Baru-baru ini, di tempat meter listrik induksi telah datang elektronik. Dalam penghitung ini, mekanisme penghitungan tidak diputar menggunakan kumparan tegangan dan arus, tetapi menggunakan elektronik khusus. Selain itu, mikrokontroler dan tampilan digital, masing-masing, dapat menjadi sarana untuk merekam dan menampilkan bacaan. Semua ini memungkinkan untuk mengurangi dimensi keseluruhan perangkat, serta mengurangi biaya.
Komposisi dari hampir semua meter elektronik mencakup satu atau lebih chip komputasi khusus yang melakukan fungsi dasar konversi dan pengukuran. Input dari rangkaian mikro seperti itu menerima informasi tentang tegangan dan kekuatan arus dari sensor yang sesuai dalam bentuk analog. Di dalam chip, informasi ini didigitalkan dan dikonversi dengan cara tertentu. Akibatnya, sinyal pulsa dihasilkan pada output dari rangkaian mikro, yang frekuensinya sebanding dengan daya yang dikonsumsi saat ini dari beban yang terhubung ke meter. Pulsa tiba di mekanisme penghitungan, yang merupakan elektromagnet, dikoordinasikan dengan roda gigi dengan angka. Dalam kasus meter yang lebih mahal dengan tampilan digital, mikrokontroler tambahan digunakan. Ini terhubung ke sirkuit mikro di atas dan ke tampilan digital melalui antarmuka spesifik, mengakumulasi hasil pengukuran listrik dalam memori yang tidak mudah menguap, dan juga menyediakan fungsionalitas perangkat tambahan.
Pertimbangkan beberapa mikrosirkuit dan model tandingan serupa yang ada di tangan saya.
Gambar yang belum dirangkai di bawah ini menunjukkan salah satu meter fase tunggal termurah "NEVA 103". Seperti yang bisa dilihat dari gambar, perangkat penghitungnya cukup sederhana. Papan utama terdiri dari sirkuit mikro khusus, body kitnya, dan unit penstabil daya berdasarkan kapasitor balast. Di papan tambahan ada LED yang menunjukkan beban yang dikonsumsi. Dalam hal ini, 3200 pulsa per 1 kW * h. Dimungkinkan juga untuk mengambil pulsa dari blok terminal hijau yang terletak di bagian atas konter. Mekanisme penghitungan terdiri dari tujuh roda dengan angka, gearbox, dan elektromagnet. Ini menampilkan listrik yang dihitung dengan akurasi persepuluh kW * h. Seperti dapat dilihat dari gambar, gearbox memiliki rasio gear 200: 1. Menurut komentar saya, ini berarti "200 pulsa per 1 kWh." Artinya, 200 pulsa diterapkan pada elektromagnet akan berkontribusi untuk menggulir roda merah terakhir dengan 1 revolusi penuh. Rasio ini merupakan kelipatan dari rasio untuk indikator LED, yang tidak disengaja. Gearbox dengan elektromagnet terletak di kotak logam di bawah dua layar untuk melindunginya dari gangguan oleh medan magnet eksternal.
Dalam model penghitung ini, chip ADE7754 digunakan. Pertimbangkan strukturnya.
Pin 5 dan 6 menerima sinyal analog dari pirau saat ini, yang terletak di terminal meter pertama dan kedua (kerusakan terlihat pada foto di tempat ini). Pin 8 dan 7 menerima sinyal analog yang sebanding dengan tegangan dalam jaringan. Melalui pin 16 dan 15, dimungkinkan untuk mengatur penguatan penguat operasional internal, yang bertanggung jawab atas arus. Kedua sinyal dengan bantuan unit ADC dikonversi ke bentuk digital dan, setelah melewati koreksi dan penyaringan tertentu, diumpankan ke pengganda. Pengganda mengalikan kedua sinyal ini, sebagai akibatnya, menurut hukum fisika, informasi tentang konsumsi daya saat ini diperoleh pada outputnya. Sinyal ini dimasukkan ke konverter khusus, yang menghasilkan pulsa siap pakai ke perangkat penghitung (pin 23 dan 24) dan ke LED kontrol dan output penghitungan (pin 22). Melalui pin 12, 13 dan 14, faktor frekuensi dan mode pulsa di atas dikonfigurasikan.
Skema standar body kit hampir merupakan skema penghitung yang sedang dipertimbangkan.
