Düşük maliyetli, yüksek stabilite düşük voltajlı güç hattı taşıyıcı iletişimi sıfır geçiş algılama devresi tasarımı
Bir fotovoltaik uygulamayı ele alalım - fotovoltaik arenanın sırları (geri alın, dikkatlice inceleyin, gelecekte harika bir araç olacak)
Ayrıntılar // http: //gftoutiao.com/gfpc.html
Elektrik hattı taşıyıcı iletişimi (PowerLineCarrier, kısaca PLC) 1920'lerde tanıtıldı. Avantajları temel olarak elektrik hatlarının geniş dağıtımından gelir ve elektrik hatlarının iletişim hatları olarak kullanılması yatırım ve hat bakım maliyetlerini azaltabilir. Başka bir deyişle, kablolamayı basitleştirmek için, veri iletmek için güç hattı taşıyıcı iletişim (PLC) teknolojisi kullanılabilir.
Bu nedenle, uzun bir süredir, güç hattı taşıyıcısı, güç sistemi iletişiminde baskın bir rol oynamıştır. Ancak enerji hattının asıl amacı elektrik enerjisi iletmektir.Bir veri iletim kanalı olarak kanal özellikleri ideal değildir. Literatür, alçak gerilim güç hattı taşıyıcı iletişim kanallarının özelliklerini inceler ve analiz eder.
Son yıllarda, akıllı sayaçların ve düşük voltajlı güç hattı taşıyıcı iletişim teknolojisinin sürekli gelişimi ve olgunlaşmasıyla, Çin Devlet Grid Corporation tarafından elektrik hattı taşıyıcı iletişiminin bir defalık sayaç okumasının başarı oranı giderek artmıştır. Düşük voltajlı güç hattı taşıyıcı iletişiminin eksikliklerinden dolayı: farklı sinyal birleştirme yöntemlerinin farklı güç taşıyıcı sinyal kayıpları vardır, güç hattı taşıyıcı sinyallerinin zayıflaması son derece değişkendir ve güç hattının kendi darbe paraziti vardır; güç şebekesine çok sayıda dürtüsel yük bağlanır. Harmonikler artar Frekans bantları birbirine yakın olduğundan, harmonikler enerji hattı taşıyıcı iletişiminin başarı oranını doğrudan etkiler. Çok sayıda istasyonun, bir sayaç okumasının başarı oranı için State Grid Corporation'ın gereksinimlerini karşılaması zordur.
Yıllar boyunca düşük voltajlı güç sahalarında çok sayıda ölçüm verisi, AC gücünün sürekli empedans, düşük harmonik kirlilik değeri, sabit döngü ve sıfır geçiş noktasına yakın faz özelliklerine sahip olduğunu ve taşıyıcı iletişimi için çok uygun olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, sıfır geçiş iletişimi büyük taşıyıcı iletişim şeması üreticileri tarafından benimsenir Çok sayıda iletişim alanı doğrulamasından sonra, iyi iletişim etkileri elde edilmiştir Bir sayaç okumasının başarı oranı% 99'u aşmaktadır ve bu durum Devlet Şebekesinin ilgili gereksinimlerini tam olarak karşılamaktadır.
Sıfır geçiş algılama devresi, sıfır geçiş güç hattı taşıyıcı iletişiminin hayati bir parçasıdır Alternatif akımın sıfır geçiş noktasını doğru bir şekilde tespit etmek için kullanılır Taşıyıcı-dalga iletişimi, uzun veri çerçevesini algılanan sıfır geçiş noktasına göre böler. Veri iletişimi, zaman dilimi içinde gerçekleştirilir. Buna karşılık, yük ve empedans süreksizliği, harmonik kirlilik, vb. Neden olduğu taşıyıcı sinyal zayıflaması azaltılır ve bu da başarısız iletişim ile sonuçlanır.
