De acordo com o princípio de funcionamento do medidor de energia, ele pode ser basicamente dividido em 8 módulos: módulo de alimentação, módulo de exibição, módulo de armazenamento, módulo de amostragem, módulo de medição, módulo de comunicação, módulo de controle e módulo de processamento MCU. Cada módulo executa suas próprias funções, sendo o processamento MCU integrado e coordenado de forma unificada, formando um sistema completo.
1. Módulo de potência do medidor de energia
O módulo de alimentação do medidor de energia é o centro de energia para o funcionamento normal do aparelho. Sua principal função é converter a alta tensão de 220 V CA em baixa tensão CC de 12 V, 5 V ou 3,3 V, que alimenta os chips e dispositivos dos demais módulos do medidor. Existem três tipos de módulos de alimentação comumente utilizados: transformadores, conversores resistivos-capacitivos e fontes de alimentação chaveadas.
Tipo de transformador: A alimentação CA de 220V é convertida em CA de 12V através do transformador, atingindo a faixa de tensão necessária por meio de retificação, redução e regulação de tensão. Baixo consumo de energia, alta estabilidade e baixa interferência eletromagnética.
A fonte de alimentação redutora capacitiva é um circuito que utiliza a reatância capacitiva gerada por um capacitor sob uma determinada frequência de sinal CA para limitar a corrente máxima de operação. Caracteriza-se por seu tamanho reduzido, baixo custo, baixo consumo de energia e alta potência.
A fonte de alimentação chaveada utiliza dispositivos eletrônicos de potência (como transistores, transistores MOS, tiristores controláveis, etc.) que, através de um circuito de controle, ligam e desligam periodicamente esses dispositivos, modulando a tensão de entrada por meio de pulsos. Isso permite a conversão de tensão, possibilitando o ajuste da tensão de saída e a regulação automática de tensão. As principais características são: baixo consumo de energia, tamanho reduzido, ampla faixa de tensão, alta interferência de frequência e alto custo.
No desenvolvimento e projeto de medidores de energia, de acordo com os requisitos de funcionalidade do produto, o tamanho da caixa, as exigências de controle de custos e as políticas nacionais e regionais, determina-se o tipo de fornecimento de energia.
2. Módulo de exibição do medidor de energia
O módulo de exibição do medidor de energia é usado principalmente para a leitura do consumo de energia, e existem muitos tipos de displays, incluindo tubo digital, contador e display convencional.LCD, LCD de matriz de pontos, LCD sensível ao toque, etc. Os dois métodos de exibição, tubo digital e contador, só podem exibir o consumo de eletricidade uma vez. Com o desenvolvimento das redes inteligentes, cada vez mais tipos de medidores de energia elétrica precisam exibir dados de consumo, e o tubo digital e o contador não atendem a esse processo de energia inteligente. O LCD é o modo de exibição mais comum nos medidores de energia atuais, e a escolha do tipo de LCD depende da complexidade do conteúdo a ser exibido durante o desenvolvimento e o projeto.
3. Módulo de armazenamento de energia
O módulo de armazenamento do medidor de energia é usado para armazenar parâmetros do medidor, consumo de eletricidade e dados históricos. Os dispositivos de memória mais comuns são o chip EEP, o chip ferroelétrico e o chip flash. Esses três tipos de chips de memória têm aplicações diferentes no medidor de energia. A memória flash é um tipo de memória flash que armazena dados temporários, dados da curva de carga e pacotes de atualização de software.
Uma EEPROM é uma memória somente de leitura programável e apagável em tempo real, que permite aos usuários apagar e reprogramar as informações armazenadas nela, seja no próprio dispositivo ou por meio de um dispositivo dedicado. Isso torna a EEPROM útil em cenários onde os dados precisam ser modificados e atualizados com frequência. A EEPROM pode armazenar dados até 1 milhão de vezes e é usada para armazenar dados de energia, como a quantidade de eletricidade em medidores de energia. O número de vezes que ela é armazenada atende aos requisitos de tempo de armazenamento do medidor de energia durante todo o seu ciclo de vida, e o custo é baixo.
O chip ferroelétrico utiliza as características do material ferroelétrico para realizar armazenamento de dados e operações lógicas de alta velocidade, baixo consumo de energia e alta confiabilidade, com capacidade de armazenamento de até 1 bilhão de vezes. Os dados não são perdidos após uma queda de energia, o que confere aos chips ferroelétricos alta densidade de armazenamento, alta velocidade e baixo consumo de energia. Os chips ferroelétricos são usados principalmente em medidores de energia para armazenar dados de eletricidade e outras informações relacionadas à energia. Seu preço é mais elevado e seu uso se restringe a produtos que exigem armazenamento de dados em alta frequência.
4, módulo de amostragem do medidor de energia
O módulo de amostragem do medidor de energia é responsável por converter os sinais de corrente e tensão, que são elevados, em sinais de corrente e tensão menores, para facilitar a leitura do medidor. Os dispositivos de amostragem de corrente mais comuns são:shunt, transformador de correnteEm dispositivos como a bobina de Roche, etc., a amostragem de tensão geralmente adota a amostragem de tensão parcial de resistência de alta precisão.
5, módulo de medição do medidor de energia
A principal função do módulo de medição é realizar a aquisição analógica de corrente e tensão e convertê-las em digitais; ele pode ser dividido em módulo de medição monofásico e módulo de medição trifásico.
6. Módulo de comunicação do medidor de energia
O módulo de comunicação do medidor de energia é a base para a transmissão e interação de dados, sendo fundamental para a inteligência artificial, a gestão científica precisa e o desenvolvimento da Internet das Coisas (IoT), permitindo a interação homem-máquina. Anteriormente, a comunicação era limitada principalmente por infravermelho e RS485. Com o avanço das tecnologias de comunicação e da Internet das Coisas, a gama de modos de comunicação para medidores de energia se expandiu, incluindo PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS e NB-IoT. A escolha do modo de comunicação mais adequado às necessidades do mercado depende dos diferentes cenários de aplicação e das vantagens e desvantagens de cada um.
7. Módulo de controle do medidor de energia
O módulo de controle do medidor de energia elétrica permite controlar e gerenciar a carga de forma eficaz. O método mais comum é a instalação de um relé de retenção magnética dentro do medidor. Através de dados de energia, esquemas de controle e comandos em tempo real, a carga é gerenciada e controlada. As funções comuns em medidores de energia incluem relés de desconexão por sobrecorrente e sobrecarga para controle de carga e proteção da linha; controle de tempo para ligar a energia de acordo com o período definido; função pré-paga que desliga o relé quando o crédito é insuficiente; e controle remoto, realizado através do envio de comandos em tempo real.
8, módulo de processamento MCU do medidor de energia
O módulo de processamento MCU do medidor de energia é o cérebro do medidor, responsável por calcular todos os tipos de dados, transformar e executar todos os tipos de instruções, além de coordenar cada módulo para que o aparelho funcione corretamente.
O medidor de energia é um produto eletrônico complexo de medição, que integra diversas áreas da tecnologia eletrônica, tecnologia de energia, tecnologia de medição de energia, tecnologia de comunicação, tecnologia de exibição, tecnologia de armazenamento e outras. É necessário integrar cada módulo funcional e cada tecnologia eletrônica para formar um todo completo, a fim de gerar um medidor de energia estável, confiável e preciso.
Data da publicação: 28 de maio de 2024