《高精度电能计量仪的设计与实现》 毕业设计学习笔记

为什么三相电中两项火线之间的电压是380V

背景知识:三相电即三根线电压均为220V,但各自之间有220V相位差;

解:假设三个正弦交流电分别为:

$$ u_1=U_m\sin(\omega t)\ u_2=U_m\sin(\omega t-120°)\ u_3=U_m\sin(\omega t+120°) $$

其中$U_m$是最大值,$\omega$是角频率,$t$是时间。

那么两根火线(比如L1和L2)之间的线电压就是它们对应的正弦交流电之差:

$$ u_{12}=u_1-u_2=U_m\sin(\omega t)-U_m\sin(\omega t-120°) $$

利用三角函数的公式,我们可以化简这个表达式:

$$ u_{12}=U_m[\sin(\omega t)-\sin(\omega t)\cos(120°)-\cos(\omega t)\sin(120°)] $$

由于$\cos(120°)=-\frac{1}{2}$,$\sin(120°)=\frac{\sqrt{3}}{2}$,所以:

$$ u_{12}=U_m[\frac{\sqrt{3}}{2}\cos(\omega t)+\frac{3}{2}\sin(\omega t)] = \sqrt{3} U_m [\frac{1}{2} cos(\omega t)+ \frac{\sqrt{3}}{2} sin(\omega t)]$$

再利用三角函数进行变换,我们可以得到:

$$ u_{12}=\sqrt{3}U_m\sin(\omega t+30°) $$

这说明两根火线之间的线电压也是一个正弦交流电,并且它的最大值是$\sqrt{3}U_m$。

如果我们假设每根火线和中性线之间的相电压最大值都是220V(我国居民用电标准),那么两根火线之间的线电压最大值就是$\sqrt{3}\times220V \approx 380.8V$。

”单点相接“的实现与意义

单点相接是指将电源输入和地线连接在同一个点上,以减少电源对系统的干扰。 这样可以避免形成回路或环路,导致电磁干扰或信号失真。

这段话的原理是基于电磁兼容设计的原则,即要尽量降低系统内部和外部的电磁噪声,提高系统的可靠性和稳定性。

实现方法是在PCB的边缘或角落找一个合适的位置,将电源和地用一根较粗的导线或铜皮连接到外部接地点,形成一个单点相接。这样可以保证电源和地之间有最小的干扰。

(存疑)

主控选型

选型依据

file

项目需求

spi接口 $\geq$ 1 (ATT7022)

串口 $\geq$ 2 (RS485+下载调试)

结果

  • STM32F103C8T6

    3串口+2spi 价格低廉 性能够用

  • STM32F407VGT6 或 STM32F407ZGT6

RS485

RS-485是一种有线通信协议(物理层)。它使用差分信号来实现长距离、高速、抗干扰的通信。与wifi相比具有更强的抗电磁干扰能力

RS-485接口通常使用RJ45、DB9或带螺丝端子的接头。不同的设备可能使用不同类型的接口,具体情况取决于设备制造商。

在绘制最小系统时需要添加一个RS-485收发器芯片,例如MAX485(贵+性能强)或SN75176B(成本低,兼容性强)

经常与之配套使用的应用层协议是:Modbus

电压互感器&电流互感器


ATT7022E电流通道的有效值在0.2mV至500mV的范围内线性误差小于0.1%,建议有效值选在0.05V。因此,你需要选择一个电流互感器,使得其二次电流乘以采样电阻等于0.05V。

具体的电流变比取决于你要统计的服务器机房的功率。不同类型的机柜有不同的功率234,一般来说,低密度机柜功率为3.5-5kW,中密度机柜功率为7.5-10kW,高密度机柜功率为20~30kW或更高。

例如,如果要统计一个低密度机柜(假设功率为4.4kW)的功率,那么可以选择一个变比为2000:1的电流互感器。这样,当输入20A额定电流时,互感器二次电流为10mA。如果采样电阻为5欧姆,则取样电压为50mV,在ATT7022E的有效范围内。

一图流SPI

file

一图流STM32F103C8T6

file

基准电压芯片的必要性

可以使用电阻分压的方法将3.3V转换为1.2V作为基准电压,但需要注意的是电阻的精度和稳定性会直接影响基准电压的稳定性和精度。因此,建议选择稳压器或其他专用的基准电源芯片来提供1.2V的基准电压。

管脚分配

管脚 用途 备注
PA0 蓝色LED 指示状态
PA2-3 串口通信 RS485输出
PA4-7 SPI通信 ATT7022
PA9-10 串口通信 烧写程序
PB0 IRQ监控 ATT7022
PB1 Reset ATT7022
PB2 REVEP监控 ATT7022
PB5-6 RS485发生器读写使能 5-R 6-D
PB12-15 SPI通信 接esp8266
PC13 绿色LED 指示状态
PC 14-15 时钟输入
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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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