水电工程Һ㊀
刘子扬
摘㊀要：文章主要阐述了一种多功能三相电力仪表ꎬ能够测量三相电的各类参数ꎬ同时采用硬件隔离技术ꎬ能够在电网复杂的环境下稳定运行ꎬ还配有网络通信㊁数字量输入㊁继电器输出㊁模拟量输出等接口ꎬ具有远程遥测㊁遥控㊁遥调的能力ꎮ文章主要介绍了其设计方法㊁芯片选型㊁接口电路设计及仪表的应用等内容ꎮ 关键词：三相电表ꎻＳＴＭ３２ꎻ电力仪表ꎻＡＤＥ７８７８
开关量信号一㊁控制器和计量芯片的选型
子液位计控制器和计量芯片的选择ꎬ是系统设计的关键ꎬ综合选择一款芯片ꎬ要从技术指标㊁品牌㊁稳定性㊁开发性㊁性价比㊁供货渠道等多方面进行考虑ꎮ
(一)控制器芯片
ＳＴＭ３２作为近年来比较热门的控制器ꎬ在上述方面做得比较好ꎮ其中ＳＴＭ３２Ｆ１系列通用型ＭＣＵꎬ属于Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核ꎬ采用ＡＲＭｖ７－Ｍ架构ꎬ具有丰富合理的外设ꎬ合理的功耗和价格ꎬ芯片型号种类多ꎬ覆盖面广和丰富的软件包ꎬ能够基本满足各类中端硬件设计的需求ꎮ
本设计选择ＳＴＭ３２Ｆ１０３芯片ꎬ具有７２ＭＨｚ主频ꎬ２５６ＫＦＬＡＳＨꎬ４８ＫＳＲＡＭꎬ８个定时器ꎬ３个ＳＰＩꎬ２个Ｉ２Ｃꎬ１个ＵＳＢꎬ１个ＣＡＮꎬ３路ＡＤꎬ２路ＤＡꎬ５１个通用Ｉ/Ｏ接口ꎬ能够满足本系统的设计要求ꎮ
(二)三相电能计量芯片
ＡＤＥ７８７８芯片是一款高精度㊁三相电能测量ＩＣꎬ采用串行接口ꎬ并提供三路灵活的脉冲输出ꎮ该器件内置二阶Σ－Δ型ＡＤＣ㊁数字积分器㊁基准电压源电路以及所有必需的信号处理电路ꎬ可执行总(基波和谐波)有功㊁无功和视在功率测量ꎬ有功和无功电能计量ꎬ以及有效值计算ꎮ内部的数字信号处理器(ＤＳＰ)负责执行这种信号处理ꎮ
ＡＤＥ７８７８能够测量各种常用的三相系统ꎬ例如Ｙ形或Δ形接线ꎮ各相均具有系统校准功能ꎬ即有效值失调校正㊁相位校准和增益校准ꎮＣＦ１㊁ＣＦ２和ＣＦ３逻辑输出可提供许多功率信息：总/基波有功/无功功率㊁总视在功率或电流有效值ꎮ
ＡＤＥ７８７８具有波形采样寄存器ꎬ允许访问所有ＡＤＣ输出ꎮ该器件还提供三相频率以及电压与电流之间的角度等ꎮ利用两个串行接口ＳＰＩ和Ｉ２Ｃꎬ可以与其通信ꎬ同时专用高速接口㊁高速数据采集(ＨＳＤＣ)端口可以与Ｉ２Ｃ配合使用ꎬ以访问ＡＤＣ输出和实时功率信息ꎮ该器件还有两个中断请求引脚/ＩＲＱ０和/ＩＲＱ１ꎬ用来指示一个已经发生的使能的中断事件ꎮ当芯片遭遇盗窃篡改时ꎬ三种专门设计的低功耗模式可确保电能累计的连续性ꎮ
二㊁接口电路的设计
除了控制芯片和电能计量芯片外ꎬ三相采集电路㊁数字量Ｉ/Ｏ电路㊁模拟量输出电路㊁通讯电路㊁显示电路㊁电源供电等外围电路的器件选择和设计也十分重要ꎮ(一)三相采集电路
三相电压采集电路采用每相单独电阻分压的形式ꎬ中性点是零线ꎮ
三相电流采集电路采用超微晶微型电流互感器ꎬ一次侧电流根据仪表的额定电流选择ꎬ二次侧选用２.５ｍＡ输出范围ꎮ
具体采样电阻和滤波电容的选择ꎬ可以参考电能计量芯片的数据手册进行设计和计算ꎮ
(二)数字量Ｉ/Ｏ电路
防火罩
数字量输入电路ꎬ采用光耦隔离输入信号ꎬ输入端子自带２４Ｖ电源ꎬ该电源在仪表内部采用一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使输入接口与内部单片机完全隔离ꎮ
数字量输出电路ꎬ２路采用普通继电器输出干接点信号ꎬ另外２路采用光耦继电器作为高速脉冲输出接口ꎮ(三)模拟量输出电路
模拟量输出电路采用专用的１２位ＤＡ芯片作为核心部件ꎬ输出连接至运放构成的恒流源电路ꎬ至外部４~２０ｍＡ输出接口ꎮＤＡ芯片为ＳＰＩ接口ꎬ输入信号线通过光耦与单片机隔离ꎮ同时ＤＡ芯片和后面的运放也都通过一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使模拟信号接口与内部单片机完全隔离ꎮ
(四)通信电路
通信电路采用ＲＳ４８５通讯方式ꎬ采用ＭＡＸ４８５芯片作为核心部件ꎬ芯片与单片机之间的信号也通过光耦隔离ꎮ芯片通过一个ＤＣ/ＤＣ电源隔离模块供电ꎬ使４８５通信接口与内部单片机完全隔离ꎮ
(五)显示电路
显示电路采用ＨＯＬＴＥＫ的专用液晶驱动芯片作为核心ꎬ连接一块ＬＣＤ段码显示屏和背光板ꎬ显示屏可以根据产品功能和需要显示的内容ꎬ专门订制ꎮ
(六)电源电路
电源部分采用ＴＮＹ系列的微型单片开关电源集成电路ꎬ输入配合ＥＭＣ滤波电路ꎬ输出配合高频开关变压器和低压差线性稳压器ꎬ输出一路主电源和一路辅助电源ꎬ用来给整机的各部分电路供电ꎮ
广谱抗菌素三㊁三相电力仪表的应用
三相电力仪表的应用领域主要有：能源管理系统㊁变电站自动化系统㊁配电自动化系统㊁医院电力监控系统㊁工厂自动化系统㊁开关柜㊁智能建筑㊁智能型配电盘等领域ꎮ主要应用场景有:
(一)电能质量监控和分析
三相电力仪表可以实现在线式的电能质量分析ꎮ各相电压㊁电流的总谐波畸变率㊁各奇次谐波含有率㊁电压㊁电流不平衡度以及波峰系数㊁电话谐波波形因数㊁Ｋ系数均可实时测量ꎮ
微调电容(二)能量管理系统应用
仪表可以统计双向四象限的有功电能和无功电能ꎬ同时进行最大值/最小值的记录和需量的统计ꎮ配合电力监控软件ꎬ可以协助用户分析各用电设备的电能消耗状况与负荷变化趋势ꎬ实现自动抄表并生成各种电量报表ꎮ(三)远程电力控制
球墨铸铁管qiumogg仪表不仅有强大的测量功能ꎬ还附带了丰富的可编程Ｉ/Ｏ功能ꎬ这使得它可以胜任分布式ＲＴＵ的要求ꎬ实现遥信㊁遥
测㊁遥控㊁计量等功能于一体ꎮ
(四)电力ＳＣＡＤＡ系统
仪表既可单独使用ꎬ取代大量传统的模拟仪表ꎬ亦可作为电力监控系统的前端设备ꎬ实现远程数据的采集与控制ꎮ标准的ＲＳ４８５通信接口ꎬ使得组网轻松便捷ꎬ是ＳＣＡＤＡ系统集成的理想选择ꎮ
四㊁结束语
随着现代电子技术的发展ꎬ三相电力仪表已经从模拟指针仪表ꎬ逐步演变成集数字化㊁高精度㊁高可靠㊁小体积㊁多功能等于一身的现代化智能仪表ꎮ既能独立应用于各种控制系统㊁变电站㊁电力监控㊁开关柜㊁工业自动化等设备ꎬ又能为电能的远程控制㊁质量分析㊁能源管理系统㊁智能配电柜㊁智能建筑等提供丰富的测量数据ꎬ为电力及相关行业的发展做出重要的贡献ꎮ
参考文献:
[１]张兴超ꎬ王陆.三相多功能电力仪表的研究与设计[Ｊ].电子世界ꎬ２０１８(１９):１９８－１９９.
作者简介:
刘子扬ꎬ北京泓泰天诚科技有限公司抚顺分公司ꎮ
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