ZHCUC77 August   2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
    2. 1.2 终端设备
    3. 1.3 电表
    4. 1.4 电能质量监测仪,电能质量分析仪
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 使用 TMAG5273 线性 3D 霍尔效应传感器进行磁篡改检测
      2. 2.2.2 独立 ADC 的模拟输入
      3. 2.2.3 电压测量模拟前端
      4. 2.2.4 用于电流测量的模拟前端
    3. 2.3 主要米6体育平台手机版_好二三四
      1. 2.3.1 AMC131M03
      2. 2.3.2 ADS131M02
      3. 2.3.3 MSPM0G1106
      4. 2.3.4 TMAG5273
      5. 2.3.5 ISO6731
      6. 2.3.6 TRS3232E
      7. 2.3.7 TPS709
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 硬件要求
      1. 3.1.1  软件要求
      2. 3.1.2  用于 PC GUI 通信的 UART
      3. 3.1.3  直接存储器存取 (DMA)
      4. 3.1.4  ADC 设置
      5. 3.1.5  前台进程
      6. 3.1.6  公式
        1. 3.1.6.1 标准计量参数
        2. 3.1.6.2 电能质量公式
      7. 3.1.7  后台进程
      8. 3.1.8  软件函数 per_sample_dsp()
      9. 3.1.9  电压和电流信号
      10. 3.1.10 纯波形样本
      11. 3.1.11 频率测量和周期跟踪
      12. 3.1.12 LED 脉冲生成
      13. 3.1.13 相位补偿
    2. 3.2 测试设置
      1. 3.2.1 电源选项和跳线设置
      2. 3.2.2 电表计量精度测试
      3. 3.2.3 查看计量读数和校准
        1. 3.2.3.1 从 PC 校准和查看结果
      4. 3.2.4 MSPM0+ MCU 的校准和闪存设置
      5. 3.2.5 增益校准
      6. 3.2.6 电压和电流增益校准
      7. 3.2.7 有源功率增益校准
      8. 3.2.8 偏移校准
      9. 3.2.9 相位校准
    3. 3.3 测试结果
      1. 3.3.1 能量计量精度结果
  10. 4设计和文档支持
    1. 4.1 设计文件
      1. 4.1.1 原理图
      2. 4.1.2 BOM
      3. 4.1.3 PCB 布局建议
      4. 4.1.4 布局图
      5. 4.1.5 Altium 工程
      6. 4.1.6 Gerber 文件
      7. 4.1.7 装配图
    2. 4.2 工具与软件
    3. 4.3 文档支持
    4. 4.4 支持资源
    5. 4.5 商标
  11. 5关于作者

能量计量精度结果

对于以下测试结果,对电表应用了增益、相位和偏移校准。在更高的电流下,所示的百分比误差主要由分流电阻漂移决定,这种漂移是由于高电流产生的热量增加引起的。

对于累积有功电能误差、累积无功电能误差测试和单个相有功电能测试,电流在 100mA 到 100A 之间变化。对于累积有功电能和单个相位误差测试,在馈入参考设计的电压和电流波形之间施加 0° (PF = 1)、PF = 0.5i(电感)和 PF = 0.8c(电容)的相移。根据有功电能输出脉冲的误差,针对三个 PF 值创建了一个有功电能百分比误差与电流间的关系图。

对于累积无功电能误差测试,遵循了类似的过程(但未使用 90° (sin ϕ = 1i)、sin ϕ = 0.5i(电感)和 sin ϕ = 0.8c(电容)相移),并且绘制了累积无功电能误差,而非累积有功电能误差。

在累积有功和无功电能测试中,对每个相位的电能读数之和进行精度测试。相比之下,对于单个相位有功电能测试,测试了单个相位电能读数(A 相和 B 相,如果使用了分相模式)。在测试一个相位的单个电能精度时,通过为另一相位的电流提供 0A 输入来禁用此相位,这样,累积有功电能读数在理想情况下等于单个相位电压,这允许使用累积电能脉冲输出来测试单个相位的精度。所有这些测试均使用 ADS131M02 和 AMC131M03 器件的 4kSPS 采样率设置运行。

对于 A 相和 B 相的 VRMS 精度测试,电压在 10V 至 270V 范围内变化,而电流在 10A 时保持稳定。也可以进行超过 270V 的测试;然而,这需要从设计中移除 275V 变阻器并将其替换为额定电压更高的变阻器。

对于 A 相和 B 相上的 IRMS 精度测试,电压稳定在 120V,而电流在 0.1A 至 100A 范围内变化。

以下 4 张星形和 Δ 型配置的有功功率和无功功率图符合 IEC 62053-22 的 0.2 S 级精度限值,假设 Inominal = 15A,因此 Inominal 的 5% 点位于 750mA 处。

通过五个测试系列计算每次测量的平均误差,按顺序针对每个电流值进行测量,然后计算这五个测量值的最大偏差(下图中未显示),以确认该计量子系统的稳定性低于允许最大误差的 10%。

