RU205413U1 - Устройство измерения переменного тока - Google Patents
Устройство измерения переменного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU205413U1 RU205413U1 RU2020135882U RU2020135882U RU205413U1 RU 205413 U1 RU205413 U1 RU 205413U1 RU 2020135882 U RU2020135882 U RU 2020135882U RU 2020135882 U RU2020135882 U RU 2020135882U RU 205413 U1 RU205413 U1 RU 205413U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- microcontroller
- measuring
- voltage
- alternating current
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
- G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к средствам измерения действующего значения электрического тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением 220 В и может быть использована для контроля энергопотребления электродвигателей промышленных швейных машин в электрических сетях напряжением до 1000 В. Устройство предназначено для измерения величины потребляемого тока промышленной частоты и преобразования значения измеряемого тока в последовательность цифровых сигналов, предназначенных для передачи по локальной сети Ethernet и дальнейшей обработки в электронных вычислительных машинах для контроля длительности и интенсивности работы электродвигателей промышленных швейных машин.Устройство содержит в своём составе: трансформаторный датчик тока ZMCT103C, нагрузочный резистор сопротивлением 100 Ом, микроконтроллер STM32F103С8Т6, микросхему W5500, переключатель электропитания SI3402, стабилизатор LМ1117-3.3, микросхему памяти M24C02-WMN6P, импульсный трансформатор для шины Ethernet, электролитические конденсаторы, дроссель, два кварцевых резонатора.Задачей полезной модели является создание устройства измерения переменного тока, позволяющего повысить точность измерения действующего значения потребляемого переменного тока за счёт вычисления среднеквадратичного значения измеряемого тока при одновременном формировании пакета цифровых данных для дальнейшей обработки их в электронных вычислительных машинах.Технический результат данной полезной модели заключается в повышении точности измерения значений потребляемого переменного тока промышленной частоты, за счёт высокой частоты регистрации значений измеряемого тока (2000 раз в секунду) и вычисления среднеквадратичного значения измеряемого тока на больших интервалах измерения (200 измерений за 100 миллисекунд). 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к средствам измерения действующего значения потребляемого электрического тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением 220 В и может быть использована для контроля энергопотребления промышленных устройств, например, электродвигателей и другого силового оборудования в электрических сетях переменного тока напряжением до 1000 В.
Устройство предназначено для измерения величины потребляемого тока промышленной частоты и преобразования значения измеряемого тока в последовательность цифровых сигналов, предназначенных для передачи по локальной сети Ethernet и дальнейшей обработки в электронных вычислительных машинах для контроля длительности и интенсивности работы электродвигателей промышленных швейных машин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой, содержащее электромагнитный трансформатор тока, трансформатор тока с воздушным сердечником или с сердечником из ферромагнетика с сосредоточенным или рассредоточенным немагнитным зазором, аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала, блок питания, оптическое стеклянное волокно (оптоволоконный кабель) или оптический канал связи, блок питания, цифроаналоговый преобразователь с оптическим входом, делитель напряжения, устройство согласования выхода с трансформаторной гальванической развязкой (патент РФ №2648020, МПК G01R 19/2503. Опубликовано 21.03.2018 г. Бюл. № 9).
Недостатками данного устройства являются:
наличие оптического канала связи между аналого-цифровым и цифроаналоговым устройствами;
необходимость применения аналого-цифрового преобразователя с оптическим выходом;
необходимость применения цифроаналогового преобразователя с оптическим входом;
необходимость выполнять цифроаналоговое преобразование, что не позволяет в дальнейшем выполнять обработку полученной информации о величинах измеряемых токов и напряжений с применением ЭВМ.
Известен также цифровой датчик переменного тока, содержащий измерительный трансформатор тока, подключенный к аналого-цифровому преобразователю, контроллер и блок интерфейса (патент РФ №166723, МПК G01R 19/25. Опубликовано 10.12.2016 г. Бюл. № 34).
Ограничением данного устройства является то, что кодирование напряжения на резисторе нагрузки, через который протекает ток вторичной обмотки измерительного трансформатора, выполняется по командам контроллера не чаще 1 раза в секунду.
Задачей разработанной полезной модели является создание устройства измерения потребляемого переменного тока, позволяющего при использовании однополярного питания электронной схемы устройства и одновременной фильтрации высокочастотной составляющей переменного тока на частотах от 100 Гц и выше, преобразовать значения измеряемого двуполярного электрического тока промышленной частоты в цифровой сигнал с разрядностью 12 бит и сформировать пакет цифровых данных для дальнейшей обработки их с помощью электронных вычислительных машин.
Технический результат данной полезной модели заключается в возможности при использовании однополярного питания электронной схемы устройства и одновременной фильтрации высокочастотной составляющей переменного тока на частотах от 100 Гц и выше, преобразовать значения измеряемого двуполярного электрического тока промышленной частоты в цифровой сигнал с разрядностью 12 бит и формировании пакета цифровых данных для дальнейшей обработки их с помощью электронных вычислительных машин при достижении необходимой точности измерения значений потребляемого переменного тока промышленной частоты за счёт высокой частоты регистрации значений измеряемого тока до двух тысяч раз в секунду и вычисления среднеквадратичного значения измеряемого тока на больших интервалах измерения (200 измерений за 100 миллисекунд).
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Измерение потребляемого промышленным оборудованием переменного тока осуществляется с использованием трансформаторного датчика тока ZMCT103C, который выполняет преобразование переменного электрического тока промышленной частоты 50 Гц, напряжением 220 В в переменный электрический ток с коэффициентом трансформации 1000/1.
Первичной обмоткой трансформаторного датчика тока ZMCT103C является контактный провод, соединяющий источник переменного электрического тока промышленной частоты и электродвигатель промышленного оборудования, например, швейной машины. Применением трансформаторного датчика тока ZMCT103C обеспечивается гальваническая развязка цепи, ток в которой подлежит измерению, и внутренних электрических цепей устройства измерения переменного тока. Под действием электрического тока, проходящего по контактному проводу, расположенному в отверстии датчика тока ZMCT103C, в обмотке датчика возникает электрический ток, который подаётся на резистор R33 (фиг. 1, поз. 1) сопротивлением 100 Ом. Погрешность сопротивления резистора R33 должна быть не более 1 процента от номинала для уменьшения разброса значений напряжения на этом резисторе.
На выходе датчика тока установлен делитель напряжения в составе резисторов R21 и R22 (фиг. 1, поз. 7, поз. 9) сопротивлением 10 кОм каждый с погрешностью сопротивления не более 1 процента для установления начального значения измеряемого электрического напряжения, получаемого с нагрузочного резистора R33 трансформаторного датчика тока, на уровне 1,65 В, соответствующего нулевому значению напряжения электрического тока промышленной частоты в измеряемой цепи, и конденсатор C36 для фильтрации высокочастотной составляющей переменного тока на частотах от 100 Гц и выше (фиг. 1, поз. 8), ёмкостью 0,1 мкФ.
Электрический сигнал c резистора R33 поступает на микроконтроллер STM32F103С8Т6 (фиг. 1, поз. 2), в котором выполняется преобразование аналогового сигнала в виде электрического напряжения в диапазоне от 0 В до 3.3 В в цифровой сигнал с разрядностью 12 бит.
Значения потребляемого тока регистрируются микроконтроллером с частотой 2000 Гц. Весь диапазон измеряемого напряжения делится на 4095 уровней. Максимальному напряжению 3,3 В соответствует число 4095.
Половине максимального напряжения 1,65 В соответствует число 2048. Каждые 500 микросекунд микроконтроллер выполняет преобразование электрического напряжения, поступающего на вход микроконтроллера, в число. При оцифровке положительных значений электрического напряжения из числа, соответствующего мгновенному значению положительного электрического напряжения, выполняется вычитание числа 2048. Отрицательные значения электрического напряжения также переводятся в цифровую форму путём вычитания из числа, соответствующего мгновенному значению отрицательного электрического напряжения, числа 2048 и изменения знака полученного числа. Таким образом, результатом измерений электрического напряжения является последовательность положительных чисел, которые соответствуют мгновенным значениям измеряемого электрического напряжения. Каждому положительному или отрицательному полупериоду колебаний измеряемого электрического напряжения соответствует 20 чисел. За каждый интервал в 100 миллисекунд 200 чисел содержат в себе информацию о десяти положительных и отрицательных полупериодах колебаний измеряемого электрического напряжения.
