CN104297562A - 一种智能识别式电能表 - Google Patents

Abstract

本发明适用于三相电能表技术领域，提供了一种智能识别式电能表，包括：三相开关电源、MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块；三相开关电源包括零线判断电路、三相三线全桥整流电路、三相四线半桥整流电路、智能降压电路、缺零线信号输出电路和DC-DC开关电源电路；三相开关电源连接并为MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块供电；电能计量及电能表功能模块实现三相输入电压的测量和电能的计量及电能表的基本功能；MCU模块控制连接B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块并接收缺零线信号输出电路的输出信号。根据判断信号内部完成适应性接线，不用针对不同的接线方式对电能表接线进行特殊处理。

Description

一种智能识别式电能表

技术领域

本发明属于三相电能表技术领域，尤其涉及一种智能识别式电能表。

背景技术

作为电能计量装置，三相电能表被广泛应用，常用的电压规格有3×57.7/100V、3×100V和3×220/380V三种电压规格；从接入方式看，三相电能表又分为三相三线电能表和三相四线电能表。

三相三线电能表和三相四线电能表的计量方法、接线方式、电压等级均不相同，因此两种电能表是分别设计、生产和使用的，面对不同电压规格和接入方式的电能表，电能表生产厂家需要根据客户的需求生产不同规格的电能表，制造三相三线和三相四线兼容式电能表，可以大大降低电能表厂家的资源投入，从而降低生产成本，生产管理难度。

现有技术中，名称为“三相三线、三相四线兼容式电能表”的中国实用新型专利(授权公告号：201043982Y)和名称为“一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表”的中国发明专利申请(申请公布号：102680779A)均公开了一种兼容式电能表。“三相三线、三相四线兼容式电能表”的实用新型新型专利公开的技术方案中，是在了解电压规格的情况下可以对电能表内部的机构进行调整，来进行三相三线和三相四线的兼容。“一种三相电能表的自适应控制方法和三相电能表”的发明专利申请公开的技术方案中，不同规格电压接线方式不相同，三相四线的现场按常规电能表接线方式接线，三相三线现场特殊处理，对应的还设置了监测端盖开启和闭合的开关，来作为是否重新判断电压规格的依据，但是若端盖开启事件记录出错，或人为控制端盖开启不出现事件记录，则可能导致电能表在错误的方式下工作，并进行错误计量，存在安全隐患。同时通过判断三相的电压夹角和电压值进行判断电压规格的过程中，进行判断的电压夹角和电压值的范围小，在电压夹角异常或电压缺相的情况下，不能进行电能表接入方式及电压规格的判定。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种智能识别式电能表，以解决现有技术三相三线、三相四线兼容式电能表针对不同接线方式进行现场特殊处理的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种智能识别式电能表，所述电能表包括：三相开关电源、MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块；

所述三相开关电源包括零线判断电路、三相三线全桥整流电路、三相四线半桥整流电路、智能降压电路、缺零线信号输出电路和DC-DC开关电源电路；

所述三相开关电源连接并为所述MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块供电；所述电能计量及电能表功能模块实现三相输入电压的测量和电能的计量及电能表的基本功能；所述MCU模块控制连接所述B相与零线切换电路和所述电能计量及电能表功能模块并接收所述缺零线信号输出电路的输出信号；所述B相与零线切换电路用于在接收到所述MCU发出的控制信号后将计量参考点由零线切换到B相线；

所述零线判断电路连接电能表的零线接入位，判断是否有零线接入；

是，使所述三相四线半桥整流电路与所述DC-DC开关电源电路连通，所述缺零线信号输出电路向所述MCU输入不缺少零线的信号；

否，使所述三相三线全桥整流电路、所述智能降压电路与所述DC-DC开关电源电路连通，所述缺零线信号输出电路向所述MCU输入缺少零线的信号；

所述MCU根据接收到是否缺少零线的信号判断接线方式为三相四线或者三相三线，根据三相之间的电压夹角或三相之间的电压值判断接入电压的规格。

本发明实施例提供的一种智能识别式电能表的有益效果包括：

1、设置零线判断电路判断是否有零线接入，并且根据判断信号内部完成适应性接线，不用针对不同的接线方式对电能表接线进行特殊处理，同时开关电源也适应不同的接线方式，实现40VAC-420VAC宽范围电压输入，且可按照三相电能表的功能需求实现两路或三路隔离电压输出；