Kawat negatif umum terhubung ke nol 220V. Fase menuju pin 8 melalui pembagi pada resistor, yang berfungsi untuk mengurangi tingkat tegangan yang diukur. Sinyal dari shunt memasuki input yang sesuai dari chip juga melalui resistor. Di sirkuit ini dirancang untuk pengujian, pin konfigurasi 12-14 terhubung ke unit logis. Tergantung pada model meter, mereka dapat memiliki konfigurasi yang berbeda. Dalam ulasan singkat ini, informasi ini tidak begitu penting. Indikator LED terhubung ke pin yang sesuai secara seri dengan isolasi optik, di sisi lain mana terminal blok terhubung untuk menghilangkan informasi penghitungan (K7 dan K8).
Dari keluarga mikrosirkulasi yang sama ada analog serupa untuk pengukuran tiga fase. Kemungkinan besar, mereka dibangun menjadi meter tiga fase murah. Sebagai contoh, gambar di bawah ini menunjukkan struktur salah satu dari rangkaian mikro ini, yaitu ADE7752.
Alih-alih dua node ADC, ada 6 dari mereka yang digunakan: 2 untuk setiap fase. Input negatif dari tegangan op-amp digabungkan bersama dan di-output ke pin 13 (nol). Masing-masing dari ketiga fase terhubung ke input positif op-amp (pin 14, 15, 16). Sinyal-sinyal dari pirau saat ini untuk setiap fase dihubungkan oleh analogi dengan contoh sebelumnya. Untuk masing-masing dari tiga fase, sinyal yang mengkarakterisasi kekuatan saat ini diekstraksi menggunakan tiga pengganda. Sinyal-sinyal ini, selain filter, melewati node tambahan, yang diaktifkan melalui pin 17 dan berfungsi untuk memungkinkan pengoperasian modul matematika. Kemudian ketiga sinyal ini dijumlahkan, sehingga memperoleh konsumsi daya total untuk semua fase. Bergantung pada konfigurasi biner dari pin 17, penambah menjumlahkan nilai absolut dari ketiga sinyal atau modul mereka. Ini diperlukan untuk seluk-beluk pengukuran listrik tertentu, yang detailnya tidak dipertimbangkan di sini. Sinyal ini diumpankan ke konverter yang mirip dengan contoh sebelumnya dengan meter fase tunggal. Antarmukanya juga hampir sama.
Perlu dicatat bahwa sirkuit mikro di atas digunakan untuk mengukur energi aktif. Meter yang lebih mahal mampu mengukur energi aktif dan reaktif. Pertimbangkan, misalnya, chip ADE7754. Seperti dapat dilihat dari gambar di bawah ini, strukturnya jauh lebih rumit daripada struktur sirkuit mikro dari contoh sebelumnya.
Microcircuit mengukur listrik tiga fase yang aktif dan reaktif, memiliki antarmuka SPI untuk menghubungkan mikrokontroler dan output CF (pin 1) untuk pendaftaran eksternal listrik aktif. Semua informasi lain dari sirkuit mikro dibaca oleh mikrokontroler melalui antarmuka. Melalui itu, konfigurasi sirkuit mikro dilakukan, khususnya, pemasangan berbagai konstanta yang tercermin dalam diagram struktural. Akibatnya, rangkaian mikro ini, tidak seperti dua contoh sebelumnya, tidak otonom, dan mikrokontroler diperlukan untuk membuat konter berdasarkan sirkuit mikro ini. Anda dapat secara visual mengamati dalam diagram struktural node yang secara individual bertanggung jawab untuk mengukur energi aktif dan reaktif. Semuanya jauh lebih rumit di sini daripada dua contoh sebelumnya.
Sebagai contoh, pertimbangkan perangkat lain yang menarik: meter tiga fase "Energomera TSE6803V P32". Seperti dapat dilihat dari foto di bawah ini, penghitung ini belum dioperasikan. Saya mendapatkannya dalam bentuk tidak tertutup dengan kerusakan mekanis kecil di luar. Dengan semua ini, dia benar-benar dalam kondisi kerja.
Seperti yang Anda lihat, melihat papan utama, perangkat terdiri dari tiga node identik (di sebelah kanan), sirkuit daya, dan mikrokontroler. Di sisi bawah papan utama ada tiga modul identik pada papan terpisah, satu untuk setiap node. Modul-modul ini adalah sirkuit mikro AD71056 dengan berat minimum yang disyaratkan. Chip ini adalah pengukur listrik satu fase.
Modul disegel secara vertikal di papan utama. Kabel twisted menghubungkan shunt saat ini ke modul ini.
Selama beberapa jam, saya berhasil menggambar diagram listrik perangkat. Mari kita pertimbangkan lebih terinci.
