專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高精度三相電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相電能表，尤其涉及一種采樣點(diǎn)數(shù)高、測(cè)量實(shí)時(shí)性強(qiáng)、測(cè)量精度高的高精度三相電能表。
背景技術(shù)：
目如國(guó)內(nèi)使用的二相電能表的精度都在O.02級(jí)以下,精度不是很聞。目如二相電能表中所用的電流互感器采用的是無(wú)源補(bǔ)償互感器，電流采樣的穩(wěn)定度和線性度都不夠好；另一方面，計(jì)量過(guò)程中，采樣點(diǎn)數(shù)不夠高，測(cè)量實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，這是由采樣計(jì)算的方式?jīng)Q定的。傳統(tǒng)三相電能表的采樣計(jì)算方式如下根據(jù)捕獲到的頻率和采樣點(diǎn)數(shù)發(fā)生采樣時(shí)序脈沖；根據(jù)采樣時(shí)序，在外部中斷程序里將六路信號(hào)(三路電壓和三路電流)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)分別存到六個(gè)數(shù)組中；在主循環(huán)程序里，用六個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)來(lái)分別計(jì)算三路電壓、三路電流、三路有功功率、三相無(wú)功功率、相位及電壓之間的角度等等所有的電量數(shù)據(jù)，這些計(jì)算需要花費(fèi)大量的時(shí)間。假若采樣點(diǎn)數(shù)為512點(diǎn)，每個(gè)數(shù)組中將有512個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)電量的計(jì)算都需要進(jìn)行512個(gè)數(shù)據(jù)的平方和開(kāi)根號(hào)。所有電量計(jì)算完成，需要進(jìn)行16次512個(gè)數(shù)據(jù)的平方和開(kāi)根號(hào)，對(duì)于主頻相對(duì)較低的微處理器來(lái)說(shuō)，一個(gè)周波內(nèi)根本沒(méi)法完成，對(duì)于主頻相對(duì)較高的微處理器來(lái)說(shuō)，在信號(hào)頻率為60Hz以上時(shí)，也很難計(jì)算完成，因此影響了測(cè)量的實(shí)時(shí)性。而要照顧實(shí)時(shí)性的話，就必須犧牲采樣點(diǎn)數(shù)，這樣就會(huì)影響采樣精度，因此傳統(tǒng)三相電能表的精度不是很高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決原有三相電能表電流采樣的穩(wěn)定性和線性度都不是很好，采樣點(diǎn)數(shù)不夠高、測(cè)量實(shí)時(shí)性相對(duì)較差，測(cè)量精度不夠高的技術(shù)問(wèn)題；提供一種高精度三相電能表，其電流采樣有很好的穩(wěn)定性和線性度，而且采樣點(diǎn)數(shù)高、測(cè)量實(shí)時(shí)性強(qiáng)，測(cè)量精度高，精度能達(dá)到0.01%以內(nèi)。本實(shí)用新型另一目的是提供一種高精度三相電能表，其通過(guò)采用信號(hào)隔離和電源隔離技術(shù)，避免了各部分電路之間的相互干擾，為信號(hào)的穩(wěn)定提供又一道保障，進(jìn)一步提高測(cè)量精度。本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的本實(shí)用新型包括三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路、光耦隔離電路、串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、微處理單元、采樣時(shí)序控制電路、鍵盤(pán)單元和顯示單元及提供給高精度三相電能表工作電壓的電源變壓器，三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路分別經(jīng)光耦隔離電路和所述的串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端、采樣時(shí)序控制電路、鍵盤(pán)單元及顯示單元分別和所述的微處理單元相連，采樣時(shí)序控制電路又分別和三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路的時(shí)序控制端相連；三相電流輸入電路中的每相電流輸入電路包括有源補(bǔ)償互感器、程控運(yùn)放電路和AD轉(zhuǎn)換電路，每相電流輸入端子和有源補(bǔ)償互感器的輸入端相連，有源補(bǔ)償互感器的輸出端經(jīng)程控運(yùn)放電路和AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述的光耦隔離電路的輸入端相連，程控運(yùn)放電路的控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路和所述的微處理單元相連，AD轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路和所述的采樣時(shí)序控制電路相連。