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单相计量芯片在三相电能表中的用


单相计量芯片在三相电能表中的应用
1.概述
本文主要阐述用 RN8207 单相计量芯片完成三相锰铜表的应用设计说明。要点是三相电能的 计算,以及电压夹角的计算,较表思路等。 三相四线直接接入式多费率电能表原理框图
有功脉 冲输出 无功脉 冲输出 有功脉 冲指示 无功脉 冲指示 FLASH 输出控制 读写控制 电能计量处理 SPI通信 控制 控制信号 计量芯片通信处理 电压监测 处理 EEPROM EEPROM 液晶显示 异常指示

显示控制 读写控制 SPI通信 控制 计量部分 控制 监测信号 输入 通信 控制

接触式红外通信 PLC通信模块 RF通信模块1 RF通信模块2

微处理器

轮显按键1 输出 控制 轮显按键2 需量清零按键 开上盖按键

通信隔离 电 压 监 测

复位控制 电源切换 控制 电源管理

L1计量 芯片

L2计量 芯片

L3计量 芯片

跳闸输出

开盖端按键

三相四线 主电源

后备电池

超级电容

时钟模块

内置继电 器

L1

L1

L2

电流电源 L2 L3

L3

N

N

2.单相计量芯片 RN8207 概述
有功电能误差在 8000:1 动态范围内<0.1%,支持 IEC62053-22:2003 标准要求 无功电能误差在 8000:1 动态范围内<0.1%,支持 IEC62053-23:2003 标准要求 内置 1.25V±1% 参考电压,温度系数典型值 5ppm/℃,最大 15ppm/℃ 总的来说动态范围宽,温漂还可以。这样我们就可以做宽量程的电表,目前我设计的方案是 5-120 安培的直通表。通信接口是 UART,固定死的波特率 4800,这点比较。 。 。低成本吧,随 让人家是低成本方案呢。 RN8209 内置 1.25V±1% 基准电压,设计量程是要考虑不要超范围,基本上采样电压的峰 值不要超过 1.0V,具体情况可问技术支持。

3.设计要点
三相电能的采集:

有人会提出疑问了电能是动态变化的,如何才能做到同步采样保证精度啊, 有人说,采集平均功率,对功率积分。可以是可以,但你又能采集多快,当能量波动时如何 确保精度和电能的准确。还好 RN8209 有个亮点可以冻结电能。

但是这个文档的间隔时间是错的,具体的问技术支持,我就是他们的白老鼠,唉坑爹啊,因 为这个时间我的精度修下来后还有 2%最后做了固定偏置,最后他们告诉我这个时间不对, 不对。 。 。好吧话题先压住,将能量读出后对时间求平均然后对时间积分,当然我们这个能量 累计的都是滞后 0.5S 的。 如何出脉冲,将芯片的高频脉冲常数设为 1 或者 2,这样相当于把能量寄存器的值放大,在 换算真实的脉冲常数,再将累计能量和这个常数作比较。 电压夹角:RN8209 还有个亮点,通过广播命令可以对过零点时间做计量。

通过相序和时间差算出夹角。

4 较表
三相表一般用功率较表法: 功率校表法步骤及算法 1.确定基本参数:合适的 hfconst 值,校表参数清为默认值 HFconst 确认公式: HFconst = INT[(14.8528*Vu*Vi*10^11 ) / (Un*Ib*Ec)] Vu:电压采样信号,220V 分压后得到,一般选择为 0.1~0.22v 左右; Vi:电流采样值,需要乘以增益倍数,如 5A*350 微欧/10^6*16=0.028v; EC: 电表脉冲常数

Un:额定电压 220V Ib:额定电流 5A 2.电压、电流、功率转换系数确定: 表台加 Un Ib 读出计量芯片电压有效值测量值 V、电流有效值测量值 I ,计算: Kv=Un/V ;电压转换系数,该系数与寄存器测量值相乘即得到输入的电压 (v) Ki=Ib/I ;电流转换系数,该系数与寄存器测量值相乘即得到输入的电流(A) Kp= 3.22155*10^12/(2^32*HFConst*EC) ; EC 脉冲常数 ;功率转换系数,该系数与寄存器测量值相乘即得到输入的功率(w) 3.增益和相位单点校正: 台体加 UN、IB、0.5L,读出电压(U 测) 、电流(I 测) 、有功功率寄存器值(P 测) ,根 据视在功率偏差进行增益校正;根据有功功率偏差及计算出的增益校正值进行相位校正. 增益校正公式: PGAIN=-ERR/(1+ERR) 如果 PGAIN>0,校正值是 PGAIN*2^15; 如果 PGAIN<0,校正值是 PGAIN*2^15+2^16; ERR 计算公式: ERR=(S 测量-S 标准)/S 标准 S 测量: = U 测*I 测=(Ureg/2^23)*(Ireg/2^23) S 标准: =U 标准*I 标准*1/Kp/2^31 (电压 0.001V 电流 0.0001A) Ureg: 电压有效值寄存器值 Ireg: 电流有效值寄存器值 U 标准: 标准表显示电压有效值 单位 V 3 位小数 I 标准: 标准表显示电流有效值 单位 A 4 位小数 相位校正公式: θ = [ArcSin (-ERR/1.732)*(180/3.14159)]/0.02 θ >0,校正值是将θ 取整; θ <0,校正值是θ +2^8 后取整 ERR 计算公式: ERR=[P 测*(1+Pgain 归一化)-P 标准] / P 标准 P 标准= P0*1/Kp P 测量:与电压、电流 一同读出来的有功功率寄存器值 P0:标准表显示功率值 单位 w 4 位小数位 0.0001w Pgain 归一化: 增益校正后的有功增益寄存器的归一化值,公式: Pgain 归一化:=Pgain/2^15 ;Pgain 寄存器最高位=0 Pgain 归一化:=(Pgain-2^16)/2^15 ;Pgain 寄存器最高位=1 若提高相位校正的准确度(1bit 对应 0.01 度) :则公式: θ = [ArcSin (-ERR/1.732)*(180/3.14159)]/0.01 如果θ >0,校正值是将θ 取整; 如果θ <0,校正值是θ +2^9 后取整 将最低位写入 Phsx0(EMUCON2 的 Bit8/bit9),高 8 位写入 PHSx 4.有功偏置 Offset 的校正方法: 5%Ib 点的功率值做为校正依据: 1)表台加 5%Ib 电流 Un,读出计量芯片的功率寄存器值,求至少 20 次平均得 P,与 标准表的功率值 P0,计算功率 offset 值 APOSA= [P0*(1/Kp)- P]/(1+GPQA)

P: 芯片寄存器测量值平均值 P0: 标准表显示功率 Kp: 功率转换系数 GPQA:功率增益归一化值 结果>0, 直接写入 APOSA 寄存器 结果<0 , +2^16 后写入 APOSA 寄存器 B 通道有功校正和 A 通道类似。 在做功率法校表时,可以读取多点的有效值、功率做平均,以提高校正精度。 无功校正,技术支持会提供一个固定偏差。 校准相位时要注意弧度和角度,电能计算器算出的是角度,C 库是弧度。 以上内容皆是我抛出的板砖,希望大家共同学习进步。 电表精度检测:


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