Electronics – Breadboards

BUDUĆNOST ELEKTRONIČKIH BROJILA

kraj A

link

Mnoga desetljeća unazad elektromehanička brojila su bila jedina brojila električne energije. Iako rade stabilno i točno, danas više ne zadovoljavaju sve zahtjeve postavljene pred brojila električne energije.

U današnje vrijeme svaka je ušteda energije dragocjena. Da bi bilo moguće štedjeti, odnosno racionalnije raspolagati energijom potrebno je prvo na zadovoljavajući način bilježiti potrošnju energije, onda je analizirati i tek naknadno poduzimati odgovarajuće akcije. Elektromehanička, za razliku od elektroničkih brojila, nemaju nikakvu mogućnost bilježenja niti obrade podataka o potrošnji energije. Integracija mikroračunala u brojila električne energije daje brojilima mogućnost izvršavanja velikog broja operacija u realnom vremenu koje su prije bile izvršavane jedino ‘papirom i olovkom’.

Mnogi parametri su važni pri određivanju električkih karakteristika sistema: wati, vari, udio viših harmonika, faktor snage, itd. Svi ovi parametri mogu biti izračunati u samom mikroračunalu pomoću osnovnih podataka o naponu, struji i faznom kutu između njih.

Razvoj daljinske komunikacije zadnjih godina dao je novi zamah razvoju elektroničkih brojila. Svi gore navedeni podaci sada se mogu i daljinski prenijeti. Tako se dobiva mogućnost manipuliranja velikim brojem brojila sa jednog centralnog mjesta, čime se također štedi, ovaj put i novac i vrijeme.

Prednosti elektroničkih brojila su očite. Pitanje je vremena kada će elektromehanička brojila biti u potpunosti potisnuta i zamijenjena elektroničkim.

Nadogradnja brojila

Konstruirano brojilo opisano u ovom poglavlju predstavlja samo osnovni sklop brojila koji vrši funkciju brojenja električne energije, što samo brojilo ne čini kompletnim proizvodom koji bi imao veliku prednost nad do sada najviše upotrebljavanim elektromehaničkim brojilima. Da bi ovo brojilo postalo kompletno potrebno je, kao prvo, dodati sistem za prebacivanje većeg broja tarifa (ili vlastiti uklopni sat ili MTK prijemnik), a nakon toga i sistem za daljinsku komunikaciju. Također, moguće je po potrebi dodati funkcije mjerenja jalove energije, cosφ, i dr.

Kalibracija

Kako bi se što više poboljšala točnost brojila, nakon završetka konstrukcije vrši se njegova kalibracija. Pogreška brojila posljedica je nesavršenosti elektroničkih komponenti (tolerancije vrijednosti otpora, utjecaj smetnji, itd.).

SLIKA 3-18: DIJAGRAM TOKA KALIBRACIJE BROJILA

Kalibracija elektroničkog brojila je na neki način auto-kalibracija. Tijek procesa kalibracije je sljedeći:

•brojilu se dovodi točno poznat napon od 230V i struja od 10 A

•kratko se spoji kratkospojnik i tako brojilu da znak za start kalibracije

•ostatak procesa vrši samo brojilo.

Sam proces kalibracije u brojilu teče ovako: nakon starta tijekom stotinu perioda napona mreže brojilo mjeri energiju. Izmjerena energija u sebi sadrži određenu pogrešku uzrokovanu nesavršenostima komponenti. Pošto je brojilu poznata točna vrijednost energije koja za zadani napon, struju i vremenski interval iznosi:

moguće je izračunati pogrešku brojila:

Brojilo, dakako, samo izračunava pogrešku

Konačan cilj računanja pogreške je promjena osnovnog kvanta energije ∆W (Slika 3-17). Kvant ∆W se mijenja upravo za iznos izračunate pogreške.

Ukoliko je pogreška pozitivna, odnosno brojilo broji više nego što treba, kvant ∆W će se smanjiti, i obrnuto, ako pokazuje manje ∆W će se povećati. Kada se brojilo ponovno vrati normalnom radu pokazivat će za p% veću ili manju energiju nego što bi je pokazivalo prije kalibracije.

Ovakav način kalibracije brojila se naziva kalibracija u jednoj točki

Proračun energije

Nakon korekcije mjerenih vrijednosti napona i struje računa se dio energije koju ove vrijednosti predstavljaju.

Energija u vremenu ∆t je:

kako je:

slijedi:

gdje je

Ukupna energija jednaka je zbroju

Kako mikrokontroler ne stiže u vremenu ∆t izvršiti sva računanja potrebno ih je pojednostaviti ili izbjeći. U ovom slučaju moguće je izbjeći množenje sa konstantom Konst

Nakon svakog intervala od 2∆t mikrokontroler računa sljedeći izraz:

Množenje sa Konst se izbjegava na sljedeći način: nakon računanja parcijalni produkti dS se zbrajaju. U trenutku kada zbroj parcijalnih produkata pređe određenu vrijednost (npr.C1), ukupnoj energiji W se dodaje unaprijed poznat kvant energije ∆W koji je jednak produktu C1 i Konst, a zbroj parcijalnih produkata ∆S se umanjuje za C1. Dakle:

Slika 3-17 pokazuje dijagram toka prilikom proračuna energije

SLIKA 3-17: DIJAGRAM TOKA RAČUNANJA ENERGIJE

Neka je:

∆t=200 µsec

slijedi

Konst = 5,43×

∆W=0,000003645695 kWh

Korekcija pogreške nastale promjenom referentnog napona a-d pretvarača

Napon a-d pretvarača se mijenja u granicama 5V±5%. Pogreška se računa pomoću poznate i izmjerene vrijednosti referentnog napona Uref. Naime:

 Vrijednost dobivena nakon a-d pretvorbe je:

i ona ovisi o trenutnom iznosu Ua-d. Greška se računa prema sljedećem izrazu:

Treba napomenuti da se pogreška ne računa u promilima (1000inke) nego u 1024inkama zbog jednostavnosti množenja i dijeljenja sa 1024 u binarnom brojnom sistemu. Množenje i dijeljenje sa 1024 () se dobije pomakom binarnog broja za deset mjesta u lijevo ili desno. Ovim se same operacije množenja i dijeljenja višestruko ubrzaju jer se pomak broja izvodi jednostavno.

Izmjerene vrijednosti napona i struje trošila se korigiraju za izračunatu grešku na sljedeći način:

uz

Vrijednost  je 14-bitni broj dobiven iz a-d pretvarača.

I pri gornjem računanju nove točnije vrijednosti izmjerene veličine (struje ili napona) mikrokontroler se ne opterećuje množenjem niti dijeljenjem. Korekcija se svodi samo na operacije rotiranja i zbrajanja (ili oduzimanja), jer se vrijednosti dodaje (ili oduzima) vrijednost i to G puta.