Sıfır geçiş algılama devresi, gerçek düşük voltajlı elektrik şebekesi ortamında yaygın olarak kullanılabilmesi için düşük maliyetli, yüksek algılama doğruluğu, yüksek kararlılık, güçlü parazit önleme ve aşırı gerilim kapasitesi vb. Özelliklere sahip olmalıdır.
1 Sıfır geçiş algılama devresinin tasarımı ve analizi
1.1 Sıfır geçiş algılama devresi tasarımı
Güç hattı taşıyıcı iletişim sıfır geçiş algılama parçası çok düşük güç tüketimine sahip olduğundan ve taşıyıcı iletişim modülü daha maliyete duyarlı olduğundan, izole çıkış ve Darlington sürücü parçası için kararlı ve güvenilir bir güç kaynağı sağlamak için direnç-kapasitans düşürme yöntemi benimsenmiştir. Sıfır geçiş algılama devresinin tamamı, sıfır geçiş algılama işlevini doğru ve güvenilir bir şekilde tamamlamak için tamamen pasif cihazlara dayanır. Bu devre, düşük maliyetli, küçük PCB alanı ve güçlü anti-parazit avantajlarına sahiptir.
Bu makalede tasarlanan sıfır geçiş algılama devresi Şekil 1'de gösterilmektedir: RC düşürme, regüle edilmiş enerji depolama, voltaj bölücü sürücü, Darlington sürücü ve izole çıkış R1 ve C1 bir RC düşürme devresi oluşturur. 220VAC voltajını azaltın, voltajı VD1, C2 ve C3'ten oluşan stabilize enerji depolama devresi aracılığıyla yaklaşık 5,1V'a sabitleyin, normal iletimini sağlamak ve optokuplörün aşırı voltajın bozulmasını önlemek için izole edilmiş optokuplör D1'e güç sağlayın.
Akım sınırlayıcı dirençler R1 ve R2, optocoupler D1'in güç hattı aşırı gerilim ve dalgalanma akımının neden olduğu arızayı etkili bir şekilde önleyebilir ve çıkış sıfır geçiş sinyalinin yanlış tetiklenmesini önleyebilir.Gerilim bölücü tahrik parçası dirençleri R3 ~ R8 ve düşürücü sürüş parçası VT1, VT2 Seri bağlı, alternatif akımın negatiften pozitife değiştiği sıfır noktasında gerçekleştirin. VT1 ve VT2'den oluşan Darlington tüpü, tek tüpün toplayıcı akımının küçük olmasını ve optokuplörün normal şekilde çalıştırılamamasını önler.İzole çıkış kısmı, optocoupler D1 tarafından izole edilir. Sıfır geçiş sinyali, sıfır geçişli taşıyıcı iletişimin sıfır geçiş referans noktası olarak periyodik olarak bir kez çıkar.
Şekil 1 Sıfır geçiş algılama devresi
1.2 Direnç-kapasitans azaltma ilkesinin analizi
RC düşürmenin özü kapasitördür. C1 kapasitörünün işlevi, kapasitif reaktans yoluyla akımı sınırlamak ve düşürme amacına ulaşmak için AC voltajının çoğunu kapasitör boyunca eklemektir. Bu nedenle, C1 kondansatörü, kondansatör ve yük boyunca voltajı farklı yüklere göre dinamik olarak ayarlar. Yük terminal voltajının çok yüksek olmasını önlemek için voltaj regülatör tüpü VD1, güç kaynağı voltajını stabilize etmek için kullanılır.
C1 kapasitörünün değeri geçen akımın boyutuna bağlıdır.C1 kapasitör AC devresine bağlandığında C1 kapasitörünün kapasitif reaktansı
Formülde XC1, kapasitörün kapasitif reaktansıdır; f, alternatif akımın frekansıdır; C1, kapasitörün kapasitans değeridir.
