ЕЛЕКТРОНЕН ТРИФАЗЕН ЕЛЕКТРОМЕРдоц. ктн Стефан Йорданов Овчаров - ТУ-Софиягл. ас. Велико Георгиев Великов - ТУ-Софиягл. ас. Петър Иванов Якимов- ТУ-СофияС повишаване на цената на електроенергията и неговото отражение върхуцените на всички стоки и услуги, се появява необходимост от точното йизмерване. За нуждите на промишлеността е важно да се отчита разхода наактивна и реактивна енергия. Това налага разработването на електронентрифазен електромер за активна и реактивна енергия, отговарящ на БългарскиДържавен Стандарт и конкурентноспособен по цена и възможности навнасяните от чужбина. В статията се предлага електронен трифазен електромер за активна иреактивна енергия с клас на точност 1.0 за активна енергия и 2.0 за реактивнаенергия, с номинално напрежение 220V и номинален ток 10(50)A. Електромерът се състои от два модула: преобразувателен иизмервателен. Преобразувателниятмодулсъдържатриактивниелектроннипреобразувателя на ток в напрежение и три входни делителя за намаляванеамплитудата на мрежовото напрежение до необходимата за измерванестойност. Измервателният модул изпълнява следните задачи: - измерва мощността и електрическата енергия, - визуализира резултатите, - подържа информация за реалното време, - извършва обмен на данни по оптически интерфейс с пулт за събиране наинформация. Отанализаназадачитенаизмервателниямодулпроизтичанеобходимостта от многоканален аналого-цифров преобразувател, часовник зареално време, фотоимпулсни изходи за проверка на точността при измерванена стойността на енергията, блок за индикация и блок за оптически интерфейсза предаване на данни. Съгласно изискванията на стандартизационнитедокументи консумацията на електромера трябва да бъде по-малка от 4VA нафаза. Формулираните изисквания могат да бъдат удовлетворени чрезизползване в измервателния модул на едночиповия микроконтролер MC68HC11 на фирмата MOTOROLA. Трите сигнала, съответстващи на фазните токове семултиплексират с аналоговия мултиплексор DA1. Тъй като вградения аналого-цифров преобразувател на микроконтролера е осем битов, за да се постигнеисканата точност се налага допълнително усилване до 256 пъти. Това сепостига с програмируем усилвател, изграден с операционния усилвател DA2 ианалоговите мултиплексори DA3 и DA4, с коефициенти на усилване 1, 2, 4, 8,16, 32, 64, 128 и 256. Изходният сигнал на програмируемия усилвател се подавакъм първия вход на аналого-цифровия преобразувател. Към втория, третия ичетвъртия входове се подават сигналите за входните фазни напрежения. За измерване на честотата към входовете на таймерите IC1, IC2 и IC3 сеподават правоъгълни импулси, формирани от входните фазни напрежения.
--------------------------------------------------------------------------------
Page 2
Това се налага от използвания метод за измерване на активна и реактивнаенергия. Изходите на таймерите OC2 и OC3 се използват за формиране наимпулси, пропорционални съответно на активната и реактивната енергия. Блокът за точно време е изграден с интегралната схема MC68HC68 на фирматаMOTOROLA. Връзката му с микроконтролера се осъществява по синхроннияинтерфейс SPI. Информацията се визуализира с течнокристален буквено-цифров матричен дисплей, който има два реда с по 16 знака. За комуникация с пулт за събиране на информация е изграден оптическиинтерфейс. Използват се асинхронния вход RxD и асинхронния изход TxD заприемане и предаване на данните. За подобряване на шумоустойчивостта сеизползва модулация. За целта предавателят е изграден с генератор с тригер наШмит (DD9D), а приемникът с филтър и усилвател DA5. Програмното осигуряване е записано в памет EPROM, а за данни сеизползва вътрешната RAM памет на микроконтролера. За съхраняване накалибриращи константи се използва енергонезависимата памет EEPROM намикроконтролера. За да не спира работата на часовника за реално време приотпадане на мрежовото напрежение захранването му се буферира с литиевабатерия. Главна особеност на измервателния процес е използването на честота надискретизация, която не е постоянна, а се управлява от честотата на мрежата. Тази специфична особеност дава следните предимства: - намаляване на необходимите изчисления, - силно подтискане на смущения от сигнали със случаен характер и- намаляване на времето за установяване на индикацията. Честотата на дискретизация се получава от синтезатор на честота сфазозатворена верига, използващ честотата на мрежата като водеща. По тозиначин в един период на напрежението се получават цял брой периоди надискретизиращата честота. Синтезаторът на честота е изграден апаратно-програмно, като се използватаймерната система на микроконтролера. Този метод въвежда ъглова грешкапри измерването, която се получава от промяна на момента на стробиране. Присистемна честота на микроконтролера 2 MHz, моментът на стробиране може дасе отмести най-много на 0,5µs. Това време се трансформира в ъглова грешка от0,01°. Грешка при формиране на честотата на дискретизация се получава и отгрешката при измерване на мрежовата честота. Останалите източници нагрешки са стандартни - грешка от офсета на усилвателите, грешка отдискретизация и др. Тези грешки се компенсират програмно при калибровкатана електромера със записване на подходящи калибровъчни константи. Избрана е честота на дискретизация 32 пъти по-голяма от честотата наелектрическата мрежа. Измерването на енергията се извършва чрез измерване на мощността навсяка фаза и интегрирането й. Активната мощност се определя по формулата:
--------------------------------------------------------------------------------
Page 3
31 Pi = 1/32 * ΣUi(n) * Ii(n) n=0 Реактивната мощност се определя по формулата: 23 Qi = 1/32 * ΣUi(n) * Ii(n+8) + n=0 31+1/32 * ΣUi(n) * Ii(n-24) n=24 Активната и реактивната енергии се получават след интегриране насъответните мощности по формулите: Eact= ΣP(t)* ∆t t=0 Ereact= ΣQ(t)* ∆t t=0 ОписаниятелектромереразработенвПроблемнатанаучноизследователска лаборатория по полупроводникова схемотехника къмкат."Електронна техника" на ТУ-София и е изследван в лаборатория"Електрическа енергия и мощност" към Националния център по метрология, закоето има издадено свидетелство за калибриране NoEE-07-067 от 07.08.95г