1.1 电表电流检测选项 - 电流互感器和分流器

你好。 我是Mekre Mesganaw，德州仪器 伟大的基础设施团队的一员。 欢迎来到如何设计高精度的 基于CT的分相电能表使用独立计量ADCs系统 概述培训。 在这个培训模块中，我们将学习 如何设计一个分相电流互感器电能表的 硬件和软件。 在我们开始之前，先介绍一下我自己， 我是德克萨斯仪器公司电网基础设施系统团队的 一名系统工程师， 我的工作重点是电表的系统解决方案。 根据我的背景，我毕业于佐治亚理工学院。 我在那里获得了学士和硕士学位。 我在德州仪器全职工作已经七年多了， 另外还有两年的实习时间。 我首先开始研究MSP计量设备。 我参与设计了MSP430F67xx 和MSP430i2040实用电表参考设计。 之后，我又扩展到电表内部的 其他子系统和插座。 在此期间，我发布了超过20个参考设计， 涵盖各种主题，如添加 Wi-Fi连接到仪表， 磁性和箱体篡改检测， 计量计算， 并实现多相分流电流传感器。 随着电能表加工要求的 逐步提高，在智能电能表中增加先进计量功能的同时， 准确检测RMS电压、 RMS电流、 有功功率等计量参数的 加工要求 越来越难以满足。 为了解决这个设计难题， 一个选择是使用一个单独的计量微控制器 和一个独立的ADC。 本课程将重点介绍如何使用 AD131M04独立的三角积分计量ADC设计电能表。 将使用TIDA010037参考设计 及其板载MSP32 ARM皮质和4F计量微控制器 来演示如何使用 ADS13M04独立ADC 实现高精度0.1级 分相计与电流互感器电流传感器。 进入议程的细节， 我们将从比较两种类型的 电流传感器开始-- 电流变压器和分流器。 然后，我们将讨论三种不同的结构， 用于测量用于计算计量参数的 电压和电流样本。 在第一个架构中，SOC设备 用于感知电压和电流， 计算计量参数，以及处理主机处理任务， 如驱动LCD和跟踪时间。 在第二种体系结构中，应用专用计量 AFE装置来检测电压和电流， 并计算计量参数。 然而，主机微控制器 使用一个单独的设备。 在第三种架构中，独立的ADC 仅用于检测电压和电流。 独立ADC不计算计量参数 或执行任何应用程序任务。 在本次培训中，我们提供了 第三种独立ADC架构 与其他两种AFE 和SOC架构相比的优势。 在介绍了三种计量体系结构选项之后， 我们将提供TIDA010037参考设计的概述， 该参考设计使用独立的 ADS131M04三角积分ADC 来感知计算计量参数所需的 电压和电流。 TIDA010037设计目标为 0.1级分相电流互感器仪表。 对设计中使用的硬件进行了概述。 此外，我们还介绍了初始化代码 和计算计量参数的 算法。 最后，我们将展示测试该设计时 获得的计量精度结果。 在本视频中，在培训系列的 电流传感器计量体系结构选项部分中， 我们将详细介绍分流器 和电流互感器的特性以及每个传感器的优点。 提供一些内容，我们将关注电表的哪些部分， 让我们打开在线电表 参考图。 要访问这个图表，首先访问ti.com/smartgrid。 从那里，我们点击电表。 现在我们将看到电表 和增量参考图。 在这个培训系列中，我们将重点关注住宅电表。 所以我们改变变量，如图所示。 在这个图中，应用程序子系统 执行主机任务，例如驱动LCD 和跟踪时间。 AC/DC供电子系统、 储能子系统和DC/DC供电子系统 负责为仪表供电。 电表与外界的通信 分为有线通信子系统 和无线通信子系统。 防篡改系统处理检测磁 和案件篡改。 最后一个子系统是计量子系统， 它负责测量和计算 计量参数。 在本次培训中，我们将重点 介绍这个计量子系统。 在计量分系统中，主电压 和主电流被转换成 可被ADC感知的电压。 对于电压传感，使用分压器 来转换主电压。 电流传感可采用电流互感器分流器 或罗格斯基线圈。 电表中最常用的 两个电流传感器是 电流互感器和分流器。 分流器使用简单，根据欧姆定律工作。 分流器输出的电压 等于流过它的电流 乘以分流器的值，对于电表来说， 分流器的值通常在数百微欧姆范围内。 对于电流互感器， 根据CT匝数比将流过一次绕组的电流 除以二次绕组的电流。 在第二级，一个燃烧电阻被放置。 输出电压等于二次电流 乘以燃烧电阻，或者等于初级电流 除以匝数比乘以 燃烧电阻值。 为了减少通过分流器的功率损失， 通常选择低分流器值， 与CT相比， 该值会产生较低的上电压， 这意味着与分流器和/或电流相比， 使用CT通常会获得更好的结果。 此外，在较高的电流下， 您可能也会看到CT更好的结果， 因为分流器在较高的电流下发热， 这会导致分流器的阻值偏移， 从而导致电流读数发生类似的偏移。 分流器的一个优点是 它不像电流互感器那样具有固有的相移。 电流互感器的相位差 会随着电流和功率因数的变化 而发生微小的变化， 从而引起计量精度的漂移。 传统上，电流互感器 作为多相传感器的电流传感器， 由于其固有的隔离性， 对多相电能表中的电流传感器是必不可少的。 然而，由于电流互感器 易受磁干扰攻击， 许多新型电表正转向使用额外的元件 来隔离分流， 并将这些隔离的分流 作为多相电表的电流传感器， 而不是使用磁敏感电流互感器电流传感器。 在这个视频中，我们看到电流互感器 是如何受到强磁铁的影响。 为了显示磁篡改的影响， 我们应用230伏特，5安培，单位功率因数 在电表的每个阶段。 为了显示篡改的效果， 我们使用了一个PC GUI，它将显示 每个阶段的有功功率读数。 在这里我们看到大约1150瓦 被应用到每一个单独的阶段。 现在我们来看看当你在一个特定的CT上 使用磁铁时这些值会发生怎样的变化。 在这个测试中，我们在CT的顶部 对阶段C施加了磁铁。 在施加磁铁之后，我们再施加相同的230瓦电压、5安培、 单位功率因数条件。 这里我们看到C阶段的有功功率读数 从1150瓦下降到了43瓦。 结果，消费者将实际使用的电量少得多。这都是由于磁铁对电流互感器电流传感器的影响。 结果，消费者将比实际使用的电量 少得多。 这都是由于磁铁 对电流互感器电流传感器的影响。 在视频中，为了显示磁铁对CT的影响， 一个物理上相对较小的磁铁 被放置在比典型篡改场景 更靠近CT的位置。 在右边，我们看到一个例子，一些大磁铁， 人们可以用它来改变仪表。 右边的磁铁是一块 直径63.5毫米，