В соответствии с принципом работы энергосчетчика, его можно условно разделить на 8 модулей: модуль питания, модуль отображения, модуль хранения, модуль отбора проб, модуль учета, модуль связи, модуль управления и модуль обработки микроконтроллеров. Каждый модуль выполняет свои функции с помощью микроконтроллеров, обеспечивая единую интеграцию и координацию, объединяя их в единое целое.
1. Силовой модуль счетчика электроэнергии
Силовой модуль измерителя мощности является энергетическим центром для нормальной работы измерителя. Основная функция силового модуля заключается в преобразовании высокого напряжения переменного тока 220 В в низковольтное постоянное напряжение 12, 5 или 3,3 В, обеспечивающее рабочее питание микросхем и устройств других модулей измерителя мощности. Наиболее распространены три типа силовых модулей: трансформаторные, понижающие резисторно-емкостные и импульсные источники питания.
Тип трансформатора: Источник переменного тока 220 В преобразуется в переменный ток 12 В с помощью трансформатора, обеспечивая необходимый диапазон напряжения в режимах выпрямления, понижения и регулирования. Низкое энергопотребление, высокая стабильность, устойчивость к электромагнитным помехам.
Резистивно-емкостной понижающий источник питания — это схема, использующая емкостное сопротивление, создаваемое конденсатором при определенной частоте переменного тока, для ограничения максимального рабочего тока. Малые размеры, низкая стоимость, малое энергопотребление, большое потребление энергии.
Импульсный источник питания использует силовые электронные коммутирующие устройства (такие как транзисторы, МОП-транзисторы, управляемые тиристоры и т. д.) и управляющую схему, благодаря чему электронные коммутирующие устройства периодически «включаются» и «выключаются», модулируя входное напряжение импульсами. Это позволяет осуществлять преобразование напряжения, регулировать выходное напряжение и обеспечивает функцию автоматической стабилизации напряжения. Характеристики: низкое энергопотребление, малые размеры, широкий диапазон напряжений, высокая частота помех, высокая цена.
При разработке и проектировании счетчиков электроэнергии, в соответствии с требованиями к функциональности изделия, размерами корпуса, требованиями к контролю затрат, а также требованиями национальной и региональной политики, определяется тип источника питания.
2. Модуль отображения показаний счетчика электроэнергии
Модуль отображения показаний счетчика электроэнергии в основном используется для считывания показаний потребления электроэнергии, и существует множество типов дисплеев, включая электронные, счетчиковые и обычные.ЖК-дисплейЦифровые дисплеи, матричные ЖК-дисплеи, сенсорные ЖК-дисплеи и т.д. Два метода отображения — цифровой дисплей и счетчик — позволяют отображать только одно значение: потребление электроэнергии. С развитием интеллектуальных энергосетей все больше типов электросчетчиков требуют отображения данных о потреблении электроэнергии, а цифровые дисплеи и счетчики не могут удовлетворить потребности интеллектуальных энергосистем. ЖК-дисплей является основным способом отображения в современных электросчетчиках, и в зависимости от сложности отображаемого контента при разработке и проектировании выбираются различные типы ЖК-дисплеев.
3. Модуль хранения энергии в счетчике электроэнергии
Модуль памяти счетчика электроэнергии используется для хранения параметров счетчика, данных об электроэнергии и исторических данных. Наиболее распространенные запоминающие устройства — это микросхемы на основе ферроэлектрика, сегнетоэлектрики и флэш-памяти; эти три типа микросхем памяти имеют различное применение в счетчиках электроэнергии. Флэш-память — это разновидность флэш-памяти, которая хранит временные данные, данные кривой нагрузки и пакеты обновлений программного обеспечения.
EEPROM — это программируемая постоянная память с возможностью стирания, позволяющая пользователям стирать и перепрограммировать хранящуюся в ней информацию либо непосредственно на устройстве, либо с помощью специального устройства. Это делает EEPROM полезной в ситуациях, когда данные необходимо часто изменять и обновлять. EEPROM может вмещать до 1 миллиона циклов памяти и используется для хранения данных о потреблении электроэнергии, таких как количество электроэнергии, в счетчике электроэнергии. Время хранения данных соответствует требованиям счетчика электроэнергии на протяжении всего срока его службы, а цена при этом низкая.
Ферроэлектрический чип использует свойство ферроэлектрического материала для обеспечения высокоскоростного, низкоэнергетического и высоконадежного хранения данных и логических операций, с возможностью хранения до 1 миллиарда записей; данные не удаляются после отключения питания, что обеспечивает ферроэлектрическим чипам высокую плотность хранения, высокую скорость и низкое энергопотребление. Ферроэлектрические чипы в основном используются в счетчиках электроэнергии для хранения данных об электроэнергии и других параметрах энергоснабжения, их цена выше, и они применяются только в продуктах, требующих высокочастотного хранения данных.
4. Модуль отбора проб счётчика электроэнергии
Модуль отбора проб ватт-часового счетчика отвечает за преобразование сигналов больших токов и больших напряжений в сигналы малых токов и малых напряжений для облегчения сбора данных со счетчика. Обычно используемые устройства отбора проб тока:шунт, трансформатор токаВ таких устройствах, как катушка Роша и др., для измерения напряжения обычно используется высокоточная частичная выборка напряжения по сопротивлению.
5. Модуль измерения показаний счетчика электроэнергии
Основная функция измерительного модуля заключается в осуществлении аналогового измерения тока и напряжения и преобразовании аналоговых данных в цифровые; он может быть разделен на однофазный и трехфазный измерительные модули.
6. Модуль связи с энергосчетчиком
Модуль связи энергосчетчика является основой для передачи и взаимодействия данных, основой для интеллектуального управления данными в интеллектуальных сетях, а также основой для развития Интернета вещей и обеспечения взаимодействия человека с компьютером. В прошлом основными способами связи были инфракрасная связь и связь по протоколу RS485, но с развитием коммуникационных технологий и технологий Интернета вещей выбор способов связи для энергосчетчиков значительно расширился: PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS, NB-IoT и др. В зависимости от различных сценариев применения и преимуществ и недостатков каждого способа связи выбирается тот, который соответствует рыночным потребностям.
7. Модуль управления измерителем мощности
Модуль управления счетчиком электроэнергии позволяет эффективно контролировать и управлять нагрузкой. Обычно внутри счетчика устанавливается магнитное удерживающее реле. Управление нагрузкой осуществляется на основе данных о мощности, схемы управления и команд в реальном времени. К основным функциям счетчика электроэнергии относятся: реле отключения при перегрузке и перегрузке для управления нагрузкой и защиты линии; управление по времени в зависимости от периода времени; отключение реле при недостаточном балансе; функция дистанционного управления, реализуемая путем отправки команд в реальном времени.
8. Модуль обработки данных микроконтроллера счетчика электроэнергии.
Микроконтроллерный модуль ватт-часового счетчика является его «мозгом», который обрабатывает всевозможные данные, преобразует и выполняет всевозможные инструкции, а также координирует работу каждого модуля для достижения необходимой функции.
Счетчик электроэнергии — это сложный электронный измерительный прибор, объединяющий в себе множество областей электроники, энергетики, измерения мощности, связи, отображения информации, хранения данных и т.д. Для создания стабильного, надежного и точного счетчика ватт-часов необходимо интегрировать каждый функциональный модуль и каждую электронную технологию, чтобы получить единое целое.
Дата публикации: 28 мая 2024 г.