表 3-1 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置
电流 (A)平均误差 %

PF = 1,
cos ϕ = 0°

限值 (%) [0.2 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

限值 (%) [0.5 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

平均误差 %

PF = 0.5i,
cos ϕ = 60°

限值 (%) [0.2 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

限值 (%) [0.5 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

平均误差 %

PF = 0.8c,
cos ϕ = -36.87°

0.1

0.198

0.4

1.0

0.143

0.5

1.0

0.125

0.5

0.0574

0.4

1.0

-0.014

0.5

1.0

-0.0356

0.75

0.0416

0.4

1.0

-0.053

0.5

1.0

0.0344

1.5

0.038

0.2

0.5

-0.085

0.3

0.6

0.0678

3

0.0042

0.2

0.5

-0.081

0.3

0.6

0.085

7.5

0.0098

0.2

0.5

-0.105

0.3

0.6

0.1116

15

0.0174

0.2

0.5

-0.061

0.3

0.6

0.1406

30

0.017

0.2

0.5

-0.078

0.3

0.6

0.0476

60

-0.016

0.2

0.5

-0.076

0.3

0.6

0.1118

75

-0.0778

0.2

0.5

-0.151

0.3

0.6

0.0774

100

-0.0144

0.2

0.5

-0.2

0.3

0.6

-0.0968

TIDA-010944 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置图 3-17 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置
表 3-2 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置
电流 (A)

平均误差 %

sin ϕ = 1i (90°)

平均误差 %

sin ϕ = 0.5i (30°)

平均误差 %

sin ϕ = 0.8c (-53.13°)

0.1

0.1

0.25

0.07

0.5

0.05

0.26

0.08

0.75

-0.09

0.32

0.09

1.5

0.06

0.28

0.08

3

0.04

0.28

0.11

7.5

0.04

0.29

0.09

15

0.07

0.28

0.1

30

0.07

0.27

0.09

60

0.02

0.27

0.08

75

-0.06

0.21

0.02

100

-0.38

-0.15

-0.12

TIDA-010944 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置图 3-18 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,星形(Y 型)配置
表 3-3 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置
电流 (A)

平均误差 %

PF = 1,
cos ϕ = 0°

限值 (%) [0.2 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

限值 (%) [0.5 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

平均误差 %

PF = 0.5i,
cos ϕ = 60°

限值 (%) [0.2 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

限值 (%) [0.5 级]

IEC 62053-22
(PF 0.5i/0.8c)

平均误差 %

PF = 0.8c,
cos ϕ = -36.87°

0.1

0.240

0.4

1.0

0.381

0.5

1.0

0.307

0.5

0.073

0.4

1.0

0.059

0.5

1.0

0.1

0.75

0.091

0.4

1.0

0.042

0.5

1.0

0.122

1.5

0.09

0.2

0.5

0.016

0.3

0.6

0.064

3

0.082

0.2

0.5

0.025

0.3

0.6

0.098

7.5

0.074

0.2

0.5

0.001

0.3

0.6

0.055

15

0.049

0.2

0.5

0.017

0.3

0.6

0.086

30

0.106

0.2

0.5

0.032

0.3

0.6

0.127

60

0.083

0.2

0.5

0.031

0.3

0.6

0.145

75

0.089

0.2

0.5

-0

0.3

0.6

0.081

100

0.037

0.2

0.5

-0.04

0.3

0.6

0.011

TIDA-010944 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置图 3-19 有功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置
表 3-4 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置
电流 (A)

平均误差 %

sin ϕ = 1i (90°)

平均误差 %

sin ϕ = 0.5i (30°)

平均误差 %

sin ϕ = 0.8c (-53.13°)

0.1-1.93-3.35.14
0.50.54-1.341.11
0.75-0.19-0.80.75
1.5-0.06-0.350.39
30.02-0.10.22
7.50.060.080.1
150.080.130.07
300.080.110.06
600.07-0.010.01
750.01-0.17-0.02
100-0.15-0-0.12
TIDA-010944 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置图 3-20 无功电能百分比误差与电流间的关系,200μΩ 分流器,Δ 型配置

图 3-21图 3-24 展示了每个相位的 IRMS 和 VRMS,其中误差百分比列是通过比较相应的 MTE 读数和 GUI 读数生成的。在这些图中,记录了单个测量值。

表 3-5 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相
电压 (V)百分比误差
10-0.013
30-0.01
500.003
70-0.017
90-0.025
100-0.005
120-0.013
140-0.040
160-0.015
180-0.028
200-0.022
220-0.022
230-0.027
240-0.029
260-0.019
270-0.022
TIDA-010944 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相图 3-21 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相
表 3-6 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相
电流 (A)百分比误差
0.01-36.318
0.025-14.410
0.05-3.246
0.1-0.751
0.25-0.107
0.5-0.030
1-0.053
2-0.049
5-0.038
10-0.039
20-0.056
30-0.041
40-0.028
50-0.003
60-0.011
70-0.015
800.020
900.029
1000.071
TIDA-010944 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相图 3-22 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,A 相
表 3-7 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相
电压 (V)百分比误差
90.253
100.070
30-0.034
50-0.012
70-0.026
90-0.016
1000.009
120-0.013
140-0.036
160-0.024
180-0.036
200-0.033
220-0.035
230-0.036
240-0.045
260-0.049
270-0.025
TIDA-010944 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相图 3-23 10A 时的 VRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相
表 3-8 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相
电流 (A)百分比误差
0.01-32.557
0.025-13.645
0.05-5.802
0.1-0.323
0.25-0.199
0.5-0.117
1-0.057
2-0.051
5-0.028
10-0.046
20-0.034
30-0.037
40-0.035
50-0.034
60-0.013
700.018
800.035
900.106
1000.189
TIDA-010944 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相图 3-24 120V 时的 IRMS 百分比误差,200μΩ 分流器,B 相