За каждые 100 миллисекунд микроконтроллер выполняет измерение 200 значений электрического напряжения, соответствующих значениям тока, потребляемого электродвигателем швейной машинки. Одновременно, микроконтроллер выполняет вычисление среднеквадратичного значения 200 последовательно измеренных значений потребляемого тока. Один раз в секунду микроконтроллер выполняет формирование пакета данных, который содержит:
номер микроконтроллера в локальной сети, определяемый в виде хэш-функции заводского серийного номера микроконтроллера;
адрес микроконтроллера в сети;
системную дату и время, получаемые от Ethernet коммутатора;
калибровочное значение тока холостого хода электродвигателя швейной машины, определяемое в течение 1,5 минуты методом последовательных приближений;
десять среднеквадратичных значений потребляемого тока, вычисленных последовательно в течение одной секунды, в миллиамперах в виде четырёхзначного числа.
Сформированные пакеты данных по шине SPI (Serial Peripheral Interface последовательный периферийный интерфейс) передаются на микросхему W5500 (фиг. 1, поз. 3), в функцию которой входит передача данных по протоколу TCP\IP по локальной сети Ethernet на сервер для обработки.
Питание электронной схемы обеспечивается от Ethernet коммутатора при помощи микросхемы - переключателя электропитания SI3402 (фиг. 1, поз. 4). Напряжение питания, получаемое с переключателя электропитания SI3402 стабилизатором LМ1117-3.3 (фиг. 1, поз. 5) понижается до 3,3 В.
Хранение внутренних параметров устройства выполняет микросхема памяти M24C02-WMN6P (фиг. 1, поз. 6), обмен данными осуществляется по шине I2C.
Перечень хранимых данных:
| Адрес | Количество байт | Описание |
| 0 | 1 | Флаг наличия IP адреса сервера |
| 1 | 4 | IP адрес |
| 5 | 2 | Порт сервера |
| 7 | 24 | Поле с пользовательским описанием |
| 32 | 1 | Флаг наличия статического IP |
| 33 | 4 | Адрес статического IP |
| 37 | 1 | Флаг положения экрана |
| 38 | 1 | Значение калибровки |
| 39 | 1 | Ревизия платы |
| 40 | 1 | Версия прошивки |
Устройство также содержит импульсный трансформатор для шины Ethernet, который выполняет функцию гальванической развязки устройства и шины Ethernet. Электролитические конденсаторы C19 (фиг. 2, поз. 10) и C20 (фиг. 2, поз. 11), а также дроссель L1 (фиг. 2, поз. 12) обеспечивают стабильное питание микросхемы SI3402.
Два кварцевых резонатора Х1 (фиг. 2, поз. 13) и Х2 (фиг. 2, поз. 14) обеспечивают точное тактирование внутреннего процессора микроконтроллера STM32F103С8Т6 и часов реального времени.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 приведён рисунок печатной платы устройства, содержащий:
нагрузочный резистор R33 (поз. 1) сопротивлением 100 Ом, погрешность сопротивления не более 1 процента;
микроконтроллер STM32F103С8Т6 (поз. 2), в котором выполняется преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал с разрядностью 12 бит;
микросхема W5500 (поз. 3), в функцию которой входит передача данных по протоколу TCP\IP по локальной сети Ethernet;
микросхема - переключатель электропитания SI3402 (поз. 4);
стабилизатор напряжения LМ1117-3.3 (поз. 5);
микросхема памяти M24C02-WMN6P (поз. 6);
резистор делителя напряжения R21 (поз. 7) сопротивлением 10 кОм, погрешность сопротивления не более 1 процента;
конденсатор C36 (поз. 8), ёмкостью 0,1 мкФ;
резистор делителя напряжения R22 (поз. 9) сопротивлением 10 кОм, погрешность сопротивления не более 1 процента.
На фиг.2 приведён рисунок печатной платы устройства, содержащий:
электролитические конденсаторы C19 (поз. 10) и C20 (поз. 11);
дроссель L1 (поз. 12);
кварцевые резонаторы Х1 (поз. 13) и Х2 (поз. 14).
