Шунтирующая топология в тройке

Авторы: Салил ДЖАЙН, штатный инженер, STMicroelectronics, Алок Кумар МИТТАЛ, старший менеджер группы, STMicroelectronicsМарилена Гаэтана САМБАТАРО, менеджер по приложениям, STMicroelectronics

В этой статье описываются эталонные конструкции трехфазного интеллектуального счетчика энергии, разработанного STMicroelectronics, а также преимущества шунтов перед датчиками тока для многофазной метрологии.

В настоящее время люди все больше озабочены мониторингом и контролем энергопотребления, будь то тяжелая техника или бытовая техника. Как показано на рисунке 1, измерительные решения на основе шунта в сочетании с новой передовой технологией гальванической развязки STMicroelectronics предоставляют несколько преимуществ по сравнению с традиционным методом измерения тока с помощью трансформатора тока (ТТ):

STMicroelectronics предлагает надежные решения для измерения, соответствующие новейшим доступным стандартам (EN 50470-x, IEC 62053-2x, ANSI12.2x) для ваттметров переменного тока.

Трансформаторы широко используются в измерительной промышленности для измерения переменного тока (AC). Он имеет ферромагнитный сердечник, первичную и вторичную обмотку из медного провода.

Фазный или нейтральный провод, на котором измеряется ток, проходит через кольцо трансформатора тока. Переменный ток в фазном проводе (первичном) создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое затем индуцирует переменный ток во вторичной обмотке ТТ. Количество витков в первичной и вторичной обмотках выбирают так, чтобы первичный ток можно было масштабировать до измеримого значения. Нагрузочный резистор, подключенный параллельно вторичной обмотке, создает выходное напряжение в зависимости от величины тока, протекающего через него.

На рисунке 2 показан традиционный счетчик энергии на базе трансформатора тока. Некоторые преимущества, которые делают трансформатор тока универсальным в конструкции измерения:

Таким образом, основной причиной использования трансформаторов тока является безопасность от опасностей высокого напряжения.

По вышеизложенным причинам стоит рассмотреть топологии с использованием шунта для трехфазных счетчиков.

Шунты могут использоваться во многих приложениях, таких как шунтирующий диод, защита цепей и измерение тока. Для измерения тока используется несколько вариантов шунтов.

В конструкциях, упомянутых ниже, для измерения потребляемого тока используется пятиконтактный шунт. Это резистор мощностью 3 Вт и сопротивлением 0,3 мОм. Коэффициент предварительного усиления 16x на токовом канале, выбираемый для обоих метрологических устройств (STPMS2 и STPM32/STPM33), обеспечивает диапазон тока до 100 А. Напряжение на шунтирующем резисторе, пропорциональное входному току, воспринимается АЦП этих устройств.

STPM3x — это семейство стандартных продуктов для конкретных приложений (ASSP), предназначенных для высокоточного измерения мощности и энергии в системах линий электропередачи.

STPMS2, двухканальный 24-битный сигма-дельта-модулятор второго порядка, может измерять напряжение и ток для каждой фазы. Затем он осуществляет передискретизацию сигналов с использованием синхронизированных часов 4 МГц и мультиплексирует сигма-дельта-битовые потоки напряжения и тока на одном выходном выводе.

В шунтирующих решениях изолировать фазы друг от друга обязательно, поскольку разность потенциалов на печатной плате (PCB) из-за прямого контакта с линейным проводом может находиться в пределах сотен вольт. Это может вызвать разрядный ток, который разрушит плату и подключенное к ней оборудование. Изоляция достигается с помощью STISO621, двухканального цифрового изолятора на основе технологии толстооксидной гальванической изоляции ST на напряжение 6 кВ для передачи данных между изолированными доменами в различных промышленных приложениях.

Как мы видим на рисунке 3, между микроконтроллером и устройством учета STPM32 или STPMS2 используется изолятор.

Потребителям, которые хотят контролировать свои счета за электроэнергию, а также в отраслях, где необходимо контролировать точную мощность, энергию и коэффициент мощности тяжелого оборудования, этот счетчик (как показано на рисунке 4) предоставляет способ измерения и контроля мощности и энергопотребления. Он рассчитывает все метрологические параметры, необходимые для измерения каждого милливатта энергии, потребляемой промышленностью или домохозяйством. В этой конструкции используются измерительная микросхема STPM32 и микроконтроллер STM32L486.