Di sebelah kanan dalam diagram umum adalah diagram modul fase tunggal, yang disebutkan di atas. Chip D1 pada modul AD71056 ini memiliki kesamaan dengan chip ADE7755 yang telah dibahas sebelumnya. Daya 5V dipasok ke kontak keempat modul, dan sinyal tegangan ke yang ketiga. Informasi dari kontak kedua diambil dalam bentuk pulsa tentang konsumsi daya melalui output CF chip D1. Sinyal dari shunt saat ini datang melalui kontak X1 dan X2. Input konfigurasi mikrosirkuit SCF, S1 dan S0 dalam hal ini terletak pada pin 8-10 dan dikonfigurasikan dalam "0,1,1".
Masing-masing dari ketiga modul ini melayani masing-masing fase. Sinyal untuk mengukur tegangan dipasok ke modul melalui rantai empat resistor dan diambil dari terminal nol ("N"). Perlu dicatat bahwa kawat yang sama untuk setiap modul adalah fase yang sesuai. Tapi, kabel yang umum dari seluruh rangkaian terhubung ke terminal nol. Solusi rumit ini untuk memberikan daya ke setiap node di sirkuit dijelaskan di bawah ini.
Masing-masing dari tiga fase pergi ke dioda Zener VD4, VD5 dan VD6, masing-masing, kemudian ke sirkuit RC ballast R1C1, R2C2 dan R3C3, kemudian ke dioda zener VD1, VD2 dan VD3, yang dihubungkan oleh anoda mereka ke nol. Dari tiga dioda zener pertama, tegangan suplai untuk masing-masing modul U3, U2 dan U1 dilepaskan, masing-masing, diperbaiki oleh dioda VD10, VD11 dan VD12. Chips-regulator D1-D3 digunakan untuk mendapatkan tegangan suplai 5V. Tegangan rangkaian umum dilepas dari dioda Zener VD1-VD3, diperbaiki oleh dioda VD7-VD9, dikumpulkan pada satu titik dan diumpankan ke regulator D4, dari tempat 5V dilepas.
Rangkaian umum adalah mikrokontroler (MK) D5 PIC16F720. Jelas, ini berfungsi untuk mengumpulkan dan memproses informasi tentang konsumsi daya saat ini yang berasal dari masing-masing modul dalam bentuk pulsa. Sinyal-sinyal ini berasal dari modul U3, U2, dan U1 ke pin MK RA2, RA4, dan RA5 melalui sambungan optik V1, V2, dan V3, masing-masing. Akibatnya, pada pin RC1 dan RC2, MK menghasilkan pulsa untuk perangkat penghitung mekanis M1. Ini mirip dengan perangkat yang dibahas sebelumnya, dan juga memiliki rasio 200: 1. Resistansi kumparan tinggi dan sekitar 500 Ohm, yang memungkinkan Anda untuk menghubungkannya langsung ke MK tanpa rangkaian transistor tambahan. Pada pin RC0, MK menghasilkan pulsa untuk indikator LED HL2 dan untuk output pulsa eksternal pada konektor XT1. Yang terakhir diimplementasikan melalui isolasi optik V4 dan transistor VT1. Dalam model meter ini, rasionya adalah 400 pulsa per 1 kW * h. Dalam prakteknya, ketika menguji penghitung ini (setelah sedikit perbaikan), diketahui bahwa kumparan elektromagnetik dari mekanisme penghitungan bekerja secara serempak dengan lampu kilat HL2 LED, tetapi setiap waktu (dua kali lebih sedikit). Ini mengkonfirmasi korespondensi dari rasio 400: 1 untuk indikator dan 200: 1 untuk mekanisme penghitungan, sebagaimana disebutkan sebelumnya.
Di sisi kiri papan ada tempat untuk konektor XS1 10-pin, yang berfungsi untuk memasang, serta untuk antarmuka UART dari MK.
Dengan demikian, meter tiga fase "Energomera TSE6803V R32" terdiri dari tiga sirkuit mikro fase tunggal dan mikrokontroler yang memproses informasi dari mereka.
Sebagai kesimpulan, perlu dicatat bahwa ada sejumlah model penghitung yang jauh lebih kompleks dalam fungsinya. Misalnya, meter dengan pemantauan jarak jauh dari pembacaan dengan kabel listrik, atau bahkan melalui modul komunikasi seluler. Pada artikel ini, saya hanya mempertimbangkan model paling sederhana dan prinsip-prinsip dasar untuk membangun sirkuit listrik mereka. Saya meminta maaf sebelumnya untuk kemungkinan terminologi yang salah dalam teks, karena saya mencoba untuk menggunakan bahasa yang sederhana.