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

Дифференцирующий трансформатор тока

в настоящее время в качестве датчика тока получают распространение дифференцирующие трансформаторы, используемые обычно без магнитного сердечника. Отсутствие сердечника обеспечивает линейность его амплитудной характеристики в широком диапазоне, а также исключает рассмотренное выше намагничивание постоянным током, но требует применение специальных микросхем с встроенным интегратором, например ADE7753/59 для однофазной или ADE7758 для трёхфазной цепи. Эти микросхемы допускают использование дифференцирующего трансформатора, шунта или трансформатора тока с нагрузкой Rb. Дифференцирующие трансформаторы обычно применяют для измерения больших токов, т.к. магнитный поток в них невелик (в m раз меньше чем в ферромагнетиках), а следовательно наводимая ЭДС так же мала (Е= mO*Nl*N2/L*dI/dt).

Для того, что бы получить приемлемый для измерения сигнал, дифференцирующий трансформатор используют в режиме контура ударного возбуждения (а не в режиме трансформатора тока), при котором ЭДС на выходе пропорциональна dl/dt, для этого нагрузочный резистор Rb имеет достаточно большую величину. В этом режиме выходной сигнал с трансформатора не повторяет форму входного тока, но трансформатор имеет высокую чувствительность к изменению тока. Для того, чтобы не было искажений выходного сигнала применяют интегрирующую цепь (в ADE7753/59 для однофазной или ADE7758 для трёхфазной цепи она встроенная). В этом случае, обмотка трансформатора (L2 и R2), R и С интегратора образуют колебательный контур с затуханием и последовательно включенной ЭДС самоиндукции. В общем виде напряжение на конденсаторе: U=L2*I1/((R2+R)*C*N). Постоянную времени (R+R2)*C, (L2*C)0.5

необходимо выбрать значительно превосходящую постоянную времени изменения входного тока.

Конструктивно оба трансформатора (тока и дифференцирующий) представляют собой тороидальные катушки, причем для трансформатора тока- с магнитным сердечником. Катушки для трансформаторов обоих типов содержат обычно только вторичную обмотку, первичной обмоткой является провод (медная шина), продеваемый через центральное отверстие трансформатора.

Недорогой счётчик электроэнергии...

Недорогой счётчик электроэнергии с защитой от хищения на основе ИС ADE7761 компании Analog Devices

Стефан Т. Энглиш (Stephen Т. English) и Этьен Молин (Etienne Moulin),

WWW. radiodvd J i no-net. ru

Данная статья является сокращённым переводом руководства по применению нового высокоинтеллектуального интегрального счётчика электроэнергии компании Analog Devices, обладающего уникальными свойствами по противодействию хищению электрической энергии, как при преднамеренном заземлении нейтрали, так и отсутствии (отсоединении) нейтрали.

ВВЕДЕНИЕ

В данной статье описан недорогой, высокоточный счетчик электроэнергии на базе интегральной микросхемы (ИС) ADE7761. Счётчик предназначен для использования в однофазной двухпроводной сети.

ADE7761 представляет собой один из недорогих счётчиков электроэнергии компании Analog Devices, предназначенных для измерения потребления электрической энергии. ИС содержит четыре прецизионных АЦП и источник опорного напряжения. Встроенный генератор обеспечивает систему тактовой синхронизацией. Кроме того, в ADE7761 реализованы необходимые функции цифровой обработки сигналов.

Описываемый электросчётчик обеспечивает правильность измерений при злоумышленном вмешательстве в рабочую схему. За счёт того, что ИС измеряет ток как в фазном, так и в нейтральном проводах, счётчик продолжает измерение электроэнергии при двух типах повреждений измерительной цепи. Первый тип повреждения обнаруживается, когда токи в фазном и нейтральном проводах различаются более чем на 6,25%. Вычисление потребляемой энергии будет проводиться по большему значению. Сохранение возможности правильного измерения электроэнергии при втором типе повреждений впервые реализовано в ADE7761. Если нейтральный провод не подключён к электросчётчику, он определяет это повреждение и продолжает измерения, используя только даннью, получаемые из цепи измерения тока [1, 2\

ЦЕЛИ РАЗРАБОТКИ

В качестве предварительной спецификации для разработки электросчётчика был использован международный стандарт IEC 61036 (2000-09) - Счётчики электроэнергии переменного тока для измерения активной мощности . Целью разработки является создание электросчётчика с точностью измерения класса 1 по спецификации IEC. В дополнение к требованиям по точности большое внимание было уделено обеспечению электромагнитной совместимости. Данный счётчик полностью соответствует требованиям стандарта IEC по точности как при единичном коэффициенте мощности (PF = со8(ф) = 1), так и при низком его значении (PF = ±0,5).