2、外部接入为三相三线时，形成全桥整流电路，此时智能降压电路部分工作；外部接入为三相四线时，为半桥整流电路，智能降压电路不工作，为用电设备供电，因采用半桥整流电路，输出电压较低，不需要再另外使用降压电路降压，减少了电路中不必要的电能损耗，大大提高了电源的利用率；

3、MCU接收到是否缺少零线的信号后，可以根据三相之间电压夹角或三相之间电压进行两种方式的判断，三相电压夹角判断对夹角范围的各种情况做了细致判定，实现方式更加可靠；三相之间电压的判断只使用各相线电压值即可实现接入方式及电压规格判定的方法，在电压夹角异常或电压缺相的情况下，该电压值判断方式依然可以实现电能表接入方式及电压规格的判定；两种判断方式可以根据电能表的实际运用环境，对判断精度和速度的要求写入不同程序来进行选择。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的智能识别式电能表的原理结构图；

图2是本发明实施例提供的三相开关电源的原理图；

图3是本发明实施例提供的三相开关电源的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示为本发明提供的智能识别式电能表的原理结构图，该电能表包括：三相开关电源、MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块。

其中，三相开关电源包括零线判断电路、三相三线全桥整流电路、三相四线半桥整流电路、智能降压电路、缺零线信号输出电路和DC-DC开关电源电路。

三相开关电源连接并为MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块供电；电能计量及电能表功能模块实现三相输入电压的测量和电能的计量及电能表的基本功能；MCU模块控制连接B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块并接收缺零线信号输出电路的输出信号；B相与零线切换电路用于在接收到MCU发出的控制信号后将计量参考点由零线切换到B相线，实现硬件适应。

零线判断电路连接电能表的零线接入位，判断是否有零线接入；

是，使三相四线半桥整流电路与DC-DC开关电源电路连通，缺零线信号输出电路向MCU输入不缺少零线的信号；

否，使三相三线全桥整流电路、智能降压电路与DC-DC开关电源电路连通，缺零线信号输出电路向MCU输入缺少零线的信号。

MCU根据接收到是否缺少零线的信号判断接线方式为三相四线或者三相三线，根据三相之间的电压值判断接入电压的规格。

本发明实施例，设置零线判断电路判断是否有零线接入，并且根据判断信号内部完成适应性接线，不用针对不同的接线方式对电能表接线进行特殊处理，同时开关电源也适应不同的接线方式。

实施例一

本发明提供的实施例一为三相开关电源的实施例，如图2和图3所示分别为本发明实施例提供的三相开关电源的原理图和电路图。

由图2可知，三相全桥整流电路包括二极管D1、D2、D3、D5、D7和D8，ABC三相连接三相全桥整流电路后，一个输出端A连接零线判断电路，另一个输出端B连接智能降压电路，其中输出端A为二极管D5、D7和D8的正极端，输出端B为二极管D1、D2和D3的负极端。

零线判断电路包括场效应管Q2，该场效应管Q2栅极连接电能表的零线接入位，漏极连接智能降压电路，源极连接三相全桥整流电路的输出端A。智能降压电路包括场效应管Q1和稳压二极管D21，该场效应管Q1的栅极连接场效应管Q2的漏极，漏极连接三相全桥整流电路的输出端B，源极通过压敏电阻RT1连接漏极，稳压二极管D21两端分别连接场效应管Q2的漏极和源极。

当零线接入正常时，零线判断电路中的场效应管Q2导通，场效应管Q2的漏极输出低电压，使得场效应管Q1截止，智能降压电路部分不工作，三相相线分别与零线形成半桥整流电路，为用电设备供电，因采用半桥整流电路，输出电压较低，不需要再另外使用降压电路降压，减少了电路中不必要的电能损耗，大大提高了电源的利用率。当零线缺失时，零线判断电路中的Q2截止，相线的电压接入智能降压电路中的场效应管Q1的栅极，使得场效应管Q1导通，各个相线之间形成电压较高的全桥整流电路，此时场效应管Q1工作在导通状态，源极电压随栅极电压增大而增大，同时，当栅极电压增高到一定值时，稳压二极管D21将电压钳制在一个固定值，保证Q1输出电压不会过高而损坏后极元件，这时Q1工作在线性状态，超过固定值的电压主要加在Q1上，Q1起到降压作用，使输出电压稳定的为用电设备供电，保证其正常工作。

