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选择合适电流转换器智慧电表电流感测更精准

导读: 位在智慧型电表与主电源连接点上的电流转换器,是实现精确电流感测计算耗电量的关键。

  OFweek电子工程网讯 位在智慧型电表与主电源连接点上的电流转换器,是实现精确电流感测计算耗电量的关键。有多种电流转换器可用以执行此工作,其中,变流器具有低成本、低功耗、易于安装及温度稳定性高等多项优点,且抗干扰性高,是打造高精度智慧电表的新利器。

  虽然大规模智慧型电表计画正在世界各地展开,但智慧型电表仍属于较新的技术,设计方法相当多元。工程师在处理如感测消耗电流等重要层面时,仍需要协助。方法有很多种,但必须选择合适的方法。

  节约能源意识高涨智慧电表成未来趋势

  必须大量部署智慧型电表,智慧型电网才能提供预期的效益,例如减少温室气体排放、提高再生能源所占比重,以及改善可靠性。

  此讯息已广为世界所知。根据美国能源资讯局指出,目前美国已安装五千多万个智慧型电表。欧盟的目标是从现在到2020年,以智慧型电表取代至少80%的传统电表,而南韩、中国等亚洲主要国家也已积极投入此领域。

  智慧型电表逐渐成为趋势,电表制造商可借此机会开发新的产品,提供符合世界各地公用事业、政府及住家需求的先进功能。从技术角度来看,智慧型电表仍在发展当中,在应用层、使用者介面及用以撷取、处理和传送资料的技术方面,还有许多方法有待探索。但基本上,所有利害相关者都同意,智慧型电表必须价格合理、易于安装、极度可靠且不须维护,智慧型电表也必须符合既定的精度标准。

  欧洲最普遍的通讯技术是电力线通讯,美国的公用事业则倾向于无线技术。某篇Greentechmedia文章指出,这是因为美国配电网的变压器与住家比率较高,难以透过电力线传输资料。

  各大半导体制造商纷纷提出各种架构,作为让客户打造智慧型电表的平台。设计师可选择多种由微控制器加上高精度类比前端,和计量周边装置组成的智慧型电表单晶片系统装置。另一种方法结合专用的电能计量积体电路与附属数位讯号控制器,利用数位讯号控制器的内建数位讯号处理器引擎执行功率计算。

  确保精准电流感测电流转换器选择需谨慎

  位在智慧型电表与主电源连接点上的电流转换器,是实现精确电流感测计算耗电量的关键。有多种电流转换器可用以执行此工作,如高精度分流电阻器、罗哥夫斯基线圈、霍尔效应感测器或变流器。

  分流电阻器有许多优点,例如组件成本极低、在宽广的测量范围内具有良好的线性。另一方面,它必须具有低电阻以降低损耗,方能满足电表相关法规标准的要求。举例来说,国际电工委员会62053-21和62053-23规定每相能量损失以两瓦为上限。

  为满足此要求,设计人员可用的只有几百微欧姆的电阻,其产生的电压极低。此讯号需要缜密的滤波和放大,确保在低电流位准下的精确度。相反的,在高电流位准下,电表内部散热会是一个问题。另外,可能需要使用光耦合器或变压器达成电流隔离,以确保使用者安全并防止多相电表的相间短路。

  罗哥夫斯基线圈没有分流电阻器遇到的功耗问题,也较易于安装,因为线圈不在电路内,而是设置在主要载流缆线附近。此方法的缺点是,罗哥夫斯基线圈易受外部干扰影响而使低电流的测量准确度下降,除非设置屏蔽,但解决方案的成本可能会因此增加。

  霍尔效应感测器通常比交流电转换器贵,对于温度变化也较为敏感。低成本、低稳定性感测器会随时间而丧失准确度,高稳定性装置则需要补偿电路,成本与复杂性较高。霍尔效应感测器也有可能在高直流电流值之下饱和。

  变流器结合多项优点,例如低成本、低功耗、易于安装、时间及温度稳定性高。与罗哥夫斯基线圈不同,因为磁路封闭的关系,其抗干扰性高。

  变流器为智慧电表设计关键

  以KEMET与NECTOKIN供应的C/CT-1216夹式变流器为例,该产品以夹住通电供电缆线的方式轻易安装。它具有电压输出,不需要外部负载电阻器。此装置的另一项优点是不到1°的超低相位误差,很容易获得补偿,确保最佳测量准确度。

  通用变压器的匝数比通常在1:10到1:1000的范围内,相较之下,C/CT-1216的电流变换比为1:3000,可在0.1A至120A的宽广电流范围内进行准确的测量。不到±1%的比率误差比前代进步50%,可确保所有单元都在规定的准确度范围内。

  选择变流器时,额定电流应够高,以免变流器在较高的取样电流值下饱和,此值通常约为待测最大电流的130%。另一方面,选择电流额定值过高的变流器会导致解决方案变得既昂贵又庞大。C/CT-1216的电流额定值为120ARMS,适合住家计量应用。

  图1所示为输出电压与一次电流之间的高度线性关系,证明在宽广的负载电阻范围内的一致准确度。

图1不同负载电阻值下的线性输出特性。

责任编辑:guo
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