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

На рисунке 1 представлен вариант схемы простого, недорогого счетчика электроэнергии на базе ADE7761. Счётчик состоит из ИС ADE7761, трёх трансформаторов тока, цепи питания, электромеханического отсчетного устройства и дополнительных цепей, необходимых для работы ADE7761. В качестве регистратора электроэнергии (кВт-ч) используется простое электромеханическое отсчетное устройство, в котором применен двухфазный шаговый двигатель. Микросхема ADE7761 может управлять подобным типом отсчётных устройств напрямую.

Вьюокочастотный выход CF с постоянной счётчика 3200 импульсов/кВт-ч подключен к светодиоду изолирующего оптрона. Этот вьюокочастотный выход используется для проведения ускоренной калибровки, и даёт возможность бьютро проверить работоспособность и точность устройства в промышленных условиях. Прибор калибруется путем изменения степени ослабления измеряемого сигнала цепочки резисторов. На рисунке 1 эта цепочка резисторов заменена потенциометром. Другая цепь калибровки, MISCAL, ослабляющая сигнал источника опорного напряжения, реализована при помощи второй цепочки резисторов.

Электросчётчик имеет три режима работы: нормальный, преднамеренное заземление и отсутствие нейтрали.

В нормальном режиме счётчик измеряет ток, потребляемый нагрузкой, при помощи трансформатора тока, через который этот ток протекает (СТ1 на рис. 1). Ток с выхода трансформатора преобразуется в напряжение с помощью нагрузочного резистора. Измерение напряжения производится при помощи резистивного делителя напряжения. Напряжение питания 5 В получено от источника питания, построенного на ёмкостном делителе и линейном стабилизаторе.

Во втором режиме, когда нейтральный провод или заземлён, или разорван (нагрузка заземлена), ток будет измеряться с помощью двух трансформаторов тока: СТ1 и СТ2. В этом случае, при традиционном решении с одним каналом измерения тока, ток, потребляемой нагрузкой, не будет проходить через шунт, или будет проходить только незначительная его часть. В нашем случае, при обнаружении неравенства протекающих токов через трансформаторы СТ1 и СТ2 расчёт потребляемой электроэнергии будет вестись по большему значению. Измерение напряжения и получение напряжения питания будет осуществляться так же, как и в нормальном режиме.

В третьем режиме нейтральный провод полностью отключён от счётчика. В режиме отсутствия нейтрали ток проходит только через фазную часть схемы электросчётчика. Традиционный счётчик прекратил бы работу из-за разрыва в цепи источника питания. В нашем случае трансформатор тока СТЗ через выпрямительный мост обеспечивает счётчик электроэнергии необходимым напряжением питания. Ток нагрузки измеряется с помощью трансформатора тока СТ1.

Счётчик продолжает учёт потребляемой электроэнергии, основываясь на показаниях только цепи измерения тока нагрузки, протекающего в фазном проводе. Счётчик генерирует внутренние сигналы для подсчёта электроэнергии, которые имитируют работу цепи измерения напряжения, работа которой в этом случае невозможна. Более подробно о работе в данном режиме рассказано в техническом описании (data sheet) ИС ADE7761 [3]. Вывод MISCAL устанавливает уровень внутреннего сигнала имитации и калибруется разработчиком.

Рис. 1. Схема счётчика на основе ИС ADE7761

РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ

ИС ADE7761 создаёт выходной сигнал с частотой, пропорциональной усреднённой во времени величине произведения двух входных сигналов. В техническом описании приведено уравнение, определяющее частоту на выходах F1 и F2 (выходах управления электромеханическим отсчётным устройством) в зависимости от величины среднеквадратических значений сигналов на входах V1 и V2, на которью подаётся уменьшенное напряжение измеряемой линии и напряжение, пропорциональное току в нагрузке.

Возможность выбора одного из четырех различных частотных режимов работы ИС ADE7761 позволяет разработать однотипные счётчики (управляющие напрямую электромеханическим отсчётным устройством), рассчитаннью на максимальный ток Imakc до 400 А. Выберем значение базового тока (Ig) для этого счетчика равным 5 А, а \makc = 40 А. Диапазон тока, при котором обеспечивается точность, указанная в техническом описании от 1,6%-l5 до \makC что соответствует динамическому диапазону 500:1 (80 мА...40 А). Уравнение, для расчёта выходной частоты в зависимости от значений входных напряжений, представлено ниже:

Частота F1, F2 =

5,7xV1cK3xV2cK3xFi-4

v мпн

где:

V1cK3 и Ускз - среднеквадратичные значения напряжений на входе ИС ADE7761, У ион - напряжение опорного источника (ИОН), F- 4 - частотный режим, выбирается из таблицы 1.

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