三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路采集到的電壓、電流值經(jīng)光耦隔離電路后匯集到串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)后再輸送給微處理單元，微處理單元經(jīng)內(nèi)部程序的分析和運(yùn)算，最終將計(jì)量結(jié)果送到顯示單元顯示。通過(guò)有源補(bǔ)償互感器進(jìn)行電流取樣，以提高電流采樣的線性度和穩(wěn)定度，通過(guò)光耦隔離電路將數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行隔離，避免相互干擾，影響信號(hào)的穩(wěn)定性，從而提高測(cè)量精度。微處理單元內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)量程序，包括外部中斷模塊和主循環(huán)模塊，計(jì)量方法采用逐點(diǎn)處理方法，逐點(diǎn)處理方法為外部中斷模塊負(fù)責(zé)讀取和存儲(chǔ)包括三個(gè)電壓波形數(shù)據(jù)及三個(gè)電流波形數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)；每讀取一組數(shù)據(jù)，由外部中斷模塊進(jìn)行一次電壓值和電流值的平方和累加，然后減去前一個(gè)波形該點(diǎn)位的電壓值和電流值的平方和，并把每個(gè)波形點(diǎn)的電壓值和電流值的平方和作為中間值存儲(chǔ)起來(lái)，獲得電壓電流有效值平方和；每讀取一組數(shù)據(jù)，由外部中斷模塊進(jìn)行一次電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相乘并累加，然后減去前一個(gè)波形該點(diǎn)位的電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)乘積和，并把每個(gè)波形點(diǎn)的電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)乘積和作為中間值存儲(chǔ)起來(lái)，獲得功率有效值乘積和；主循環(huán)模塊再對(duì)獲得的電壓電流有效值平方和及功率有效值乘積和進(jìn)行處理，完成計(jì)量。通過(guò)逐點(diǎn)處理方法，由外部中斷模塊計(jì)算出電壓電流有效值六路信號(hào)各1024點(diǎn)數(shù)據(jù)的平方和及功率有效值的十個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的乘積和，并不需要在主循環(huán)模塊里去進(jìn)行很多的for循環(huán)程序。運(yùn)用這種逐點(diǎn)運(yùn)算的方法，主循環(huán)模塊就相當(dāng)簡(jiǎn)單了，省去了 16個(gè)1024次的for循環(huán)，只需要用實(shí)時(shí)算出來(lái)的平方和及乘積和進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理就可以了，電量計(jì)算耗時(shí)很少。因此，本實(shí)用新型采樣點(diǎn)數(shù)高，實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)，大大提高測(cè)量精度，精度能達(dá)到O. 01%以內(nèi)。作為優(yōu)選，所述的有源補(bǔ)償互感器包括一次繞組N1、二次繞組N2、補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4及主鐵芯和輔助鐵芯，一次繞組NI和有源補(bǔ)償互感器所屬的該相電流輸入端子相連，二次繞組N2上并接有一個(gè)取樣電阻R，二次繞組N2和所述的程控運(yùn)放電路相連，補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4之間連接有一個(gè)補(bǔ)償電路。用勵(lì)磁繞組提取勵(lì)磁電流，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償電路，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電流，注入補(bǔ)償繞組。