luni, 28 mai 2012

Măsurarea energiei electrice

Energia electrica la domiciliu Calculul energiei electrice active, kWh



Energia electrica(E) e una, puterea electrica(P) e alta, iar timpul(T) curge in contul Electrica S.A. ; un feon de putere medie(1000W) consuma, pt. o tunsoare scurta, intr-un sfert de ora de functionare, 250Wh(watt-ora) de energie electrica activa sau exact un kW(kilowatt, o mie de wati) de putere intr-o ora, adica un kWh(kilowatt-ora). Energhia este

E(kWh) = P(kW) x T(h) (nr. kilowatilor multiplicati cu nr. orelor)

Analog, o masina de spalat de 2500W iti scoate din buzunar, in doua ore de
functionare, echivalentul a 5kWh, iar o lustra cu 5 becuri(300W in total),
pentru o noapte de dezmat(8 ore), te costa cat 2,4kWh.

Daca ai suficient timp si destula rabdare obtii consumul aproximativ, zilnic
si lunar, pt. fiecare dintre consumatorii electrici din casa, apoi consumul
general ce ar trebui sa semene cu indicatia contorului electric si sa
corespunda, cat de cat, cu valoarea facturii la energie electrica;
sau poti calcula factura asa cum dicteaza Electrica S.A. :
Sursa http://www.garajuluimike.ro



Circuitele integrate din familia AD775x, folosite pentru măsurarea energiei electrice, admit ca intrări tensiunea şi curentul din reţeaua electrică locală şi le convertesc prin intermediul unor convertoare A/D în semnale digitale. Un procesor de semnale digitale dedicat (DSP) prelucrează aceste două semnale, rezultatul obţinut fiind proporţional cu puterea instantanee.



Figura 1

Condiţiile impuse la intrare, modul în care se realizează filtrarea, procesarea ulterioară precum şi alte caracteristici, sunt specifice fiecărui tip de integrat din familia AD775x, obţinând astfel soluţii compatibile sistemului, acolo unde sunt aplicate.

De exemplu, integratul AD7750 (figura 1), filtrează printr-un filtru trece-jos semnalul obţinut la ieşirea din DSP, apoi realizează o conversie în frecvenţă pentru a genera la două din terminalele de ieşire pulsuri proporţionale cu puterea reală instantanee şi în plus, o ieşire de înaltă frecvenţă convenabilă pentru procesul de calibrare şi testare.

Utilizatorii energiei electrice ca şi majoritatea întreprinderilor industriale, s-au familiarizat din ce în ce mai mult cu echipamentele electronice performante. Se preconizează o creştere rapidă a ratei de înlocuire a mult utilizatelor contoare electromecanice cu dispozitive de măsură electronice, datorată pe de o parte procesului de descentralizare în anumite ţări, iar pe de altă parte cererii pieţei. Atât producătorii de energie electrică cât şi consumatorii pot obţine beneficii semnificative utilizând dispozitive de măsurare electronice.

Un contor tipic converteşte semnalele analogice admise la intrare - tensiune, curent - în semnale digitale, iar în urma proceselor de prelucrare a acestora, la ieşire se poate obţine energia reală instantanee, energia reactivă sau energia activă.

Serviciile către utilizatori sunt substanţial îmbunătăţite prin citirea automată şi de la distanţă a consumurilor precum şi administrarea eficace a acestora. În afară de note de plată mult mai credibile şi uşor de verificat, consumatorii beneficiază de siguranţă crescută în sistemul de distribuţie al energiei - căderile de tensiune pot fi detectate, identificate şi corectate mult mai repede.

Contoarele electronice pot măsura energia cu precizie mare independent de defazajul fazelor sau de distorsiunea semnalelor datorată unor încărcări neliniare.

Contoarele electromecanice nu pot măsura precis energia dacă în reţeaua de distribuţie sunt realizate scheme de reglare a încărcărilor pe o anumită fază, în schimb, dispozitivele electronice sunt robuste şi precise chiar şi în aceste condiţii. Deşi contoarele electronice sunt superioare contoarelor electromecanice din punct de vedere al funcţionalităţii şi al performanţelor, preţul de cost nu este accesibil pentru majoritatea consumatorilor.

Pătrunderea în acest domeniu a unor companii, precum Analog Devices, cu o excelentă reputaţie în aprovizionarea cu circuite integrate a unor unităţi din domenii de vârf - aerospaţial, militar - garantează realizarea unor produse electronice cu fiabilitate mare şi preţuri scăzute, mult aşteptate de marii consumatori.

Recunoscând faptul că preţul unui contor constituie un factor important în acceptarea acestuia pe piaţă, firma Analog Device sprijină constructorii de contoare să întâmpine cererea tot mai mare de produse performante.

Principala preocupare a companiilor de furnizare şi distribuţie a energiei electrice este dezvoltarea de noi facilităţi cum ar fi citirea automată a contoarelor, carduri de plată şi mai ales măsurarea precisă şi sigură a energiei active şi a energiei reactive.