Bu nedenle, RC düşürme voltajından geçen akım yaklaşık olarak
Formülde, IAC, RC düşürme geriliminden akan akımdır; XC1, kapasitörün kapasitif reaktansıdır; f, alternatif akımın frekansıdır; C1 kapasitörün kapasitans değeridir; UAC, şebekenin AC gerilim değeridir.
Bu nedenle şebekenin efektif değeri 220V olduğunda 1mF kondansatörden elde edilen akım
Kaçak akım ve güvenlik hususları için C1, güvenlik gereksinimleri olan Y kondansatörleri kullanır.Y kondansatörlerinin kapasitansının genellikle küçük olması nedeniyle, bu devrede 22nF / 2kV Y kapasitörler kullanılır, bu nedenle akım
1.3 Devre tarafından tetiklenen sıfır geçiş noktası ile gerçek sıfır geçiş noktası arasındaki zaman farkının analizi
Devrenin voltaj dengeleyici enerji depolama kısmı, öncelikle optokuplörün arızalanmasını önlerken optokuplör D1'in normal olarak açılıp kapanmasını sağlamak için optokuplör boyunca voltajın 5,1V civarında stabil olmasını sağlar; C2 ve C3 kapasitörleri şarj edildikten sonra optokuplör D1 iletir. Optocoupler ışık yayan tüpün normal ışık yayılımını sağlamak için açık dönem boyunca boşaltın.
Devre tarafından tetiklenen sıfır geçiş noktası ile gerçek sıfır geçiş noktası arasındaki zaman farkı T, Darlington sürücü devresi transistörleri VT1, VT2 ve optocoupler D1'in açma gecikmesi t1 ve kapasitörler C2 ve C3'ün şarj süresi t2 tarafından belirlenir.
Formülde t1, cihazın kendisi tarafından belirlenir, bu nedenle C1 kapasitörünün akım değerini ve sıfır geçiş algılama devresindeki RC düşürmeyi belirledikten sonra, voltaj dengeleyici enerjinin enerji depolama bölümünün C2 ve C3 kapasitörlerinin kapasitansları sıfır geçiş devresini doğrudan etkiler. Tetikleyicinin sıfır geçiş noktası ile gerçek sıfır noktası arasındaki yanıt süresi farkı. Zaman farkı, kapasitör şarjı prensibi ile tahmin edilebilir. Kapasitansın matematiksel ifadesi
Formülde Q, kapasitörde depolanan elektrik miktarıdır; C, kapasitörün kapasitansıdır; U, kapasitör boyunca voltajdır.
Güç formülü
2 Simülasyon sonuçları ve analizi
2.1 Bir simülasyon devresi oluşturun
Şekil 2'de gösterildiği gibi bir simülasyon devresi oluşturmak için Multisim11.0 yazılımını kullanın ve optocoupler D1 ile 220VAC izolasyonundan sonra sıfır geçiş sinyalini ve optocoupler D1 çıkışının dalga formunu gözlemlemek için sanal bir osiloskop kullanın.
2.2 Simülasyon sonuçlarının analizi
Bu sıfır geçişi algılama devresinin çıkış sıfır geçiş noktası ve gerçek giriş AC sinyali dalga biçimi Şekil 3'te gösterilmektedir.
RC aşağı inme kısmının mevcut testi Şekil 4'te gösterilmiştir. RC adım aşağı kısmının akımı
Gerçek tahmini değere yakın.
Sıfır geçiş algılama devresi tarafından sıfır geçiş noktası sinyal çıkışı ile gerçek alternatif akımın sıfır geçiş noktası arasındaki zaman farkı T Şekil 5'te gösterilmektedir. C2 ve C3'ün kapasitans değerlerinin her ikisi de 22nF olduğunda şekle göre,
Sıfır geçiş saptama devresinin, kısa bir zaman farkı içinde AC sinyalinin sıfır geçiş noktasını doğru bir şekilde algılayabildiği yukarıdaki simülasyondan bilinebilir.
