Akva-tehnik.ru

Отделка дома своими руками
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и принцип работы цифрового электросчетчика

Электронный цифровой счётчик для учёта электроэнергии

Электронный цифровой счётчик

Измерить количество энергии на участке электрической сети за какой-то промежуток времени — вот основная задача электрического счётчика. Существует немало приборов учёта — с оборотными дисками и современные электронные счётчики электроэнергии. Домашнему мастеру о таких приборах нужно знать только одно; без него нельзя. Вмешиваться в работу или устанавливать его самостоятельно запрещено.

Устройство и принцип работы

Для учёта электрической энергии постоянного тока выпускают приборы постоянной величины, которые применяют только на предприятиях, эксплуатирующих мощное оборудование. Они выпускаются небольшими партиями и в бытовых целях не применяются.

Синусоидальной гармонической формы приборы переменного тока выпускают для учёта энергии с однофазной и трёхфазной системой напряжения.

К основным элементам, которые находятся внутри корпуса аппарата, относится:

Устройство и принцип работы

  • клеммная колодка;
  • панель жидкокристаллического дисплея (ЖКИ);
  • органы передачи информации и управления работой;
  • измерительные трансформаторы;
  • печатная плата с твердосплавными элементами;
  • защитный кожух.

Внутренний алгоритм работы однофазных и трёхфазных приборов одинаковый. Через трансформаторные датчики поступают сигналы на входы микросхемы — преобразователя. С выхода микросхемы частотный сигнал поступает на вход микроконтроллера. Он складывает все пришедшие импульсы для получения количества энергии в киловатт-час.

Накопленная энергия записывается во флеш-память и выводится на монитор. Если напряжение в сети исчезает, то в памяти сохраняется информация о накопленной энергии. Она считывается микроконтроллером, а затем выводится на индикатор после восстановления напряжения. Счёт прибор продолжает с этой величины.

Для такого алгоритма нужно менее одного килобайта памяти микроконтроллера. Дисплей может быть 6−8-разрядный 7-сегментный ЖКИ и управляется контроллером.

Характеристика электронного счетчика

Первые электронные приборы учёта были созданы в 70-х годах в Европе. Предпосылкой их создания стало развитие электроники и реализация более сложных задач, чем учёт энергии.

Появление таких устройств в 90-х годах в России стимулировалось подорожанием энергии, приватизацией и реструктуризацией электроэнергетики, появлением различных собственников. В таких условиях заводы-производители начали осваивать производство электронных счётчиков.

Преимущества электронных моделей неоспоримы:

Счётчики электроэнергии.

  • в условиях быстропеременных и низких нагрузок сохраняется высокий класс точности;
  • возможность работать по различным тарифам;
  • разные виды энергии можно учитывать одним прибором, в том числе в двух направлениях;
  • возможно измерение показателей мощности, качества и количества энергии;
  • допустимо длительное хранение данных учёта и доступа к ним;
  • можно фиксировать несанкционированный доступ и случаи хищения электрической энергии;
  • возможность дистанционно снимать показатели с использованием различных интерфейсов;
  • можно рассчитывать потери;
  • вероятность создания современных АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учёта электрической энергии).

К декларируемым преимуществам можно отнести защищенность приборов от традиционных методов хищения электрической энергии и до 16 лет срок межповерочного интервала.

Сегодня электронные приборы дороже индукционных счётчиков электроэнергии.

Обеспечение надёжности и ремонт

Прибор должен обладать определённым значением точности. Проверить её можно в специальных электротехнических лабораториях, которые имеют право проводить проверку и пломбировку счётчиков. Можно оценить работу устройства и в домашних условиях:

Обеспечение надёжности

  1. При отключении нагрузки световой индикатор прибора должен остановиться. Если он продолжает свой счёт, то устройство неисправно и начался самоход. Лучше это делать ночью, когда сеть минимально нагружена, а все электробытовые приборы отключены.
  2. Появление заметного жужжания устройства не считается признаком неисправности, если не обнаруживается при этом самоход.
  3. Искажения показаний прибора, обнаруженные при получении счёта за потреблённую электрическую энергию. Например, показания счётчика за июнь составили 100 кВт. В июле вся семья на месяц выехала в отпуск, отключив электробытовые приборы, а по данным счёта, расход электрической энергии составил 60 кВт. Наличие самохода в таком случае нужно проверить обязательно.