零线检测电路包括稳压二极管D17、电阻R5和光电耦合器U1，电阻R5和光电耦合器U1串联后与稳压二极管D17并联，稳压二极管D17一端连接场效应管Q1的源极，另一端连接电能表的零线接入位，光电耦合器U1的输出端将零线是否缺失的信号输出。

进一步的，本发明实施例中，三相开关电源还包括防雷击保护电路、过压保护电路和EMC滤波电路。

防雷击保护电路包括压敏电阻RT2、RT3和RT4，压敏电阻RT2、RT3和RT4一端分别连接A、B、C三相，另一端分别连接零线。

过压保护电路包括复合热敏电阻RT5，零线输入经过二极管D9后，D9的负极连接该复合热敏电阻RT5的一端，复合热敏电阻RT5的另一端连接EMC滤波电路。EMC滤波电路能有效抑制传导干扰，保证开关电源的稳定性。

本发明实施例中，三相开关电源实现40VAC-420VAC宽范围电压输入，且可按照三相电能表的功能需求实现两路或三路隔离电压输出。

实施例二

本发明提供的实施例二为MCU根据三相之间的电压夹角判断接入电压的规格的方法的实施例。

本发明实施例中，MCU接收到缺少零线的信号后，进一步根据三相之间的电压夹角确定接线方式是否为三相四线或者三相三线，判断依据如表一所示。

表一：三相之间的电压夹角范围与接线方式对应表

由表一可知，判断依据包括：

A和B相线之间电压夹角范围是105°～135°、A和C相线之间电压夹角范围是225°～255°、B和C相线之间电压夹角范围是105°～135°或者A和B相线之间电压夹角范围是225°～255°、A和C相线之间电压夹角范围是105°～135°、B和C相线之间电压夹角范围是225°～255°时，判断接线方式为三相四线；此时只要其中任一相电压值大于132V，则判定为3×220/380V，否则判定为3×57.7/100V。

A和C相线之间电压夹角范围是285°～315°或者45°～75°时，判断接线方式为三相三线；默认电压规格为3×100V。

否则，无法判断，报警常显提示ERR-FF。

对夹角范围的各种情况做了细致判定，实现方式更加可靠。

实施例三

本发明提供的实施例三为MCU根据三相之间的电压夹角判断接入电压的规格的方法的实施例。本发明实施例中，MCU接收到零线是否缺失的信号初步判断接线方式后，MCU根据三相之间的电压值判断接入电压的规格，判断依据如表二所示。

表二：三相之间的电压与接线方式对应表

具体为：

A相电压范围是75～132V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是75～132V时，判断接线方式为三相三线3×100V。

A相电压范围是75～132V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是75～132V时，判断接线方式为三相三线3×100V，严重缺相报警常显提示ERR-FE。

A相电压范围是大于160V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是大于160V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是大于160V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是小于40V时，判断接线方式为三相四线3×220/380V。

A相电压范围是大于160V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是大于160V时，判断接线方式为三相四线3×220/380V，严重缺相报警常显提示ERR-FE。

A相电压范围是40～75V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是大于40～75V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是40～75V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是小于40V时，判断接线方式为三相四线3×57.7/100V。

A相电压范围是40～75V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是40～75V时，判断接线方式为三相四线3×57.7/100V，严重缺相报警常显提示ERR-FE。

否则，无法判断，默认三相四线3×220/380V报警常显提示ERR-FF。

上述根据三相之间电压夹角或三相之间电压的判断过程中，三相电压夹角判断过程相对简单，三相之间电压的判断只使用各相线电压值即可实现接入方式及电压规格判定的方法，在电压夹角异常或电压缺相的情况下，该电压值判断方式依然可以实现电能表接入方式及电压规格的判定。

并且本发明实施例，本领域普通技术人员可以理解为上述实施例一所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能识别式电能表，其特征在于，所述电能表包括：三相开关电源、MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块；

所述三相开关电源包括零线判断电路、三相三线全桥整流电路、三相四线半桥整流电路、智能降压电路、缺零线信号输出电路和DC-DC开关电源电路；

所述三相开关电源连接并为所述MCU模块、B相与零线切换电路和电能计量及电能表功能模块供电；所述电能计量及电能表功能模块实现三相输入电压的测量和电能的计量及电能表的基本功能；所述MCU模块控制连接所述B相与零线切换电路和所述电能计量及电能表功能模块并接收所述缺零线信号输出电路的输出信号；所述B相与零线切换电路用于在接收到所述MCU发出的控制信号后将计量参考点由零线切换到B相线；

