Сучасне апаратне забезпечення пристроїв обліку та моніторингу якості електричної енергії на базі ADE9112

Abstract

У статті представлено архітектуру приладу для обліку та моніторингу показників якості електричної енергії, що побудований на базі ізольованого аналого-цифрового перетворювача сигма-дельта типу нового покоління ADE9112. Показано, що інтеграція гальванічної розв’язки сигналів та живлення, покращені шумові характеристики, підтримка високих частот дискретизації та надійні інтерфейси дозволяють значно спростити схемотехніку, зменшити кількість дискретних компонентів, а також підвищити точність і достовірність вимірювань у широкому динамічному діапазоні. Виконано порівняльний аналіз нового покоління ADE9112 із попереднім рішенням ADE7912, що продемонстрував розширення функціональних можливостей, збільшення швидкодії та розширення робочого температурного діапазону для промислових застосувань. Обґрунтовано доцільність використання ADE9112 з точки зору відповідності сучасним методам вимірювання якості електричної енергії відповідно до стандарту IEC 61000-4-30 та вимог електромагнітної сумісності. Окрему увагу приділено питанням синхронізації каналів у багатофазних системах, забезпеченню узгодження часових рядів вимірювань та збереженню фазової відповідності для точних розрахунків енергетичних величин. Запропоновано типову архітектуру вимірювального тракту з використанням ADE9112 у поєднанні з мікроконтролерами, що дозволяє реалізувати як потокову обробку даних, так і інтеграцію з мережевими інтерфейсами верхнього рівня. Продемонстровано інженерні рекомендації щодо побудови входових ланцюгів, антиаліас-фільтрації, програмної конфігурації режимів дискретизації та перевірки цілісності даних, а також наведено підходи до забезпечення електробезпеки й відповідності вимогам електромагнітної сумісності.

The article presents the architecture of a device for measuring and monitoring electrical energy quality indicators, based on the new generation ADE9112 isolated sigma-delta analogue-to-digital converter. It is shown that the integration of galvanic isolation of signals and power supply, improved noise characteristics, support for high sampling frequencies, and reliable interfaces significantly simplify the circuitry, reduce the number of discrete components, and increase the accuracy and reliability of measurements over a wide dynamic range. A comparative analysis of the new generation ADE9112 with the previous ADE7912 solution was performed, demonstrating expanded functionality, increased speed, and an extended operating temperature range for industrial applications. The feasibility of using the ADE9112 was justified in terms of compliance with modern methods of measuring electrical energy quality in accordance with the IEC 61000-4-30 standard and electromagnetic compatibility requirements. Particular attention is paid to the issues of channel synchronisation in multiphase systems, ensuring the coordination of measurement time series and maintaining phase correspondence for accurate calculations of energy values. A typical architecture of the measuring path using ADE9112 in combination with microcontrollers is proposed, which allows both streaming data processing and integration with upper-level network interfaces. Engineering recommendations for building input circuits, anti-aliasing filtering, software configuration of sampling modes and data integrity verification are demonstrated, and approaches to ensuring electrical safety and compliance with electromagnetic compatibility requirements are presented.