, уровень которого может составлять доли милливольт.

Приемный ВЧ-тракт также должен обладать хорошей чувствительностью, поскольку она напрямую влияет на потенциальную дальность передачи сигнала. Вспомним, что счетчик может находиться в подвале или, что еще хуже, под землей, и при этом он должен обеспечивать связь с радиоустройством, находящимся на столбе в нескольких кварталах от него, или с фургоном обслуживающей организации, проезжающим по улице. Чем меньше чувствительность, тем ближе должен располагаться радиоприемник для правильного декодирования сообщений. В мобильной системе, работающей по принципу drive-by, это просто означает, что фургон должен подъезжать ближе к вашему дому. В свою очередь, для фиксированных сетевых инфраструктур это означает необходимость использования сот меньшего размера и, следовательно, увеличения числа устройств сбора данных. Таким образом, высокая чувствительность позволит минимизировать затраты на инфраструктуру системы.

Для счетчиков газа и воды с аккумуляторным питанием критическим требованием является низкая потребляемая мощность. Производители счетчиков электроэнергии часто стараются уменьшить потребляемую ими мощность, поскольку это позволит использовать то же самое техническое решение для счетчиков воды или газа. Кроме того, для работы в нелицензируемом участке спектра протокол связи, который используется счетчиком и устройством считывания показаний, должен подчиняться регламенту радиоизлучений, действующему в конкретной стране. В мире существует несколько нелицензируемых диапазонов, среди которых наиболее используемыми являются 900 МГц, 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

Для связи между счетчиками и между счетчиком и устройством сбора данных большинство производителей выбрали диапазон 900 МГц. При ограниченной бюджетом мощности передатчика дальность связи, обеспечиваемая радиосистемами на этих частотах, больше в сравнении с конкурирующими технологиями, рассчитанными на диапазон 2,4 ГГц, что позволяет достичь большего покрытия соты для выбранной базовой станции или устройства сбора данных. В то же время недостатком с точки зрения практического использования является слабая стандартизация радиосвязи в этом частотном диапазоне. Субгигагерцевые диапазоны, несомненно, являются наилучшим выбором для счетчиков газа и воды с аккумуляторным питанием. В связи с этим существенно возрастает потребность в принятии стандартов, которые позволили бы системам разных производителей взаимодействовать друг с другом.

Одним из примеров стандарта для связи между датчиками и датчика и устройства сбора данных служит протокол Wireless M-Bus (беспроводная M-шина), который является развитием протокола M-Bus, ориентированного на проводную передачу данных. Протокол M-Bus11 на сегодняшний день включен в европейский нормативный стандарт EN 13757. Протокол Wireless M-Bus описан в варианте этого стандарта EN 13757-4. На подходе также и другие попытки стандартизации связи в диапазоне 900 МГц. Примером радиотрансивера 900-МГц диапазона, при проектировании которого учитывалась, в том числе, и возможность беспроводной передачи показаний счетчиков, является микросхема ADF7020, блок-схема которой приведена на рис. 4. Он также подходит для использования в системах, где требуется полная совместимость со стандартом Wireless M-Bus.

Рис. 4. Функциональная блок-схема ADF7020

Полностью интегрированный малопотребляющий радиотрансивер ADF7020 работает в нелицензируемых диапазонах ISM на частотах 433 МГц в Китае, 868 МГц в Европе и 915 МГц в Северной Америке. В нем интегрированы полнофункциональные приемный и передающий ВЧ-тракты, а также схемы аналоговой и цифровой обработки в основной полосе частот. Для создания платы радиотрансивера для счетчика, поддерживающего технологию AMR, как правило, требуется ADF7020, антенна, небольшое количество внешних пассивных компонентов и простой микроконтроллер, который будет отвечать за протокол связи (рис. 5).

Читайте так же:
Надо перепрограммировать двухтарифный счетчик

Рис. 5. Счетчик коммунальных услуг с поддержкой технологии AMR

Наличие в трансивере ADF7020 интегрированного 8-битного ядра RISC с ультранизким потреблением мощности сильно облегчает задачу внешнего микроконтроллера, поскольку на это ядро можно возложить некоторые низкоуровневые функции протокола связи. Во многих случаях это позволяет избавиться от необходимости применения специализированного телекоммуникационного микроконтроллера. ADF7020 обеспечивает подавление блокирующих сигналов более чем на 70 дБ. Это означает, что полезный сигнал может быть обнаружен и правильно декодирован даже при наличии внеполосного сигнала помехи, уровень которого на 70 дБ выше уровня полезного сигнала. Ослабление сигнала соседнего канала, обеспечиваемое ADF7020, равно примерно 40 дБ, а чувствительность, в зависимости от скорости передачи данных, может достигать –120 дБм. Это ниже более чем на 20 дБ по сравнению с наилучшими решениями на основе технологии ZigBee.

