Устройство и принцип работы однофазного цифрового счётчика

Счетчик представляет собой цифровое устройство с предварительным преобразованием мощности в цифровой сигнал с последующим преобразованием цифрового сигнала в частоту следования импульсов, суммирование которых дает количество потребляемой энергии. Измерительная часть счетчика реализована на специализированной микросхеме ADE7751. Цоколевка микросхемы приведена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Цоколевка микросхемы ADE7751

Структурная схема счетчика приведена на рисунке 10. Схема электрическая приведена на рисунке 11.

Рисунок 10 – Структурная схема счетчика электронного счётчика

Рисунок 11 – Схема электрическая принципиальная электронного счётчика

Таблица 2 – Перечень элементов счетчика

А1.1; А1.2	Модуль колодки
А2	Модуль измерительный
А3	Модуль индикации
М1	Устройство отсчётное
Х1	Клемники винтовые

Входное напряжение U подается на вход делителя напряжения, с выхода сигнал поступает на вход напряжения микросхемы ADE7751 (вывод 7).

К выводам 4 и 6 микросхемы подключается шунт, напряжение на котором пропорционально току в фазной цепи. К выводам 5 и 6 микросхемы подключается датчик тока, состоящий из шунта и трансформатора тока напряжение, на выходе которого пропорционально току в нулевой цепи.

Датчик тока состоит из шунта сопротивлением 350 мкОм, манганинового провода сопротивлением 60 мОм, являющегося первичной обмоткой трансформатора тока и трансформатора тока. На шунте и манганиновом проводе реализован делитель тока. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку между фазной и нулевой цепью сети.

Входные сигналы через операционные усилители поступают на вход АЦП, где преобразуются в цифровой код. Операционный усилитель в токовом канале является программируемым. Коэффициент усиления программируется при помощи подачи управляющих напряжений на выводы 15 и 16.

Блок производит сравнение двух значений токов (фазного и нулевого) При разности токов больше 12 % наибольшее значение тока поступает на фильтр высокой частоты, при этом на выводе 19 микросхемы появляется сигнал неравенства двух токов (фазного и нулевого). По умолчанию блок пропускает на ФВЧ значение фазного тока. При отсутствии тока в фазной цепи и наличии тока в нулевой цепи пропускает значение тока в нулевой цепи.

Фильтр высокой частоты в токовом канале устраняет составляющую постоянного тока входного сигнала. Этим исключается всякая погрешность, связанная с постоянной составляющей во входных сигналах.

Сигнал мгновенной мощности получается путем перемножения сигналов тока и напряжения. Для получения сигнала об активной мощности сигнал мгновенной мощности пропускается через фильтр низкой частоты. Эта схема позволяет корректно производить подсчет мощности при несинусоидальных токе и напряжении, а также при любом коэффициенте мощности.

После фильтра низких частот (далее по тексту ФНЧ) сигнал поступает на вход преобразователя цифрового кода в частоту. С него сигнал поступает: на низкочастотные выходы F1 и F2; на высокочастотный выход CF (значение мгновенной мощности); и далее используется для калибровки счетчика. Длительность импульсов F1 и F2 равно 275 мс, амплитуда 5В. Длительность импульса CF равна 90 мс, амплитуда 5В.

Вывод REVP несет информацию о направлении измеряемой мощности.

Выводы SCF, S0, S1 используются для выбора постоянной счетчика и для одной из частот преобразования цифрового кода в частоту.

Вывод RESET позволяет сбросить АЦП и цифровые узлы микросхемы, удерживать их в состоянии сброса путем подачи низкого логического уровня.

Питание счетчика обеспечивается блок питания (БП) с гасящим конденсатором и выпрямителем на диодах.

Микросхема ADE7751 содержит схему контроля питания на выводе AVdd. При снижении напряжения питания ниже 4 В ±5 % микросхема переходит в состояние сброса.

Полная схема электронного однофазного счётчика активной энергии приведена на рисунке 12.