Theo nguyên lý thiết kế hoạt động của đồng hồ đo năng lượng, về cơ bản nó có thể được chia thành 8 mô-đun: mô-đun nguồn, mô-đun hiển thị, mô-đun lưu trữ, mô-đun lấy mẫu, mô-đun đo lường, mô-đun truyền thông, mô-đun điều khiển và mô-đun xử lý MCU. Mỗi mô-đun thực hiện nhiệm vụ riêng của mình thông qua mô-đun xử lý MCU để tích hợp và phối hợp thống nhất, tạo thành một thể thống nhất.
1. Mô-đun nguồn của đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun nguồn của đồng hồ đo điện là trung tâm năng lượng cho hoạt động bình thường của đồng hồ đo điện. Chức năng chính của mô-đun nguồn là chuyển đổi điện áp cao AC 220V thành nguồn điện áp thấp DC 12V/DC5V/DC3.3V, cung cấp nguồn điện hoạt động cho chip và các thiết bị của các mô-đun khác trong đồng hồ đo điện. Có ba loại mô-đun nguồn thường được sử dụng: biến áp, biến áp hạ áp bằng điện trở-tụ điện và nguồn chuyển mạch.
Loại biến áp: Nguồn điện xoay chiều 220V được chuyển đổi thành điện xoay chiều 12V thông qua biến áp, và đạt được dải điện áp yêu cầu bằng cách chỉnh lưu, giảm điện áp và điều chỉnh điện áp. Công suất thấp, độ ổn định cao, dễ bị nhiễu điện từ.
Mạch nguồn hạ áp điện trở-tụ điện là một mạch sử dụng điện kháng dung do tụ điện tạo ra dưới tác động của tín hiệu AC có tần số nhất định để giới hạn dòng điện hoạt động tối đa. Kích thước nhỏ, chi phí thấp, công suất nhỏ, nhưng tiêu thụ điện năng lớn.
Nguồn điện chuyển mạch sử dụng các thiết bị chuyển mạch điện tử công suất (như transistor, transistor MOS, thyristor điều khiển được, v.v.), thông qua mạch điều khiển, để các thiết bị chuyển mạch điện tử được "bật" và "tắt" định kỳ, tạo ra sự điều chế xung điện áp đầu vào, nhằm đạt được chức năng chuyển đổi điện áp và điện áp đầu ra có thể điều chỉnh được và tự động điều chỉnh điện áp. Ưu điểm: tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, dải điện áp rộng, nhiễu tần số cao, giá thành cao.
Trong quá trình phát triển và thiết kế đồng hồ đo năng lượng, dựa trên các yêu cầu về chức năng sản phẩm, kích thước vỏ máy, yêu cầu kiểm soát chi phí, yêu cầu chính sách quốc gia và khu vực để xác định loại nguồn cung cấp điện phù hợp.
2. Mô-đun hiển thị đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun hiển thị của đồng hồ đo năng lượng chủ yếu được sử dụng để đọc mức tiêu thụ điện năng, và có nhiều loại màn hình hiển thị bao gồm ống kỹ thuật số, bộ đếm, và các loại thông thường khác.Màn hình LCDMàn hình LCD ma trận điểm, màn hình LCD cảm ứng, v.v. Hai phương pháp hiển thị là ống số và đồng hồ chỉ có thể hiển thị mức tiêu thụ điện năng, với sự phát triển của lưới điện thông minh, ngày càng nhiều loại đồng hồ điện yêu cầu hiển thị dữ liệu điện năng, ống số và đồng hồ không thể đáp ứng được quy trình điện năng thông minh. LCD là phương thức hiển thị chủ đạo trong các đồng hồ đo năng lượng hiện nay, tùy thuộc vào độ phức tạp của nội dung hiển thị trong quá trình phát triển và thiết kế sẽ lựa chọn các loại LCD khác nhau.
3. Mô-đun lưu trữ đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun lưu trữ của đồng hồ đo năng lượng được sử dụng để lưu trữ các thông số của đồng hồ, điện năng tiêu thụ và dữ liệu lịch sử. Các thiết bị bộ nhớ thường được sử dụng là chip EEP, chip ferroelectric và chip flash. Ba loại chip nhớ này có các ứng dụng khác nhau trong đồng hồ đo năng lượng. Flash là một dạng bộ nhớ flash lưu trữ một số dữ liệu tạm thời, dữ liệu đường cong tải và các gói nâng cấp phần mềm.
EEPROM là bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình và xóa trực tiếp, cho phép người dùng xóa và lập trình lại thông tin được lưu trữ trong đó, trực tiếp trên thiết bị hoặc thông qua một thiết bị chuyên dụng. Điều này làm cho EEPROM hữu ích trong các trường hợp cần sửa đổi và cập nhật dữ liệu thường xuyên. EEPROM có thể lưu trữ đến 1 triệu lần và được sử dụng để lưu trữ dữ liệu điện năng như lượng điện tiêu thụ trong đồng hồ đo điện. Số lần lưu trữ này đáp ứng được yêu cầu về thời gian lưu trữ của đồng hồ đo điện trong suốt vòng đời của thiết bị, và giá thành lại thấp.