Домашняя локальная сеть (HAN)

Ввиду скорого появления во многих домах счетчиков с возможностью передачи данных, обслуживающие компании и органы регулирования энергопотребления начинают заглядывать в будущее, чтобы понять, чем им может быть выгодна эта технология. В рамках данной концепции, которую иногда называют «интеллектуальной сетью» (smart grid), обслуживающие компании смогут использовать сети передачи данных, которые будут проникать в дома потребителей, для активного управления нагрузкой.

Одна из услуг, которые можно организовать в подобной сети, — это предоставление информации о тарифах в реальном времени, которое позволит потребителям контролировать использование электроэнергии. В периоды пиковой нагрузки (например, в сильную жару) обслуживающая компания может послать в дом сообщение, оповещающее владельца о повышении тарифа в следующий час и предлагающее отключить электроприборы. Для реализации подобной услуги в помещении потребуется установить дисплей, который бы отображал подобные сообщения. Еще более продвинутая возможность — это организация связи между управляющей компанией и бытовыми устройствами в доме через счетчик, посредством которой можно будет, например, подрегулировать термостат или отключить насос бассейна. Для этого потребуется объединение счетчика и домашней бытовой техники в единую сеть, которую иногда называют домашней локальной сетью (Home Area Network, HAN). В таких сетях могут найти применение радиотрансиверы как ADF702x, так и ZigBee.

Большинство участников энергетической индустрии понимают, что появления полностью работоспособной домашней локальной сети, интегрированной с усовершенствованной измерительной инфраструктурой, стоит ждать только через несколько лет. В то же время преимущества подобных систем стимулируют многие компании к активному участию в разработке решений для домашних локальных сетей уже сегодня. Пример локальной домашней сети изображен на рис. 6.

Рис. 6. Домашняя локальная сеть

Интеллектуальные сети и AMI — это ключевые технологии на пути к повышению эффективности использования электроэнергии и, в конечном счете, снижению выбросов углекислого газа в атмосферу. Компания Analog Devices активно участвует в создании инновационных и экономичных устройств для рынка интеллектуальных счетчиков и вносит свой вклад в прогресс в области сбережения электроэнергии.

Однофазный счётчик электроэнергии АИСТ А100 H Ethernet (СПОДЭС)

Счетчик электрической энергии однофазный электронный «АИСТ А100 H» используется для измерения и учета активной и реактивной энергии в однофазных цепях переменного тока и передачи телеметрической информации о потребляемой электроэнергии при использовании в автоматизированных системах сбора данных.

Счётчик поддерживает протокол обмена данными в соответствии со спецификацией СПОДЭС.

В счетчик дополнительно установлен блок ввода-передачи данных (Ethernet модуль).

Ethernet-модуль позволяет упростить дистанционный съем показаний и дополнительной информации со счетчиков. Ethernet-модули работают в любой сети Ethernet и полностью совместимы с глобальной сетью Интернет.

Наименование характеристики

Значение

Класс точности активной энергии

Базовый, Iб (максимальный) ток, А

Номинальное значение напряжения (Uном), В

Стартовый ток (порог чувствительности):

Установленный рабочий диапазон напряжения, В:

– для счетчика с протоколом DLT645

– для счетчика с протоколом СПОДЭС

Расширенный диапазон напряжения, В

Потребляемая мощность, ВА, не более:

– для счетчика с протоколом DLT645

§ по цепи напряжения

– для счетчика с протоколом СПОДЭС

§ по цепи напряжения

Номинальная значение частоты электрической сети, Гц

Максимальное количество тарифов

Минимальная длительность тарифа, мин

Скорость обмена по интерфейсу RS-485, бит/с

Точность хода встроенных часов при нормальной температуре, лучше, c/сут.

