基于CS5460A的數字電表的校準及修調
發(fā)布時間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數:789
隨著大規(guī)模集成電路和通訊技術的發(fā)展，在電能計量領域，數字電表以其自身的優(yōu)勢，逐漸取代了傳統的機械式電度表。高精度的電能計量芯片是數字電表的核心部分，cs5460a是cirrus logic推出的電能計量芯片，已經廣泛應用于各種單、三相電能表以及電力系統測量控制領域。由于各電表廠家對芯片的控制軟件不同，特別是校準處理方法的差異，造成電表誤差偏大，達不到高精度要求。本文詳細描述了北高智公司的三相數字電表的軟件校準和修調方法，對廣大的數字電表軟件設計工程師有很大幫助。 三相數字電表硬件框圖 本款簡單有功/無功組合三相數字電表采用三星mcu(s3p8469)為控制器，cs5460a為計量芯片，電能存儲在eeprom中，通過rs485接口讀出，同時在led上直觀的顯示出來。另外，該款電表去除了笨重的線形變壓器，采用了top232y開關電源，既縮小了電表的體積，又節(jié)省了硬件成本。 在對三相數字電表的cs5460a進行校準及修調之前，應做如下工作： 1．檢查測量mcu是否工作正常，如晶體是否起振(mcu的pin12和pin11)；上電時是否給samsung 8469復位信號(mcu的pin16)(硬件復位或功能mcu復位，低復位且保持1ms以上)。 2．檢查cs5460a及外圍器件是否工作正常，如：cs5460a的va+(pin14)vd+(pin3)是否有+5v供電，并觀察其是否穩(wěn)定，晶體是否起振(cs5460a的pin1和pin24)，cs5460a的mode(pin8)是否接了dgnd(數字地)，參考基準電壓是否為2.5v左右，(cs5460a本身提供基準電壓：pin11與pin12 相連，再連一0.1μf電容到va-)；a、b、c三相加額定電壓與最大電流時，cs5460a的電壓通道與電流通道的電壓信號在100mv-150mv(有效值)之間(分壓電阻取值參見原理圖)。 圖：三相數字電表功能框圖3. 檢查mcu(samsung 8469)與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)是否有信號；每一相的cs(a、b、c相的cs分別對應mcu的pin32、pin33、pin34)是否為每秒選通一次；每一相的rst(a、b、c相的rst分別對應mcu的pin36、pin37、pin38)是否在復位，正常工作時，應無rst信號。若某相有復位信號，應檢查該相cs5460a及其外圍器件是否工作正常。 三相數字電表的校準 只有確保mcu及cs5460a都工作正常后，方可進行校準及修調。 cs5460a的自動校準過程：計算機發(fā)送命令給三相數字電表的mcu，mcu收到命令后發(fā)送相應的校準命令(表1)給cs5460a，等待6-8秒，校準結束。 1．校準順序：
電壓通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移
電流通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移 2．校準時輸入條件：
a．校準電壓通道時，電流通道始終加上最大量程電流(i=imax)；校準電流通道時，電壓通道始終加上額定電壓(u=un)。
b． 校準電壓通道的直流偏移和交流偏移時，電壓輸入端懸空或將cs5460a的vin+與vin-短接；校準電流通道的dc offset和ac offset時，電流輸入端不加電流或將cs5460a的iin+與iin-短接。 c．校準增益校準時，電壓通道與電流通道都加滿度信號(即vin+與vin之間，iin+與iin-之間均為100mv-150mv，u=un，i=imax)。 如何修調三相電表多功能模塊 cs5460a校準以后，只需調試有功軟修調、相位軟修調、無功軟修調三個點。分a、b、c分相來修調，分相修調好后，合相的精度也就好了。在進行分相修調時，另外兩相可以加電壓，但不能加電流，即保證另外兩相沒有功率產生。 修調過程： 1．有功軟修調： 輸入條件：cosφ=1.0u=un，i=ib(額定電流)。
原理：pr=pt×△x。其中：pt為cs5460a測得的單相有功功率，△x=k1+((±y)×k2)，k1、k2為固定值，y為修調值。若標準表顯示的有功誤差偏正，則將y 減��；若標準表顯示的有功誤差偏負，則將y增大。 2．相位軟修調 輸入條件：cosφ=0.5l u=un，i=ib(額定電流)。
原理：在cs5460a的資料中，配置寄存器的[pc6:pc0]位用于修調cs5460a電壓通道與電流通道之間由于元器件的離散性造成的相位偏差，其可修調的范圍為：±2.8度(60hz)。假設y為配置寄存器的[pc6:pc0]的值(缺省值為0)，若標準表顯示的有功誤差偏正，則將y減��；若標準表顯示的有功誤差偏負，則將y增大。 注：修調相位時，測試有功功率的誤差精度。相位修調好后，無功功率無須再修調相位。 3． 無功軟修調： 輸入條件：sinφ=1.0 u=un，i=ib(額定電流)。
原理：qr=qt×△x。其中：qt為cs5460a測得的單相無功功率�！鱴=t1+((±y)×t2)，t1、t2為固定值，y為修調值，若標準表顯示的無功誤差偏正，則將y減小；若標準表顯示的無功誤差偏負，則將y增大