При отсутствии самохода световой индикатор не должен показать в течение 15 минут более одного импульса. Итак, если обнаружены импульсы при отсутствии нагрузки, это говорит о неисправности внутри счётчика, его необходимо сдать в ремонт.

Чтобы сдать прибор в ремонт, необходимо вызвать представителя энергосберегающей компании, получить предписание на поверку устройства или его замену.

Определение показателей прибора

По данным электрического счётчика можно установить ряд необходимых показателей:

Определение показателей

  1. Расход энергии за определённый промежуток времени. Для этого от конечных показаний счётчика вычитают начальные показания. В зависимости от типа прибора эти расчётные данные могут умножаться на коэффициент трансформации трансформаторного тока.
  2. Факт включения на данный момент каких-либо электрических приборов или ламп в сеть квартиры. Если световой индикатор не считает, значит, всё выключено.
  3. Мощность включённых приборов.
  4. Проходящую через счётчик величину тока.
  5. Перегрузку в сети или на самом счётчике.

Достоинством электронных счётчиков является также то, что они производятся как под один тариф, так и под несколько.

Выбор оптимального варианта

Российские компании выпускают устройства, аналогичные зарубежным предприятиям. Их стоимость значительно ниже, а качество не уступает европейским лидерам. Все электросчётчики должны соответствовать ГОСТу Р 52320−2005, что подтверждаться паспортом прибора.

Читайте так же:
Как правильно рассчитать номинал автоматического выключателя

Риск получать неверные результаты о потреблённой энергии возникает при покупке моделей малоизвестных производителей. Если они выйдут из строя, может возникнуть проблема, связанная с их ремонтом. В то время как известные компании имеют сервисные центры.

Выбирать устройство для квартир нужно классом точности до 2.0 и не менее 50 А должна быть сила тока. От 10 до 16 лет — оптимальный межповерочный интервал для прибора.

В технической документации на прибор ставиться печать, которая подтверждает пройденную на предприятии проверку на точность и работоспособность, указывается дата этой проверки. При продаже устройства продавец записывает начальные показания прибора. На электросчётчик ставится государственная пломба, на которой фиксируется год и квартал прохождения теста .

Перед покупкой электронного счётчика в энергосберегающей компании нужно уточнить, какие модели разрешены к использованию. Некоторые компании требуют приобретать приборы учёта, которые могут быть подключены к системе АСКУЭ. В этом случае показания устройства поступают поставщику энергии в автоматическом режиме.

Лучшие аппараты учета

Срок эксплуатации прибора и экономия средств зависят от правильного выбора электронного счётчика. По отзывам покупателей, сомнения не вызывают такие производители измерительной электротехники:

Лучшие аппараты

  1. Инкотекс. Это российская компания, которая входит в мощный холдинг и на протяжении 15 лет выпускает модели под маркой «Меркурий». По продажам эта компания занимает первое место в России.
  2. Тайпит. Фирма находится в Санкт-Петербурге, основана в 1999 году и производит электросчётчики модели «Нева» и прочие измерительные устройства.
  3. Энергомера. Это молодая фирма, которая зарегистрирована в 2010 году и является крупнейшим производителем счётчиков электрической энергии на российском рынке.

Все аппараты этих производителей ценятся как потребителями, так и профессионалами.

Меркурий

Модель Меркурий 201.8 — современный прибор учёта с 7-разрядным ЖКИ. Класс его точности при измерении активной энергии составляет 1.0, напряжение колеблется в диапазоне от 220 В до 230 В, а сила тока от 5 А до 80 А. Эти устройства могут работать при температуре от -45 ºС до +75 ºС, при максимальной влажности до 90%.

Модульный корпус, измерительный преобразователь тока и винтовые клеммы — всё это особенности аппарата. Дополнительным элементом аппарата является светодиодная подсветка, которая очень удобная для считывания показателей.