Folosirea echipamentelor electronice asigură reducerea investiţiilor, creşte precizia măsurării şi calitatea produsului obţinând astfel beneficii superioare utilizării contoarelor tradiţionale.


Procesoare de semnale digitale (DSP) şi microcontrolere

În primele încercări de realizare a echipamentelor electronice de măsurare a energiei electrice, puterea se determina prin multiplicarea semnalelor analogice - tensiune, curent - dar rezultatele obţinute nu au fost pe măsura aşteptărilor.

La dispozitivele electronice, caracteristici importante precum stabilitatea, liniaritatea şi mai ales precizia de măsurare au fost substanţial îmbunătăţite prin determinarea şi corectarea rapidă a erorilor (inerente calculelor digitale). Utilizarea acestor facilităţi a fost factorul primordial în noua eră a industriei telecomunicaţiilor, iar acum au deschis drumul către domeniul măsurării energiei electrice.

Produsele care includ procesoare de semnale digitale transformă semnalele analogice (tensiune, curent) în semnale digitale prin intermediul unor convertoare A/D integrate.

Procesarea semnalelor digitale permite efectuarea unor calcule precise şi constante în timp fără a fi influenţate de variaţiile mediului ambiant.

Cu toate că procesoarele de semnale digitale programabile sunt departe de a fi disponibile la preţuri reduse, cea mai bună soluţie în realizarea unor dispozitive de măsură fiabile, implică utilizarea unui DSP dedicat având convertorul A/D integrat şi a unui microcontroler - care execută toate acţiunile programate şi efectuează calcule simple necesare afişării. Procesorul converteşte semnalele analogice în semnale digitale, eşantionează şi calculează continuu puterea instantanee şi puterea medie.

De exemplu, pe parcursul ultimilor ani, diferiţi proiectanţi au realizat contoare folosind microprocesoare pe 4 biţi la frecvenţa de 4MHz.

Astfel de microcontrolere pot fi utilizate numai în anumite configuraţii şi sunt folosite pentru efectuarea unor anumite funcţii cum ar fi: demodularea şi cifrarea datelor, determinarea perioadelor de facturare şi administrarea eficientă a distribuţiei de energie (detectarea căderilor de tensiune, deconectare de la distanţă, scheme de optimizare a consumurilor pe o anumită fază).

Microprocesoarele permit consumatorilor să-şi aleagă nivelul dorit de servicii, iar compania de distribuţie a energiei poate configura de la distanţă contorul.


Produse standard

Creşterea familiei de produse standard proiectate pentru măsurarea energiei nu numai că elimină investiţiile mari asociate producţiei contoarelor electromecanice, dar reduce semnificativ numărul de componente necesare realizării de aplicaţii specifice. Produsele standard încorporează componente ce oferă soluţii pentru rezolvarea unor probleme comune ale diferiţilor consumatori, la preţuri accesibile.

Precizia de măsurare, echipamentele şi programele necesare, costurile de dezvoltare, timpul necesar pătrunderii pe piaţă şi uşurinţa implementării în sistem sunt principalii factori luaţi în considerare de constructorii de contoare electronice atunci când urmăresc optimizarea preţurilor de cost efective ale sistemelor de măsurare. Alte soluţii cum ar fi afişoarele cu LED-uri sau cristale lichide necesită circuite de comandă suplimentare.

În tabelul de mai jos este prezentată familia de procesoare de semnale digitale ale firmei Analog Devices (alegerea unui procesor din această familie depinde de tipul de sistem în care acesta este implementat).

AD7750, primul din această familie, este proiectat pentru comanda directă a unui numărător cu motor pas cu pas care determină energia prin integrarea puterii. Din punct de vedere al preţului de cost, numărătorul cu motor pas cu pas este accesibil, deci se poate construi un contor ieftin prin această metodă. Dacă apar căderi de tensiune, contorul se opreşte. O altă soluţie cum ar fi afişarea pe LED-uri sau LCD, necesită circuite electronice de numărare pe mai multe etaje, cu memorarea ultimei valori înregistrate.

Următoarea serie de produse are interfaţă serială pentru comunicaţia bidirecţională cu un microprocesor. Preţul de cost al acestei serii este în primul rând influenţat de preţul sursei de alimentare de preţul transformatorului de curent şi al oscilatorului şi a circuitului de calibrare externă.

O colaborare strânsă între constructori şi utilizatori a condus la realizarea de dispozitive integrate de calitate superioară, multifuncţionale şi la preţuri accesibile. AD7750 conţine 2 convertoare A/D de 16 biţi şi un procesor de semnale pentru determinarea energiei electrice. Cu excepţia circuitului de intrare în convertorul A/D şi a circuitului de referinţă, toate celelalte semnale sunt procesate digital.

Această abordare permite obţinerea unei precizii de măsurare superioare şi stabilitate în timp independent de condiţiile de exploatare.

Convertoarele A/D funcţionează la o rată de supraeşantionare de 900kHz.

Canalul de curent are un domeniu de intrare larg, amplificare programabilă, facilitând conectarea directă la diferite tipuri de traductoare tensiune-curent care uzual au tensiunea de ieşire mică.

