Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 12 июля, печатный экземпляр отправим 16 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Модель анализатора качества трехфазной электрической системы с использованием микроконтроллера

Технические науки
27.01.2023
181
Поделиться
Библиографическое описание
Рогожников, И. П. Модель анализатора качества трехфазной электрической системы с использованием микроконтроллера / И. П. Рогожников. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 4 (451). — С. 30-32. — URL: https://moluch.ru/archive/451/99466/.


В настоящей статье предоставлен один из эффективных методов анализа качества трехфазной электрической сети с использованием микроконтроллеров и готовой интегральной схемы — ЦОС-сопроцессора.

Однако, данной статьей не предусмотрена публикация исходного кода для микроконтроллера и принципиальной электрической схемы.

Ключевые слова: Микропроцессорные системы, электротехника, анализ сети, ВАФ, микроконтроллер, STM32, AVR, PIC, векторная диаграмма, ЦОС.

В настоящее время ГОСТ предъявляет требования к качеству электрической энергии по ряду показателей, например, таких как [1]:

– Коэффициент несинусоидальности;

– Отклонение частоты;

– Несимметрия фазных напряжений.

Существующие технологии в области электроники позволяют контролировать и исчерпывающе оценивать качество потребляемой электрической энергии посредством анализа получения основных величин и выполнения над ними математических операций.

Для данных целей придуманы устройства-анализаторы качества электроэнергии или, как их еще называют, вольт-ампер-фазометр (ВАФ).

В качестве примера для анализа представим трехфазную электрическую систему с нулевым проводом, тогда для качественной оценки электрической сети в общем случае необходимо:

– Эффективные значения потребляемого тока каждой из фаз;

– Эффективные значения фазных напряжений;

– Гармонические составляющие токов и напряжений;

– Частота питающей сети.

Для таких целей, как может показаться, разумнее использовать микроконтроллер с программной реализацией заданных параметров, однако это не так.

Поскольку для дискретизации, например, 40 гармоники, требуется частота в 40 раз большей, чем частота дискретизации основной гармоники, что уже предъявляет к контроллеру высокие требования по рабочей частоте, к тому с контроллера никто не снимает задач по математическим операциям с полученным результатом.

В итоге, экономически невыгодно использовать микроконтроллер общего назначения для этих целей, учитывая, что на рынке существуют ЦОС-сопроцессоры, в которых реализация всего вышеперечисленного присутствует аппаратно.

В данной статье в качестве используются ЦОС-сопроцессор от компании Analog Devices ADE7880. [2]

Преимуществом этой реализации является аппаратная поддержка многих DSP-инструкций для эффективного разложения в ряд Фурье, оценки потребляемой мощности и т. п.

Производителем заявлено, что погрешность измерений эффективных значений токов и напряжений менее 1 %.

С учетом вышенаписанного можно предварительно составить функциональную схему устройства (рис. 1):

функциональная схема прототипа

Рис. 1. функциональная схема прототипа

На данном примере ADE7880 был протестирован в трехфазной системе переменного тока 0.4 кВ (50 Гц) со схемой соединения приемников «Звезда с нулевым проводом».

ЦОС-сопроцессор в автоматическом режиме рассчитывает следующие показатели:

– Кажущуюся, активную, реактивную мощности;

– Коэффициент искажения для каждой гармоники;

– Коэффициент мощности;

– Частота каждой фазы;

– Среднеквадратичные и мгновенные значения тока, напряжения.

Как было отмечено ниже, основному контроллеру остается мало задач.

Общение с ЦОС-процессором происходит по трем протоколам:

– SPI;

– I2C;

– Высокоскоростной HSDC.

Сопроцессор сохраняет вычисленные значения во встроенном ПЗУ, позволяя контроллеру получать их по цифровому протоколу.

Каждым значениям (эффективное значение тока и т.п) отводится 1-байтный регистр данных.

Контроль частоты каждой из фаз определяется комбинацией выходного сигнала прерывания (IRQ0–1) и соответствующего статуса-регистра данных (STATUS1–3).

В качестве контроллера-обработчика подойдет любой, имеющий хотя бы один из вышеперечисленных интерфейсов обмена данными.

Полученные данные можно как выводить на экран, так и передавать для мониторинга, архивации и статистики на внешнюю базу данных.

Принципиальная электрическая схема тестового стенда продемонстрирована на рис. 2.

Принципиальная электрическая схема тестового стенда

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема тестового стенда

В заключение можно отметить, что необходимость отслеживания качества электрической энергии закреплена законодательно. Повышение качества ведет к снижению вероятностей аварии, повышению срока службы рабочих механизмов, а также повышению ЭМС.

Использование современных интегральных решений позволяет эффективно решать и с большой точностью важные задачи в области электротехники и электроэнергетики, например, таких как контроль качества потребляемой электроэнергии.

Литература:

  1. ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. — Текст: электронный // Межгосударственный стандарт: [сайт]. — URL: https://docs.cntd.ru/document/1200104301 (дата обращения: 25.01.2023).
  2. ADE7880. Техническая документация. — Текст: электронный // ADE7880 (Rev. C): [сайт]. — URL: http://www.triatron.ru/upload/catalog_photo/elements/pdf/068317.pdf (дата обращения: 25.01.2023).
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Молодой учёный №4 (451) январь 2023 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 30-32):
Часть 1 (стр. 1-67)
Расположение в файле:
стр. 1стр. 30-32стр. 67

Молодой учёный