2.3 Aşırı gerilim simülasyonu ve sonuç analizi
Şekil 6'da gösterilen simülasyon devresini kurun, aşırı gerilim gerilimini 220VAC ile üst üste getirin ve sıfır geçiş algılama devresine girin ve R2 ile ve R2 olmadan çıkış sıfır geçiş dalga biçimini gözlemleyin.
Simülasyon işleminde, Tablo 1'de listelenen veriler, gerçek güç şebekesindeki dalgalanma dalga biçimini simüle etmek için kullanılır.Sinüs dalgasının sıfır geçişine göre dalgalanmanın gecikme süresi 0,005001s, süre 1,2ms ve tepe voltajı 200V'dir.
Direnç R2 devreye bağlandığında, aşırı gerilim için sıfır geçişli çıkış yanıtı Şekil 7'de gösterilmektedir.
Şekil 8'den, R2 devreye bağlandığında, giriş aşırı geriliminin sıfır geçiş çıkışının yanlış tetiklenmesine neden olmadığı görülebilir.
R2 direnci devreye bağlanmadığında, sıfır geçiş çıkışının aşırı gerilime tepkisi Şekil 8'de gösterilmektedir. Şekildeki siyah çerçeve, sıfır geçişli yanlış tetiklemedir.
Sıfır geçiş çıkışı yanlış tetikleme noktasının dalga biçimi Şekil 9'da gösterilmektedir.
Şekil 9'daki şekillerden görülebileceği gibi, yanlış tetikleme sinyalinin 2.330V'a düşmesinden 4.0113V'ye düzelen dalga formuna kadar geçen sürenin 144.7ms olduğu ve en düşük voltajın 1V içinde olduğu, yaygın düşük hızlı optokuplörlerin yükselme ve düşme sürelerinin her ikisi de olduğu görülmektedir. 20 ms düzeyinde 144,7 ms, MCU'nun yanlış tetikleme noktasını sıfır geçiş noktası olarak tanımasına neden olmak için yeterlidir.
Yukarıdaki simülasyondan, R2 direncinin, giriş aşırı geriliminin neden olduğu sıfır geçiş noktasının yanlış tetiklenmesini etkili bir şekilde önleyebileceği ve aynı zamanda, R1'in, güç açma anında aşırı akım akımını etkili bir şekilde emebilen ve güç açma anındaki dalgalanma akımının neden olduğu R1 direnç patlamasını önleyebilen güç direnci olduğu görülebilir. Ortaya çıkan devre hasarı (burada ek simülasyon yapılmayacaktır).
3 sonuç
Bu makale, güç hattı taşıyıcı iletişiminde sıfır geçiş tespitinin gerekliliğini analiz eder, düşük maliyetli ve yüksek güvenilirliğe sahip bir sıfır geçiş algılama devresi tasarlar ve teorik hesaplamalar ve simülasyon karşılaştırmaları yoluyla bu devrenin doğruluğunu doğrular.
Analiz ve simülasyon sonuçları, sıfır geçiş algılama devresinin alternatif akımın sıfır geçiş noktasını hızlı ve etkili bir şekilde algılayabildiğini ve şebekenin aşırı gerilim ve dalgalanma akımına etkili bir şekilde direnebileceğini göstermektedir. Aynı zamanda devre basit bir yapıya, düşük imalat maliyetine, iyi çalışma performansına ve yüksek güvenilirliğe sahiptir.
Şu anda, bu devre, güç hattı taşıyıcısının sıfır geçişli iletişiminde yaygın olarak kullanılmaktadır, böylece sıfır geçişli güç hattı taşıyıcı iletişimi kullanan istasyonlarda bir sayaç okumasının başarı oranı,% 99'dan fazlasına ulaşabilir ve bu, bir sayaç okuma başarı oranı için Devlet Şebekesinin gereksinimlerini tam olarak karşılayabilir.
Kaynak: "Electrical Technology" dergisi