Puterea reală este calculată din semnalul de putere instantanee obţinut din procesarea semnalelor de tensiune şi curent. Filtrul trece-sus este introdus pe canalul de curent, după convertorul A/D pentru a elimina orice influenţă a componentei de curent continuu. Filtrul trece-jos reduce armonicele frecvenţei de linie şi extrage puterea reală.

Această metodă de calcul a puterii reale este foarte precisă, nu generează erori chiar dacă formele de undă ale semnalelor de tensiune şi curent nu sunt sinusiodale şi nu depinde de factorul de putere. Procesarea semnalelor digitale (multiplicare, filtrare) asigură stabilitate mare cu temperatura şi în timp.

Integratul conţine de asemenea, două convertoare D/F (digital/frecvenţă) care generează la două terminale de ieşire frecvenţă joasă, iar la un al treilea terminal pulsuri de înaltă frecvenţă.

Domeniul de ieşire în frecvenţă poate fi selectat de producător, acestă facilitate permiţând utilizarea acestuia în construcţia diferitelor contoare.

Semnalul obţinut la ieşirea de joasă frecvenţă este proporţional cu puterea medie reală, iar semnalul obţinut la ieşirea de frecvenţă mare este proporţional cu puterea reală instantanee.

AD7751 este un integrat folosit în dispozitivele de măsurare a energiei electrice din sistemele monofazate.

Măsurătorile efectuate cu astfel de dispozitive sunt foarte precise deoarece AD7751 are integrată o schemă de detectare a erorilor ce pot apare în sistem. Dacă apar avarii sau căderi de tensiune în sistem, utilizatorul poate depista rapid locul unde s-au produs şi deci acestea pot fi remediate rapid, energia contorizată fiind energia reală consumată.

AD7755 este similar integratului AD7751, în plus acesta poate fi folosit şi în sistemele trifazate.

Ing. Dan Ioan Negru  e-mail: d.negru@topex.ro
Traducere după “Analog Dialog” Top 9+ ELECTRONICS SYSTEMS
Tel: 01/232.04.24 Fax: 01/232.31.56

Contor electronic


AD7751 este un circuit integrat folosit la realizarea dispozitivelor de măsură a energiei electrice.

Acesta are trei canale de intrare, două de curent şi unul de tensiune, pe fiecare canal existând convertoare A/D corespunzătoare.

Procesarea semnalelor se realizează în domeniul digital obţinându-se puterea reală. Pentru a determina şi afişa energia în kWh se utilizează un numărător cu motor pas cu pas.

Îeşirea de înaltă frecvenţă furnizează puterea reală instantane, această ieşire se utilizează în operaţia de calibrare a dispozitivului şi permite de asemenea, comunicarea cu un microprocesor.

Mod de prezentare: capsule 24-DIP, şi 24-SSOP.  Condiţii de lucru: -45°C ...+85°C

Vezi și

  1. Schema de tratament pentru cazurile ușoare de Covid-19

  2. Romania traiește , încă ,  din inertia bogățiilor create in Epoca Comunistă

  3. Scara de valori a societății romanești 

  4. Europa privită din viitor

  5. Hrana vie

  6. Planurile in derulare sunt o munca in progres,  veche de sute de ani  

  7. Destinatii uimitoare pe glob

  8. Miracolul japonez- Drum reconstruit în patru zile

  9. Primarul care nu frură

  10. Duda a pus mâna pe Casa Regală

  11. Nu poti multiplica bogatia divizand-o !  

  12. Evolutia Laptop - Cântărea 5,44 kg

  13. O Nouă Republică

  14.    A fi patriot nu e un merit, e o datorie.! 

  15. În vremea monarhiei, taranii romani reprezentau 90% din populatie si nu aveau drept de vot.

  16. Miracolul din Noua Zeelandă - LYPRINOL

  17. Cea mai frumoasă scrisoare de dragoste

  18. Locul unde Cerul se uneste cu Pamantul

  19. Fii propriul tău nutriționist

  20. Maya ramane o civilizatie misterioasa

  21. Slăbești daca esti motivat

  22. Serbet de ciocolata

  23. Set medical Covid necesar acasă

  24. Medicament retras - folosit în diabet

  25. Brexit-ul - Spaima Europei

  26. Virusul Misterios

  27. Inamicul numărul unu al acumulatorilor 

  28. Sistemele solare - apă caldă

  29. Economisirea energiei electrice

  30.  Hoțul de cărți

  31. Aparitia starii de insolventa

  32. TRUMP ESTE PRESEDINTE

  33. Microbii din organismul uman

  34. Despre islamizarea Europei. O publicăm integral.  Și fără comentarii. 

  35. „Naţiunea este mai importantă ca Libertatea !”

  36. Masca ce omoară virusul     O veste de Covid  

  37. Primul an de viaţă - Alocatia pentru copil  

  38. Tavalugul Marelui Razboi - Globaliyarea - Asasinii Economici

Măsurarea energiei electrice şi a puterii 
cu dispozitive integrate electronice

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu