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基于SPI总线和ADE77xx专用芯片的三相多功能电度表的原理与应用

作者: 时间:2012-11-02 来源:网络 收藏
引言

我国经过二十多年的改革开放和技术引进,在高技术方面已与国外缩小了不少差距,但能源利用效率,尤其是电能的综合利用率仍然差距较大。“十一五”规划提出了达到同一GDP增长率需节能20%的奋斗目标,以科学的发展观,创新、节能、环保是当前技术革命的三大重点。

我国是能源消耗大国,而能源又十分缺乏,它极大地制约了我国国民经济的健康、快速、持续发展,因此一方面要大力寻找新能源,如风能、核能、太阳能,同时又要大力节约能源。

系列专用电能计测芯片如表1所示和单片微机组合而成的多功能、峰谷用电,是目前的主流,应大力推广。

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笔者曾用[1]把ADE7758[2]和MCU组成多功能——峰谷用电、,下面就研制过程中的一些关键问题作一简要介绍,与同行商榷。

1 工作原理

1.1 原理框图

电度表主要有信号采集传感器和电压、电流取样电路、计量芯片和电能脉冲输出驱动电路、MCU单片微机、外扩铁电E2PROM、晶体和时钟电路、128×64点阵LCD、RS485及隔离驱动串行接口、开关量输出、4~20mA模拟量输出、键盘接口等组成。ADE7758、E2PROM、RTC等3种芯片与MCU之间用、CS片选和不同中断引线连接成系统。上述系统较容易实现0.5级多功能电度表。

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图1 电度表原理框图

1.2 三相电压、三相电流取样电路

电压取样采用玻膜合金制成的微型电压型电流互感器(PT),其变比为2mA/2mA,在电压动态范围为(50~200)%Un(Un为额定电压,AC220或AC380)时其比差非线性度为±0.1%,角差非线性度为±5角分。负载阻抗≤300Ω。电压互感器输出直接与ADE7758相连,单端输入,电路结构如图2所示。

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图2 电压采样电路

当输入电压为AC220V时,图2中R用金属氧化膜电阻,其温度系数应选得较小。RL为总的负载电阻,应≤300Ω,~280V时为满量程。R1、C1为抗混叠滤波。
当输入电压为AC380V时,图2中电阻R取200 kΩ/2W×2,AC500V满量程。

电流取样选用高精度微型电流互感器CT,电路结构如图3所示。与ADE7758的连接采用差动输入,以提高抗共模干扰能力。

CT1为0.2级电力电流互感器,仪表可测最大电流为7000A,K1(CT1互感器变比,1~1400倍,可根据主回路电流I1大小选择K1)为CT1变比,K1=I1/I2,I2一般取5A,根据用户需要也可选1A或其他电流。

CT2为玻膜合金制成的微型电流互感器,K2(CT2的变比)一般取5A/5mA(为1000倍),原边输入电流(I2)的5%~120%(250mA~6A)范围内比差非线度为±0.1%,负载阻抗
(R)≤100Ω,角差非线度±5角分。R取值与ADE7758输入量程有关。

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图3 电流采样电路

1.3 ADE7758专用芯片

ADE7758具有6路24位Σ—ΔADC,采样速率最高为26kSPS,三路电流采样为差动输入,抗共模干扰能力较强,三路电压采样为单端输入。电压和电流信号最大输入为±0.5V,±0.25V,±0.125V,可编程增益控制。AD具有内部基准参考电压,若电度表的测量精度高于0.5级(如需制造0.2级,0.1级)时建议使用AD公司的高精度电压基准芯片(如ADR441B;2.500V±1mV,3PPm/℃)。

电度表相关文章:电度表原理



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