एक इलेक्ट्रॉनिक मीटर की बिजली सबसिस्टम डिजाइनिंग

अमूर्त

लेख विद्युत ऊर्जा की गुणवत्ता (एसआई पीकेई) के संकेतकों के लिए स्थिर माप उपकरणों की शक्ति उप-प्रणाली का एक संरचनात्मक विश्लेषण प्रस्तुत करता है।

यह सिद्धांत विभिन्न अन्य उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बिजली आपूर्ति प्रणाली को डिजाइन करने के लिए भी उपयुक्त है।

परिचय

स्थिर एसआई पीकेई का मतलब है - विद्युत नेटवर्क की निगरानी या दीर्घकालिक ऑडिट के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण। दोनों मामलों में, मीटर लंबे समय (1 ... 3 या अधिक महीने) के लिए निगरानी बिंदुओं के पास स्थापित होते हैं और ऑपरेटरों के निरंतर नियंत्रण में होते हैं। एक नियम के रूप में, नियंत्रण दूर से किया जाता है, डेटा वायर्ड कंप्यूटर या वायरलैस इंटरफेस के माध्यम से प्रेषित किया जाता है। मामले में जब कई नियंत्रण बिंदुओं को सेवा देने की आवश्यकता होती है, तो मीटर को सूचना नेटवर्क में जोड़ दिया जाता है। ऐसे नेटवर्क जो डेटा (सूचना) के प्रसंस्करण को एकत्र और कम्प्यूटरीकृत करते हैं, आमतौर पर माप प्रणाली (एसआई) कहलाते हैं।

ऐसे स्थानिक रूप से वितरित मीटर के लिए बिजली की आपूर्ति निर्बाध बिजली की आपूर्ति (यूपीएस) से प्रदान की जाती है, जो स्वायत्त हो सकती है और मीटर के बगल में स्थित हो सकती है, या एकल (केंद्रीकृत) स्रोत के रूप में आयोजित की जा सकती है, जो नियंत्रण कक्ष में स्थित है।

दूसरा शक्ति विकल्प RS485, CAN, ईथरनेट जैसे वायर्ड इंटरफेस का उपयोग करके लागू किया जा सकता है ...

स्टैंड-अलोन यूपीएस के उपयोग से सिस्टम की समग्र विश्वसनीयता बढ़ जाती है, लेकिन अधिक महंगा है। कुछ मामलों में, समझौता पावर विकल्पों को लागू करना संभव है - समूह यूपीएस का उपयोग करते हुए, जब प्रत्येक रखे गए स्रोतों से कई मीटर संचालित होते हैं।

अंजीर। 1 एक विशिष्ट प्रणाली यूपीएस की कथा को दर्शाता है। यूपीएस एक तीन-चरण एसी है जो डीसी कनवर्टर को स्थिर करता है। एक गैल्वेनिक अवरोध है, शॉर्ट सर्किट के खिलाफ आउटपुट सुरक्षित है। कम से कम एक चरण वोल्टेज मौजूद होने पर यूपीएस अपने कार्यों को बरकरार रखता है, जो स्थापित सीमाओं से अधिक नहीं गिर गया है। यूपीएस प्रणाली की विश्वसनीयता को और बढ़ाने के लिए, प्रेषण कंप्यूटर के साथ परिचालन संचार के लिए सेवा इंटरफ़ेस (RS485, RS232, CAN) से लैस करना उपयोगी है। यह नियंत्रक को यूपीएस ऑपरेशन मोड को बदलने, पूर्व-आपातकालीन जानकारी प्राप्त करने (ओवरहीटिंग, आदि), आदि की अनुमति देगा।



अंजीर। 1. सिस्टम बिजली की आपूर्ति का प्रतीक

2. पावर सबसिस्टम एसआई पीकेई के घटकों की पसंद

[1] में SI PCE का एक विशिष्ट ब्लॉक आरेख दिखाया गया है। सर्किट की एक विशेषता अधिकतम पांच गैल्वेनिक पावर ज़ोन की उपस्थिति है। प्रत्येक ज़ोन का अपना वोल्टेज (या कई वोल्टेज) होते हैं जिनमें गैल्वेनिक युग्मन नहीं होता है - वे कहते हैं कि ज़ोन को गैल्वेनिक बाधाओं से अलग किया जाता है ताकि प्रत्येक क्षेत्र में आम तार अलग-अलग हों। इस प्रकार, एसआई एससीई के लिए पावर सबसिस्टम डिजाइन करते समय, कई पावर समूहों को बनाने के लिए आवश्यक है - प्रत्येक जोन के लिए।

चित्र 2 में पावर सबसिस्टम का एक विशिष्ट ब्लॉक आरेख दिखाया गया है। उपयोग किए गए पदनाम: I / O - इनपुट कनवर्टर, IWP - माध्यमिक कनवर्टर, LDO - एक छोटे वोल्टेज ड्रॉप "इनपुट-आउटपुट" के साथ रैखिक स्टेबलाइजर।

संरचना में चार गैल्वेनिक क्षेत्र हैं। एक ज़ोन से संबंधित वोल्टेज का एक विशिष्ट पदनाम होता है, उदाहरण के लिए, ज़ोन नंबर 4 के वोल्टेज संकेत दिए गए हैं: U1.4, U2.4, U3.4, U4.4।

संरचना में कन्वर्टर्स का सबसे पूरा सेट होता है, जो गैल्वेनिक बाधाओं की उपस्थिति को ध्यान में रखते हैं, जो चार तथाकथित होते हैं गैल्वेनिक क्षेत्र। ज़ोन 1 - इनपुट सप्लाई वोल्टेज का ज़ोन, ज़ोन 2 - मुख्य इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का ज़ोन, ज़ोन 3 - इंटरफ़ेस सिग्नल्स का ज़ोन, ज़ोन 4 - इनपुट मापने वाले सर्किट (ज़ोन) का ज़ोन।

डिज़ाइन किए गए SI PCE के उद्देश्य के आधार पर संरचना भिन्न हो सकती है। विशेष रूप से, साधारण पोर्टेबल मीटर में केवल एक गैल्वेनिक ज़ोन हो सकता है। सबसे अधिक परिष्कृत मीटर में इनपुट मापने वाले सर्किट के लिए कई गैल्वेनिक क्षेत्र हो सकते हैं।





अंजीर। 2. पावर सबसिस्टम एसआई पीकेई की विशिष्ट संरचना

2.1। पावर सबसिस्टम के संरचनात्मक कार्यान्वयन के उदाहरण हैं

प्राथमिक डीसी स्रोत और एसी स्रोत के साथ पावर सबसिस्टम के संरचनात्मक कार्यान्वयन के उदाहरणों पर विचार करें।

प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत के साथ संरचनाएं।

अंजीर में। चित्रा 3 एक अस्थिर स्रोत वोल्टेज (U1.1) के साथ प्राथमिक स्रोत से बिजली संरचना को दर्शाता है।

हम इस योजना को सम्मेलनों के अनुसार पढ़ते हैं।

डाउनस्ट्रीम इनपुट कनवर्टर (G1) में इनपुट वोल्टेज और परिवर्तित U1.2 के बीच एक गैल्वेनिक अवरोध है। इनपुट कनवर्टर के गुण: -इस कनवर्टर में स्थिर कार्य (++ साइन) हैं और एक विस्तृत श्रृंखला (sign2: 1 साइन) में वोल्टेज की आपूर्ति की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, (36 ... 72) वी; - आउटपुट में शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन (x साइन इन आउटपुट) है।

U1.2 के शोर घटकों को कम करने के लिए G1 के आउटपुट पर एक LDO कनवर्टर (G3) स्थापित किया जाता है। आमतौर पर, आपूर्ति वोल्टेज में इस तरह के सुधार के लिए एनालॉग माप सर्किट की आवश्यकता होती है। शोर डिजिटल सर्किट के प्रति कम संवेदनशील को सीधे वोल्टेज U1.2 द्वारा संचालित किया जा सकता है, जो - और इसे हमेशा ध्यान में रखा जाना चाहिए, स्थिर U2.2 से थोड़ा अधिक है।

U1.2 के लिए दूसरा भार G2 कनवर्टर है। इसे बाहरी इंटरफ़ेस ड्राइवर को पावर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। कनवर्टर में एक गैल्वेनिक बैरियर होता है और इसका आउटपुट अस्थिर होता है।

सादगी के लिए, गैल्वेनिक ज़ोन 4 (छवि 2) नहीं दिखाया गया है।



अंजीर। 3. एक अस्थिर वोल्टेज स्रोत से बिजली संरचना। इंटरफ़ेस ड्राइवर कनवर्टर में गैल्वेनिक बैरियर होता है



चित्र में दिखाया गया सर्किट। 4 का एक ही उद्देश्य है और इंटरफ़ेस ड्राइवर के लिए बिजली के कार्यान्वयन में भिन्नता है। इंटरफ़ेस ड्राइवर को पावर देने के लिए, स्टैबलाइज़िंग फ़ंक्शंस के साथ एक स्टेप-डाउन कनवर्टर का उपयोग किया जाता है, लेकिन जी 2 के विपरीत इसमें गैल्वेनिक अवरोध नहीं होता है।



अंजीर। 4. एक अस्थिर वोल्टेज स्रोत से बिजली संरचना।



इंटरफ़ेस ड्राइवर कनवर्टर में गैल्वेनिक अवरोध नहीं होता है

तुलनीय। पहली योजना (चित्र 3) एक अधिक विश्वसनीय (परीक्षण) संरचना पर बनाई गई है। इसमें यूजीआर के साथ अपेक्षाकृत महंगा कनवर्टर (मॉड्यूल) है। दूसरी योजना (चित्र 4) अधिक आकर्षक है, क्योंकि UGR (microcircuit) के बिना एक इंटरफ़ेस पावर कन्वर्टर का उपयोग करता है - जाहिर है, सस्ते। इसका परीक्षण नहीं किया गया है और इसमें एक विस्तृत इनपुट रेंज के साथ एक कनवर्टर का उपयोग शामिल है।

एक एसी स्रोत के साथ संरचनाएं।

कई परिचालन स्थितियों में, एक नियम, वोल्टेज के रूप में उच्च के साथ एक विशेष अनावश्यक डीसी या एसी बिजली आपूर्ति नेटवर्क से एसआई पीसीई को बिजली देना संभव है। इस मामले में पावर सबसिस्टम के ब्लॉक आरेख में इनपुट पावर कनवर्टर के रूप में एसी से डीसी कनवर्टर हो सकता है। अक्सर, ऐसे कन्वर्टर्स आपको इनपुट पर निरंतर वोल्टेज लागू करने की अनुमति देते हैं। अंजीर में। 5 निरर्थक बिजली आपूर्ति नेटवर्क की शक्ति संरचना को दर्शाता है। एक सुधारक को कनवर्टर के इनपुट पर स्थापित किया जाता है, फिर वोल्टेज को गैल्वेनिक बैरियर के साथ चरण-डाउन कनवर्टर के इनपुट पर लागू किया जाता है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यह समान सर्किट कुछ मामलों में मापा चरण वोल्टेज से बिजली ले जाने की अनुमति देता है। इसके लिए, कनवर्टर का इनपुट वोल्टेज रेंज पर्याप्त चौड़ा होना चाहिए ताकि मीटर की शक्ति बाधित न हो जबकि इनपुट वोल्टेज की वास्तविक स्थिति (अनुसंधान के लिए दिलचस्प) हो।



अंजीर। 5. निरर्थक एसी नेटवर्क से बिजली संरचना

2.2। बिजली के घटकों के निर्माता।

बिजली के घटकों के बाजार में, तीन से चार निर्माताओं के दर्जनों हैं। निम्नलिखित फर्मों का सबसे अच्छी तरह से प्रतिनिधित्व किया जाता है।

कन्वर्टर मॉड्यूल के निर्माता: Aimtec, Recom, PEAK, Traco, Rohm, Mean Weel, Murata PS, Chinfa Electronics, Fabrimex, XP, Mornsun, Irbis et al। [2-5]

कनवर्टर चिप निर्माता: एनालॉग उपकरण, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स, लीनियर टेक्नोलॉजी, माइक्रोचिप, मैक्सिम, एक्सार, ऑन सेमीकंडक्टर, आदि [6-6]