7.9 Вимірювальний канал потужності

Для визначення потужності у колах постійного і змінного струмів необхідно проводити вимірювання струму і напруги. Найбільш просто схемотехнічно це реалізується підключенням сенсорів струму і напруги через АЦП до мікроконтролера, який проводить вибірку миттєвих значень струму і напруги в дискретні моменти часу. Точність вимірювань росте із збільшенням частоти дискретизації, що в свою чергу веде до ускладнення програмного забезпечення, оскільки обробка сигналів (фільтрація, усереднення) проводиться в реальному часі. Крім того, недоліком таких систем є їх відносно велика вартість.

Спростити алгоритми обробки інформації і понизити вартість ватметрів дозволяє схема, наведена на рис.7.12. Тут функцію вимірювання здійснює спеціалізована мікросхема вимірювача потужності. Мікроконтролер виконує лише функцію частотоміра.

Рисунок 7.12

Прикладом перетворювача потужності є AD7750 – мікросхема перетворювача добутку напруг в частоту слідування імпульсів (Product to Frequency Converter) із похибкою менше 0.3%, розроблена фірмою Analog Devices. На рис. 7.13 наведено структурну схему мікросхеми AD7750.

Рисунок 7.13

Входи каналів струму та напруги виконані диференціальними. Кожний вхід розрахований на напругу не більше 1 В. Канал струму має підсилювач із змінним коефіцієнтом підсилення (1 чи 16), канал напруги містить підсилювач з коефіцієнтом підсилення 2. Після підсилення обидва сигнали перетворюються АЦП в цифровий код і перемножуються. Високочастотні складові відфільтровуються цифровим фільтром нижніх частот LPF, потім код потужності подається в перетворювач коду в частоту (Digital to Frequency Converter, DTF) де формуються частотно-імпульсні сигнали F1 низької частоти і F2 для керування кроковим двигуном або лічильником імпульсів та високочастотний сигнал Fout для вимірювання струму чи напруги.

Для зменшення похибки вимірювання потужності через наявність постійної складової струму в проводі нейтралі можна ввімкнути режим фільтрації струму фільтром верхніх частот HPF. Одночасно з фільтром включається лінія затримки, яка коригує фазову характеристику фільтра для мінімізації похибки при частоті мережі 50 Гц.

Режим роботи мікросхеми задають сигналами на входах FS, S1 і S2. Опис режимів наведено в табл.7.2. Залежність вихідних сигналів від різниці фаз струму і напруги в двоквадрантному і чотириквадрантному режимах показана на рис.7.14.

а) б)

Рисунок 7.14

Таблиця 7.2 - Режими роботи мікросхеми AD7750

Режим	FS	S1	F1, F2, Гц
0	0	0
1	0	0
2	0	1
3	0	1
4		0
5	1	0
6	1	1
7	1	1

Примітки: Коефіцієнт пропорційний добутку середніх квадратичних значень напруг в каналах 1 і 2: , де - коефіцієнт підсилення в каналі 1, - величина опорної напруги.

Алгоритм роботи мікропроцесорного вимірювача потужності наведено на рис.7.15.

Рисунок 7.15