监控前端为工业系统提供实时功率检查

　　电力线路完整性已成为工业和医疗设备设计的重要内容。现在许多进程依赖于对噪声和干扰敏感的传感器输入的实时监控。电瞬变很容易打乱精密测量。如果这些条件没有得到补偿，不正确的读数可能导致闭环控制回路遭受畸变或系统丢失重要的安全相关信号。
　　因此，某种形式的交流线路监测已成为重要的附加传感器输入，以确保瞬变和其他电力线路畸变不影响设备。电力线路监测可以用来确保其他大功率设备使用的电力变换器正常工作，不注入不必要的谐波或给电网带来不平衡负荷，从而破坏电力输送。用户还可以使用数据来确定进程是否需要优化，以跟踪整个工厂中的电源使用热点，从而降低整体能耗。
　　大多数交流在线监测的设计使用一个或多个模数转换器(ADC)将电力线信号转换成数字格式，然后将数字信号处理使用本地处理器中获取有用的运行参数，如峰值和平均功率输出，功率因数角，谐波电压的幅值和线。
　　设计交流线路监测子系统的关键问题是确定哪些类型的测量是重要的，因为这些影响将影响采样输入的ADC的选择以及输入通道的数量。例如，用于确定谐波失真的三相监视器需要对电压和电流进行总共四个相位的采样，这就需要八个ADC输入通道。需要取样的第四个阶段是中性线：如果主相不平衡，这将显示电流流动。
　　主要用于瞬态检测的交流线路监视器可以使用相对简单的ADC设计，并连接到低端微控制器或硬件状态机，以响应输入信号中的尖峰信号。对于更高级的测量，如谐波，ADC的分辨率和精度更为重要。
　　通常
4000
，测量电流的交流线路的连接是通过一个电流互感器或Rogowski线圈。电压互感器或电阻分压器网络可用于电压读数。电流互感器是一种相对较便宜的测量方法，虽然它们可以提供小的相位畸变，但需要校正谐波失真的精确测量。电流互感器也容易受到附近磁场的影响，强磁场会使磁芯饱和，使其无法准确地传递信号。
　　Rogowski线圈通过去除它的空气芯有利于避免铁芯饱和问题，其中不饱和在一个强大的外部磁场的存在。Rogowski线圈的另一个优点是，它不需要直接接触导体–线圈只需要环绕导体。
　　对Rogowski线圈电流传感器输出的交流电流通过它的一阶导数成比例。其结果是，传感器的输出需要集成之前，它可以乘以主电压，以提供功率读取。正因为如此，Rogowski线圈不能直接替代了电流互感器。信号调理电子学需要提供集成功能。工程师可以选择是否使用模拟集成，通常是基于运算放大器电路或数字集成。
　　Rogowski线圈提供了一个更简单的能力改造交流线路监测到一个现有的绝缘，因为它不需要电气连接被打破。导线必须分开，这样电流传感器才能滑到上面。但是，如果交流线路监控电路是正在安装的工业系统的一部分，则不应出现问题。
　　一些设备可能有更直接的连接。简单的交流线路的监控，主要用于检测单相电源输入瞬变，Silicon Labs的si8900的结合提供了一个ADC控制结合到隔离5 kV分离电力监控与系统的其余部分电路。这种设计允许使用电阻规模的线电压下降到与运算放大器作为信号调节差动放大器的ADC的范围。一个简单的LDO供电的电力线，由串联电容器连接，提供电源的设备。
　　Silicon Labs的si8900图像


　　图1：单相使用Silicon Labs si8900传感电路图。
　　的si8900 ADC子系统是基于一个10位，500 ksample / s的逐次逼近转换器在一个三通道的模拟输入多路复用器和一系列增益放大器的用户可编程设置1X或0.5x增益。ADC有一个内部引用，但是如果设计者喜欢，它也可以使用外部引用。其他的片上功能包括一个控制状态机，它使用UART、I2C或SPI串行端口进行通信，监控主机控制器和前端之间的所有事务。
　　基于前端的si8900可以在一个用户可选择的操作模式操作。在需求模式下，外部主机控制器根据需要触发单个ADC转换。该设备还可以在突发模式下工作，其中ADC转换是连续执行的。系统主机处理器可以在需要时从一种模式切换到另一种模式，从而减少主机的干预。
　　从德克萨斯文书的ads131e08可以连接电流互感器或Rogowski线圈电流测量，也可以依附于一个电阻分压器或电压互感器测量网络。该设备提供八个ADC通道来支持电流和电压的全四相测量。ADC的基础上提供高达24位的分辨率∑设计和前面的可编程增益放大器和滤波器。通过控制输出采样率，设计人员可以调整的ADC的噪声性能。随着输出数据速率的降低，噪声也相应下降。例如，由64降低ksample / s到1 ksample /增加的有效位数为18位时，从12.27-bit采用3 V电源供电的设备和内部2.4 V参考输出数据速率。
　　德克萨斯仪器ads131e08图


　　图2：四期监测的八通道的钛ads131e08框图。
　　与信号处理主机微控制器或DSP的通信是通过SPI端口进行的。输入超过或低于范围的检测可以使用集成比较器和一组可编程触发点设置来执行。有一个灵活的ads131e08每通道输入多路复用器，可以独立地连接到内部产生的信号和故障测试温度。可以使用集成比较器和由数字到模拟转换器控制的触发电平来对设备内部进行故障检测。
　　设计条件的变化响应速度快、集成度的max11046还可以同时测量电流和电压的三个阶段，加上中立的16位精度在250 ksample / s的结果是通过一个高速，20兆赫，并行数据总线。
　　从微芯科技mcp3911单相设备提供高精度的选择，提供两个16位或24位∑-ΔADC。的mcp3911能够连接各种电压和电流传感器包括分流器、电流互感器、Rogowski线圈和霍尔效应传感器。该设备由两个可编程增益放大器、相位延迟补偿块和数字偏移和增益误差校正寄存器支持。主机通信是通过一个20兆赫SPI接口。
　　提供多个输入，在某些情况下，隔离功能，专为交流线路监控ADC，缓解建设任务的工业系统，能够检查电源状态和应对不断变化的条件下有效。