補(bǔ)償電流在輔助鐵芯中產(chǎn)生磁通，使主鐵芯達(dá)到零磁通，從而減小誤差。作為優(yōu)選，所述的三相電壓輸入電路中的每相電壓輸入電路包括電阻分壓電路、程控運(yùn)放電路和AD轉(zhuǎn)換電路，每相電壓輸入端子經(jīng)電阻分壓電路和程控運(yùn)放電路的輸入端相連，程控運(yùn)放電路的輸出端和AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路的輸出端和所述的光耦隔離電路的輸入端相連，程控運(yùn)放電路的控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路和所述的微處理單元相連，AD轉(zhuǎn)換電路的時(shí)序控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路和所述的采樣時(shí)序控制電路相連。用光耦隔離電路隔離控制信號(hào)，避免信號(hào)間的相互干擾，進(jìn)一步提高三相電能表的測(cè)量精度。作為優(yōu)選，所述的高精度三相電能表包括人機(jī)界面工控板，所述的顯示單元、鍵盤(pán)單元分別經(jīng)人機(jī)界面工控板和所述的微處理單元相連。采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝和維修都較方便。[0012]作為優(yōu)選，所述的電源變壓器有一個(gè)初級(jí)線圈LI和十個(gè)次級(jí)線圈，其中次級(jí)線圈L2、次級(jí)線圈L4、次級(jí)線圈L6分別和每相電流輸入電路中的模擬電路相連，次級(jí)線圈L3、次級(jí)線圈L5、次級(jí)線圈L7分別和每相電流輸入電路中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈L8和三相電壓輸入電路中的模擬電路相連，次級(jí)線圈L9和三相電壓輸入電路中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈LlO和所述的串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、微處理單元及采樣時(shí)序控制電路相連，次級(jí)線圈LI I和所述的人機(jī)界面工控板相連。數(shù)字電路和模擬電路之間進(jìn)行電源隔離，電壓輸入電路和電流輸入電路之間進(jìn)行電源隔離，三相電流輸入電路之間進(jìn)行電源隔離，避免了各部分電路之間的相互干擾，為信號(hào)的穩(wěn)定提供又一道保障，進(jìn)一步提高三相電能表的測(cè)量精度。本實(shí)用新型的有益效果是采樣點(diǎn)數(shù)高，測(cè)量實(shí)時(shí)性強(qiáng)，電流采樣具有很好的線性度和穩(wěn)定性，通過(guò)電源隔離和信號(hào)隔離避免了各部分電路之間的相互干擾，為信號(hào)的穩(wěn)定提供又一道保障，從而大大提聞二相電能表的測(cè)量精度，使其精度能達(dá)到O. 01%以內(nèi)。

圖1是本實(shí)用新型的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型中有源補(bǔ)償互感器的一種原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型中電源變壓器的一種原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的一種高精度三相電能表，如圖1所不，包括三相電壓輸入電路1、三相電流輸入電路2、光耦隔離電路3、串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4、微處理單元5、采樣時(shí)序控制電路6、鍵盤(pán)單元7、顯示單元8和人機(jī)界面工控板9及提供給高精度三相電能表工作電壓的電源變壓器。三相電壓輸入電路I包括A相電壓輸入電路、B相電壓輸入電路和C相電壓輸入電路。A相電壓輸入電路包括電阻分壓電路12、程控運(yùn)放電路13和AD轉(zhuǎn)換電路14，A相電壓輸入端子111經(jīng)電阻分壓電路12和程控運(yùn)放電路13的輸入端相連，程控運(yùn)放電路13的輸出端和AD轉(zhuǎn)換電路14的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路14的輸出端經(jīng)光耦隔離電路3和串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4的輸入端相連，程控運(yùn)放電路13的控制端經(jīng)光耦隔離電路3和微處理單元5相連，AD轉(zhuǎn)換電路14的時(shí)序控制端經(jīng)光耦隔離電路3和采樣時(shí)序控制電路6相連。