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基于CS5460A的数字电表的校准及修调

来源:    作者:    发布时间:2015-09-26 12:24:06    浏览量:

随着大规模集成电路和通讯技术的发展,在电能计量领域,数字电表以其自身的优势,逐渐取代了传统的机械式电度表。高精度的电能计量芯片是数字电表的核心部分,CS5460A是Cirrus Logic推出的电能计量芯片,已经广泛应用于各种单、三相电能表以及电力系统测量控制领域。由于各电表厂家对芯片的控制软件不同,特别是校准处理方法的差异,造成电表误差偏大,达不到高精度要求。本文详细描述了北高智公司的三相数字电表的软件校准和修调方法,对广大的数字电表软件设计工程师有很大帮助。

三相数字电表硬件框图

本款简单有功/无功组合三相数字电表采用三星MCU(S3P8469)为控制器,CS5460A为计量芯片,电能存储在EEPROM中,通过RS485接口读出,同时在LED上直观的显示出来。另外,该款电表去除了笨重的线形变压器,采用了TOP232Y开关电源,既缩小了电表的体积,又节省了硬件成本。

在对三相数字电表的CS5460A进行校准及修调之前,应做如下工作:

1.检查测量MCU是否工作正常,如晶体是否起振(MCU的PIN12和PIN11);上电时是否给SAMSUNG 8469复位信号(MCU的PIN16)(硬件复位或功能MCU复位,低复位且保持1ms以上)大功率电感。

2.检查CS5460A及外围器件是否工作正常,如:CS5460A的VA+(PIN14)VD+(PIN3)是否有+5V 供电,并观察其是否稳定,晶体是否起振(CS5460A的PIN1和PIN24),CS5460A的MODE(PIN8)是否接了DGND(数字地),参考基准电压是否为2.5V左右,(CS5460A本身提供基准电压:PIN11与PIN12 相连,再连一0.1μF电容到VA-);A、B、C三相加额定电压与最大电流时,CS5460A的电压通道与电流通道的电压信号在100mV-150mV (有效值)之间(分压电阻取值参见原理图)。

00.jpg

图:三相数字电表功能框图。

3. 检查MCU(SAMSUNG 8469)与CS5460A的SPI接口是否工作正常,如:CLK_CS5460(MCU的PIN21)、SDI_CS5460(MCU的PIN20)、 SPI_SDO(MCU的PIN22)是否有信号;每一相的CS(A、B、C相的CS分别对应MCU的PIN32、PIN33、PIN34)是否为每秒选通一次;每一相的RST(A、B、C相的RST分别对应MCU的PIN36、PIN37、PIN38)是否在复位,正常工作时,应无RST信号。若某相有复位信号,应检查该相CS5460A及其外围器件是否工作正常。

三相数字电表的校准

只有确保MCU及CS5460A都工作正常后,方可进行校准及修调。

CS5460A的自动校准过程:计算机发送命令给三相数字电表的MCU,MCU收到命令后发送相应的校准命令(表1)给CS5460A,等待6-8秒,校准结束。

1.校准顺序:

电压通道:直流偏移—>交流增益—>交流偏移

电流通道:直流偏移—>交流增益—>交流偏移

2.校准时输入条件:

a.校准电压通道时,电流通道始终加上最大量程电流(I=Imax);校准电流通道时,电压通道始终加上额定电压(U=Un)。

b. 校准电压通道的直流偏移和交流偏移时,电压输入端悬空或将CS5460A的VIN+与VIN-短接;校准电流通道的DC Offset和AC Offset时,电流输入端不加电流或将CS5模压电感器460A的IIN+与IIN-短接。

c.校准增益校准时,电压通道与电流通道都加满度信号(即VIN+与VIN之间,IIN+与IIN-之间均为100mV-150mV,U=Un,I=Imax)。

如何修调三相电表多功能模块

CS5460A校准以后,只需调试有功软修调、相位软修调、无电感器的测量功软修调三个点。分A、B、C分相来修调,分相修调好后,合相的精度也就好了。在进行分相修调时,另外两相可以加电压,但不能加电流,即保证另外两相没有功率产生。

修调过程:

1.有功软修调:

输入条件:cosφ=1.0U=Un,I=Ib(额定电流)。

原理:Pr=Pt×△x。其中:Pt为CS5460A测得的单相有功功率,△x=K1+((±y)×K2),K1、K2为固定值,y为修调值。若标准表显示的有功误差偏正,则将y 减小;若标准表显示的有功误差偏负,则将y增大。

2.相位软修调

输入条件:cosφ=0.5L U=Un,I=Ib(额一体电感定电流)。

原理:在CS5460A的资料中,配置寄存器的[PC6:PC0]位用于修调CS5460A电压通道与电流通道之间由于元器件大电流电感的离散性造成的相位偏差,其可修调的范围为:±2.8度(60Hz)。假设y为配置寄存器的[PC6:PC0]的值(缺省值为0),若标准表显示的有功误差偏正,则将y减小;若标准表显示的有功误差偏负,则将y增大。

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