Период хранения профиля принятой и отданной активной и реактивной энергии (мощности) с программируемым интервалом времени интегрирования от 1 минуты до 60 минут (при времени интегрирования 30 минут), не менее, суток

Хранение в энергонезависимом запоминающем устройстве данных по принятой и отданной активной и реактивной энергии с нарастающим итогом на начало текущего расчетного периода и предыдущих программируемых расчетных периодов, не менее

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ):

– число индицируемых разрядов

– цена единицы младшего разряда при отображении энергии, кВт×ч

Постоянная счетчика, имп./(кВт×ч):

– для счетчика с протоколом DLT645

– для счетчика с протоколом СПОДЭС

Средняя наработка на отказ, ч

не менее 160 000

Срок службы источника питания часов счетчика, лет

Дополнительные блоки ввода-передачи данных

Диапазон температур, °С:

– для счетчика с протоколом DLT645

– для счетчика с протоколом СПОДЭС

от «минус» 40 до +55

Читайте так же:
Электрический счетчик ночного расчета

от «минус» 40 до +70

При температуре от «минус» 20°С до «минус» 40°С допускается частичная потеря работоспособности ЖКИ

Относительная влажность воздуха при 25°С, %

Недорогой однофазный счетчик электроэнергии на MSP430C11x

Резюме

1 Введение

В течение многих десятилетий для измерения потребления электроэнергии использовались механические счетчики электроэнергии (электросчетчики). Новые, полностью электронные электросчетчики заменяют механические электросчетчики, но до сих пор массовое распространение электросчетчиков тормозилось из-за их высокой стоимости, что было вызвано тем, что в них использовались аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и микропроцессор.

MSP430C11x — дешевый член семейства MSP430 микроконтроллеров производства компании Texas Instruments. Он не имеет встроенных аппаратных блоков типа АЦП и перемножителей, которые обычно применялись в электронных электросчетчиках. Однако, наличие у него трех регистров захвата данных позволяет реализовать три дешевых АЦП с высоким разрешением. А его высокопроизводительное 16-разрядное вычислительное ядро с RISC архитектурой позволяет реализовать высокоточный дешевый полностью электронный электросчетчик. Вот некоторые из основных характеристик этого электросчетчика:

  • Трехканальный градиентный АЦП, использующий встроенный таймер захвата
  • Двухдиапазонный токовый вход с автоматическим управлением, обеспечивающим перекрытие тока до 400 %
  • Требуемая для измерителей первого класса высокая точность (ошибка менее 1%)
  • Защита от внешнего вмешательства, позволяющая предотвратить воровство электроэнергии
  • Простая и легкая внутренняя калибровка
  • Однокристальное решение, не требующее внешнего вычислителя
  • Устранение смещения по постоянному току в обоих каналах (напряжения и тока)
  • ФНЧ для мгновенных значений мощности
  • Преобразование потребляемой энергии в частоту импульсной последовательности

2 Аналого-цифровое преобразование

В электросчетчиках должны применяться специальные каскады АЦП. Для вычисления мощности в реальном времени необходимо одновременно выбирать мгновенные значения напряжения и тока. Наиболее простой способ одновременного выбора напряжения и тока описан в данном примере применения. В описываемом устройстве используется трехканальный АЦП (назначение третьего канала будет объяснено ниже). При использовании технологии одно-градиентного АЦП становится возможным создание рентабельного трехканального АЦП с высоким разрешением (11 бит) и адекватной частотой дискретизации (1 000 kSPS на канал).

2.1 Одно-градиентный АЦП


Рисунок 1. Одно-градиентный АЦП

Для аналого-цифрового преобразования используется стандартная одно-градиентная технология. Аналоговый мультиплексор в первом цикле выбирает сигнальный вход, а во втором – опорный сигнал. После выборки сигнал сравнивается с опорным пилообразным сигналом. В момент, когда пилообразный сигнал достигает значения выбранного мультиплексором сигнала, происходит переключение таймера захвата. Таким образом, имея временные интервалы, пропорциональные величинам входного и опорного напряжений, мы может рассчитать величину входного напряжения по формуле:

    V [n] = Vref x (tv / tref)

Где V [n] — последовательность, состоящая из мгновенных значений V (n x tc).

2.2 Формирование пилообразного сигнала


Рисунок 2. Генератор пилообразного сигнала

Генератор пилообразного сигнала построен на базе интегратора на основе операционного усилителя (ОУ). При подаче на вход постоянного напряжения, через емкость С потечет постоянный ток, равный (Vbias-Vctrl)/R. Этот ток сформирует на выходе ОУ линейное пилообразное напряжение.

2.2.1 Период пилообразного сигнала


Рисунок 3. Период пилообразного сигнала

Рассмотрим рисунок 3: если Vctrl устанавливается в ноль в момент времени t = 0, то на выходе операционного усилителя Vramp начинает формироваться пилообразный сигнал, начинающийся с нуля. В момент времени t1, на входе Vctrl устанавливается напряжение питания Vcc, и выходное напряжение Vramp, достигнув своего максимального значения Vmax, начинает пилообразно уменьшаться. И за период времени, равный t2, на выходе Vramp снова установится нулевое значение. Подав на вход Vctrl нулевой потенциал, мы запустим цикл заново.

