Відповідно до принципу роботи лічильника енергії, його можна умовно розділити на 8 модулів: модуль живлення, модуль відображення, модуль зберігання, модуль вибірки, модуль вимірювання, модуль зв'язку, модуль керування та модуль обробки MUC. Кожен модуль виконує свої власні функції за допомогою модуля обробки MCU для єдиної інтеграції та координації, об'єднуючи їх в єдине ціле.
1. Модуль живлення лічильника енергії
Модуль живлення лічильника потужності є енергетичним центром для нормальної роботи лічильника потужності. Основна функція модуля живлення полягає в перетворенні високої напруги змінного струму 220 В у низьковольтне джерело живлення постійного струму DC12\DC5V\DC3.3V, яке забезпечує робоче живлення для мікросхеми та пристроїв інших модулів лічильника потужності. Існує три типові модулі живлення: трансформаторні, понижувальні резистивно-ємнісні та імпульсні джерела живлення.
Тип трансформатора: Джерело живлення змінного струму 220 В перетворюється на змінний струм 12 В через трансформатор, і необхідний діапазон напруги досягається шляхом випрямлення, зниження напруги та регулювання напруги. Низьке енергоспоживання, висока стабільність, стійкість до електромагнітних перешкод.
Блок живлення з понижувальною ємністю та резистивним опором – це схема, яка використовує ємнісний опір, що генерується конденсатором під дією змінного сигналу певної частоти, для обмеження максимального робочого струму. Малий розмір, низька вартість, мала потужність, велике енергоспоживання.
Імпульсне живлення здійснюється через силові електронні комутаційні пристрої (такі як транзистори, МОП-транзистори, керовані тиристори тощо) через схему керування, завдяки чому електронні комутаційні пристрої періодично «вмикаються» та «вимикаються», завдяки чому силові електронні комутаційні пристрої здійснюють імпульсну модуляцію вхідної напруги, що дозволяє досягти перетворення напруги та можливості регулювання вихідної напруги, а також автоматичного регулювання напруги. Низьке енергоспоживання, малий розмір, широкий діапазон напруги, стійкість до високочастотних перешкод, висока ціна.
Під час розробки та проектування лічильників енергії, відповідно до вимог до функції продукту, розміру корпусу, вимог контролю витрат, вимог національної та регіональної політики, визначається тип джерела живлення.
2. Модуль відображення лічильника енергії
Модуль дисплея лічильника енергії в основному використовується для зчитування споживання енергії, і існує багато типів дисплеїв, включаючи цифрову трубку, лічильник, звичайнийРК-дисплей, матричний РК-дисплей, сенсорний РК-дисплей тощо. Два способи відображення: цифрова трубка та лічильник можуть відображати лише одне споживання електроенергії, але з розвитком інтелектуальних мереж для відображення даних про енергоспоживання потрібне все більше типів лічильників електроенергії, але цифрова трубка та лічильник не можуть відповідати вимогам інтелектуального енергоспоживання. РК-дисплей є основним режимом відображення в сучасних лічильниках енергії, і під час розробки та проектування будуть вибрані різні типи РК-дисплеїв залежно від складності відображення.
3. Модуль зберігання лічильника енергії
Модуль пам'яті лічильника енергії використовується для зберігання параметрів лічильника, електроенергії та історичних даних. Зазвичай використовуються пристрої пам'яті - це EEP-чіпи, сегнетоелектричні, флеш-чіпи, ці три типи мікросхем пам'яті мають різне застосування в лічильнику енергії. Флеш-пам'ять - це вид флеш-пам'яті, яка зберігає деякі тимчасові дані, дані кривої навантаження та пакети оновлення програмного забезпечення.
EEPROM — це програмована пам'ять лише для читання з можливістю постійного стирання, яка дозволяє користувачам стирати та перепрограмовувати інформацію, що зберігається в ній, або на самому пристрої, або через спеціальний пристрій, що робить EEPROM корисним у випадках, коли дані потрібно часто змінювати та оновлювати. EEPROM може зберігатися 1 мільйон разів і використовується для зберігання даних про потужність, таких як кількість електроенергії в лічильнику енергії. Час зберігання може відповідати вимогам щодо часу зберігання лічильника енергії протягом усього життєвого циклу, а ціна низька.
Сегнетоелектричний чіп використовує характеристику сегнетоелектричного матеріалу для реалізації високошвидкісного, низького енергоспоживання, високонадійного зберігання даних та логічних операцій, часу зберігання 1 мільярд; дані не будуть очищені після відключення живлення, що робить сегнетоелектричні чіпи з високою щільністю зберігання, високою швидкістю та низьким енергоспоживанням. Сегнетоелектричні чіпи здебільшого використовуються в лічильниках енергії для зберігання електроенергії та інших даних про енергію, ціна на них вища, і вони використовуються лише в продуктах, які потребують зберігання високочастотних слів.
4, модуль відбору проб лічильника енергії
Модуль вибірки ватт-годинного лічильника відповідає за перетворення сигналу великого струму та сигналу великої напруги в сигнал малого струму та сигнал малої напруги для полегшення отримання даних ватт-годинним лічильником. Зазвичай використовуються пристрої вибірки струму:шунт, трансформатор струму, котушка Роша тощо, вибірка напруги зазвичай використовує високоточну часткову вибірку напруги опору.
5, модуль вимірювання лічильника енергії
Основна функція вимірювального модуля полягає в завершенні збору аналогових показників струму та напруги та перетворенні аналогового сигналу в цифровий; його можна розділити на однофазний вимірювальний модуль та трифазний вимірювальний модуль.
6. Модуль зв'язку з лічильником енергії
Модуль зв'язку лічильника енергії є основою передачі даних та взаємодії з ними, основою даних інтелектуальної мережі, інтелекту, точного наукового управління та основою розвитку Інтернету речей для досягнення взаємодії людини з комп'ютером. У минулому відсутнім способом зв'язку був переважно інфрачервоний зв'язок та зв'язок RS485, але з розвитком комунікаційних технологій та технології Інтернету речей вибір способів зв'язку лічильника енергії став широким: PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS, NB-IoT тощо. Залежно від різних сценаріїв застосування та переваг і недоліків кожного способу зв'язку вибирається спосіб зв'язку, що відповідає ринковому попиту.
7. Модуль керування лічильником потужності
Модуль керування лічильником потужності може ефективно контролювати та керувати навантаженням. Найпоширеніший спосіб — встановити магнітне утримуюче реле всередині лічильника потужності. Керування навантаженням здійснюється за допомогою даних про потужність, схеми керування та команд у режимі реального часу. Загальні функції лічильника енергії втілені в реле відключення від перевантаження та перевантаження для реалізації контролю навантаження та захисту лінії; керування часом відповідно до періоду часу для керування ввімкненням; у функції передоплати кредиту недостатньо для відключення реле; функція дистанційного керування реалізується шляхом надсилання команд у режимі реального часу.
8, модуль обробки мікроконтролера лічильника енергії
Модуль обробки MCU лічильника ват-годин є його мозком, він обчислює всілякі дані, перетворює та виконує всілякі інструкції, а також координує кожен модуль для досягнення своєї функції.
Лічильник енергії – це складний електронний вимірювальний пристрій, що об'єднує різні галузі електронних технологій, енергетичних технологій, технологій вимірювання потужності, комунікаційних технологій, технологій відображення, технологій зберігання даних тощо. Необхідно інтегрувати кожен функціональний модуль та кожну електронну технологію в єдине ціле, щоб створити стабільний, надійний та точний лічильник ват-годин.
Час публікації: 28 травня 2024 р.