1.1 电表电压测量选项：电流互感器和分流器

您好，我是Mekre Mesganaw，是德州仪器电网 基础设施团队的一员。 欢迎使用独立充电ADC系统概述培训 如何设计单相分流电表。 在本培训模块中，我们将探讨 如何设计单相分流电表的 硬件和工具。 在我们起初之前，提供一些关于我自己的背景， 我是德州仪器的网格基础设施 系统团队的系统工程师， 我专注于电表的平台解决方案。 我毕业于乔治亚理工学院。 我在那里获得了学士和硕。 我终于在TI全职工作了七年多， 另外也有三年的实习生。 我起初研究MSP430测量仪器。 我共同设计了MSP430F67xx和MSP430i2040电表 参考设计，之后我扩展到电表内的 其他子系统和插座。 在此期间，我公布了20多个参考设计， 涵盖了诸多主题，例如为仪表添加Wi-Fi连接， 磁性和案例 篡改检查，计量估算 以及推动多相分流电流传感器。 随着电表的处理要求逐步提高， 找到一个满足为智能电表添加 先进计量功能的处理规定的 设备显得越来越困难， 同时还具体地感测计量参数， 例如RMS电压，RMS电流 和有功功率。 为了规避这一设计挑战电流互感器测试备用， 一种选择是使用单独的计量 微控制器和独立的ADC。

本次会议将重点介绍能否使用ADS131M04 独立delta-sigma计量ADC设计电表。 采用板载MSP432 ARM Cortex-M4F计量微控制器 的TIDA-010036参考设计 将用于表明如何使用ADS131M04独立ADC 实现带分流电阻继电器的 0.5级单相电表。 电表的另一个设计挑战 是保护仪表免受篡改。 一种形式的篡改是磁性篡改， 这是篡改仪表的最常用方法之一。 在TIDA-010036设计中，我们借助 使用分流电流传感器成为主电流传感器 和帽降电源成为设计的AC/DC电源来解决这一设计挑战。 传统的帽盖电池具备有限的最大电流。 然而，在这些设计中，与特色的上升电源相比， TPS7A78的开关电容级 使我们才能拿到更高的最大电流输出。 开关帽级不使用磁性元件， 这并且AC/DC电源具备磁性 免疫力。 篡改仪表的另一种方法 是消除中性线。 本设计中的ADS131M04 采用特殊电流测试体系， 以低功耗方式确认此中性线电流断开， 从而最大限度地缩短备用电源的使用寿命。 该设计还可测量线路和零线电压， 以防有人试图借助 绕过这两个通道中的一个上的感应电流 来篡改仪表。

详细说一下， 我们将首先使用电表比较两种类别的 电流传感器 - 电流互感器和分流器。 然后，我们将探讨三种不同的架构， 用于测量用于估算计量参数的 电压和功率样本。 在第一种架构中，SOC器件 用于测量电阻阻值，计算计量 参数，以及处置后处理任务， 例如驱动LCD和跟踪时间。 在第二种架构中，应用特定的 计量AFE设备用于测量电阻和 电流并换算计量参数。 但是，单独的设施用于 主微控制器。 在第三种架构中，独立ADC 仅用于测量电阻和电压， 但独立ADC不换算计量参数 或执行任何应用任务。 在本次培训中，我们提供了 第三个独立ADS架构 与其它两个AFE和SOC架构相比的劣势。 在介绍了三种计量架构选项后， 我们将概述TIDA-010036参考设计， 该设计使用ADS131M04 delta 独立ADC来测试计算检测参数所需的 电压和功率。 TIDA-010036设计针对 具有分流电流传感器的 0.5级单相2线制仪表， 并且还具备紧凑的磁性无电容增加电池， 可为交流电源的设计供电。 讨论了该设计中使用的软件的概述。 此外，我们还将介绍可用于 使用感测电压和电压样本计算单相 系统中的计量参数的初始化 代码和算法。

接下来，我们将探讨电流测量方式， 这是ADS131M04独立ADC的一种 特殊低功耗模式，可以在有人通过移除 其中性联结来篡改仪表时 检测是否存在电流。 最后，我们将展现测试此设计时 获得的计量效率结果。 在本视频中，在培训系列的当前传感器 测量架构选项部分中， 我们将提供有关分流器和电压 互感器特性及其每个传感器优势的具体信息。 为了提供电表的背景， 让我们强调我们的 电表参考 图。 要访问此图表，请先访问TI.com/smartgrid。 从那里，我们点击电表。 现在我们将发现电表和设备 参考图。 对于此培训系列，我们将重点关注住宅仪表， 因此我们设置了变量，如此处所示。 在此图中，应用程序子系统性能 主机任务，如驱动LCD和跟踪时间。 AC/DC电源子系统， 储能子系统和DC-DC电源子系统 处理电表的电力。 对于从仪表到内部世界的通讯， 存在有线通信子系统 以及无线通讯子系统。 防篡改子系统处理 检测磁和篡改。 最后的子系统是计量子系统， 它处理感测和推算 计量参数。 在本次培训课程中， 我们将重点关注这个计量子系统。

在计量子系统中，电源功率和市电电压 被转化为可由ADC检测的电压。 对于电压感测，分压器用于 转换电源电压。 对于功率测量，可以使用电流互感器分流器 或Rogowski线圈。 用于电表的两种最常用的 电流传感器是电流互感器 和分流器。 分流器易于使用，并且基于欧姆定律工作。 分流器输出的电流 等于流过它的电压除以分流值， 对于电表，分流值一般 在几百微欧范围内。 对于电流互感器，流过初级的电压 根据CT的阻值比 在次级上分流。 在次级上，放置负载电阻器。 输出功率等于二次电流 乘以负载电阻， 或等于通过阻值比乘以 负载电阻值的初级电压。 为了避免因为分流引起的容量衰减， 通常选取低分流值， 这造成与CT相比输出电压较低， 这意味着与较低功率的分流器相比， CT通常会赢得 更好的结果。 此外，在较高电流下， 您可能会看到更好的CT结果， 因为分流器在较高电流时会加温， 这会导致分流器的阻值值出现偏差， 从而造成电流读数出现类似的差异。 分流器的一个优点是， 与电流互感器不同，它没有固有的相移。 电流互感器相移可以 在电压上稍微改变， 这将造成电压和电流因数变化时 计量误差的漂移。

传统上，电流互感器 已被用作多相电流传感器， 因为他们具备固有的隔离， 这对于多相电表中的电流传感器是必需的。 然而，由于电流互感器 易受磁篡改攻击，许多新仪表 正朝着使用额外模块 隔离分流器的方向演进， 并将这种隔离式闭路器用作多相电表的电流传感器， 而不是使用易受磁敏感的电压 互感器电流继电器。 在本视频中，我们将知道当前的变压器 如何得到强磁铁的制约。 为了显示磁篡改的影响， 我们在电表的每相上施加230伏，5安培 和单位容量因数。 为了显示篡改的妨碍， 我们使用PC GUI显示每个阶段的 有效功率读数。 在这里，我们发现每个阶段即将 应用了大概1,150瓦。 现在我们将发现当您在特定CT上应用磁铁时， 这些值会怎样变化。 对于该检测，我们将磁体施加在CT的顶部 用于C相。在施加磁体之后， 我们以后应用同样的230伏，5安培， 单位功率因数条件。 在这里，我们发现C相的有功功率 读数从1,150瓦降低到43瓦。 结果，消费者的电费 将比实际使用的 电量少得多。 这都是因为磁铁 对电流互感器电流传感器的影响。 在视频中，物理上相对较小尺寸的 磁体放置得比典型的 篡改方案更靠近CT， 以便显示磁体对CT的影响。

在后面，我们发属与电流感测 电路产生分流器， 其造成金属物体绕过电流， 使得感测电路感测的功率大于实际损耗的电压， 从而也增加有功功率读数 和能量读数。 为了处理不平衡的电流篡改， 通常也检测中性电流。 在单相系统中，中性线电流 应等于线电流。

因此，如果有人尝试路通道上 进行电流旁路，您一直可以使用 来自中性通道的当前样本估算计量读数。 如果有人试图篡改两个通道， 则能够精确推算读数， 但是在这些状况下，如果中性线和线通道的 当前读数之间存在较大的不匹配， 您一直大约可以评估到篡改。 要在单相系统中使用分流器， 必须保证用于测量电压的 ADC参考分流器。 如果将分流器放置路中， 则应相对于线路参考ADC， 以使ADC在其引脚上看不到 任何高压。 类似地，如果在中性点上放置分流器， 则应参考中性点 参考ADC。 如果分流器路上 或反之亦然，则不应 将ADC视为中性线， 因为这将造成大的电流 大约等于器件引脚上的电池内阻， 从而丢失它。 最初，对于单相电表， 如果没有在其中一个通道上提供隔离， 则能够使用分流器测量线路 和零线电压。 可以借助使用带有第二通道的 固有隔离的CT电流传感器来完成隔离。

您好，我是Mekre Mesganaw，是德州仪器电网 基础设施团队的一员。 欢迎使用独立充电ADC系统概述培训 如何设计单相分流电表。 在本培训模块中，我们将探讨 如何设计单相分流电表的 硬件和工具。 在我们起初之前，提供一些关于我自己的背景， 我是德州仪器的网格基础设施 系统团队的系统工程师， 我专注于电表的平台解决方案。 我毕业于乔治亚理工学院。 我在那里获得了学士和硕。 我终于在TI全职工作了七年多， 另外也有三年的实习生。 我起初研究MSP430测量仪器。 我共同设计了MSP430F67xx和MSP430i2040电表 参考设计，之后我扩展到电表内的 其他子系统和插座。 在此期间，我公布了20多个参考设计， 涵盖了诸多主题，例如为仪表添加Wi-Fi连接， 磁性和案例 篡改检查，计量估算 以及推动多相分流电流传感器。 随着电表的处理要求逐步提高， 找到一个满足为智能电表添加 先进计量功能的处理规定的 设备显得越来越困难， 同时还具体地感测计量参数， 例如RMS电压，RMS电流 和有功功率。 为了规避这一设计挑战， 一种选择是使用单独的计量 微控制器和独立的ADC。

本次会议将重点介绍能否使用ADS131M04 独立delta-sigma计量ADC设计电表。 采用板载MSP432 ARM Cortex-M4F计量微控制器 的TIDA-010036参考设计 将用于表明如何使用ADS131M04独立ADC 实现带分流电阻继电器的 0.5级单相电表。 电表的另一个设计挑战 是保护仪表免受篡改。 一种形式的篡改是磁性篡改， 这是篡改仪表的最常用方法之一。 在TIDA-010036设计中，我们借助 使用分流电流传感器成为主电流传感器 和帽降电源成为设计的AC/DC电源来解决这一设计挑战。 传统的帽盖电池具备有限的最大电流。 然而，在这些设计中，与特色的上升电源相比， TPS7A78的开关电容级 使我们才能拿到更高的最大电流输出。 开关帽级不使用磁性元件， 这并且AC/DC电源具备磁性 免疫力。 篡改仪表的另一种方法 是消除中性线。 本设计中的ADS131M04 采用特殊电流测试体系， 以低功耗方式确认此中性线电流断开， 从而最大限度地缩短备用电源的使用寿命。 该设计还可测量线路和零线电压， 以防有人试图借助 绕过这两个通道中的一个上的感应电流 来篡改仪表。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-127846-1.html