Срок эксплуатации этих моделей 30 лет, а между ревизиями 16 лет. Эти приборы просты в монтаже, компактны и имеют минимальный вес. У них высокий класс точности, хороший запас прочности и бюджетная стоимость.

Удобный и красивый цифровой прибор Нева М. Т. 123 пользуется спросом не только в домах и квартирах, но и в торговых залах, офисах и на предприятиях.

Этим устройством можно измерять:

  • частоту сетевого напряжения;
  • активную мощность;
  • напряжение и силу тока.

Все модели отличаются многофункциональностью, точностью измерения электрической энергии, надёжностью, качеством материалов, из которого они изготавливаются, и выгодной ценой.

Рабочее напряжение — 230 В, номинальный ток — 5 А, а гарантийный срок — 30 лет.

Энергомера

Энергомера CE102M S7 145-JV — это модель с классом точности 1.0, устойчива к воздействиям климатического, электромагнитного и механического типа.

  • сила тока — 5 (60) А;
  • напряжение — 220 (230) В;
  • температура функционирования — -45 ºС (+70 ºС);
  • влажность — 98%.

Дополнительными возможностями прибора учёта являются: энергонезависимая память, наличие шунта, интерфейс связи, индикация информации за определённый промежуток времени. Аппарат компактный, удобен в пользовании, его легко перепрограммировать. С устройства можно снять информацию без наличия напряжения, его память защищена от попыток внесения изменений. Этот счётчик широко используется в помещениях с большим количеством электрических точек.

Устройство электросчетчика

Без электрического счетчика не обходится в наши дни ни один объект, относящийся к типовым потребителям электроэнергии (независимо от их формы собственности). Знание устройства электросчетчика и принципа работы этого механизма позволит его хозяину лучше разобраться во всех тонкостях учёта, а также понять порядок начисления и снятия показаний. Владение этой информацией будет полезно и при выборе нового прибора, устанавливаемого в городской квартире или частном доме (рисунок далее по тексту).

Электросчетчик в квартире

Понимание того, как устроены электросчетчики, способствует выработке иного отношения к расходованию доставляемого энергоносителя, дорожающего год от года и требующего вложения дополнительных средств.

Виды счетчиков

Правила выбора и виды учетных приборов, допустимых к установке в частном жилье и на производстве, строго регламентируются действующими нормативными актами, включая ПУЭ.

Перед тем, как установить счетчик электроэнергии в квартире или цехе, каждый хозяин оформляет договор на его подключение к электросетям, в котором обязательно указывается выбранная модель.

Дополнительная информация. Знание типа и марки конкретного образца счётного устройства (электросчётчика) необходимо для того, чтобы своевременно провести его поверку, периодичность которой устанавливается для каждой модели индивидуально.

Производителями приборов этого класса освоен выпуск огромного количества различных моделей и типов промышленных и бытовых счетчиков энергии. Разобраться со всем многообразием учетных устройств можно лишь в том случае, если попытаться классифицировать их по тем или иным признакам, а именно:

  • Заявленный принцип работы электросчетчика данной модели;
  • Количество учитываемых фаз (фазность электрического прибора);
  • Указываемый в паспорте класс точности;
  • Способ снятия показаний (вариант подключения);
  • Тарификация учета;
  • Электрические параметры (ток и мощность прибора).
Читайте так же:
Описание и принцип работы автоматического выключателя АП-50

Согласно первому из этих признаков все учетные приборы делятся на индукционные счетчики (ИС) и электронные аппараты, а по второму – на однофазные и трёхфазные изделия. Кроме того, в соответствии со способом интегрирования в измеряемую цепь, они подразделяются на приборы прямого включения и устройства, подсоединяемые через специальные токовые трансформаторы – ТТ (смотрите фото ниже).

Подключение через ТТ

Точность различных образцов электросчётчиков может варьироваться от 0,2 до 2,5, а по наличию особых режимов снятия показаний они делятся на одно- 2-х и 3-х тарифные приборы. Электрические (токовые и мощностные) характеристики этих устройств выбираются, исходя из условий их эксплуатации.

