وفقًا لمبدأ تصميم عداد الطاقة، يمكن تقسيمه بشكل أساسي إلى ثماني وحدات: وحدة الطاقة، وحدة العرض، وحدة التخزين، وحدة أخذ العينات، وحدة القياس، وحدة الاتصالات، وحدة التحكم، ووحدة معالجة MUC. تؤدي كل وحدة مهامها الخاصة من خلال وحدة معالجة MCU، مما يضمن التكامل والتنسيق الموحدين، ويدمجها في وحدة واحدة.
1. وحدة الطاقة لعداد الطاقة
وحدة الطاقة في عداد الطاقة هي مركز الطاقة للتشغيل العادي للعداد. وظيفتها الرئيسية هي تحويل الجهد العالي (220 فولت تيار متردد) إلى مصدر طاقة منخفض الجهد (12 فولت تيار مستمر، 5 فولت تيار مستمر، 3.3 فولت تيار مستمر)، مما يوفر مصدر الطاقة التشغيلي لرقاقة وجهاز الوحدات الأخرى في عداد الطاقة. هناك ثلاثة أنواع شائعة الاستخدام من وحدات الطاقة: المحولات، ووحدات خفض الجهد بالمقاومة والسعة، ووحدات التبديل.
نوع المحول: يتم تحويل مصدر الطاقة AC 220 إلى AC 12V من خلال المحول، مما يحقق نطاق الجهد المطلوب في التصحيح وخفض الجهد وتنظيمه. يتميز بانخفاض الطاقة، وثبات عالٍ، وسهولة التداخل الكهرومغناطيسي.
مزود طاقة مُخفِّض للمقاومة والسعة هو دائرة تستخدم المفاعلة السعوية المُولَّدة من مُكثِّف عند تردد مُحدَّد لإشارة تيار مُتردِّد للحدِّ من أقصى تيار تشغيل. يتميز بحجمه الصغير، وكلفته المنخفضة، وقدرته المنخفضة، واستهلاكه العالي للطاقة.
يتم تحويل مصدر الطاقة عبر أجهزة تحويل إلكترونية للطاقة (مثل الترانزستورات، ترانزستورات MOS، الثايرستورات القابلة للتحكم، إلخ)، عبر دائرة التحكم، مما يسمح بتشغيل وإيقاف أجهزة التحويل الإلكترونية بشكل دوري، مما يسمح بتعديل نبضات جهد الدخل، مما يحقق تحويل الجهد وضبط جهد الخرج، مع وظيفة تنظيم الجهد تلقائيًا. يتميز باستهلاك منخفض للطاقة، وحجم صغير، ونطاق جهد واسع، وتداخل عالي التردد، وسعر مرتفع.
في تطوير وتصميم عدادات الطاقة، وفقًا لمتطلبات وظيفة المنتج، وحجم الحالة، ومتطلبات التحكم في التكاليف، ومتطلبات السياسة الوطنية والإقليمية لتحديد نوع مصدر الطاقة.
2. وحدة عرض عداد الطاقة
تُستخدم وحدة عرض عداد الطاقة بشكل أساسي لقراءة استهلاك الطاقة، وهناك العديد من أنواع العرض بما في ذلك الأنبوب الرقمي والعداد والشاشة العاديةشاشة LCD، شاشة LCD نقطية، شاشة LCD تعمل باللمس، إلخ. يمكن لطريقتي العرض للأنبوب الرقمي والعداد عرض استهلاك الكهرباء بشكل فردي فقط، ومع تطور الشبكة الذكية، يتطلب الأمر المزيد والمزيد من أنواع عدادات الكهرباء لعرض بيانات الطاقة، ولا يمكن للأنبوب الرقمي والعداد تلبية عملية الطاقة الذكية. شاشة LCD هي وضع العرض السائد في عداد الطاقة الحالي، وفقًا لتعقيد محتوى العرض في التطوير والتصميم، سيتم اختيار أنواع مختلفة من LCD.
3. وحدة تخزين عداد الطاقة
تُستخدم وحدة تخزين عداد الطاقة لتخزين معلمات العداد، والكهرباء، والبيانات التاريخية. أجهزة الذاكرة الشائعة الاستخدام هي شريحة EEP، وشريحة الفيروكهربائية، وشريحة الفلاش. لهذه الأنواع الثلاثة من شرائح الذاكرة تطبيقات مختلفة في عداد الطاقة. الفلاش هو نوع من ذاكرة الفلاش يُخزّن بعض البيانات المؤقتة، وبيانات منحنى الحمل، وحزم ترقية البرامج.
