Diseño de contador eléctrico multifunción trifásico
E A2302
Concurso Nacional de Diseño Electrónico para Estudiantes Universitarios
(2010)
Contador eléctrico multifunción trifásico (Pregunta E )
Especificación de diseño
Septiembre de 2010
Contenido
Resumen I
Comparación de esquemas y Demostración 1
1.1 Selección de la solución general 1
1.2 Selección y comparación de módulos de funciones principales 1
1.2.1 Módulo de medición de parámetros de energía eléctrica……… …………… …………1
1.2.2 Módulo de detección de tensión y corriente………………………………2
2 Análisis teórico y cálculo 2
2.1 Módulo de detección de señal 2
2.2 Principio de medición del chip 3
3. Diagrama de circuito y documentos de diseño relacionados 4
3. 1 Fuente de alimentación CC 4
3.2 Módulo de detección 4
3.3 Chip de medición ATT7022……………………………………5
3.4 Módulo de visualización……………………………………………………...6
3.5 Módulo de comunicación……………… …………… ……………6
3.6 Diagrama de flujo de diseño de software…………………………………………..7
4. 8
5. Resultados y análisis de las pruebas………………………………………………………….8
Resumen
Referencias
Resumen
Esta solución consta principalmente de un circuito de detección, chip especial de medición de energía ATT7022, microcontrolador 89C52, LCD de 128×64, botones, RS485. Está compuesto por piezas de comunicación, comunicación por infrarrojos y fuente de alimentación. La señal de corriente (voltaje) en el circuito pasa a través del transformador de corriente (voltaje), y la señal de corriente fuerte se convierte en una señal de corriente débil segura. Los datos de medición se transmiten al microcontrolador a través de ATT7022, y el microcontrolador controla el 128 ×. 64 Pantalla LCD También hay botones para seleccionar la pantalla Medir datos y ampliar las funciones de comunicación RS485 y por infrarrojos. Debido a que ATT7022 tiene una precisión extremadamente alta y puede cumplir con los requisitos de precisión de medición de nivel 1, dado que el núcleo del transformador tiende a saturarse, cuando ocurre sobretensión o sobrecorriente en la línea eléctrica, su salida no aumentará proporcionalmente, lo que puede proteger el equipo del instrumento de medición. .
Palabras clave: chip medidor MCU ATT7022 prueba de parámetros eléctricos trifásicos Comunicación RS485
Comunicación por infrarrojos
Resumen
Este esquema consiste principalmente en Circuito de detección, chips ATT7022 de medición de energía especial, 89C52, pantalla LCD de 128 * 64, tecla, comunicación RS485, comunicación por infrarrojos y alimentación. La corriente en el circuito por señal de corriente (transformador de voltaje, señales de alto voltaje (voltaje) se convierten en electricidad Señal, el ATT7022 de seguridad a través de los datos de medición a SCM mediante control de microcomputadora de un solo chip, pantalla LCD de 128 * 64 y botones pueden elegir mostrar los datos medidos y expandir la función de comunicación por infrarrojos y RS485 debido a la alta precisión, ATT7022 puede alcanzar. Requisito de precisión de medición de 1 nivel, y debido a que el núcleo del transformador tiende a saturarse, cuando aparece el voltaje o la corriente de la línea eléctrica, la salida aumentará, en proporción al equipo de medición a proteger.
Palabra clave: chip de medición 89C52 ATT7022 Prueba de parámetros eléctricos trifásicos
Comunicación serie RS485 Comunicación por infrarrojos
Comparación y demostración de un plan
1.1 Selección del plan general
Ideas de implementación
La tarea de este diseño es crear un sistema que pueda controlar simultáneamente el voltaje trifásico, la corriente trifásica, la potencia activa trifásica, la potencia reactiva trifásica y la potencia total. potencia activa y multímetro digital para medir potencia reactiva total, factor de potencia, frecuencia de red, energía activa y energía reactiva.
1.2 Selección y comparación del módulo de funciones principales
1.2.1 Módulo de medición de parámetros de energía eléctrica
Opción 1: esta solución utiliza ADE7755 para medir la energía eléctrica porque tres piezas El chip ADE7755 mide la energía activa de cada fase por separado y luego la suma a la energía activa total de las tres fases. Esto hace que el circuito de medición de energía ocupe un gran espacio en la placa de circuito y tenga líneas densas, lo que resulta en una mala calidad. capacidad antiinterferencia del medidor. El costo es alto, lo que resulta en que el rendimiento del costo del producto es bajo; el error de ADE7755 es inferior al 0,1 % dentro del rango dinámico de 500:1. Los parámetros del chip de medición de energía eléctrica no lo son. ajustable, lo que reduce la precisión de la medición del medidor.