B相電壓輸入電路包括B相電壓輸入端子112、電阻分壓電路12、程控運(yùn)放電路13和AD轉(zhuǎn)換電路14，C相電壓輸入電路包括C相電壓輸入端子113、電阻分壓電路12、程控運(yùn)放電路13和AD轉(zhuǎn)換電路14，B相、C相電壓輸入電路和A相電壓輸入電路結(jié)構(gòu)相同，不再多述。三相電流輸入電路2包括A相電流輸入電路、B相電流輸入電路和C相電流輸入電路。A相電流輸入電路包括有源補(bǔ)償互感器22、程控運(yùn)放電路23和AD轉(zhuǎn)換電路24，如圖2所示，有源補(bǔ)償互感器22包括一次繞組N1、二次繞組N2、補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4及主鐵芯221和輔助鐵芯222，一次繞組NI和A相電流輸入端子211相連，二次繞組N2上并接有一個(gè)取樣電阻R，二次繞組N2和程控運(yùn)放電路23的輸入端相連，補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4之間連接有一個(gè)補(bǔ)償電路223，程控運(yùn)放電路23的輸出端和AD轉(zhuǎn)換電路24的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路24的輸出端經(jīng)光耦隔離電路3和串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4的輸入端相連，程控運(yùn)放電路23的控制端經(jīng)光耦隔離電路3和微處理單元5相連，AD轉(zhuǎn)換電路24的時(shí)序控制端經(jīng)光耦隔離電路3和采樣時(shí)序控制電路6相連。B相電流輸入電路包括B相電流輸入端子212、有源補(bǔ)償互感器22、程控運(yùn)放電路23和AD轉(zhuǎn)換電路24，C相電流輸入電路包括C相電流輸入端子213、有源補(bǔ)償互感器22、程控運(yùn)放電路23和AD轉(zhuǎn)換電路24，B相、C相電流輸入電路和A相電流輸入電路結(jié)構(gòu)相同，不再多述。如圖1所示，串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4的輸出端和微處理單元5相連，采樣時(shí)序控制電路6的輸入端和微處理單元5相連，微處理單元5和人機(jī)界面工控板9相連，人機(jī)界面工控板9再分別和鍵盤(pán)單元7、顯示單元8相連。本實(shí)施例中，微處理單元采用STM32F2XX單片機(jī)，其為32位ARM微處理器。六個(gè)AD轉(zhuǎn)換電路均采用AD7634芯片，其為18位AD轉(zhuǎn)換芯片。AD7634芯片的轉(zhuǎn)換精度很高，數(shù)據(jù)寬度為18bit，轉(zhuǎn)換速率也很高，最高達(dá)到了670ksps，并且無(wú)誤碼率。而STM32F2XX單片機(jī)內(nèi)部配置有32位硬件乘法器和除法器，對(duì)于處理32位的采樣數(shù)據(jù)是很簡(jiǎn)單的事情，計(jì)算速度非常快，并且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)達(dá)到了 132k字節(jié)的空間，對(duì)于處理1024點(diǎn)采樣并進(jìn)行逐點(diǎn)運(yùn)算這種需要很大數(shù)據(jù)緩存空間的算法而言，132k字節(jié)數(shù)據(jù)空間已經(jīng)足夠。這種硬件配置為三相電能表的高精度計(jì)量和采樣實(shí)時(shí)性提供了硬件基礎(chǔ)。本實(shí)施例中，電源變壓器有一個(gè)初級(jí)線圈LI和十個(gè)次級(jí)線圈，采用R65鐵芯，如圖3所示，其中次級(jí)線圈L2、次級(jí)線圈L4、次級(jí)線圈L6分別和A相、B相、C相電流輸入電路中的模擬電路相連，次級(jí)線圈L3、次級(jí)線圈L5、次級(jí)線圈L7分別和A相、B相、C相電流輸入電路中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈L8和A相、B相、C相電壓輸入電路I中的模擬電路相連，次級(jí)線圈L9和A相、B相、C相電壓輸入電路I中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈LlO和底層核心數(shù)字電路相連，即和串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4、微處理單元5及采樣時(shí)序控制電路6相連，次級(jí)線圈Lll和人機(jī)界面工控板9相連。初級(jí)線圈有三個(gè)抽頭，可以根據(jù)工頻市電電壓的幅值，選擇IlOV輸入或者220V輸入，以滿足國(guó)外IlOV市電的需求。微處理單元內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)量程序，包括外部中斷模塊和主循環(huán)模塊，計(jì)量方法采用逐點(diǎn)處理方法，逐點(diǎn)處理方法為外部中斷模塊負(fù)責(zé)讀取和存儲(chǔ)包括三個(gè)電壓波形數(shù)據(jù)及三個(gè)電流波形數(shù)據(jù)的一組數(shù)據(jù)；每讀取一組數(shù)據(jù)，由外部中斷模塊進(jìn)行一次電壓值和電流值的平方和累加，然后減去前一個(gè)波形該點(diǎn)位的電壓值和電流值的平方和，并把每個(gè)波形點(diǎn)的電壓值和電流值的平方和作為中間值存儲(chǔ)起來(lái)，獲得電壓電流有效值平方和；每讀取一組數(shù)據(jù)，由外部中斷模塊進(jìn)行一次電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相乘并累加，然后減去前一個(gè)波形該點(diǎn)位的電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)乘積和，并把每個(gè)波形點(diǎn)的電壓和電流的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)乘積和作為中間值存儲(chǔ)起來(lái)，獲得功率有效值乘積和；主循環(huán)模塊再對(duì)獲得的電壓電流有效值平方和及功率有效值乘積和進(jìn)行處理，完成計(jì)量。下面具體對(duì)傳統(tǒng)計(jì)量方法和逐點(diǎn)處理方法作一下比較如果三相電壓和三相電流的頻率為50Hz，采樣點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)，也就是每個(gè)周波(20ms)內(nèi)進(jìn)行1024次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，那么采樣頻率F(S)=1024X50=51200Hz。每轉(zhuǎn)換完一個(gè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)都需要及時(shí)地把數(shù)據(jù)讀取過(guò)來(lái)并進(jìn)行存儲(chǔ)。轉(zhuǎn)換完成后，ADC芯片都會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，電路上把這個(gè)完成信號(hào)連接到單片機(jī)的外部中斷引腳，這樣每轉(zhuǎn)換完成一個(gè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)都會(huì)進(jìn)行一次外部中斷，通過(guò)外部中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和存儲(chǔ)。六路信號(hào)就需要六個(gè)數(shù)據(jù)緩存來(lái)進(jìn)行波形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，每個(gè)數(shù)據(jù)緩存的大小為1024個(gè)32位字(18位 ADC)。傳統(tǒng)的計(jì)量方法是在外部中斷模塊里，只負(fù)責(zé)讀取和存儲(chǔ)六組波形數(shù)據(jù)，其他所有電量有效值的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理都放到主循環(huán)模塊里。這樣一來(lái)，主循環(huán)模塊的計(jì)算任務(wù)非常重。我們先來(lái)看看用這種方法，每個(gè)周波主循環(huán)模塊有多少計(jì)算量①為了計(jì)算電壓和電流的有效值，需要計(jì)算六路信號(hào)各1024個(gè)波形點(diǎn)數(shù)據(jù)的平方和，然后開(kāi)根號(hào)。這樣就需要完成6個(gè)1024次的for循環(huán)。②為了計(jì)算有功功率和無(wú)功功率有效值，需要計(jì)算六個(gè)電壓波形數(shù)組和電流波形數(shù)組的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相乘并相加計(jì)算。這樣又需要完成6個(gè)1024次的for循環(huán)。③為了計(jì)算電壓之間的角度，需要計(jì)算四個(gè)電壓波形數(shù)組和電流波形數(shù)組的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)相乘并相加計(jì)算。這樣又需要完成4個(gè)1024次的for循環(huán)。④除了以上16個(gè)1024次的for循環(huán)，還需要執(zhí)行一些數(shù)據(jù)處理和數(shù)字濾波等程序。經(jīng)測(cè)試，用傳統(tǒng)方式，如果采用1024點(diǎn)32位數(shù)采樣，即使單片機(jī)主頻達(dá)到150MHz，在一個(gè)周波時(shí)間內(nèi)(20ms)也根本無(wú)法完成上述計(jì)算內(nèi)容。只有將采樣點(diǎn)數(shù)減少到512點(diǎn)，且數(shù)據(jù)寬度減少到16位，50HZ的情況下，一個(gè)周波時(shí)間內(nèi)才能勉強(qiáng)完成這些計(jì)算。如果頻率增加到60HZ，計(jì)算就很可能完不成，這樣就達(dá)不到每個(gè)周波算出一個(gè)有效值的實(shí)時(shí)性要求。本技術(shù)方案中的逐點(diǎn)處理方法，由外部中斷模塊計(jì)算出電壓電流有效值六路信號(hào)各1024點(diǎn)數(shù)據(jù)的平方和及功率有效值的十個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的乘積和，并不需要在主循環(huán)模塊里去進(jìn)行很多的for循環(huán)程序。運(yùn)用這種逐點(diǎn)運(yùn)算的方法，主循環(huán)模塊就相當(dāng)簡(jiǎn)單了，省去了16個(gè)1024次的for循環(huán)，只需要用實(shí)時(shí)算出來(lái)的平方和及乘積和進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理就可以了。當(dāng)然，要使用這種逐點(diǎn)運(yùn)算的方法，對(duì)單片機(jī)的運(yùn)算速度也是有要求的。外部中斷的頻率相當(dāng)高，也就是前面算過(guò)的采樣頻率。50Hz信號(hào)，進(jìn)行1024點(diǎn)采樣，采樣頻率是51. 2kHz。所以外部中斷里的程序執(zhí)行時(shí)間應(yīng)明顯少于1/51. 2 ms (合計(jì)19. 5us)。如果考慮到最大65Hz，采樣頻率是66. 56kHz，外部中斷里的程序執(zhí)行時(shí)間應(yīng)明顯少于15us。本實(shí)施例運(yùn)用32位ARM微處理器STM32F2XX單片機(jī)為核心，其主頻為120MHz，經(jīng)測(cè)試，逐點(diǎn)處理方法下，外部中斷模塊的執(zhí)行時(shí)間大約為IOus左右。所以，采用逐點(diǎn)處理方法，計(jì)算速度上完全沒(méi)有問(wèn)題。運(yùn)用這種方式進(jìn)行計(jì)算，采樣及計(jì)量的實(shí)時(shí)性非常強(qiáng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，所有電量計(jì)算完成，只需要4ms左右。本實(shí)施例的高精度三相電能表，采用5. 6寸真彩液晶顯示器，界面美觀；鍵盤(pán)設(shè)有數(shù)字鍵、方向鍵和功能快捷鍵，操作十分簡(jiǎn)單；電流互感器為有源補(bǔ)償互感器，線性度和穩(wěn)定度好；采用18位AD轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采樣；電源進(jìn)行模數(shù)隔離，噪聲干擾小，信號(hào)穩(wěn)定；采用1024點(diǎn)進(jìn)行采樣，且運(yùn)用逐點(diǎn)處理方法進(jìn)行電量計(jì)算，數(shù)據(jù)更新快，實(shí)時(shí)性好，測(cè)量精度高，精度等級(jí)能達(dá)到0.01%以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高精度三相電能表，其特征在于包括三相電壓輸入電路(I)、三相電流輸入電路(2)、光耦隔離電路(3)、串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路(4)、微處理單元(5)、采樣時(shí)序控制電路(6)、鍵盤(pán)單元(7)和顯示單元(8)及提供給高精度三相電能表工作電壓的電源變壓器，三相電壓輸入電路(I )、三相電流輸入電路(2)分別經(jīng)光耦隔離電路(3)和所述的串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入端相連，串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出端、采樣時(shí)序控制電路(6)、鍵盤(pán)單元(7 )及顯示單元(8 )分別和所述的微處理單元(5 )相連，采樣時(shí)序控制電路(6 )又分別和三相電壓輸入電路(I)、三相電流輸入電路(2)的時(shí)序控制端相連；所述的三相電流輸入電路(2 )中的每相電流輸入電路包括有源補(bǔ)償互感器(22 )、程控運(yùn)放電路(23 )和AD轉(zhuǎn)換電路(24)，每相電流輸入端子和有源補(bǔ)償互感器(22 )的輸入端相連，有源補(bǔ)償互感器(22 )的輸出端經(jīng)程控運(yùn)放電路(23)和AD轉(zhuǎn)換電路(24)的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路(24)的輸出端和所述的光耦隔離電路(3)的輸入端相連，程控運(yùn)放電路(23)的控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路(3)和所述的微處理單元(5)相連，AD轉(zhuǎn)換電路(24)的時(shí)序控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路(3 )和所述的采樣時(shí)序控制電路(6 )相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三相電能表，其特征在于所述的有源補(bǔ)償互感器(22)包括一次繞組N1、二次繞組N2、補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4及主鐵芯(221)和輔助鐵芯(222 )，一次繞組NI和有源補(bǔ)償互感器(22 )所屬的該相電流輸入端子相連，二次繞組N2上并接有一個(gè)取樣電阻R，二次繞組N2和所述的程控運(yùn)放電路(23)相連，補(bǔ)償繞組N3和勵(lì)磁繞組N4之間連接有一個(gè)補(bǔ)償電路(223)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度三相電能表，其特征在于所述的三相電壓輸入電路(I)中的每相電壓輸入電路包括電阻分壓電路(12)、程控運(yùn)放電路(13)和AD轉(zhuǎn)換電路(14)，每相電壓輸入端子經(jīng)電阻分壓電路(12)和程控運(yùn)放電路(13)的輸入端相連，程控運(yùn)放電路(13)的輸出端和AD轉(zhuǎn)換電路(14)的輸入端相連，AD轉(zhuǎn)換電路(14)的輸出端和所述的光耦隔離電路(3)的輸入端相連，程控運(yùn)放電路(13)的控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路(3)和所述的微處理單元(5)相連，AD轉(zhuǎn)換電路(14)的時(shí)序控制端經(jīng)所述的光耦隔離電路(3)和所述的采樣時(shí)序控制電路(6)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高精度三相電能表，其特征在于包括人機(jī)界面工控板(9)，所述的顯示單元(8)、鍵盤(pán)單元(7)分別經(jīng)人機(jī)界面工控板(9)和所述的微處理單元(5)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度三相電能表，其特征在于所述的電源變壓器有一個(gè)初級(jí)線圈LI和十個(gè)次級(jí)線圈，其中次級(jí)線圈L2、次級(jí)線圈L4、次級(jí)線圈L6分別和每相電流輸入電路中的模擬電路相連，次級(jí)線圈L3、次級(jí)線圈L5、次級(jí)線圈L7分別和每相電流輸入電路中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈L8和三相電壓輸入電路(I)中的模擬電路相連,次級(jí)線圈L9和三相電壓輸入電路(I)中的數(shù)字電路相連，次級(jí)線圈LlO和所述的串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路(4)、微處理單元(5)及采樣時(shí)序控制電路(6)相連，次級(jí)線圈Lll和所述的人機(jī)界面工控板(9)相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種高精度三相電能表，包括三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路、光耦隔離電路、串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、微處理單元及和微處理單元相連的采樣時(shí)序控制電路、鍵盤(pán)單元和顯示單元，三相電壓輸入電路、三相電流輸入電路分別經(jīng)光耦隔離電路、串并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和微處理單元相連。每相電流輸入電路包括依次相連的電流輸入端子、有源補(bǔ)償互感器、程控運(yùn)放電路和AD轉(zhuǎn)換電路，采樣時(shí)序控制電路和AD轉(zhuǎn)換電路相連，程控運(yùn)放電路和微處理單元相連。本實(shí)用新型電流采樣具有很好的線性度和穩(wěn)定性，通過(guò)電源隔離和信號(hào)隔離避免了各部分電路之間的相互干擾，而且采樣點(diǎn)數(shù)高，測(cè)量實(shí)時(shí)性強(qiáng)，大大提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01R21/133GK202903879SQ20122059126
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者袁建香, 冷學(xué)道, 陸峰杰 申請(qǐng)人:浙江涵普電力科技有限公司