Při měření výkonu nezačínejte od nuly

V novém návrhu od společnosti STMicroelectronics se snoubí odolnost a spolehlivost. Jak jinak též chcete řešit přesná provozní měření výkonů a dalších souvisejících parametrů v soustavách s větším počtem fází?

Laciné senzory a masivní oddělení

Se zkoumáním veličin, které v základním náhledu vznikají prostým vynásobením napětí a proudu, se nemusíme potkávat jen u laboratorní techniky – na stránkách DPS Elektronika od A do Z viz např. přepracovaný model stolního přístroje GPM-8310 pro vyčíslení řady parametrů 1f sítě od firmy GW Instek [1]. Vhodná měřicí zařízení je totiž nutné čas od času přímo navrhovat a žádnou výjimkou zde nejsou ani třífázové průmyslové provozy. V případě takových „wattmetrů“ se pak nemusí jednat výhradně o tradiční měření spotřeby, ale také systémy potřebné k činnosti nabíjecích stanic pro elektrovozidla, servery, fotovoltaické střídače apod. Zde všude se nyní mohou vývojáři odrazit od nové desky EVALSTPM-3PHISO, kterou v ST představili v únoru [2].

Kompletní řešení z obr. 1 se šířkou pásma 5 kHz má za cíl urychlit návrh třífázových střídavých měřidel, která z pohledu dosahovaných vlastností a také přesnosti vyhoví těm nejpřísnějším, mezinárodně uznávaným standardům [3]. Pro zajištění mimořádné spolehlivosti, včetně nezbytné odolnosti, výrobce sází na levné shunt rezistory odolávající elektromagnetickému rušení a pokročilou technologii galvanického oddělení. Jádro celého návrhu dále tvoří tři obvody STPMS2 – dvoukanálový modulátor sigma-delta druhého řádu s vlastním zesilovačem PGLNA, prvky STISO621 se dvěma kanály pro izolaci číslicového signálu, které v průmyslových aplikacích s výhodou zastupují optočleny, a také mikrokontrolér STM32 pro účely navazujících výpočtů. Pozornost byla vedle snímacích obvodů rovněž věnována layoutu desky plošného spoje, takže je možné úspěšně bojovat s interferencemi a v průběhu přesného měření či dodatečného zpracování dat zajistit i náležitý odstup užitečného signálu od šumu.

Kalibrace, posuny i THD

24bitový modulátor STPMS2, zvaný také „Smart Sensor“, jehož vnitřní blokové schéma vidíme na obr. 2, vystupuje na pozici specifické součástky typu ASSP navržené pro efektivní měření napětí a proudu každé fáze s využitím Rogowského cívky, proudového transformátoru, Hallových snímačů nebo právě našich shunt rezistorů [4]. Jeho analogová část vedle již zmíněného nízkošumového zesilovače s nastavitelným ziskem a dvou bloků modulátoru ΔΣ dále zahrnuje napěťovou referenci, stabilizátor a DC buffery. S digitální sférou pak spojujeme generátor hodin a výstupní multiplexer.

Dvoudrátovou komunikaci mezi modulátorem a MCU vždy oddělí 6kV obvody STISO621 podporující při uvážení zkreslení pulzu < 3 ns přenosové rychlosti až do 100 Mbitů/s. Na základě číslicových filtrů řešených pomocí STM32F413RH pak bude možné převést šestici streamů na 24bitové hodnoty napětí a proudu a každých 200 μs zároveň v reálném čase spočítat i veškeré potřebné údaje.

Odkazy:

[1] Výkonu na rozdávání může být i při měření výkonu, https://www.dps-az.cz/mereni/id:76542/vykonu-na-rozdavanimuze-byt-i-pri-mereni-vykonu

[2] Tisková zpráva, https://newsroom.st.com/media-center/pressitem.html/n4333.html

[3] Deska EVALSTPM-3PHISO, https://www.st.com/content/st_com/en/products/evaluation-tools/solution-evaluation-tools/energy-and-smartgrid-solution-eval-boards/evalstpm-3phiso.html

[4] Obvody STPMS2, https://www.st.com/en/data-converters/stpms2.html