專(zhuān)利名稱(chēng)：集中式電子電度表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力部門(mén)用的測(cè)量、計(jì)量?jī)x表，特別是一種集中式電子電度表。
電度表是電力部門(mén)和電力用戶(hù)之間進(jìn)行聯(lián)系的一個(gè)重要的測(cè)量?jī)x表。它的性能優(yōu)劣能直接影響到電力部門(mén)和電力用戶(hù)。我國(guó)目前大量采用的感應(yīng)式機(jī)械電度表，它是通過(guò)在電表中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)來(lái)達(dá)到測(cè)量電能的目的。當(dāng)電表中電壓線圈加上電壓，電流線圈流過(guò)電流時(shí)，隨著電流大小的改變，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)強(qiáng)弱不同，使處于磁場(chǎng)中的鋁圓盤(pán)上感應(yīng)出的渦流大小隨著改變，使鋁圓盤(pán)按照與功率成正比率的速率旋轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)方法傳給計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)電能的計(jì)量，這種產(chǎn)品耗能高，計(jì)量精度低，適用性及抗干擾性差，管理不便；國(guó)內(nèi)從87年開(kāi)始，科研人員不斷在電表的改型方面推出各種方案。有的提出利用可控硅的開(kāi)關(guān)特性，控制電表電壓線圈的通斷，使得用戶(hù)電器不工作時(shí)，電壓線圈不耗能。有的提出在電表上加裝籌碼盒，使用戶(hù)在用電前必須投入一定的籌碼(例如硬幣等)，從而使先用電后交費(fèi)，變成先買(mǎi)電后用電。有的提出加裝單片機(jī)，進(jìn)行智能控制，監(jiān)測(cè)用戶(hù)狀況，分時(shí)計(jì)價(jià)平衡負(fù)荷等等。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)已有幾家工廠生產(chǎn)出集中式電度表，它根據(jù)機(jī)械式無(wú)功、有功功率脈沖表的輸入脈沖，在數(shù)據(jù)處理單元中進(jìn)行處理、計(jì)算、記錄、顯示，它存在的主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)也高，也無(wú)法克服感應(yīng)表本身帶來(lái)的種種缺陷。
CN－2048590提出了一種智能卡式數(shù)字電度表，其中的電壓、電流信號(hào)通過(guò)乘法器和V－F電路輸出有功功率的脈沖，再經(jīng)過(guò)CPU單元與密卡電路相連，該電度表只能檢測(cè)有功功率，功能單一，依目前的科技水平，低價(jià)乘法器的溫漂和精度都難滿(mǎn)足需要，而且密卡的保密性也很差。
CN－86100655公開(kāi)了一種智能化多功能電能計(jì)量?jī)x，它把電壓、電流信號(hào)送入一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量再經(jīng)光電隔離送入CPU進(jìn)行計(jì)算、控制、顯示，該表采用離散計(jì)算的方法計(jì)算有功、無(wú)功功率，但由于僅采用一個(gè)A／D轉(zhuǎn)換芯片，檢測(cè)到的電壓和電流信號(hào)不是同時(shí)刻信號(hào)，在計(jì)算后必然存在誤差；另外，滿(mǎn)足一定精度要求的A／D芯片的價(jià)格也很高。
隨著城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷擴(kuò)大，高層公寓住宅已成為大中城市住房的主要形式，且家用電器的用電量日益增加，用電供需之間及供電方式、結(jié)算方式等矛盾日趨擴(kuò)大，原有的感應(yīng)式電度表越來(lái)越不能滿(mǎn)足要求，特別是實(shí)行一戶(hù)一表制后，單元房墻面上的安裝空間和抄、校表工作量的矛盾十分突出。
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種過(guò)載能力強(qiáng)，自身功耗低，測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)集中、價(jià)格低廉、日常無(wú)需維護(hù)的集中式電子電度表，進(jìn)一步可具有分時(shí)計(jì)價(jià)即復(fù)費(fèi)率功能，而且能計(jì)算、記錄、顯示或傳輸各個(gè)電力用戶(hù)的電壓、電流、功率因素，峰／平／谷(可有更多時(shí)段)的有功電能、無(wú)功電能，有功功率、無(wú)功功率，需量，頻率，斷電起始、終了時(shí)間和斷電時(shí)的供電狀況，超容用電和低功率因素的狀況。
本實(shí)用新型的集中式電子電度表包括組裝容留電路板的外殼，電源，其特征在于外殼中裝有多個(gè)分表和一個(gè)主表；其中的分表包括過(guò)流的接口；電流變換部分，用于發(fā)出與輸入的電流相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；顯示裝置；其中的主表由以下部分組成電壓變換部分，用于發(fā)出與所加的高電壓相對(duì)應(yīng)的低壓信號(hào)；模擬開(kāi)關(guān)，用于將多個(gè)分表的電流變換部分傳輸來(lái)的反映電流大小的電壓信號(hào)有選地導(dǎo)通；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將上述的電壓變換部分和電流變換部分輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；處理和控制單元；存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；輸入輸出接口電路，包括顯示驅(qū)動(dòng)電路，傳輸電路，測(cè)試端口；每一路分表流過(guò)的電流經(jīng)電流變換部分送入主表中的模擬開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入處理和控制單元，存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路與處理和控制單元相連接，每一路的用電信息即電流值通過(guò)與處理和控制單元即單片機(jī)采集的電壓參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，再通過(guò)單片機(jī)的控制經(jīng)輸入輸出接口電路連接至分表的顯示裝置。
本實(shí)用新型的集中式電子電度表實(shí)現(xiàn)了全電子的測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、打印、傳輸，采用了對(duì)交流電壓、電流直接進(jìn)行同步隨機(jī)采樣技術(shù)和集中式管理的技術(shù)，所以該表具有以下的特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)集中、簡(jiǎn)單，占的安裝面積小。
2、記錄或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，可有選擇地記錄、顯示或傳輸所需的各種電力參數(shù)，這些參數(shù)為電壓、電流、功率因素，峰／平／谷(可有更多時(shí)段)的有功電能、無(wú)功電能，有功功率、無(wú)功功率，需量，頻率，斷電起始、終了時(shí)間和斷電時(shí)的供電狀況，超容用電和低功率因素的狀況，還可顯示年月日、時(shí)分秒。
3、本表可對(duì)高次諧波的電力信號(hào)進(jìn)行處理，因而計(jì)量精確度高。
4、能存儲(chǔ)多月的各個(gè)用戶(hù)的用電情況。
5、有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)校準(zhǔn)之功能。
6、有大的過(guò)電壓、電流能力，可以自動(dòng)進(jìn)行量程切換。
7、能分區(qū)、分時(shí)、分價(jià)自動(dòng)計(jì)費(fèi)，能記錄超容和低功率因素的情況，使電力部門(mén)能按電力這個(gè)不能儲(chǔ)存的特殊商品的供求矛盾來(lái)調(diào)整價(jià)格，最終盡可能實(shí)現(xiàn)移峰填谷。
8、可利用串行口與上位機(jī)或手掌機(jī)或類(lèi)似手掌機(jī)的取數(shù)器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的預(yù)置、修改以及提取所有存儲(chǔ)的電力計(jì)量數(shù)據(jù)，也可利用微型打印機(jī)直接打印出用電報(bào)表。
9、耗電省，屬于節(jié)能型產(chǎn)品，并且節(jié)省有色金屬。
10、擴(kuò)展功能容易，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出無(wú)線遙測(cè)等新品種。
為詳細(xì)介紹本實(shí)用新型，下列結(jié)合附圖對(duì)其電路原理及技術(shù)特征作進(jìn)一步的說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖2為類(lèi)似圖1的另一個(gè)實(shí)施例的電路原理框圖；圖3為類(lèi)似圖1的又一個(gè)實(shí)施例的電路原理框圖；圖4是電壓變換部分的詳細(xì)線路圖；圖5是一路的電流變換部分的詳細(xì)線路圖；圖6是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之前的信號(hào)處理電路；圖7是類(lèi)似圖7功能的電路簡(jiǎn)圖；圖8是另一個(gè)類(lèi)似圖7功能的電路簡(jiǎn)圖；圖9是本實(shí)用新型的集中式電度表的接線圖。
參見(jiàn)圖1、2、3、9，本實(shí)用新型的集中式電子電度表，包括組裝容留電路板的外殼，電源(圖上未示)，其特征在于外殼中裝有多個(gè)分表100和一個(gè)主表200；其中的電源部分，負(fù)責(zé)向主表和分表的全部電路的供電。
其中的分表100包括過(guò)流的接口，與電力系統(tǒng)中的零線排相接；電流變換部分101，用于發(fā)出與輸入的電流相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，圖5給出了其中的一個(gè)實(shí)施例的電路圖，也可采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種電路原理的電流變換器；顯示裝置102(圖1、2、3中未示)，包括步進(jìn)電機(jī)和字輪，也可采用數(shù)碼管等現(xiàn)有技術(shù)中的顯示裝置；一般步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用觸發(fā)器，當(dāng)然該觸發(fā)器可裝在分表中或裝在主表上；其中的主表200由以下部分組成電壓變換部分201，用于發(fā)出與所加的高電壓相對(duì)應(yīng)的低壓信號(hào)，用于發(fā)出與所加的高電壓(例如220V)相對(duì)應(yīng)的低壓信號(hào)，一般為±5V，圖4中給出了一個(gè)具體的實(shí)施例，其中采用分壓電阻R11，R12分壓，還包括濾波電容C11，鉗位穩(wěn)壓管DZ11，DZ12，高精度、低溫漂的運(yùn)算放大器IC11組成，其中的運(yùn)放接成射隨器方式，進(jìn)行阻抗匹配；；模擬開(kāi)關(guān)202，用于將多個(gè)分表的電流變換部分傳輸來(lái)的反映電流大小的電壓信號(hào)有選地導(dǎo)通，這個(gè)導(dǎo)通均在單片機(jī)的CPU的控制下，模擬開(kāi)關(guān)的多少取決于分表的個(gè)數(shù)和模擬開(kāi)關(guān)的路數(shù)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器203，用于將上述的電壓變換部分和電流變換部分輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，為了提高寬量程的測(cè)試精度，可在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前串接入一個(gè)可編程的運(yùn)放；處理和控制單元204，它為一微處理器，較好的是各種型號(hào)的單片機(jī)；存儲(chǔ)器205，包括程序存儲(chǔ)器(EPROM)251，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，例如靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)252和／或長(zhǎng)期非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM)253；輸入輸出接口電路206，包括送至分表顯示用的輸出電路261，，串行通訊傳輸電路262，這些部分與CPU的各種組合屬于現(xiàn)有技術(shù)中通用的設(shè)計(jì)，包括必要的譯碼器、鎖存器、以及并行口擴(kuò)展電路263；還可包括測(cè)試口(圖上未示)，以及為分時(shí)計(jì)價(jià)的復(fù)費(fèi)率表設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路264，例如MSM5832；每一路分表流過(guò)的電流經(jīng)電流變換部分送入主表中的模擬開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入處理和控制單元，存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路與處理和控制單元相連接，每一路的用電信息通過(guò)處理和控制單元的計(jì)算和控制經(jīng)輸入輸出接口電路連接至分表的顯示裝置。
圖上示出的觸發(fā)電路根據(jù)電壓信號(hào)的頻率高低產(chǎn)生一方波信號(hào)，輸入到單片機(jī)的高速輸入口，用來(lái)計(jì)算對(duì)電壓、電流信號(hào)的采樣間隔。
圖2中的電路原理圖與圖1中的電路原理圖的主要區(qū)別在于在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前接有一個(gè)采樣保持器208，采樣保持電路用以保證采樣到的電壓和電流信號(hào)Vi、Ii是同相位的；圖3中的電路原理圖與圖1中的電路原理圖的主要區(qū)別在于對(duì)于較多的分表，可以連接多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
圖1中省去了一個(gè)長(zhǎng)期非易失性存儲(chǔ)器(EEPROM)。
以上三個(gè)原理圖中的各種方案可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行任意的組合。
為了降低整機(jī)的造價(jià)，可以采用內(nèi)部保成有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，例如8098，8096等，其中8098是美國(guó)intel公司1988年推出的產(chǎn)品，具有比其它單片機(jī)性能高、功能全、價(jià)格低、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，它有一個(gè)高性能6位RALU、高速輸入／輸出口(HSI／HSO)，帶有采樣保持(S／H)電路的4路10位A／D，一個(gè)串行口，兩個(gè)16位的定時(shí)器，一個(gè)自復(fù)位電路(WATCHDOG)只需很少的硬件支撐就可組成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)，由于這片內(nèi)的A／D只能檢測(cè)正半周的信號(hào)，從采樣保持器輸出的信號(hào)在送入單片機(jī)內(nèi)的A／D之前，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，參見(jiàn)圖6、7、8所示的信號(hào)預(yù)處理或信號(hào)變換電路，圖6的方案是充分利用片內(nèi)的4路A／D，其中二路用于電壓信號(hào)的檢測(cè)，另二路用于電流信號(hào)的檢測(cè)，不管是反應(yīng)電壓變化的信號(hào)還是反應(yīng)電流變化的信號(hào)，對(duì)于正半周的信號(hào)，通過(guò)接入運(yùn)放的正向端，再?gòu)倪\(yùn)放的輸出端接入A／D，對(duì)于負(fù)半周的信號(hào)，通過(guò)接入運(yùn)放的反向端反向，再?gòu)倪\(yùn)放的輸出端接入A／D；圖7的方案是先把±5V的信號(hào)通過(guò)運(yùn)放抬高5V，最通過(guò)二個(gè)運(yùn)放分離出正負(fù)半周的信號(hào)；圖8的方案是用一個(gè)運(yùn)放信號(hào)根據(jù)信號(hào)處于正負(fù)半周的情況利用模擬開(kāi)關(guān)的切換來(lái)抬高5V否。以上的任一種接法都展寬了量程，即把10位的A／D變成11位。
本機(jī)的片內(nèi)A／D采樣到同時(shí)刻的電壓、電流離散值，就可計(jì)算出電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率，有功電能、無(wú)功電能B，其中計(jì)算的公式如下電壓值V＝1NΣi=1i=NVi2]]>電流值I＝1NΣi=1i=NIi2]]>有功功率P＝ 1/(N)-Σi=1i=NVi/AIi]]>無(wú)功功率Q＝V2×I2-P2]]>功率因素COSφ=P／(V×I)有功電能W＝P×ΔT無(wú)功電能A＝Q×ΔT
其中×ΔT為時(shí)間間隔，N為采樣點(diǎn)數(shù)目。
可以根據(jù)所檢測(cè)時(shí)的時(shí)間(和日期)及此時(shí)所處的峰／谷／平狀態(tài)，分別按復(fù)費(fèi)率的要求記錄用電情況，同時(shí)可計(jì)算出需量，頻率，記錄斷電起始、終了時(shí)間和斷電時(shí)的供電狀況，超容用電和低功率因素的狀況，還可顯示年月日、時(shí)分秒，上述的全部數(shù)據(jù)或部分?jǐn)?shù)據(jù)可根據(jù)需要累計(jì)、刷新、在整點(diǎn)時(shí)刻或規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行存儲(chǔ)，還可根據(jù)數(shù)據(jù)貂重要性分別記存在SRAM或EEPROM中，當(dāng)然可實(shí)時(shí)顯示、打印、傳輸。
其中復(fù)費(fèi)率時(shí)段的設(shè)置，超容用電和低功率因素的限值，需量的計(jì)量時(shí)間等參數(shù)可通過(guò)串行口傳輸預(yù)置，也可設(shè)置必要的撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了降低造價(jià)，特別是在具有數(shù)十個(gè)或幾百個(gè)分表的情況下，采用隔離的電流變換器(例如電流互感器)是不經(jīng)濟(jì)的，可以采用把主表中電路和分表中電路的接地零線同接在電力系統(tǒng)中的零線上的方法，增加抗干擾性能。
上述提出的集中測(cè)試、計(jì)量、存儲(chǔ)、管理多個(gè)分表的具體實(shí)施方案不僅僅限于單相表，也可在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展至三相表或三相供電的單相表。
為了提高整機(jī)的測(cè)量精度，除了上面提及的采用低溫漂運(yùn)放外，還可通過(guò)選擇合適的單片機(jī)以及電路結(jié)構(gòu)安排，另外的措施是充分利用單片機(jī)微電腦的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用數(shù)字濾波技術(shù)和自動(dòng)調(diào)零技術(shù)，以及自動(dòng)誤差補(bǔ)償或修正技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種集中式電子電度表，包括組裝容留電路板的外殼，電源，其特征在于外殼中裝有多個(gè)分表和一個(gè)主表；其中的分表包括過(guò)流的接口；電流變換部分，用于發(fā)出與輸入的電流相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；顯示裝置；其中的主表由以下部分組成電壓變換部分，用于發(fā)出與所加的高電壓相對(duì)應(yīng)的低壓信號(hào)；模擬開(kāi)關(guān)，用于將多個(gè)分表的電流變換部分傳輸來(lái)的反映電流大小的電壓信號(hào)有選地導(dǎo)通；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將上述的電壓變換部分和電流變換部分輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；處理和控制單元；存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；輸入輸出接口電路，包括顯示驅(qū)動(dòng)電路，傳輸電路，測(cè)試端口；每一路分表流過(guò)的電流經(jīng)電流變換部分送入主表中的模擬開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入處理和控制單元，存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路與處理和控制單元相連接，每一路的用電信息通過(guò)處理和控制單元的計(jì)算和控制經(jīng)輸入輸出接口電路連接至分表的顯示裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器前接有一采樣保持電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述的電流變換部分由變換電阻和放大電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述的處理和控制單元是一微處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成在處理和控制單元中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM和長(zhǎng)期非易失性存儲(chǔ)器EEPROM。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于主表中電路和分表中電路的接地零線同為電力系統(tǒng)中的零線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于分表的顯示裝置包括觸發(fā)電路，步進(jìn)電機(jī)以及與步進(jìn)電機(jī)相連的字輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于還包括有時(shí)段設(shè)置撥碼開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中式電子電度表，其特征在于上述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前接有一信號(hào)預(yù)處理電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及的集中式電子電度表，包括外殼，電源，外殼中裝有多個(gè)分表和一個(gè)主表；分表包括過(guò)流的接口；電流變換部分；顯示裝置；主表由電壓變換部分，模擬開(kāi)關(guān)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，處理和控制單元；存儲(chǔ)器，接口(顯示驅(qū)動(dòng)電路)組成；每一分表流過(guò)的電流經(jīng)變換送入主表中，每路的用電信息通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算和控制經(jīng)接口電路連接至分表的顯示裝置，本表結(jié)構(gòu)集中，精度高，耗能低，管理方便，擴(kuò)展功能容易。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2172477SQ93243188
公開(kāi)日1994年7月20日 申請(qǐng)日期1993年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月8日
發(fā)明者姜榮行, 林建敏, 陸海銓, 楊紅巖, 顏友鈞, 沈翔 申請(qǐng)人:姜榮行, 林建敏