Устройство и принцип работы ИС

Перед знакомством с устройством счетчика, в первую очередь, обратим внимание на то, что оно зависит как от принципа его действия, так и от функциональных возможностей. Так, устаревшие индукционные образцы в основном используются в однофазных питающих цепях и не могут обеспечить высокую точность измерений и режим с несколькими тарифами.

Для того чтобы понять принцип работы индукционного прибора, следует ознакомиться со всеми деталями его устройства. Классические представители этого класса состоят из следующих основных частей:

  • Корпуса, состоящего из двух половинок;
  • Двух обмоток с магнитными сердечниками, одна из которых является токовой, а другая – рассчитана на измерение напряжения;
  • Противовеса полюсов и алюминиевого диска, насаженного на ось с червячным редуктором;
  • Счетного механизма и тормозного магнита.

Простыми словами, работу индукционного счетчика можно представить следующим образом.

Основой измерительной частью прибора являются два электромагнита, изготовленные в виде соленоидов, расположенных под углом 90 градусов. На обмотку одного из них поступает токовая составляющая измеряемой электрической мощности, а на другую катушку подается соответствующее ей напряжение (смотрите фото ниже).

Расположение катушек в счетчике

Важно! В соответствии с электрической схемой учетного узла, его токовая обмотка включается в измерительную цепь последовательно, а катушка напряжения – параллельно.

Такой способ их подключения обеспечивает наведение в зазоре между электромагнитными сердечниками суммарной ЭДС, пропорциональной произведению тока и напряжения, то есть мощности.

В это общее для обоих сердечников поле помещается закреплённый на оси алюминиевый диск, передающий вращающий момент через червячный редуктор на простейший счётный механизм. Под воздействием суммарной ЭДС, создаваемой поданным на схему напряжением (оно всегда постоянно) и изменяющимся, в зависимости от нагрузки током, легкий диск начинает вращаться. Шлюшки кайфуют от развратного секса, они любят, когда толстые члены трахают их попки. Смотри порно глубокий анал на сайте https://analnoe-porno.org/glubokiy . Здесь самые развратные сучки разрабатывают свои жопы и требуют ещё больше членов .

Заметьте! Скорость его вращения пропорциональна величине формируемого в зазоре общего э/м поля, а, следовательно – и потребляемой квартирной сетью мощности.

Ответ на вопрос, как работает электромеханический индукционный счетчик, оказывается совсем простым: чем быстрее крутится его диск с меткой в средней части, тем больше расходуется энергии в данной потребительской сети.

Принцип действия 3-х фазного прибора этого же типа ничем существенно не отличается от уже описанного ранее. Разница будет лишь в конструкции счетных узлов и э/м катушек, число которых увеличивается вдвое (по количеству дисков). Внешний вид трехфазного счетчика приведён на рисунке ниже.

3-х фазный индукционный счетчик

По мере совершенствования производственных технологий на смену уже устаревшим устройствам индукционного типа приходят современные электронные приборы, обеспечивающие более высокое качество учёта электроэнергии.

Электронные приборы учета

Рассмотрение этих достаточно сложных и сравнительно дорогих устройств начнем с изучения принципа работы электронного счетчика, для понимания которого необходимо ознакомиться со всеми его функциональными узлами. Их взаимодействие и порядок формирования итоговых показаний лучше всего иллюстрирует приводимая ниже блок-схема.

Блок-схема электронного прибора

Из неё следует, что в состав электронного устройства входят следующие модули:

  • Входные трансформаторы напряжения и тока;
  • Преобразователь аналоговых уровней;
  • Микроконтроллер и ОЗУ;
  • Дисплей, индицирующий показания счетчика, учитывающего электрическую энергию (точнее её расход).

При появлении на входе преобразователя аналоговых входных сигналов U и I на выходе они трансформируются в цифровой код, который поступает затем в микроконтроллер. После дополнительной обработки и подсчёта импульсы выдаются на дисплей, на котором и индицируется точное показание потребленной электроэнергии.

Необходимо отметить! Микроконтроллер работает по заранее введённой программе, учитывающей время суток и длительность интервалов учета электроэнергии по заданному тарифу. В зависимости от текущего времени, осуществляется её подсчёт и вывод на дисплей соответствующего показания.

Так реализуется принцип работы однофазного счетчика по заданному тарифу.

Обратите внимание! Для трехфазных электронных приборов учета схема подсчета расходуемой энергии аналогична (он осуществляется по несколько изменённой программе).

Читайте так же:
Что такое конечный выключатель — устройство и принцип работы

В этом случае по итогам оценки каждой из фаз в интеграторе осуществляется суммирование соответствующих сигналов, а на индикатор поступает результирующий код. Помимо перечисленных составных частей, в корпусе электронного прибора имеются специальные клеммные колодки, к которым подводятся и от которых отводятся учитываемые счетчиком токи.

Особенности подключения

Устройство электросчетчика, с точки зрения его подключения к питающей линии, также должно учитываться при выборе прибора, подходящего для конкретных условий эксплуатации. В этом случае основное внимание уделяется следующим моментам:

  • При сетевом напряжении 220 Вольт в электрических цепях используются уже описанные ранее однофазные индукционные приборы или электронные счётные устройства;
  • В силовые цепи, рассчитанные на 380 Вольт, должны включаться трехфазные приборы учёта, позволяющие измерять не только активную, но и реактивную составляющую электрической мощности;

Дополнительная информация. Они также позволяют определять мгновенное направление потоков энергии.

  • Чисто внешнее их отличие от однофазных изделий состоит в больших габаритах и наличии на клеммнике 8-ми контактов вместо четырёх;
  • Что касается внутреннего устройства такого прибора, то для вывода показаний на лицевую панель также используется один механический счётчик, но импульсы на него поступают с двух дисков;
  • Суммирование каждой из учитываемых фаз происходит за счёт особой схемы подключения токовых катушек и обмоток напряжения;
  • В электронных трехфазных приборах подсчёт общей расходуемой мощности осуществляется программным путём.

По результатам обзора конструктивных особенностей и принципов работы счетчика можно с уверенностью сказать, что электронные приборы превосходят свои индукционные аналоги практически по всем показателям. Они не только с большей точностью учитывают объёмы потребляемой электроэнергии, но и обеспечивают удобную форму их представления (фото ниже).

Электронный счетчик

Помимо этого, в этих современных изделиях предусматривается очень удобная для эксплуатационных условий возможность дистанционного снятия показаний и многотарифного учёта расходуемого энергоносителя.

Видео

Цифровой электронный электросчетчик

Размер платы за электроэнергию зависит не только от количества подключенных приборов, но и от точности и типа счетчика. Один из самых надежных — электронный электросчетчик.

Суть работы любого счетчика заключается в измерении активной энергии и расчете потребления. В то же время имеются несколько вариантов конструкции счетчика. Данные приборы делятся:

  • В соответствии с принципом подключения — оборудование напрямую подключено или подключено в трансформаторную цепь.
  • В зависимости от измеряемых значений — однофазные и трехфазные.
  • По типу конструкции — механические, электронные и гибридные.
  • По числу тарифов — одно- или многотарифные.

Электронные устройства имеют ряд преимуществ: они более точны и позволяют использовать несколько цен на электроэнергию, при этом показания пересчитываются по этим ценам независимо от владельца.

Важно! Существуют также гибридные счетчики с цифровым интерфейсом и механическим вычислительным устройством, но используются они редко.

  • Уровень точности не менее 0,5S.
  • Соответствие требованиям ГОСТ Р (52320-2005, 52323-2005, 52425-2005).
  • Сертификат об утверждении типа.
  • Измерение и расчет активной и реактивной мощности (общая мощность для непрерывной работы), мощность в одном или двух направлениях (30-минутные приращения мощности).
  • Сохранять результаты измерений (на время не менее 35 дней) и информацию о состоянии измерительного прибора.
  • Наличие энергонезависимых часов, обеспечивающих точный показ даты и времени (с использованием внешней синхронизации с ежедневной точностью не менее ± 5,0 секунд в составе SOEV).
  • Поддержание автоматической коррекции времени.
  • Автоматическая самодиагностика через обобщенные сигналы в журнале событий.
  • Предотвращение несанкционированный доступ к информации и программному обеспечению.
  • Прибор должен обеспечивать работу в диапазоне температур, определяемых условиями эксплуатации. (-40 .. + 550С).
  • Среднее время наработки на отказ составляет не менее 35 000 часов.
  • Интервал тестирования — не менее 8 лет.

