隔离式ADC架构利用分流电阻进行三相电能计量

2013-10-15 11:33:08来源: 21ic
传统三相电表使用电流互感器(CT)检测相电流和零线电流。CT的优势之一是能够在数百伏的电力线与电表地(通常连接到零线)之间提供固有的电隔离。CT可以实现良好的线性度;通过调整匝数比和负载电阻,可以灵活地测量各种类型的电流。然而,CT用于电表时也有一些缺点。首先,外部直流磁场可能会使CT的磁芯饱和。现在,非常强大的稀土直流磁体很容易为普通民众所获得并应用于窃电。其次,电源电子设备也能使CT饱和,例如用于分布式太阳能发电的直连逆变器,它在线路上产生直流电流。制造商可以通过屏蔽和使用直流兼容CT来克服这两种影响,但这会增加成本。有人说,无论是何种CT,都可以找到一个永磁体来干扰它。第三,CT会引入一个与线电流频率相关的测量相位延迟。如果应用仅关注线电流的基波成分,那么补偿此延迟相对容易。然而,测量谐波成分日益变得重要,而要补偿基波和所有谐波的总延迟则非常困难。

其它电流传感器在三相电表应用中使用较少,包括罗氏线圈等di/dt传感器或霍尔效应传感器。虽然这些传感器在某些应用中具有优势,但也存在特殊的困难。例如,罗氏线圈具有出色的线性度,可以检测非常高的电流,但难以制造,而且难以实现良好的抗扰度,不适合精确的低电流测量。在防窃电方面,罗氏线圈也容易受交流磁场干扰。霍尔效应传感器要求对温度失调进行主动补偿,而且本身很容易受磁场影响。

分流电阻与三相电能计量

近年来,在成本、磁场抗扰度和尺寸等因素的推动下,分流电阻在单相电表中的使用迅速增加。许多情况下,单相电表以线电压为基准,因而无需额外的隔离。在三相电表中,必须在各分流电阻与电表内核之间提供一个隔离栅,这是严重的挑战。热量也是一个问题,迫使分流电阻一般只能用于最大电流不超过120 A的电表。

我们先考虑一个三相系统的A相及其负载。假设利用分流电阻来检测相电流(图1)。

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图1. 利用分流电阻检测相电流时的A相电流和电压检测

这恰好是一个单相电表配置:分流电阻位于电力线上,一个分压器检测相至零线电压。分流电阻和分压器上的电压由一个模数转换器(ADC)检测。地为分流电阻与分压器共用的极点。单相电表大部分用于住宅,其最大电流一般低于120 A。这一限制加上低成本要求,使得分流电阻成为单相电能计量中使用最广泛的电流传感器。

所有三相都复制这一方案,各ADC有其自己的地(图2)。

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图2. 利用分流电阻检测相电流时的三相电流和电压检测

管理所有活动的微控制器(MCU)与零线处于相同的电位,为了在ADC与MCU之间进行通信,必须隔离数据通道。这样,每个ADC都有其自己的隔离电源(图3)。
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关键字:ADC架构  分流电阻  三相电能计量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/1015/article_7962.html
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