Opción 2: Esta solución utiliza el chip ATT7022 para medir la energía eléctrica. ATT7022 puede medir con precisión el voltaje, la corriente, la frecuencia, la potencia, la energía eléctrica y otros parámetros de la red eléctrica. operar dentro del rango de trabajo dinámico de entrada (1000:1), el error de medición no lineal puede alcanzar una precisión de menos del 0,1 %. ATT7022 puede configurar el registro para que sea adecuado para trifásico de tres hilos y trifásico de cuatro hilos; entornos de trabajo; también puede proporcionar detección de secuencia de fase de corriente y voltaje; y el parámetro de valor efectivo de la corriente tiene una precisión del valor efectivo superior al 0,5%. Cumple bien con los requisitos de diseño para funciones de medición, parámetros técnicos y precisión. Entonces elige la opción dos.
1.2.2 Módulo de detección de voltaje y corriente
La placa de adquisición de señal proporciona a la placa de procesamiento de señal la corriente y el voltaje a recolectar, y aísla la señal de interferencia para evitar que entre. la placa de circuito de control principal. En la parte de detección de señales, existen dos métodos de detección que utilizan un transformador y un sensor Hall.
Opción 1: Utilizar sensores Hall para recoger parámetros eléctricos trifásicos. Los sensores Hall tienen un rendimiento superior, pero son más caros.
Opción 2: Utilizar transformadores de corriente y tensión para recoger parámetros eléctricos trifásicos. Los transformadores de corriente y voltaje son transformadores especiales que convierten grandes corrientes (altos voltajes) en pequeñas corrientes (bajos voltajes), lo que permite que las corrientes débiles controlen las corrientes fuertes y garantizan la seguridad del sistema eléctrico. Dado que el núcleo del transformador tiende a saturarse, cuando se produce sobretensión o sobrecorriente en la línea eléctrica, su salida no aumentará proporcionalmente, lo que puede proteger el equipo del instrumento de medición. Esta función cumple con los parámetros técnicos requeridos por el diseño y puede soportar sobrecorriente y sobretensión durante un cierto período de tiempo. El rendimiento del transformador en este probador básicamente puede cumplir con los requisitos de diseño y el costo es razonable, por lo que este diseño adopta el método del transformador.
2. Análisis teórico y cálculo
2.1 Módulo de detección de señal
La señal eléctrica fuerte en el circuito se convertirá en una señal eléctrica débil después de pasar por el Transformador Según nuestra selección Con el modelo de transformador, el voltaje CA de 380 V se convierte en un voltaje CA de 0,5 V y la corriente CA de 5 A se convierte en 2 mA.
Lo que recoge el módulo de adquisición de señal debe ser voltaje, por lo que conectamos una resistencia en paralelo al extremo de salida del transformador de corriente, para que la señal de corriente se pueda convertir en la señal de voltaje requerida por el módulo de adquisición. .
2.2 Principio de medición del chip
Valor efectivo actual:
i (t)-----valor instantáneo actual
Tensión efectiva Valor: u (t)----Valor instantáneo de tensión
Factor de potencia:
Potencia combinada trifásica de tres hilos:
Trifásica de cuatro -potencia de fase combinada de cables:
Potencia reactiva monofásica: El método de medición de la potencia reactiva es similar al de la potencia activa, excepto que la señal de voltaje está desfasada en 90.
Potencia activa monofásica: La potencia activa de cada fase se obtiene realizando una serie de procesamientos de señales digitales como multiplicación, suma y filtrado digital de las señales de corriente y voltaje después de retirar el componente DC.
Energía activa: La energía activa se obtiene integrando potencia activa instantánea en el tiempo.
Tres diagramas de circuitos y documentos relacionados
3.1 Fuente de alimentación CC
La fuente de alimentación CC se obtiene transformando la tensión de la red mediante transformación, rectificación, filtrado y estabilización. Este probador utiliza la fase A para obtener un voltaje de 220 V, luego lo convierte a voltaje de CA de 9 V a través de un transformador y luego lo convierte a voltaje de CC a través del puente rectificador y el chip estabilizador de voltaje 7805. Finalmente, después del filtrado, se puede obtener un voltaje de CC de +5 V. ser obtenido. Esta fuente de alimentación de CC suministra energía al microcontrolador, al chip ATT7022, al LCD de 128×64 y al chip 485.
El diagrama del circuito de alimentación de CC se muestra en 3-1.
3-1 Diagrama de diseño del circuito de alimentación de CC
3.2 Módulo de detección
La señal detectada por el módulo de adquisición de señal debe ser una señal de voltaje, por lo que en el Salida del transformador de corriente. Se conecta una resistencia en paralelo para convertir la señal de corriente en la señal de voltaje requerida por el módulo de detección. Todas las señales de los pines V1P, V1N, V2P y V2N en la figura se envían a ATT7022 para su procesamiento. REFOUT es el voltaje de polarización de CC de ATT7022, que es de aproximadamente 2,4 V durante el funcionamiento normal. El diagrama del circuito del módulo de detección de señal se muestra en 3-2.
3-2 Diagrama del circuito del módulo de detección de señal
3.3 Chip de medición ATT7022
ATT7022 es un chip de medición especial de energía eléctrica trifásico de alta precisión, adecuado para Aplicaciones trifásicas de tres hilos y trifásicas de tres hilos. Puede medir la potencia activa y reactiva, la potencia aparente, la energía activa y reactiva de cada fase, y también puede medir la corriente, el voltaje, el valor efectivo, el factor de potencia, la frecuencia del ángulo de fase y otros parámetros de cada fase, cumpliendo plenamente con los requisitos de Contadores eléctricos multifunción trifásicos. El diagrama del circuito de calibración de potencia activa y reactiva del instrumento se muestra en 3-3 (a), y el diagrama de conexión de pines del ATT7022 se muestra en 3-3 (b).
3-3(a) Circuito de calibración de potencia activa y reactiva del instrumento
3-3(b) Diagrama de conexión de pines ATT7022
3.4 Módulo de visualización
El módulo de visualización utiliza una pantalla LCD de matriz de puntos de 128 × 64 para mostrar los parámetros de medición, y todos los datos de medición se pueden mostrar girando la pantalla.
3.5 Módulo de comunicación
El módulo de comunicación utiliza comunicación de interfaz RS485 y comunicación por infrarrojos. El módulo de comunicación se utiliza principalmente para la transmisión de datos. El módulo de comunicación RS485 transmite los valores medidos de cada parámetro a la computadora host a través de la interfaz RS485, el módulo de comunicación por infrarrojos envía los valores de cada parámetro medido por el probador y el módulo receptor conectado a la computadora host recibe los valores. datos para visualización remota.
3.6 Diagrama de flujo de diseño de software
Cuatro métodos e instrumentos de prueba
Análisis de resultados de cinco pruebas
Resumen
En este diseño, para completar mejor los requisitos de diseño, concebimos una variedad de soluciones considerando las funciones de prueba, la precisión de la medición y otros aspectos, seleccionamos la mejor solución, utilizamos ATT7022 como chip de medición central, 89C51. se utiliza como chip de control, que emite y muestra las señales recopiladas, y está equipado con botones para girar la pantalla para mostrar datos, y también expande las comunicaciones RS485 e infrarrojas.
Referencias
[1] Kang Huaguang, Chen Daqin. Parte de simulación básica de la tecnología electrónica (cuarta edición) [M Beijing: Higher Education Press, 2005
[2] Editor del Grupo de Investigación y Enseñanza de Electrónica de la Universidad de Tsinghua, editor en jefe Tong Shibai. Fundamentos de la tecnología electrónica analógica (segunda edición) [M Beijing: Higher Education Press, 1988.
[3] Huang Zhiwei. Tutorial de capacitación en diseño electrónico para estudiantes de la Universidad Nacional [M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2005.
[4] Programación en C de Tan Haoqiang [M]. Tsinghua University Press, 2005.
[5] Ma Zhongmei. Diseño de programa de aplicación en lenguaje C para microcomputadora de un solo chip [M Beijing: Beihang University Press, 2001.
[6]. Sun Xiaozi. Manual práctico de circuitos electrónicos (volumen analógico) [M]. Beijing: Higher Education Press, 1992.
[7] Yan Shi. , 2005.
[8]Manual del usuario de ATT7022a 28 de marzo de 2005
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