Принцип работы и схема подключения

Принцип работы счетчика основан на непосредственном измерении напряжения и тока: вся информация о потребляемой мощности подается в индикатор и сохраняется в памяти устройства.

Как устроен электронный счетчик электроэнергии

Электронный электросчетчик имеет следующие преимущества:

  • Позволяет более точно считывать информацию, тем самым предотвращая большую погрешности измерения электроэнергии.
  • Его размер намного меньше механического.
  • Он может автоматически переключаться между тарифами без необходимости присутствия хозяина. Это существенно экономит средства.
  • Электронная модель проверяется каждые 4-16 лет. Это необходимо для проверки правильности исчисления. Проверка выполняется в рамках правил для обеспечения согласованности измерений.

Важно! Первая проверка выполняется на заводе-изготовителе, дата указана в паспорте прибора.

Помимо преимуществ имеются и некоторые недостатки. К ним относятся более высокие затраты на приобретение самого приборов и их ненадежность: несмотря на гарантию производителя, электронные модели приходится заменять чаще, чем механические модели. Последние работают в течение десятилетий, потому что их устройство очень простое, и ломаться, по сути, нечему.

Напряжение тока внутри счетчика преобразуется в электрические импульсы. Их количество варьируется в зависимости от входной энергии. То есть чем больше потребляемая мощность, тем больше импульсов получает и считает устройство.

Читайте так же:
Тиристорные и симисторные регуляторы напряжения для индуктивной нагрузки

Электронный счетчик вместе со счетным устройством имеет дисплей, который показывает изменения в потреблении тока, максимальных и минимальных значениях и других данных, требуемых владельцем.

Инструкция по применению

Инструкция по эксплуатации и монтажу содержит следующие пункты:

  • Прибор может устанавливать персонал, прошедший инструктаж по мерам безопасности и имеющий квалификационную группу по электробезопасности не ниже уровня III (электрическая установка до 1000 В).
  • Перед установкой надо извлечь прибор из транспортной упаковки и провести внешний осмотр.
  • Убедиться, что корпус и защитная крышка распределительной коробки не имеют значительных повреждений.
  • Установить счетчик на рабочем месте, снять защитную крышку распределительной коробки и подключить к цепи напряжения

Важно! Подключение к сети проводить только с отключением питания

  • Установить крышку распределительной коробки и закрепить ее двумя винтами.
  • Включить питание и убедиться, что счетчик включен: индикатор показывает значение энергии, учитываемое в текущей зоне.
  • Отметить в таблице дату установки и дату ввода в эксплуатацию.

Как самостоятельно проверить счетчик

Чтобы проверить работоспособность счетчика, нужно провести несколько шагов:

  1. Нужно убедиться, что прибор правильно подключен к сети 220 или 380 В в соответствии со схемой.
  2. Проверить, что диск не вращается произвольно. Для этого нужно отключить все автоматы в щитке и подождать некоторое время. Если счетчик все равно вращается, то он неисправен.
  3. Проверка намагниченности. Влияние магнита также меняет работу прибора. Проверить его наличие можно с помощью небольшой металлической иголкой или специальным прибором.

Электронный счетчик — дорогой, но точный прибор, который в дальнейшем поможет сэкономить на плате за электроэнергию. Сложность конструкции обеспечивает удобство работы, но также является причиной частых поломок.

Устройство цифрового электросчетчика

Ещё несколько лет назад контроль потребления и сбережение электроэнергии не были столь актуальны. Всех вполне устраивали цены на электроэнергию и соответствующая система её учёта на базе электромеханических (индукционных) счётчиков. Принцип их работы основан на подсчёте количества оборотов диска, вращающегося в бегущем магнитном поле. Частота вращения пропорциональна мощности, а количество оборотов — потребляемой электроэнергии. Такие счётчики просты, надёжны и дёшевы.

При переходе России на рыночные отношения, у поставщиков электроэнергии возникла проблема контроля и управления её потреблением. В свою очередь, потребитель заинтересован в том, чтобы не переплачивать. В результате, стало необходимо увеличение сервисных функций счётчиков. Поставщикам необходим оперативный доступ ко всей информации о количестве проданной электроэнергии на данный момент и дистанционный контроль. Потребитель заинтересован в экономии электроэнергии за счёт использования различных тарифов (дневной, ночной и так далее) и в удобном способе оплаты. Альтернатива этому — применение электронных платежей, вплоть до установления картридеров непосредственно в сами счётчики для оплаты.

Современные механические счётчики не могут справиться с поставленными задачами, при условии оптимального соотношения цена/качество. Поэтому необходим новый подход к системам учёта электроэнергии и проведения платежей.

В настоящее время, при стремительном развитии микроэлектроники и снижении цен на электронные компоненты, цифровые системы управления постепенно вытесняют своих аналоговых конкурентов. Это, в первую очередь обусловлено большим разнообразием микроконтроллеров и резким снижением их стоимости. Одно из главных преимуществ цифровых систем управления на базе микроконтроллеров — это гибкость и многофункциональность, достигаемые не аппаратно, а программно, не требуя дополнительных материальных затрат. Переход на микроконтроллерное управление счётчиков электрической энергии имеет ряд преимуществ, в первую очередь, повышение точности и надёжности, а так же многофункциональность, достигаемая за счёт малых аппаратных затрат.

В зависимости от требований, современные цифровые счётчики должны в любой момент времени оперативно передавать требуемые данные по различным каналам связи на диспетчерские пункты энергоснабжающих предприятий для оперативного контроля и экономических расчётов потребления электроэнергии.

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности. Для синусоидального сигнала мощность равна произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени. На этом принципе работает любой счётчик электрической энергии.

Принципиальная схема электромеханического счётчика

Устройство цифрового счётчика электрической энергии (рис. 2) требует специализированных ИС, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности — в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Принципиальная схема цифрового счетчика электроэнергии

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счётчику, к информации о накопленной энергии и многие другие. Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программно устанавливать различные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потреблённой энергии за каждый месяц, по различным тарифам и так далее.

Для выполнения некоторых нестандартных функций, например, согласования уровней, используются дополнительные ИС. Сейчас начали выпускать специализированные ИС — преобразователи мощности в частоту — и специализированные микроконтроллеры, содержащие подобные преобразователи на кристалле. Но, зачастую, они слишком дороги для использования в коммунально-бытовых индукционных счётчиках. Поэтому многие мировые производители микроконтроллеров разрабатывают специализированные микросхемы, предназначенные для такого применения.

Читайте так же:
Выгодно ли устанавливать двухтарифные счетчики для экономии электроэнергии

Перейдём к анализу построения простейшего варианта цифрового счётчика на наиболее дешёвом (менее доллара) 8-разрядном микроконтроллере Motorola. В представленном решении реализованы все минимально необходимые функции. Оно базируется на использовании недорогой ИС преобразователя мощности в частоту импульсов КР1095ПП1 и 8-разрядного микроконтроллера MC68HC05KJ1 (рис. 3). При такой структуре микроконтроллеру требуется суммировать число импульсов, выводить информацию на дисплей и осуществлять её защиту в различных аварийных режимах. Рассматриваемый счётчик фактически представляет собой цифровой функциональный аналог существующих механических счётчиков, приспособленный к дальнейшему усовершенствованию.

Основные узлы простейшего цифрового счетчика электроэнергии

Сигналы, пропорциональные напряжению и току в сети, снимаются с датчиков и поступают на вход преобразователя. ИС преобразователя перемножает входные сигналы, получая мгновенную потребляемую мощность. Этот сигнал поступает на вход микроконтроллера, преобразующего его в Вт·ч и, по мере накопления сигналов, изменяющего показания счётчика. Частые сбои напряжения питания приводят к необходимости использования EEPROM для сохранения показаний счётчика. Поскольку сбои по питанию являются наиболее характерной аварийной ситуацией, такая защита необходима в любом цифровом счётчике.

Алгоритм работы программы (рис. 4) для простейшего варианта такого счётчика довольно прост. При включении питания микроконтроллер конфигурируется в соответствии с программой, считывает из EEPROM последнее сохранённое значение и выводит его на дисплей. Затем контроллер переходит в режим подсчёта импульсов, поступающих от ИС преобразователя, и, по мере накопления каждого Вт·ч, увеличивает показания счётчика.

Алгоритм работы цифрового счетчика

При записи в EEPROM значение накопленной энергии может быть утеряно в момент отключения напряжения. По этим причинам значение накопленной энергии записывается в EEPROM циклически друг за другом через определённое число изменений показаний счётчика, заданное программно, в зависимости от требуемой точности. Это позволяет избежать потери данных о накопленной энергии. При появлении напряжения микроконтроллер анализирует все значения в EEPROM и выбирает последнее. Для минимальных потерь достаточно записывать значения с шагом 100 Вт·ч. Эту величину можно менять в программе.

Схема цифрового вычислителя показана на рис. 5. К разъёму X1 подключается напряжение питания 220 В и нагрузка. С датчиков тока и напряжения сигналы поступают на микросхему преобразователя КР1095ПП1 с оптронной развязкой частотного выхода. Основу счётчика составляет микроконтроллер MC68HC05KJ1 фирмы Motorola, выпускаемый в 16-выводном корпусе (DIP или SOIC) и имеющий 1,2 Кбайт ПЗУ и 64 байт ОЗУ. Для хранения накопленного количества энергии при сбоях по питанию используется EEPROM малого объёма 24C00 (16 байт) фирмы Microchip. В качестве дисплея используется 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ, управляемый любым недорогим контроллером, обменивающийся с центральным микроконтроллером по протоколу SPI или I 2 C и подключаемый к разъёму Х2.

Реализация алгоритма потребовала менее 1 Кбайт памяти и менее половины портов ввода/вывода микроконтроллера MC68HC05KJ1. Его возможностей достаточно, чтобы добавить некоторые сервисные функции, например, объединение счётчиков в сеть по интерфейсу RS-485. Эта функция позволит получать информацию о накопленной энергии в сервисном центре и отключать электричество в случае отсутствия оплаты. Сетью из таких счётчиков можно оборудовать жилой многоэтажный дом. Все показания по сети будут поступать в диспетчерский центр.

Определённый интерес представляет собой семейство 8-разрядных микроконтроллеров с расположенной на кристалле FLASH-памятью. Поскольку его можно программировать непосредственно на собранной плате, обеспечивается защищённость программного кода и возможность обновления ПО без монтажных работ.

Цифровой вычислитель для цифрового счетчика электроэнергии

Ещё более интересен вариант счётчика электроэнергии без внешней EEPROM и дорогостоящей внешней энергонезависимой ОЗУ. В нём можно при аварийных ситуациях фиксировать показания и служебную информацию во внутреннюю FLASH-память микроконтроллера. Это к тому же обеспечивает конфиденциальность информации, чего нельзя сделать при использовании внешнего кристалла, не защищённого от несанкционированного доступа. Такие счётчики электроэнергии любой сложности можно реализовать с помощью микроконтроллеров фирмы Motorola семейства HC08 с FLASH-памятью, расположенной на кристалле.

Переход на цифровые автоматические системы учёта и контроля электроэнергии — вопрос времени. Преимущества таких систем очевидны. Цена их будет постоянно падать. И даже на простейшем микроконтроллере такой цифровой счётчик электроэнергии имеет очевидные преимущества: надёжность за счёт полного отсутствия трущихся элементов; компактность; возможность изготовления корпуса с учётом интерьера современных жилых домов; увеличение периода поверок в несколько раз; ремонтопригодность и простота в обслуживании и эсплуатации. При небольших дополнительных аппаратных и программных затратах даже простейший цифровой счётчик может обладать рядом сервисных функций, отсутствующих у всех механических, например, реализация многотарифной оплаты за потребляемую энергию, возможность автоматизированного учёта и контроля потребляемой электроэнергии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию