8 bộ phận của đồng hồ đo năng lượng điện

MỘTmáy đo năng lượng điệnlà một dụng cụ dùng để đo năng lượng điện, còn được gọi là đồng hồ đo kilowatt giờ hoặc đồng hồ đo điện. Đơn vị đo lường của nó là độ hoặc kilowatt giờ. Nó là sản phẩm của năng lượng và thời gian, có thể được sử dụng để đo mức tiêu thụ điện năng của người dùng cuối, làm cơ sở cho các công ty điện lực lập hóa đơn. Điện là nguồn năng lượng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của người dân, đồng hồ đo điện năng được lắp đặt trong mỗi hộ gia đình. Tuy nhiên, hầu hết người dùng đều chưa nắm rõ nguyên lý làm việc, cấu tạo, linh kiện của đồng hồ đo điện năng.

Dựa trên nguyên tắc thiết kế làm việc củamáy đo năng lượng điện, nhìn chung chúng có thể được chia thành tám mô-đun: mô-đun nguồn điện, mô-đun hiển thị, mô-đun lưu trữ, mô-đun lấy mẫu, mô-đun đo, mô-đun giao tiếp, mô-đun điều khiển và mô-đun xử lý MUC. Mỗi mô-đun có chức năng riêng và được điều phối và tích hợp bởi mô-đun xử lý MUC, tạo thành một tổng thể.

1. Mô-đun cung cấp năng lượng cho đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun cung cấp điện củamáy đo năng lượng điệnđóng vai trò là trung tâm năng lượng cho hoạt động bình thường của nó. Chức năng chính của mô-đun cấp nguồn là chuyển đổi điện áp cao AC 220V thành DC 12V/DC5V/DC3V. Nguồn điện áp thấp 3V được cung cấp cho các chip và thiết bị của các module khác trong đồng hồ đo năng lượng điện. Có ba loại mô-đun nguồn điện phổ biến: máy biến áp, mô-đun giảm điện áp tụ điện và bộ nguồn chuyển mạch.

Loại máy biến áp chuyển đổi nguồn điện AC 220V thành AC12V, sau đó tiến hành chỉnh lưu, giảm điện áp và ổn định để đạt được dải điện áp yêu cầu. Nó có công suất điện nhỏ, độ ổn định cao nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ.

Mạch cung cấp điện giảm điện áp bằng tụ điện điện trở sử dụng điện kháng điện dung do tụ điện tạo ra ở tần số cụ thể của tín hiệu AC để hạn chế dòng điện hoạt động tối đa. Nó có kích thước nhỏ, chi phí thấp, tiêu thụ ít năng lượng và có mức độ tự tiêu thụ cao.

Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch sử dụng các thiết bị chuyển mạch điện tử như bóng bán dẫn, ống MOS, SCR, v.v. Để bật tắt định kỳ các thiết bị chuyển mạch điện tử thông qua các mạch điều khiển, cho phép chúng điều chỉnh điện áp đầu vào theo xung, từ đó đạt được sự biến đổi điện áp trong khi đồng thời cung cấp điện áp đầu ra có thể điều chỉnh và tự động ổn định. Nó có mức tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, dải ổn định điện áp rộng, chịu nhiễu tần số cao và có giá cao hơn.

Trong quá trình phát triển và thiết kế đồng hồ đo năng lượng điện, việc lựa chọn loại nguồn điện được xác định dựa trên yêu cầu chức năng của sản phẩm, kích thước vỏ đầu cực đồng hồ, yêu cầu kiểm soát chi phí cũng như các chính sách và quy định của các khu vực hoặc quốc gia khác nhau.

2. Mô-đun hiển thị đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun hiển thị đồng hồ đo năng lượng điện chủ yếu được sử dụng để đọc mức tiêu thụ điện năng và cung cấp nhiều tùy chọn hiển thị khác nhau như ống kỹ thuật số, bộ đếm, màn hình LCD tiêu chuẩn, màn hình LCD ma trận điểm và màn hình LCD cảm ứng, cùng nhiều tùy chọn khác. Các phương pháp hiển thị của ống và bộ đếm kỹ thuật số chỉ có thể hiển thị mức tiêu thụ điện theo một cách. Với sự phát triển của lưới điện thông minh, đồng hồ đo năng lượng điện đòi hỏi ngày càng nhiều loại màn hình dữ liệu điện năng. Các ống và bộ đếm kỹ thuật số không thể đáp ứng được nhu cầu về sức mạnh thông minh hiện đại. Phương pháp hiển thị chính cho đồng hồ đo năng lượng điện hiện nay là công nghệ LCD. Các loại màn hình LCD khác nhau được chọn trong quá trình nghiên cứu và phát triển tùy thuộc vào mức độ phức tạp của thông tin được trình bày.

3. Mô-đun lưu trữ đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun lưu trữ đồng hồ đo năng lượng điện chủ yếu được sử dụng để lưu trữ các thông số của đồng hồ đo, lịch sử tiêu thụ điện năng và các thông tin liên quan khác. Các thiết bị lưu trữ phổ biến bao gồm chip EEPROM, chip sắt điện và chip flash. Ba loại chip này có ứng dụng khác nhau trong máy đo năng lượng điện. Flash là một loại bộ nhớ flash lưu trữ dữ liệu tạm thời, tải dữ liệu hồ sơ, gói nâng cấp phần mềm, v.v.

