Thiết kế bộ đo năng lượng và công suất xoay chiều sử dụng ADE7753

Sử dụng ADE7753 trong các thiết kế đo năng lượng, công suất với độ chính xác rất cao và giá thành rẻ. Bộ đo được thiết kế dễ dàng, sử dụng phổ biến để đo chất lượng điện năng, công suất tiêu thụ của các thiết bị điện dân dụng hay công nghiệp. Độ chính xác trong phép đo phù hợp với các tiêu chuẩn của IEC và tương đương hoặc tốt hơn các công tơ điện tử hiện tại đang được sử dụng cho các hộ dân.

BỘ ĐO CÔNG SUẤT ADE7753 MÔ TẢ CHUNG ADE7753 IC đo lường công suất điện với độ xác cao với giao tiếp nối tiếp xung đầu ADE7753 kết hợp hai ADC sigma-delta bậc 2, mạch tham chiếu, cảm biến nhiệt độ tất xử lý tín hiệu cần thiết để đo lượng thực, lượng phản kháng biểu kiến Tài liệu mô tả phần cứng kít đánh giá ADE7753 chức phần mềm Mạch đánh giá thiết kế để sử dụng đánh giá ứng dụng đo watt-hour Sử dụng chuyển đổi thích hợp kênh dòng điện, cảm biến di/dt, CT shunt, mạch kết nối với mạch thử điện áp cao (240V rms) Một mạng điện trở chia bên mạch cung cấp suy giảm cho đường điện áp Tài liệu mô tả làm chuyển đổi dòng điện kết nối với hiệu suất tốt ADE7753 có tích phân số tích hợp bên cho phép giao tiếp đơn giản với cảm biến di/dt (như cuộn dây Rogowski) Board đánh giá (bộ đo watt-hour) cấu hình hiệu chuẩn thơng qua cổng song song PC Dẽ liệu giao tiếp board PC cách ly hoàn toàn Board đánh giá có chức hệ thơng đánh giá tiêu chuẩn mà kết hợp dễ dàng vào hệ thống có sẵn thơng qua kết nối 25 chân D-Sub Board yêu cầu hai nguồn 5V cung cấp từ bên (một nguồn yêu cầu cho mục đích cách ly) chuyển đổi dòng điện 2 CÁC ĐẦU VÀO TƯƠNG TỰ (SK1 VÀ SK2) Các tín hiệu điện áp dòng điện kết nối đầu vào screw SK1 SK2, tương ứng Tất tín hiệu đầu vào tương tự lọc sử dụng lọc cưa trước đưa tới đầu vào tương tự ADE7753 Các giá trị linh kiện mặc định cho với board giá trị giới thiệu với ADE7753 Người sử dụng dễ dàng thay thành phần chúng có liên hệ với việc chọn lựa giá trị linh kiện cho lọc đầu vào tương tự Người dùng khuyến khích tham khảo bảng liệu ADE7753 để biết mơ tả tồn diện lọc khử cưa chức chúng  Đầu vào cảm biến dòng điện (SK2) SK2 khối kết nối có đường cho phép ADE7753 kết nối với chuyển đổi dòng điện Hình trình bày kết nối SK2 mạng lọc cung cấp board Các điện trở SH1A SH1B theo mặc định không đặt.Chúng sử dụng điện trở gánh CT sử dụng chuyển đổi dòng điện Các mạng RC R41/C11 R42/C21 cung cấp suy giảm nhiễu tần số cao cân hệ số khuếch đại 20dB/dec tần số cao cảm biến di/dt sử dụng chuyển đổi dòng điện Các mạng RC dễ dàng ngắn mạch JP15 JP25 tháo C11 C21 Các mạng RC lọc cưa cần thiết cho chip ADC Tần số góc mặc định với lọc thông thấp (LPF) chọn 4.8kHz (1kΩ 33nF) Các lọc dễ dàng điều chỉnh cách thay linh kiện board  Sử dụng cảm biến di/dt bộ chuyển đổi dòng điện Hình trình bày làm cảm biến di/dt sử dụng chuyển đổi dòng điện hệ thống truyền tải dây đơn pha Một cảm biến