Selon le principe de fonctionnement du compteur d'énergie, celui-ci se compose principalement de huit modules : alimentation, affichage, stockage, échantillonnage, comptage, communication, contrôle et microcontrôleur (MCU). Chaque module remplit sa fonction, le microcontrôleur assurant l'intégration et la coordination nécessaires à l'ensemble.
1. Module de puissance du compteur d'énergie
Le module d'alimentation du compteur d'énergie est le centre énergétique nécessaire à son fonctionnement. Sa fonction principale est de convertir la haute tension alternative de 220 V en une basse tension continue de 12 V, 5 V ou 3,3 V, alimentant ainsi les puces et les dispositifs des autres modules du compteur. On distingue généralement trois types de modules d'alimentation : les transformateurs, les convertisseurs résistance-capacité et les alimentations à découpage.
Type de transformateur : L’alimentation 220 V CA est convertie en 12 V CA par le transformateur, qui effectue le redressement, l’abaissement et la régulation de la tension pour atteindre la plage de tension requise. Faible consommation, grande stabilité, sensibilité aux interférences électromagnétiques.
L'alimentation abaisseuse à résistance-capacité est un circuit qui utilise la réactance capacitive générée par un condensateur sous une certaine fréquence de signal alternatif pour limiter le courant de fonctionnement maximal. Elle se caractérise par sa petite taille, son faible coût, sa faible consommation et sa forte consommation d'énergie.
L'alimentation à découpage utilise des dispositifs de commutation électroniques de puissance (transistors, transistors MOS, thyristors, etc.) et un circuit de commande pour commuter périodiquement ces dispositifs. Cette commutation module la tension d'entrée par impulsions, permettant ainsi la conversion de tension et le réglage de la tension de sortie. Elle offre une fonction de régulation automatique de la tension. Ses avantages sont une faible consommation, une taille réduite, une large plage de tension, mais une sensibilité aux interférences haute fréquence et un prix élevé.
Lors du développement et de la conception des compteurs d'énergie, le type d'alimentation électrique doit être déterminé en fonction des exigences fonctionnelles du produit, de la taille du boîtier, des exigences de contrôle des coûts et des exigences politiques nationales et régionales.
2. Module d'affichage du compteur d'énergie
Le module d'affichage du compteur d'énergie sert principalement à mesurer la consommation électrique. Il existe différents types d'affichage, notamment à tube numérique, à compteur et à affichage classique.LCDLes écrans LCD matriciels, tactiles, etc., sont autant de méthodes d'affichage possibles. Les tubes numériques et les compteurs, quant à eux, ne permettent d'afficher qu'une seule donnée : la consommation électrique. Avec le développement des réseaux intelligents, de plus en plus de compteurs électriques doivent afficher les données de consommation. Or, les tubes numériques et les compteurs ne répondent plus aux exigences de la gestion intelligente de l'énergie. L'écran LCD est aujourd'hui la norme pour les compteurs d'énergie. Le choix du type d'écran dépend de la complexité des informations à afficher lors de la conception et du développement.
3. Module de stockage du compteur d'énergie
Le module de stockage du compteur d'énergie sert à enregistrer les paramètres du compteur, la consommation d'électricité et les données historiques. Les dispositifs de mémoire couramment utilisés sont les puces EEP, les mémoires ferroélectriques et les puces flash. Ces trois types de puces mémoire ont des applications différentes au sein du compteur d'énergie. La mémoire flash est un type de mémoire qui stocke des données temporaires, les données de courbe de charge et les mises à jour logicielles.
Une EEPROM est une mémoire morte programmable et effaçable à chaud qui permet d'effacer et de reprogrammer les informations qui y sont stockées, soit directement sur l'appareil, soit via un dispositif dédié. Elle s'avère ainsi utile lorsque les données doivent être fréquemment modifiées et mises à jour. Une EEPROM peut stocker jusqu'à un million de données et est utilisée pour enregistrer des données de consommation électrique, telles que la quantité d'électricité, dans un compteur. Sa capacité de stockage est suffisante pour répondre aux besoins du compteur tout au long de son cycle de vie, et son coût est faible.
La puce ferroélectrique exploite les propriétés des matériaux ferroélectriques pour offrir un stockage de données et des opérations logiques rapides, économes en énergie et d'une grande fiabilité, avec une capacité de stockage d'un milliard d'opérations. Les données sont conservées même après une coupure de courant, ce qui confère aux puces ferroélectriques une densité de stockage élevée, une grande rapidité et une faible consommation d'énergie. Elles sont principalement utilisées dans les compteurs d'énergie pour stocker les données de consommation électrique et autres données énergétiques. Leur prix est plus élevé et elles sont réservées aux produits nécessitant un stockage de données à haute fréquence.
4, module d'échantillonnage du compteur d'énergie
Le module d'échantillonnage du compteur d'énergie est chargé de convertir les signaux de courant et de tension de grande amplitude en signaux de courant et de tension de faible amplitude afin de faciliter l'acquisition des données du compteur. Les dispositifs d'échantillonnage de courant couramment utilisés sont :shunter, transformateur de courant, bobine Roche, etc., l'échantillonnage de tension adopte généralement un échantillonnage de tension partiel de résistance de haute précision.
5, module de mesure du compteur d'énergie
La fonction principale du module de mesure est d'effectuer l'acquisition analogique du courant et de la tension, et de convertir l'analogique en numérique ; il peut être divisé en module de mesure monophasé et en module de mesure triphasé.
6. Module de communication du compteur d'énergie
Le module de communication du compteur d'énergie est essentiel à la transmission et à l'échange de données, et constitue la base de la gestion intelligente des données des réseaux intelligents, de leur traitement précis et du développement de l'Internet des objets (IoT) pour l'interaction homme-machine. Auparavant, les modes de communication se limitaient principalement à l'infrarouge et au RS485. Avec l'essor des technologies de communication et de l'IoT, le choix des modes de communication pour les compteurs d'énergie s'est considérablement élargi : PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS, NB-IoT, etc. En fonction des différents scénarios d'application et des avantages et inconvénients de chaque mode, celui qui répond le mieux aux besoins du marché est sélectionné.
7. Module de commande du compteur d'énergie
Le module de contrôle du compteur d'énergie permet de gérer efficacement la charge électrique. Généralement, un relais magnétique est installé à l'intérieur du compteur. Grâce aux données de puissance, au schéma de contrôle et aux commandes en temps réel, la charge est gérée. Parmi les fonctions courantes du compteur, on trouve le relais de déconnexion en cas de surintensité et de surcharge, assurant la protection de la charge et de la ligne ; la programmation horaire de la mise sous tension ; et, en cas de crédit insuffisant, la coupure du relais pour les comptes prépayés. La fonction de télécommande s'effectue par l'envoi de commandes en temps réel.
8, module de traitement MCU du compteur d'énergie
Le module de traitement MCU du compteur d'énergie est le cerveau de celui-ci ; il calcule toutes sortes de données, les transforme et exécute toutes sortes d'instructions, et coordonne chaque module pour réaliser la fonction.
Le compteur d'énergie est un produit de mesure électronique complexe, intégrant de multiples domaines technologiques : électronique, énergie, mesure de l'énergie, communication, affichage, stockage, etc. L'intégration de chaque module fonctionnel et de chaque technologie électronique est indispensable pour obtenir un compteur d'énergie stable, fiable et précis.
Date de publication : 28 mai 2024