EEPROM là bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình có thể xóa bằng điện, cho phép người dùng xóa và lập trình lại thông tin được lưu trữ trong đó bằng chính thiết bị hoặc các thiết bị chuyên dụng. Điều này làm cho EEPROM rất hữu ích trong các tình huống yêu cầu sửa đổi và cập nhật dữ liệu thường xuyên. EEPROM có thể lưu trữ tới 1 triệu byte thông tin và được sử dụng trong đồng hồ đo năng lượng điện để lưu trữ mức tiêu thụ điện năng và các dữ liệu liên quan đến năng lượng khác. Số lượng kho lưu trữ sẵn có đáp ứng yêu cầu lưu trữ cho toàn bộ vòng đời của đồng hồ đo năng lượng điện và chúng có giá cả hợp lý.

Chip sắt điện sử dụng các đặc tính của vật liệu sắt điện để đạt được tốc độ cao, năng lượng thấp và hoạt động logic cũng như lưu trữ dữ liệu có độ tin cậy cao. Chúng có khả năng lưu trữ một tỷ lần. Dữ liệu sẽ không bị xóa sau khi mất điện, điều này khiến chip sắt điện trở nên thuận lợi nhờ mật độ lưu trữ cao, tốc độ nhanh và mức tiêu thụ năng lượng thấp. Chip sắt điện chủ yếu được sử dụng trong các máy đo năng lượng điện để lưu trữ mức tiêu thụ điện năng và các dữ liệu liên quan khác. Chúng có giá cao hơn và chỉ được sử dụng trong các sản phẩm yêu cầu nhu cầu lưu trữ tần số cao.
 

4. Mô-đun lấy mẫu đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun lấy mẫu đồng hồ đo năng lượng điện có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu dòng điện lớn và tín hiệu điện áp lớn thành tín hiệu dòng điện nhỏ và tín hiệu điện áp nhỏ để đồng hồ đo năng lượng điện dễ dàng thu nhận. Các thiết bị lấy mẫu dòng điện phổ biến bao gồm shunt, máy biến dòng và cuộn dây Rogowski. Việc lấy mẫu điện áp thường được thực hiện bằng phương pháp lấy mẫu bộ chia điện áp bằng điện trở có độ chính xác cao.

5. Mô-đun đo đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun đo lường đồng hồ đo năng lượng điện chủ yếu được sử dụng để thu tín hiệu dòng điện và điện áp tương tự và chuyển đổi chúng thành tín hiệu số. Nó có thể được chia thành mô-đun đo một pha và mô-đun đo ba pha.

6. Mô-đun truyền thông đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun giao tiếp của đồng hồ đo năng lượng điện đóng vai trò là nền tảng cho việc truyền và tương tác dữ liệu, làm cơ sở cho việc quản lý khoa học lưới điện thông minh, số hóa dữ liệu, thông minh và chính xác. Nó cũng là nền tảng cho phép tương tác giữa con người và máy tính trong quá trình phát triển Internet of Things. Trước đây, phương tiện liên lạc chính là hồng ngoại và giao tiếp RS{1}}. Với sự phát triển của công nghệ truyền thông và Internet vạn vật (IoT), việc lựa chọn các phương thức truyền thông đồng hồ đo năng lượng điện đã trở nên phong phú. Chúng bao gồm PLC, RF, RS485, LoRa, ZigBee, GPRS, NB-IoT, v.v. Các phương pháp truyền thông khác nhau có thể được lựa chọn dựa trên ưu điểm và nhược điểm của chúng cũng như các tình huống ứng dụng cụ thể để đáp ứng nhu cầu thị trường.

7. Mô-đun điều khiển đồng hồ đo năng lượng điện

Mô-đun điều khiển đồng hồ đo năng lượng điện cho phép kiểm soát và quản lý tải điện hiệu quả. Phương pháp phổ biến nhất là lắp đặt rơle chốt từ bên trong đồng hồ đo năng lượng điện. Việc kiểm soát và quản lý tải điện có thể đạt được bằng cách sử dụng dữ liệu nguồn, sơ đồ điều khiển và lệnh thời gian thực để bật hoặc tắt nguồn. Các chức năng phổ biến trong đồng hồ đo năng lượng điện bao gồm bảo vệ quá dòng và quá tải thông qua ngắt kết nối rơle để điều khiển tải, điều khiển dựa trên thời gian để bật hoặc tắt nguồn trong khoảng thời gian cụ thể, ngắt kết nối rơle khi tín dụng không đủ trong chức năng trả trước và điều khiển từ xa thông qua truyền lệnh thời gian thực.

8. Mô-đun xử lý MCU đo năng lượng điện

Mô-đun xử lý MCU của Đồng hồ đo năng lượng điện là bộ não của đồng hồ đo năng lượng điện. Nó thực hiện các phép tính trên nhiều loại dữ liệu khác nhau, chuyển đổi và thực thi các loại lệnh khác nhau cũng như điều phối các mô-đun khác nhau để thực hiện thành công các chức năng.

Đồng hồ đo năng lượng điện là một thiết bị đo điện tử phức tạp bao gồm một số khía cạnh của công nghệ điện tử, bao gồm công nghệ cung cấp điện, công nghệ đo điện năng, công nghệ truyền thông, công nghệ hiển thị và công nghệ lưu trữ. Mỗi mô-đun chức năng và công nghệ điện tử cần được tích hợp và kết hợp để tạo thành một khối hoàn chỉnh nhằm tạo ra một công tơ điện ổn định, đáng tin cậy và chính xác.