    Если C = Q / Vc,
    тогда C = Ic / (dVc/dt),
    или C = ((Vbias — Vctrl) / R) / (d (Vramp-Vbias)/dt),
    или ?t = RC x ?Vramp / (Vbias-Vctrl),
    следовательно t1 = RC x Vmax / Vbias,
    а t2 = RC x Vmax / (Vcc — Vbias)

Таким образом, длительность цикла будет равняться:

    tc = t1 + t2 = RC x Vmax x ((1 / Vbias) + (1 / (Vcc-Vbias)))

Это уравнение позволяет выбрать значение RC по заданной частоте дискретизации. Кроме того, следует учитывать следующие замечания:

  • Для максимизации входного динамического диапазона Vmax должен быть как можно большим. Оно должно равняться выходному напряжению насыщения ОУ или максимальному входному напряжению компаратора (если оно меньше напряжения насыщения).
  • Из рисунка 2 видно, что Vbias должно быть как можно меньше. Для одно-градиентного АЦП нас интересует только отрезок нарастания пилообразного сигнала, а поэтому время спада должно быть минимальным (необходимо обеспечить t1>> t2). Маленькое значение Vbias позволяет получить большое t1 и маленькое t2.
  • Небольшое улучшение может быть достигнуто путем выбора немного меньшего значения RC, чем было полученно в результате расчета. Это позволяет гарантировать при заряде и разряде начальные условия 0 и Vmax. Неизвестные начальные условия могут вызвать смещение пилообразного сигнала вверх или вниз.
  • Из-за программной регулировки задержки фактическая сумма t1 + t2 будет меньше, чем tc. Это другая причина, вызывающая необходимость обеспечения меньшего значения RC.

2.2.2 Практический пример

    Vcc = 5 В
    Vmax = 3.5 В
    Vbias = 0.6 В
    Частота дискретизации = 995 Гц => tc = 1 / (2 x 995)

Если выбрать C = 1000 пФ, то получаем R = 75.8 кОм. Для снижения значения RC выберите R = 68 кОм (или даже 62 кОм).

2.2.3 Измерение временных параметров пилообразного сигнала

Таймер захвата MSP430 может быть легко настроен на фиксацию данных по выходному сигналу компаратора. Но нет никакого внешнего аппаратного управления для запуска таймера в начале периода пилообразного сигнала. В нашем случае начло пилообразного сигнала фиксируется путем сравнения пилообразного сигнала с небольшим фиксированным пороговым напряжением. Время нарастания пилообразного сигнала до порогового значения определяется при подаче на вход опорного сигнала.

Читайте так же:
Щиток для счетчиков с крышкой


Рисунок 4. Измерение временных параметров пилообразного сигнала

    Из рисунка 4 получаем:
    Vref / (tref’ + tt) = Vt / tt
    Отсюда следует tt = tref’ x (Vt / (Vref — Vt ))
    Или tt = tref’ x Kt
    Где Kt = Vt / (Vref — Vt )

Как видно из формулы, после измерения необходимо производить умножение, поэтому рекомендуется выбрать параметры таким образом, чтобы Kt было простым значением, что позволит заменить простым сдвигом или суммированием/вычитанием подпрограмму вычисления произведения, требующую высокой производительности микроконтроллера.

2.3 Двухдиапазонный АЦП для канала измерения тока

Среднее квадратичное значение напряжения на входе изменяется в небольших пределах. Однако среднее квадратичное значение тока на входе изменяется в широких пределах в зависимости от величины и типа нагрузки. Из этого следует, что необходимо применять АЦП с высоким разрешением или АЦП с низким разрешением, но изменяющимся входным динамическим диапазоном. Чтобы перекрыть входной диапазон от 5 % до 400 % с ошибкой измерения не более +-1% требуется обеспечить минимальный динамический диапазон 400/5 x 100 / (1+1) = 4000. Для этого требуется АЦП с разрешением не менее 12 бит. Для одно-градиентного АЦП имеется зависимость между разрешающей способностью, частотой дискретизации и шумами. Наиболее удобно работать при 10 битном разрешении. 12 битное разрешение может быть обеспечено за счет добавления внешнего четырехкратного усиления для малых сигналов. Даже с учетом того, что реальная разрешающая способность равна 10 битам, в описываемом устройстве обеспечивается эффективная разрешающая способность, равная приблизительно разрешающей способности 11 битного АЦП.


Рисунок 5. Структурная схема двухдиапазонного АЦП

На рисунке 5 показана структурная схема двухдиапазонного АЦП. Он состоит из однодиапазонного АЦП и внешнего устройства, обеспечивающего четырехкратное усиление малых сигналов. Теоретически, коэффициенты усиления всех перемножителей G1, G2, 1/G1 и 1/G2 должны равняться единице, однако на практике обеспечить это не удается из-за разброса параметров внешних дискретных компонентов. Для компенсации этого расхождения вводят дополнительные узлы С1 и С2. Это позволяет увеличить согласованность каналов.

C1 и C2 компенсируют отклонение коэффициента усиления G1′ и G2′ от коэффициентов усиления G1 и G2. Поэтому стараются добиться истинности равенств C1 = G1/G1′ и C2 = G2/G2′. Так как коэффициент усиления узлов G1′ и G2′ неизвестен и изменяется от устройства к устройству, то после изготовления необходимо произвести калибровку, а вычисленные значения C1 и C2 должны быть сохранены EEPROM памяти для дальнейшего использования. В нормальном режиме (или режиме малого усиления) нижние на схеме выключатели замкнуты, а верхние — разомкнуты. При использовании в качестве опорного сигнала напряжение Vref получаем:

    I’ [n] = Vref x (ti / tref).
    Где:
    I’ [n] = I [n] x G2′,
    а Iref = Ilow = Vref/G2 x C2=Vref/G2′.
    Следовательно I [n] x G2′ = (Iref x G2′) x (ti / tref),
    то есть I [n] = Iref x (ti / tref)

В правой части уравнения записано стандартное равенство для вычисления значения, измеренного при помощи одно-градиентного АЦП при использовании опорного тока Iref. Это означает, что на выходе мы получим Iad [n] = I [n]. И окончательный результат: Iout [[n] = 4 x Iad [n] = 4I [n].

В режиме большого усиления верхние по схеме выключатели замкнуты, а нижние — разомкнуты. Тогда, используя те же выражения, получаем:

    I’ [n] = Vref x (ti / tref).
    Но теперь I’ [n] = 4I [n] x G1,
    а Iref = Ihigh = Vref / G1.
    Следовательно 4I [n] x G1 = (Iref x G1) x (ti / tref).
    Тогда 4I [n] = Iref x (ti / tref)
    или 4I [n] = Iad [n]

В результате чего получаем: Iout [n] = Iad [n] = 4I [n].

В обоих случаях мы обеспечили на выходе одинаковые результат и точность. Дополнительное четырехкратное усиление в режиме малого усиления компенсирует внешнее усиление в режиме высокого усиления. Другой способ расширения динамического диапазона состоит в подавлении больших сигналов, при этом малые сигналы не изменяются. Но это нежелательно, так как это уменьшает амплитуду и количество значащих цифр, что ведет к увеличению ошибки вычисления.

2.4 Автоматическое переключение коэффициента усиления

Переключение коэффициента усиления у двухдиапазонного АЦП должно выполняться автоматически. В начале раздела 2.3, говорилось, что максимальное выходное значение АЦП, равное 4000, соответствует 400 % входного тока. В режиме высокого коэффициента усиления малого входного сигнала 10 битный АЦП перекрывает диапазон, равный 1024, или примерно 100 %. В режиме малого коэффициента усиления больших входных сигналов 10 битный АЦП с коэффициентом усиления, равным 4, способен перекрыть диапазон от 4 до 4096 или приблизительно от 4 % до 400 %. Это означает, что любой сигнал в диапазоне от 4 % до 100 % может быть оцифрован при любом коэффициенте усиления.

В данном примере применения, диапазоны при работе в режиме малого и большого коэффициента усиления перекрывают друг друга. Это позволяет обеспечить гистерезис, исключающий частые переключения между двумя диапазонами. В системе реализованы два диапазона: от 5 % до 80 % для большого коэффициента усиления, и от 60 % до 400 % для малого коэффициента усиления. Выбор этих диапазонов был сделан произвольно, но довольно разумно, так как обеспечивает 20%-ое перекрытие и максимальное значение на 20 % ниже граничного значения (100 %-80 % в режиме большого коэффициента усиления).

3 Защита от внешнего вмешательства, предотвращающая воровство электроэнергии

В некоторых странах воровство электроэнергии путем незаконного вмешательства в работу электросчетчика является серьезной проблемой. Ниже показаны некоторые возможные методы вмешательства.


(a) Нормальное включение, I1 = I2
(b) Вмешательство путем половинного заземления нагрузки, I1

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector