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隔離式ADC架構(gòu)利用分流電阻進行三相電能計量

作者: 時間:2013-10-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
傳統(tǒng)三相電表使用電流互感器(CT)檢測相電流和零線電流。CT的優(yōu)勢之一是能夠在數(shù)百伏的電力線與電表地(通常連接到零線)之間提供固有的電隔離。CT可以實現(xiàn)良好的線性度;通過調(diào)整匝數(shù)比和負載電阻,可以靈活地測量各種類型的電流。然而,CT用于電表時也有一些缺點。首先,外部直流磁場可能會使CT的磁芯飽和?,F(xiàn)在,非常強大的稀土直流磁體很容易為普通民眾所獲得并應(yīng)用于竊電。其次,電源電子設(shè)備也能使CT飽和,例如用于分布式太陽能發(fā)電的直連逆變器,它在線路上產(chǎn)生直流電流。制造商可以通過屏蔽和使用直流兼容CT來克服這兩種影響,但這會增加成本。有人說,無論是何種CT,都可以找到一個永磁體來干擾它。第三,CT會引入一個與線電流頻率相關(guān)的測量相位延遲。如果應(yīng)用僅關(guān)注線電流的基波成分,那么補償此延遲相對容易。然而,測量諧波成分日益變得重要,而要補償基波和所有諧波的總延遲則非常困難。

其它電流傳感器在三相電表應(yīng)用中使用較少,包括羅氏線圈等di/dt傳感器或霍爾效應(yīng)傳感器。雖然這些傳感器在某些應(yīng)用中具有優(yōu)勢,但也存在特殊的困難。例如,羅氏線圈具有出色的線性度,可以檢測非常高的電流,但難以制造,而且難以實現(xiàn)良好的抗擾度,不適合精確的低電流測量。在防竊電方面,羅氏線圈也容易受交流磁場干擾?;魻栃?yīng)傳感器要求對溫度失調(diào)進行主動補償,而且本身很容易受磁場影響。



近年來,在成本、磁場抗擾度和尺寸等因素的推動下,在單相電表中的使用迅速增加。許多情況下,單相電表以線電壓為基準(zhǔn),因而無需額外的隔離。在三相電表中,必須在各與電表內(nèi)核之間提供一個隔離柵,這是嚴重的挑戰(zhàn)。熱量也是一個問題,迫使分流電阻一般只能用于最大電流不超過120 A的電表。

我們先考慮一個三相系統(tǒng)的A相及其負載。假設(shè)利用分流電阻來檢測相電流(圖1)。

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圖1. 利用分流電阻檢測相電流時的A相電流和電壓檢測

這恰好是一個單相電表配置:分流電阻位于電力線上,一個分壓器檢測相至零線電壓。分流電阻和分壓器上的電壓由一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)檢測。地為分流電阻與分壓器共用的極點。單相電表大部分用于住宅,其最大電流一般低于120 A。這一限制加上低成本要求,使得分流電阻成為單相電能計量中使用最廣泛的電流傳感器。

所有三相都復(fù)制這一方案,各ADC有其自己的地(圖2)。

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圖2. 利用分流電阻檢測相電流時的三相電流和電壓檢測

管理所有活動的微控制器(MCU)與零線處于相同的電位,為了在ADC與MCU之間進行通信,必須隔離數(shù)據(jù)通道。這樣,每個ADC都有其自己的隔離電源(圖3)。

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