di/dt thường tạo từ cuộn dây lõi khơng khí Bởi hỗ cảm cuộn dây dây pha, tín hiệu áp tạo từ đầu cuộn dây tỷ lệ thuận với vi sai dòng điện theo thời gian (di/dt) Cảm biến di/dt cho điện áp hỗ cảm Khi sử dụng cảm biến di/dt cảm biến dòng, jum JP15/JP25 JP1/JP3 nên để hở Tất lọc cần thiết trường hợp để cung cấp lọc cưa Trên lý thuyết, cảm biến di/dt lõi khơng khí có kết hợp dịch pha +900 tất đầu vào tần số Sự dịch pha bù lại -900 tích phân bên Có thêm lỗi pha từ thành phần khơng phù hợp bên ngồi, với ví dụ, chỉnh lại cách ghi vào thành ghi hiệu chuẩn pha (PHCAL[7:0]) ADE7753 Cho ví dụ, dải đầu vào tương tự tối đa kênh thiêt lập 62.5mV, hệ số khuếch đại cho kênh thiết lập Dải đầu tương tự tối đa hệ số khuếch đại thiết lập thông qua ghi khuếch đại (GAIN) ADE7753 cho phép người sử dụng cấu hình cho dải kênh hệ số khuếch đại Tín hiệu vi sai đỉnh tối đa kênh 0.5V (ở hệ số khuếch đại +1)  Sử dụng CT chuyển đổi dòng điện Hình trình bày làm sử dụng chuyển đổi CT hệ thống phân phối dây đơn pha Đây cách mà lượng điện phân phối tới người dùng khu dân cư Pha A Pha B thường lệch pha 1800 Thêm hướng dòng điện dễ dàng xác định cách sử dụng cuộn dây sơ cấp ngược cực CT Dòng điện thứ cấp CT chuyển đổi tới điện áp cách sử dụng điện trở gánh hai bên đầu cuộn dây thứ cấp Cần phải cẩn thận sử dụng CT chuyển đổi dòng điện Nếu cuộn thứ hai bỏ ngỏ … khơng có kết nối đến điện trở gánh, điện áp lớn diện đầu thứ cấp Điều gây sốc điện nguy hiểm có khả làm hư hại linh kiện điện tử Khi sử dụng CT cảm biến dòng điện, mạng bù pha cho ứng dụng điện trở shunt nên ngắt Làm điều cách đóng jum JP15/JP25 tháo bỏ C11/C21 Các lọc cưa cho phép hoạt động jum JP1/JP3 hình Hầu hết CT có dịch pha nhỏ vào khoảng 0.1 – 10 tần số 50Hz/60Hz Sự dịch pha lỗi pha dẫn đến lỗi đo lường lượng có nghĩa, đặc biệt hệ số công suất thấp Tuy nhiên, lỗi pha chỉnh lại cho xác cách ghi tới ghi hiệu chuẩn pha (PHCAL[7:0]) ADE7753 Cho ví dụ, thơng báo dải đầu vào tương tự tối đa kênh đặt tới 250mV hệ số khuếch đại Dải đầu vào tương tự tối đa hệ số khuếch đại thiết lập thông qua ghi GAIN  Sử dụng điện trở SHUNT chuyển đổi dòng điện Hình cách sử dụng điện trở shunt để thực chuyển đổi dòng điện tới điện áp cần thiết cho ADE7753 Sử dụng shunt cách hiệu để thực chuyển đổi dòng điện tới điện áp ứng dụng dây đơn pha Khơng có cách ly điều cần thiết ứng dụng dây, shunt có nhiều ưu điểm CT Cho ví dụ, shunt chịu vấn đề bão hòa dc đáp ứng pha shunt tuyến tính dải động rộng Mặc dù shunt chủ yếu điện trở, có yếu tố phản kháng kí sinh (độ tự cảm) mà có trở nên có nghĩa 50Hz/60Hz.Điều có nghĩa rằng, dịch pha nhỏ dùng shunt Một hiểu rõ điều dịch pha dễ dàng bù lại mạng lọc R41/C11 R42/C21 Điện trở shunt sử dụng ví dụ điện trở loại manganin 200µΩ Điện trở shunt nên loại có giá trị thấp để tránh tiêu thụ công suất mức shunt Hình cho thấy cách kết nối shunt đến mạch Hai dây cảm biến nên hàn vào shunt mối nối copper/manganin Hai dây nên xoắn vào thành cặp để giảm diện tích lặp làm giảm hiệu ứng anten Một kết nối với điện áp chung (common-mode) thực điểm kết nối dây dẫn mang dòng  Các đầu vào cảm biến điện áp Các kết nối đầu vào điện áp ADE7753 kết nối trực tiếp với dây điện áp nguồn Dây điện áp làm suy giảm việc sử dụng mạng điện trở đơn giản trước đưa vào ADE7753 Bởi liên quan đến tín hiệu lớn kênh yêu câu dải động nhỏ, điện áp kênh điện cấu hình cấu hình đơn đầu Hình trình bày kết nối phổ biến đường điện áp Chú ý đầu vào tương tự V2N kết nối tới AGND thông qua lọc cưa R57/C54 sử dụng JP10 Do đó, jum JP9 nên bỏ ngỏ Mạng suy giảm điện áp tạo thành từ R53, R54 R56 Mức tín hiệu tối đa chấp nhận V2P 0.5V đỉnh Mặc dù đầu vào tương tự ADE7753 chị ±6V để không bị phá hủy vĩnh viễn dải tín hiệu khơng nên vượt q ±0.5V so với AGND định Mạng suy giảm dễ dàng sử đổi từ người sử dụng để đáp ứng mức tín hiệu đầu vào Tuy nhiên giá trị R56 không nên bị thay đổi để đáp ứng pha kênh phù hợp với đáp ứng pha kênh CÀI ĐẶT CHO MẠCH ADE7753 Hình trình bày loại cài đặt cho mạch ADE7753 Trong ví dụ trình bày đo kWh với hệ thống phân phối dây, đơn pha Đường điện áp kết nối trực tiếp đến mạch hình Chú ý JP7 nên để hở để đảm bảo mạng suy giảm không bị bỏ qua ý sử dụng nguồn cấp Nguồn cấp thứ hai sử dụng cho cách ly quang Với P14 để hở khơng có kết nối điện mạch test điện áp cao PC Nguồn cấp nên có đầu điện áp để Board mạch kết nối với PC cáp có cổng song song Độ dài cáp không nên vượt 2m truyền thơng nối tiếp dễ bị nỗi khơng đốn trước tín hiệu Khi board mạch cáp nguồn kết nối đến PC, phần mềm bật Phần mềm tự động khởi động chế độ đo lượng  Main menu Khi phần mềm khởi động, chương trình tụ động hiểu thị hình menu hình Để dừng phần mềm ta chọn Exit từ menu Mỗi mục danh sách menu khởi động hình để truy cập tới ghi hiển thị thông tin từ ADE7753 Sử dùng phần mềm board dùng với đầy đủ chức đo lượng Khi đường điện áp, dòng test, tần số số đo thiết lập thích hợp, người sử dụng sử dụng hiệu chuẩn để loại bỏ lỗi kết hợp chuyển đổi Đầu CF sử dụng với đếm tần số chuẩn để kiểm tra xác Các tần số đầu CF đo điều chỉnh để phù hợp với tần số CF lý thuyết phần mềm Chú ý hiệu chỉnh thông thường không tự động loại bỏ lỗi không phù hợp pha chuyển đổi dòng điện điện áp Điều cần loại bỏ cách dùng ghi PHCAL ADE7753 Cũng cần ý dải tín hiệu đầu vào hệ số khuếch đại cần phải thiết lập PGA kênh kênh Điều đảm bảo dải tín hiệu đầu từ chuyển đổi phù hợp với đầu vào tương tự Cho ví dụ, cách chọn hệ số khuếch đại PGA kênh 2, tín hiệu đầu vào vi sai đỉnh cài đặt 500mV Trong ví dụ đo trình bày điện áp dây suy giảm xấp xỉ 215 mV rms 304 mV đỉnh Tương tự ví dụ cho kênh 1, giả sử dòng điện tối đa 120 A, tín hiệu đầu vi sai tối đa từ cảm biến di/dt 30mV rms 42 mV đỉnh (giá trị phụ thuộc cảm biến sử dụng) Để cho phép tăng dòng điện, mức tín hiệu đầu vào vi sai full-scale cài đặt tới 62mV cách cài đặt hệ số khuếch đại tới dải đầu vào ADC cài đặt tới 0.125V Truy cập tời PGA cho phép cửa sổ đo công suất phản kháng, công suất thực công suất biểu kiến  Hiệu chuẩn đo Để hiệu chuẩn đo lượng, đường điện áp, dòng test, đường tần số số đo cần phải đưa vào, trình bày hình Trong ví dụ này, đường điện áp 220V, dòng điện test 5A, tần số 50Hz số đo cần thiết 3200 imp/kWh Khi tham số nhập vào, mạch điện áp dòng điện tiếp lượng, lượng chọn, click tới nút nhấn Calibrate Phần mềm thực việc hiệu chuẩn thông thường tự động khởi động tới ghi lượng Hiệu chuaanrn hồn thành việc thay đổi ghi CFDEN, CFNUM WGAIN (hoặc VAGAIN), điều giải thích datasheet ADE7753 Tần số đầu CF đo sau điều chỉnh cho phù hợp với tần số CF lý thuyết phần mềm Để ghi tới thành ghi CFNUM, CFDEN WGAIN hiệu chỉnh tay, click vào Adjust Values Cần hiệu chuẩn trước làm việc để tính tần số đích Đảm bảo mức tín hiệu tương tự phù hợp với mức tín hiệu đầu chuyển đổi mô tả trước  MENU SELECTIONS Các danh sách chọn lựa bao gồm: Interrupt Registers, Active Energy, Reactive Energy, Apparent Energy, Offsets, Power Quality Information, Line Accumulation, Calibration, and Teperature Các ghi trạng thái ngắt mặt lạ mô tả datasheet ADE7753 có khả truy cập từ cửa sổ ghi ngắt Trong cửa sổ Active Energy, Reactive Energy, Apparent Energy người sử dụng hiển thị bảng liệu, cấu hình khởi động lại thành phần cách ghi tới ghi cần thiết đọc ghi lượng Thêm nữa, dạng sóng lấy mẫu có sẵn bảng chọn lựa Kênh 1, kênh 2, công suất tác dụng ghi offset rms có khả truy cập thông qua chọn lựa offset từ menu Người sử dụng chỉnh sửa hiển thị rms, peak ghi SAG từ sổ Power Quality Thêm ghi trạng thái mặt nạ liên quan biểu diễn sổ Cửa sổ Line Accumulation cho phép hiểu thị cơng suất tác dụng lích lũy, lượng tích lũy VA lượng phản ứng Để bắt đầu đường tích lũy, nút nhấn Start Read Số chu kỳ thay đổi sổ lúc  Chương trình dạng sóng lấy mẫu Trong chế độ này, phần mềm lập trình ADE7753 cho dạng sóng lấy mẫu với tốc độ cập nhật 3.5kSPS (CLKIN/1024) Người sử dụng định nghĩa số mẫu cần lấy chọn dạng sóng tín hiệu để truyền nhận Tùy chọn cho kênh 1, kênh đa kênh Ba tham số xử lý dạng sóng hiển thị giá trị rms, giá trị trung bình độ lệch chuẩn Để so sánh ghi điện áp dòng điện hiệu dụng trình bày cửa sổ waveform sampling Chương trình waveform sampling truy cập từ cửa sổ Active Energy, Reactive Energy, Apparent Energy, hoawcjj Power Quality cách nhấn nút nhấn waveform sampling Khi sử dụng đặc tính với tín hiệu sóng SIN, người sử dụng nên hiểu rõ mẫu biểu diễn số nguyên lần chu kỳ tín hiệu chọn giá trị rms giá trị trung bình bị lệch Để cho số lượng mẫu chọn cho số nguyên lần chu kỳ tín hiệu:  Đo lỗi pha CT sử dụng ADE7753 ADE7753 đo lỗi pha với cảm biến dòng điện suốt q trình hiệu chuẩn ADE7753 có lỗi pha khơng đáng kể (PHCAL = 00hex), lỗi thành phần bên nhỏ (