Topologia dello shunt in tre

Autori: Salil JAIN, Staff Engineer, STMicroelectronics,Alok Kumar MITTAL, Senior Group Manager, STMicroelectronicsMarilena Gaetana SAMBATARO, Application Manager, STMicroelectronics

Questo articolo illustra i progetti di riferimento del contatore di energia intelligente trifase sviluppato da STMicroelectronics e i vantaggi degli shunt rispetto ai sensori di corrente per la metrologia polifase.

Al giorno d'oggi, le persone sono sempre più preoccupate per il monitoraggio e il controllo del consumo energetico, che si tratti di macchinari pesanti o elettrodomestici. Come mostrato nella Figura 1, le soluzioni di misurazione basate su shunt, in combinazione con la nuova tecnologia avanzata di isolamento galvanico di STMicroelectronics, presentano numerosi vantaggi rispetto al tradizionale metodo di rilevamento della corrente con trasformatore di corrente (CT):

STMicroelectronics fornisce soluzioni affidabili per la misurazione, conformi agli standard più recenti disponibili (EN 50470-x, IEC 62053-2x, ANSI12.2x) per i contatori di watt CA.

I TA sono ampiamente utilizzati nel settore della misurazione per misurare la corrente alternata (CA). Ha un nucleo ferromagnetico, un avvolgimento primario e uno secondario di filo di rame.

Il filo di fase o neutro sul quale passa la corrente da misurare attraverso l'anello del TA. La corrente alternata nel filo di fase (primario) produce un campo magnetico alternato nel nucleo che poi induce una corrente alternata nell'avvolgimento secondario del trasformatore di corrente. Il numero di spire negli avvolgimenti primari e secondari viene scelto per scalare la corrente primaria a un valore misurabile. Un resistore di carico collegato attraverso l'avvolgimento secondario produce una tensione di uscita in base alla quantità di corrente che lo attraversa.

La Figura 2 mostra un contatore di energia tradizionale basato su CT. Alcuni vantaggi che rendono il CT universale nella progettazione della misurazione sono:

Pertanto, il motivo principale alla base dell'utilizzo della TC è la sicurezza dai rischi dell'alta tensione.

Per i motivi sopra indicati, vale la pena considerare le topologie che utilizzano shunt per contatori trifase.

Gli shunt possono essere utilizzati per molte applicazioni come diodi shunt, protezione di circuiti e misurazione della corrente. Per la misurazione della corrente vengono utilizzate poche varianti di shunt.

Per i progetti menzionati di seguito, viene utilizzato uno shunt a cinque terminali per misurare la corrente assorbita. È un resistore da 3 W e 0,3 mΩ. Un guadagno di preamplificazione di 16x sul canale di corrente, selezionabile per entrambi i dispositivi metrologici (STPMS2 e STPM32/STPM33) assicura un range di corrente fino a 100A. La tensione attraverso il resistore di shunt, proporzionale alla corrente di ingresso, viene rilevata dagli ADC di questi dispositivi.

STPM3x è una famiglia di prodotti standard specifici per l'applicazione (ASSP) progettata per la misurazione ad alta precisione di potenza ed energie nei sistemi di linee elettriche.

L'STPMS2, un modulatore sigma-delta del secondo ordine a due canali e 24 bit, può misurare tensione e corrente per ciascuna fase. Quindi sovracampiona i segnali utilizzando un clock sincronizzato da 4 MHz e multiplexa i bitstream sigma-delta di tensione e corrente su un singolo pin di uscita.

Nelle soluzioni basate su shunt, è obbligatorio isolare le fasi l'una dall'altra, poiché la differenza di potenziale sul circuito stampato (PCB), dovuta al contatto diretto con il filo di linea, può essere dell'ordine di centinaia di volt. Ciò può produrre una corrente di scarica che distruggerebbe la scheda e le apparecchiature ad essa collegate. L'isolamento viene ottenuto utilizzando STISO621, un isolatore digitale a doppio canale basato sulla tecnologia di isolamento galvanico a ossido spesso da 6 kV della ST per trasferire dati tra domini isolati in una varietà di applicazioni industriali.

Come possiamo vedere nella figura 3, viene utilizzato un isolatore tra il microcontrollore e il dispositivo di misurazione STPM32 o STPMS2.

Per i consumatori che desiderano controllare le proprie bollette elettriche e per le industrie in cui è necessario monitorare con precisione potenza, energia e fattore di potenza dei macchinari pesanti, questo misuratore (come mostrato nella figura 4) fornisce un modo per rilevare e controllare la potenza e il consumo di energia. Calcola tutti i parametri metrologici essenziali per misurare ogni milliwatt di energia consumata dall'industria o dalla casa. Per questo progetto vengono utilizzati il ​​CI di misurazione STPM32 e il microcontroller STM32L486.