所述零线判断电路连接电能表的零线接入位，判断是否有零线接入；

是，使所述三相四线半桥整流电路与所述DC-DC开关电源电路连通，所述缺零线信号输出电路向所述MCU输入不缺少零线的信号；

否，使所述三相三线全桥整流电路、所述智能降压电路与所述DC-DC开关电源电路连通，所述缺零线信号输出电路向所述MCU输入缺少零线的信号；

所述MCU根据接收到是否缺少零线的信号判断接线方式为三相四线或者三相三线，根据三相之间的电压夹角或三相之间的电压值判断接入电压的规格。

2.如权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述三相全桥整流电路包括二极管D1、D2、D3、D5、D7和D8，ABC三相连接所述三相全桥整流电路后，一个输出端A连接所述零线判断电路，另一个输出端B连接所述智能降压电路，其中所述输出端A为所述二极管D5、D7和D8的正极端，所述输出端B为所述二极管D1、D2和D3的负极端；

所述零线判断电路包括场效应管Q2，所述场效应管Q2栅极连接电能表的所述零线接入位，漏极连接所述智能降压电路，源极连接所述三相全桥整流电路的所述输出端A；

所述智能降压电路包括场效应管Q1和稳压二极管D21，所述场效应管Q1的栅极连接所述场效应管Q2的漏极，漏极连接所述三相全桥整流电路的输出端B，源极通过压敏电阻RT1连接漏极，所述稳压二极管D21两端分别连接所述场效应管Q2的漏极和源极。

3.如权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述零线检测电路包括稳压二极管D17、电阻R5和光电耦合器U1，所述电阻R5和所述光电耦合器U1串联后与所述稳压二极管D17并联，所述稳压二极管D17一端连接所述场效应管Q1的源极，另一端连接所述电能表的零线接入位，所述光电耦合器U1的输出端将零线是否缺失的信号输出。

4.如权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述三相开关电源还包括防雷击保护电路、过压保护电路和EMC滤波电路；

所述防雷击保护电路包括压敏电阻RT2、RT3和RT4，所述压敏电阻RT2、RT3和RT4一端分别连接A、B、C三相，另一端分别连接零线；

所述过压保护电路包括复合热敏电阻RT5，零线输入经过二极管D9后，所述D9的负极连接所述复合热敏电阻RT5的一端，所述复合热敏电阻RT5的另一端连接所述EMC滤波电路。

5.如权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述MCU接收到是否缺少零线的信号后，根据三相之间的电压夹角确定接线方式是否为三相四线或者三相三线；并根据电压值确定电压规格；

判断依据包括：

A和B相线之间电压夹角范围是105°～135°，A和C相线之间电压夹角范围是225°～255°，B和C相线之间电压夹角范围是105°～135°或者A和B相线之间电压夹角范围是225°～255°，A和C相线之间电压夹角范围是105°～135°，B和C相线之间电压夹角范围是225°～255°时，判断接线方式为三相四线；此时只要其中任一相电压值大于132V，则判定电压规格为3×220/380V，否则判定为3×57.7/100V；

A和C相线之间电压夹角范围是285°～315°或者45°～75°时，判断接线方式为三相三线；默认电压规格为3×100V；

否则，无法判断，报警常显提示ERR-FF。

6.如权利要求1所述的电能表，其特征在于，所述MCU接收到是否缺少零线的信号，初步判断接线方式后，所述MCU根据三相之间的电压值判断接入电压的规格，判断依据包括：

A相电压范围是75～132V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是75～132V时，判断接线方式为三相三线3×100V；

A相电压范围是75～132V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是75～132V时，判断接线方式为三相三线3×100V，严重缺相报警常显提示ERR-FE；

A相电压范围是大于160V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是大于160V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是大于160V或者A相电压范围是大于160V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是小于40V时，判断接线方式为三相四线3×220/380V；

A相电压范围是大于160V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是大于160V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是大于160V时，判断接线方式为三相四线3×220/380V，严重缺相报警常显提示ERR-FE；

A相电压范围是40～75V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是大于40～75V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是40～75V或者A相电压范围是40～75V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是小于40V时，判断接线方式为三相四线3×57.7/100V；

A相电压范围是40～75V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是40～75V，C相电压范围是小于40V或者A相电压范围是小于40V，B相电压范围是小于40V，C相电压范围是40～75V时，判断接线方式为三相四线3×57.7/100V，严重缺相报警常显提示ERR-FE；

否则，无法判断，默认三相四线3×220/380V报警常显提示ERR-FF。