Claims (1)
- Устройство измерения переменного тока, содержащее трансформаторный датчик тока, подключённый к нагрузочному резистору с погрешностью сопротивления не более 1 процента, отличающееся тем, что электрическое напряжение с нагрузочного резистора подаётся непосредственно на вход микроконтроллера, с выхода которого передаётся пакет цифровых данных, содержащий: номер микроконтроллера в локальной сети в виде хэш-функции заводского серийного номера микроконтроллера; адрес микроконтроллера в локальной сети; системную дату и время, получаемые от Ethernet коммутатора; калибровочное значение тока холостого хода электродвигателя швейной машины; десять среднеквадратичных значений потребляемого тока за время одной секунды в миллиамперах в виде четырёхзначного числа, при этом электрическое питание электронной схемы обеспечивается от Ethernet коммутатора при помощи микросхемы - переключателя электропитания.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135882U RU205413U1 (ru) | 2020-11-01 | 2020-11-01 | Устройство измерения переменного тока |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020135882U RU205413U1 (ru) | 2020-11-01 | 2020-11-01 | Устройство измерения переменного тока |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU205413U1 true RU205413U1 (ru) | 2021-07-13 |
Family
ID=77020207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020135882U RU205413U1 (ru) | 2020-11-01 | 2020-11-01 | Устройство измерения переменного тока |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU205413U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844409A (en) * | 1993-10-01 | 1998-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and system for measuring an electric current with two light signals propagating in opposite directions, using the Faraday effect |
| RU2350971C1 (ru) * | 2007-12-06 | 2009-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Газприборавтоматика" | Устройство для измерения составляющих потенциала (поляризационной и омической) подземного металлического сооружения в зонах действия установок катодной защиты с пульсирующим напряжением на выходе |
| RU166723U1 (ru) * | 2016-05-23 | 2016-12-10 | Дмитрий Петрович Санников | Цифровой датчик переменного тока |
| RU2648020C1 (ru) * | 2017-04-11 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АЙ-ТОР" | Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой |
| US9933463B2 (en) * | 2011-11-23 | 2018-04-03 | Analog Devices Global | Current measurement |
-
2020
- 2020-11-01 RU RU2020135882U patent/RU205413U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5844409A (en) * | 1993-10-01 | 1998-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and system for measuring an electric current with two light signals propagating in opposite directions, using the Faraday effect |
| RU2350971C1 (ru) * | 2007-12-06 | 2009-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Газприборавтоматика" | Устройство для измерения составляющих потенциала (поляризационной и омической) подземного металлического сооружения в зонах действия установок катодной защиты с пульсирующим напряжением на выходе |
| US9933463B2 (en) * | 2011-11-23 | 2018-04-03 | Analog Devices Global | Current measurement |
| RU166723U1 (ru) * | 2016-05-23 | 2016-12-10 | Дмитрий Петрович Санников | Цифровой датчик переменного тока |
| RU2648020C1 (ru) * | 2017-04-11 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АЙ-ТОР" | Устройство измерения переменного тока и напряжения с гальванической развязкой |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6470283B1 (en) | Non-contact self-powered electric power monitor | |
| US8975787B2 (en) | Reduced parts count isolated AC current switching and sensing | |
| RU2007102048A (ru) | Способ и устройство для измерения электрического напряжения на устройстве выключения электропитания | |
| JP2013527613A (ja) | 光起電力システム及び装置の接点の診断方法 | |
| CN110007133B (zh) | 一种数字化交直流电流传感器及电流检测方法 | |
| WO2017116563A1 (en) | Dynamic tuning for harvesting energy from current transformers | |
| CN113644899B (zh) | 一种脉冲电流波形的补偿方法以及补偿电路 | |
| RU205413U1 (ru) | Устройство измерения переменного тока | |
| WO2021132867A1 (ko) | 측정 회로 소자의 공차 최소화 및 자동보정 기능을 구비한 전자식 전력량계 | |
| GB2321713A (en) | High-voltage transmission line data transfer system | |
| CN104502673B (zh) | 交直流通用的电流真有效值变送器 | |
| CN111025107A (zh) | 故障电弧检测电路、装置及工况检测方法 | |
| CN117121639A (zh) | 用于确定隔离开关驱动器设备中市电电压的电路系统和方法 | |
| US11368144B1 (en) | Noise disturbance rejection for power supply | |
| US20210382097A1 (en) | Three-phase power meter monitoring for star and delta configurations | |
| CN210982711U (zh) | 三相电流检测电路及电能计量芯片 | |
| CN208314165U (zh) | 一种变压器异常漏磁监测系统 | |
| Gallo et al. | Electronic instrument transducer for MV networks with fiber optic insulation | |
| RU2690860C1 (ru) | Устройство и способ измерения высокого напряжения | |
| CN210780730U (zh) | 模数转换器精度测量系统 | |
| UA139291U (uk) | Пристрій для вимірювання параметрів змінної напруги електромережі | |
| RU2757710C1 (ru) | Цифровой амперметр | |
| CN216747927U (zh) | 一种测试装置 | |
| RU220445U1 (ru) | Цифровой комбинированный трансформатор тока и напряжения | |
| RU2807018C1 (ru) | Высоковольтный счетчик электрической энергии прямого включения |