Chip điện môi sử dụng đặc tính của vật liệu điện môi để thực hiện lưu trữ dữ liệu và các thao tác logic tốc độ cao, tiêu thụ điện năng thấp, độ tin cậy cao, với số lần lưu trữ lên đến 1 tỷ; dữ liệu sẽ không bị mất sau khi mất điện, điều này giúp chip điện môi có mật độ lưu trữ cao, tốc độ nhanh và tiêu thụ năng lượng thấp. Chip điện môi chủ yếu được sử dụng trong đồng hồ đo điện để lưu trữ điện năng và các dữ liệu năng lượng khác, giá thành cao hơn, và chỉ được sử dụng trong các sản phẩm cần có yêu cầu lưu trữ từ ngữ tần số cao.
4, mô-đun lấy mẫu đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun lấy mẫu của đồng hồ đo công suất-giờ chịu trách nhiệm chuyển đổi tín hiệu dòng điện lớn và tín hiệu điện áp lớn thành tín hiệu dòng điện nhỏ và tín hiệu điện áp nhỏ để hỗ trợ việc thu thập dữ liệu của đồng hồ đo công suất-giờ. Các thiết bị lấy mẫu dòng điện thường được sử dụng là:đường vòng, máy biến áp dòng điệnVí dụ như cuộn dây Roche, v.v., việc lấy mẫu điện áp thường sử dụng phương pháp lấy mẫu điện áp cục bộ bằng điện trở có độ chính xác cao.
5, mô-đun đo lường công tơ điện
Chức năng chính của mô-đun đo lường là thu thập dòng điện và điện áp tương tự, và chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số; nó có thể được chia thành mô-đun đo một pha và mô-đun đo ba pha.
6. Mô-đun truyền thông đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun truyền thông của đồng hồ đo năng lượng là nền tảng của việc truyền tải và tương tác dữ liệu, nền tảng của dữ liệu lưới điện thông minh, quản lý thông minh, khoa học và chính xác, đồng thời là nền tảng cho sự phát triển của Internet vạn vật nhằm đạt được tương tác giữa người và máy. Trước đây, các phương thức truyền thông chủ yếu là hồng ngoại và RS485. Với sự phát triển của công nghệ truyền thông và công nghệ Internet vạn vật, sự lựa chọn phương thức truyền thông của đồng hồ đo năng lượng đã trở nên đa dạng hơn, bao gồm PLC, RF, RS485, LoRa, Zigbee, GPRS, NB-IoT, v.v. Dựa trên các kịch bản ứng dụng khác nhau và ưu nhược điểm của từng phương thức truyền thông, phương thức truyền thông phù hợp với nhu cầu thị trường sẽ được lựa chọn.
7. Mô-đun điều khiển đồng hồ đo công suất
Mô-đun điều khiển công tơ điện có thể điều khiển và quản lý tải điện một cách hiệu quả. Cách phổ biến là lắp đặt rơle giữ từ bên trong công tơ điện. Thông qua dữ liệu điện năng, sơ đồ điều khiển và lệnh thời gian thực, tải điện được quản lý và điều khiển. Các chức năng phổ biến trong công tơ điện bao gồm: rơle ngắt quá dòng và quá tải để thực hiện điều khiển tải và bảo vệ đường dây; điều khiển theo thời gian để bật/tắt nguồn theo chu kỳ; chức năng trả trước, khi số dư tín dụng không đủ sẽ ngắt rơle; chức năng điều khiển từ xa được thực hiện bằng cách gửi lệnh theo thời gian thực.
8. Mô-đun xử lý MCU đồng hồ đo năng lượng
Mô-đun xử lý MCU của đồng hồ đo điện năng là bộ não của thiết bị, có chức năng tính toán mọi loại dữ liệu, chuyển đổi và thực thi mọi loại lệnh, đồng thời phối hợp với từng mô-đun khác để hoàn thành chức năng.
Đồng hồ đo năng lượng là một sản phẩm đo lường điện tử phức tạp, tích hợp nhiều lĩnh vực công nghệ điện tử, công nghệ điện lực, công nghệ đo lường công suất, công nghệ truyền thông, công nghệ hiển thị, công nghệ lưu trữ, v.v. Việc tích hợp từng mô-đun chức năng và từng công nghệ điện tử để tạo thành một tổng thể hoàn chỉnh là cần thiết nhằm tạo ra một đồng hồ đo watt-giờ ổn định, đáng tin cậy và chính xác.
Thời gian đăng bài: 28 tháng 5 năm 2024