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Wattmeter schnell entwickelt

10. Februar 2021, 17:02 Uhr   |  Heinz Arnold

Wattmeter schnell entwickelt
© STMicroelectronics

Mit dem neuen Evaluation Board von STMicroelectronics können Wattmeter für Dreiphasen-Wechselstrom zügiger entwickelt werden.

Die Boards sind mit kostengünstigen, gegen elektromagnetische Felder immune Shunt-Sensoren ausgestattet, die die strengen internationalen Qualitäts- und Genauigkeitsstandards erfüllen und sich dank galvanischer Isolationstechnik durch gute Zuverlässigkeit und Robustheit auszeichnen.

Das Evaluation Board EVALSTPM-3PHISO kombiniert den präzisen Metering-Front-End-IC vom Typ STPMS2 und den Digitalisolator STISO621 mit individuell anpassbarer, Firmware, die auf einem STM32-Mikrocontroller läuft und der Berechnung von Mess- und Netzqualitäts-Daten dient. Die Sensorschaltungen und das Leiterplatten-Layout sind auf EMI-Beständigkeit und einen großen Signal-Rauschabstand optimiert, damit genaue Messungen und Nachbearbeitungs-Berechnungen möglich sind.

Der STPMS2, ein zweikanaliger 24-Bit-Sigma-Delta-Modulator zweiter Ordnung, misst mithilfe eines auf der Leiterplatte befindlichen Spannungsteilers und eines Shunt-Stromsensors die Spannung und den Strom jeder Phase. Im Oversampling-Verfahren wird das Signal anschließend mit einem vom Mikrocontroller zur Verfügung gestellten 4-MHz-Takt abgetastet, bevor die Sigma-Delta-Bit-Streams für Strom und Spannung im Multiplex-Verfahren über ein und denselben Ausgangs-Pin ausgegeben werden. Das Dreiphasen-System arbeitet mit drei STPMS2, um die Spannung und den Strom jeder Phase zu erfassen.

Die zum Lieferumfang gehörende Firmware nutzt die in den jeweils gewählten STM32-Mikrocontroller integrierten DFSDMs (Digital Filters for Sigma-Delta Modulators) zur Umwandlung der sechs Bit-Streams in 24-Bit-Spannungs- und -Stromwerte und nimmt alle 200 µs eine Berechnung sämtlicher Messdaten vor. Zusätzlich implementiert die Firmware einen virtuellen COM-Port, der den Zugang zu internen Parametern zum Auslesen der Messdaten, zum Modifizieren der internen Konfiguration und zum Kalibrieren des Boards ermöglicht.

Der zweikanalige Digitalisolator STISO621 ist der erste Baustein einer neuen Serie von ICs, bei denen die auf einer dicken Oxidschicht basierende galvanische 6-kV-Isolationstechnik von ST zur Übertragung von Daten zwischen voneinander isolierten Bereichen in einer Vielzahl industrieller Anwendungen genutzt wird. Der STISO621 besitzt zwei unabhängige Kanäle mit Schmitt-Trigger-Eingängen, die für eine höhere Störbeständigkeit sorgen und die Impulsverzerrung unter 3 ns halten. Mit einer maximalen Datenrate von 100 MBit/s, einer Stoßspannungsfestigkeit (VIOTM) von 6.000 V und einer maximalen wiederkehrenden Isolationsspannung (VIORM) von 1.200 V erzielt der STISO621 eine schnellere Datenübertragung, eine längere Lebensdauer und eine höhere Zuverlässigkeit als konventionelle Optokoppler.

Das Metering Evaluation Board von ST entspricht den für Wechselstrom-Wattmeter geltenden Normen EN 50470-x, IEC 62053-2x und ANSI12.2x. Es liefert Angaben über die Breitband- und Grundschwingungs-Wirkleistung, die Blind- und die Scheinleistung sowie die Energie, und zwar sowohl für jede Phase einzeln als auch akkumuliert, und erreicht bei der Messung der Dreiphasen-Wirk- und -Scheinleistung die Genauigkeit der Klasse 0,5 gemäß IEC 62053-22 und bei der Messung der Dreiphasen-Blindleistung die Genauigkeitsklasse 1 gemäß IEC 62053-21. Das Board führt Effektivwert-Berechnungen sowie optional auch eine Berechnung des Oberschwingungsgehalts für jedes Strom- und Spannungssignal durch – ergänzt durch DC-Messungen und die Ermittlung der Netzperiode, der Phasenverschiebung und des Phasenspannungs-Verzugs für jede Phase.

Das EVALSTPM-3PHISO kann über die EVU-seitige Messung hinaus auch als Referenz für mehrphasige industrielle Verbrauchszähler-Anwendungen dienen, wie etwa für das Laden von Elektrofahrzeugen, Server und PV-Wechselrichter.

Das Evaluation Board EVALSTPM-3PHISO ist zum Preis von 118 Dollar erhältlich.

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