ذاكرة EEPROM هي ذاكرة قراءة فقط قابلة للمسح والبرمجة، تتيح للمستخدمين مسح وإعادة برمجة المعلومات المخزنة فيها، سواءً على الجهاز أو عبر جهاز مخصص، مما يجعلها مفيدة في الحالات التي تتطلب تعديل البيانات وتحديثها بشكل متكرر. يمكن تخزين EEPROM مليون مرة، ويُستخدم لتخزين بيانات الطاقة، مثل كمية الكهرباء، في عداد الطاقة. وتلبي أوقات التخزين متطلبات عداد الطاقة طوال دورة حياته، كما أن سعرها منخفض.
تستخدم الرقاقة الكهروضوئية خصائص المواد الكهروضوئية لتحقيق سرعة عالية، واستهلاك منخفض للطاقة، وموثوقية عالية في تخزين البيانات، وعمليات منطقية، وأوقات تخزين تصل إلى مليار مرة؛ ولا تُفرغ البيانات بعد انقطاع التيار الكهربائي، مما يجعل الرقاقات الكهروضوئية تتميز بكثافة تخزين عالية، وسرعة عالية، واستهلاك منخفض للطاقة. تُستخدم الرقاقات الكهروضوئية غالبًا في عدادات الطاقة لتخزين الكهرباء وبيانات الطاقة الأخرى، وهي مرتفعة السعر، وتُستخدم فقط في المنتجات التي تتطلب تخزينًا عالي التردد.
4، وحدة أخذ العينات من عداد الطاقة
وحدة أخذ العينات في عداد الواط-ساعة مسؤولة عن تحويل إشارة التيار والجهد العاليين إلى إشارة تيار وجهد منخفضين لتسهيل التقاط عداد الواط-ساعة. أجهزة أخذ عينات التيار الشائعة الاستخدام هي:ناور, محول التيار، ملف روش، وما إلى ذلك، عادة ما يعتمد أخذ العينات من الجهد على أخذ العينات الجزئية ذات الجهد العالي الدقة.
5، وحدة قياس عداد الطاقة
الوظيفة الرئيسية لوحدة قياس العداد هي إكمال اكتساب التيار والجهد التناظري، وتحويل التناظرية إلى رقمية؛ ويمكن تقسيمها إلى وحدة قياس أحادية الطور ووحدة قياس ثلاثية الطور.
6. وحدة اتصال عداد الطاقة
تُعدّ وحدة اتصالات عدادات الطاقة أساس نقل البيانات وتفاعلها، وأساس بيانات الشبكة الذكية، والذكاء الاصطناعي، والإدارة العلمية الدقيقة، وأساس تطوير إنترنت الأشياء لتحقيق التفاعل بين الإنسان والحاسوب. في الماضي، كانت وسائل الاتصال المتاحة تقتصر بشكل رئيسي على الأشعة تحت الحمراء، وRS485. ومع تطور تكنولوجيا الاتصالات وإنترنت الأشياء، توسع نطاق خيارات وسائل اتصال عدادات الطاقة، بما في ذلك PLC، وRF، وRS485، وLoRa، وZigbee، وGPRS، وNB-IoT، وغيرها. بناءً على سيناريوهات التطبيق المختلفة ومزايا وعيوب كل وسيلة اتصال، يتم اختيار وسيلة الاتصال المناسبة لاحتياجات السوق.
7. وحدة التحكم في عداد الطاقة
وحدة التحكم في عداد الطاقة قادرة على التحكم في حمل الطاقة وإدارته بفعالية. الطريقة الشائعة هي تركيب مرحل تثبيت مغناطيسي داخل عداد الطاقة. تتم إدارة حمل الطاقة والتحكم فيه من خلال بيانات الطاقة، ومخطط التحكم، والأوامر الفورية. تشمل الوظائف الشائعة في عداد الطاقة مرحل فصل التيار الزائد والحمل الزائد للتحكم في الحمل وحماية الأسلاك؛ والتحكم في وقت التشغيل وفقًا للفترة الزمنية؛ وفي وظيفة الدفع المسبق، لا يكفي الرصيد لفصل المرحل؛ ويتم تحقيق وظيفة التحكم عن بُعد عن طريق إرسال أوامر فورية.
8، وحدة معالجة وحدة التحكم الدقيقة لمقياس الطاقة
وحدة معالجة MCU لمقياس واط الساعة هي عقل مقياس واط الساعة، والتي تحسب جميع أنواع البيانات، وتحول وتنفذ جميع أنواع التعليمات، وتنسق كل وحدة لتحقيق الوظيفة.
عداد الطاقة هو جهاز قياس إلكتروني مُعقّد، يجمع بين مجالات متعددة من التكنولوجيا الإلكترونية، وتكنولوجيا الطاقة، وتكنولوجيا قياس الطاقة، وتكنولوجيا الاتصالات، وتكنولوجيا العرض، وتكنولوجيا التخزين، وغيرها. يتطلب الأمر دمج كل وحدة وظيفية وكل تقنية إلكترونية لتشكيل وحدة متكاملة، وذلك لإنتاج عداد واط/ساعة مستقر وموثوق ودقيق.
وقت النشر: ٢٨ مايو ٢٠٢٤