隨著大規(guī)模集成電路和通訊技術的發(fā)展，在電能計量領域，數字電表以其自身的優(yōu)勢，逐漸取代了傳統的機械式電度表。高精度的電能計量芯片是數字電表的核心部分，cs5460a是cirrus logic推出的電能計量芯片，已經廣泛應用于各種單、三相電能表以及電力系統測量控制領域。由于各電表廠家對芯片的控制軟件不同，特別是校準處理方法的差異，造成電表誤差偏大，達不到高精度要求。本文詳細描述了北高智公司的三相數字電表的軟件校準和修調方法，對廣大的數字電表軟件設計工程師有很大幫助。 三相數字電表硬件框圖 本款簡單有功/無功組合三相數字電表采用三星mcu(s3p8469)為控制器，cs5460a為計量芯片，電能存儲在eeprom中，通過rs485接口讀出，同時在led上直觀的顯示出來。另外，該款電表去除了笨重的線形變壓器，采用了top232y開關電源，既縮小了電表的體積，又節(jié)省了硬件成本。 在對三相數字電表的cs5460a進行校準及修調之前，應做如下工作： 1．檢查測量mcu是否工作正常，如晶體是否起振(mcu的pin12和pin11)；上電時是否給samsung 8469復位信號(mcu的pin16)(硬件復位或功能mcu復位，低復位且保持1ms以上)。 2．檢查cs5460a及外圍器件是否工作正常，如：cs5460a的va+(pin14)vd+(pin3)是否有+5v供電，并觀察其是否穩(wěn)定，晶體是否起振(cs5460a的pin1和pin24)，cs5460a的mode(pin8)是否接了dgnd(數字地)，參考基準電壓是否為2.5v左右，(cs5460a本身提供基準電壓：pin11與pin12 相連，再連一0.1μf電容到va-)；a、b、c三相加額定電壓與最大電流時，cs5460a的電壓通道與電流通道的電壓信號在100mv-150mv(有效值)之間(分壓電阻取值參見原理圖)。 圖：三相數字電表功能框圖3. 檢查mcu(samsung 8469)與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)是否有信號；每一相的cs(a、b、c相的cs分別對應mcu的pin32、pin33、pin34)是否為每秒選通一次；每一相的rst(a、b、c相的rst分別對應mcu的pin36、pin37、pin38)是否在復位，正常工作時，應無rst信號。若某相有復位信號，應檢查該相cs5460a及其外圍器件是否工作正常。 三相數字電表的校準 只有確保mcu及cs5460a都工作正常后，方可進行校準及修調。 cs5460a的自動校準過程：計算機發(fā)送命令給三相數字電表的mcu，mcu收到命令后發(fā)送相應的校準命令(表1)給cs5460a，等待6-8秒，校準結束。 1．校準順序：
電壓通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移
電流通道：直流偏移—>交流增益—>交流偏移 2．校準時輸入條件：
a．校準電壓通道時，電流通道始終加上最大量程電流(i=imax)；校準電流通道時，電壓通道始終加上額定電壓(u=un)。
b． 校準電壓通道的直流偏移和交流偏移時，電壓輸入端懸空或將cs5460a的vin+與vin-短接；校準電流通道的dc offset和ac offset時，電流輸入端不加電流或將cs5460a的iin+與iin-短接。 c．校準增益校準時，電壓通道與電流通道都加滿度信號(即vin+與vin之間，iin+與iin-之間均為100mv-150mv，u=un，i=imax)。 如何修調三相電表多功能模塊 cs5460a校準以后，只需調試有功軟修調、相位軟修調、無功軟修調三個點。分a、b、c分相來修調，分相修調好后，合相的精度也就好了。在進行分相修調時，另外兩相可以加電壓，但不能加電流，即保證另外兩相沒有功率產生。 修調過程： 1．有功軟修調： 輸入條件：cosφ=1.0u=un，i=ib(額定電流)。
原理：pr=pt×△x。其中：pt為cs5460a測得的單相有功功率，△x=k1+((±y)×k2)，k1、k2為固定值，y為修調值。若標準表顯示的有功誤差偏正，則將y 減小；若標準表顯示的有功誤差偏負，則將y增大。 2．相位軟修調 輸入條件：cosφ=0.5l u=un，i=ib(額定電流)。
原理：在cs5460a的資料中，配置寄存器的[pc6:pc0]位用于修調cs5460a電壓通道與電流通道之間由于元器件的離散性造成的相位偏差，其可修調的范圍為：±2.8度(60hz)。假設y為配置寄存器的[pc6:pc0]的值(缺省值為0)，若標準表顯示的有功誤差偏正，則將y減��；若標準表顯示的有功誤差偏負，則將y增大。 注：修調相位時，測試有功功率的誤差精度。相位修調好后，無功功率無須再修調相位。 3． 無功軟修調： 輸入條件：sinφ=1.0 u=un，i=ib(額定電流)。
原理：qr=qt×△x。其中：qt為cs5460a測得的單相無功功率。△x=t1+((±y)×t2)，t1、t2為固定值，y為修調值，若標準表顯示的無功誤差偏正，則將y減小；若標準表顯示的無功誤差偏負，則將y增大
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