CN107621561A - 一种电流采样工频防磁电能表 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流采样工频防磁电能表，包括：锰铜分流器(1)；与所述锰铜分流器(1)连接的第一电流采样模块(21)，采集锰铜分流器(1)上形成的电流信号；接收所述第一电流采样模块(21)采集的信息并进行分析处理的控制模块(4)；其特征在于：所述锰铜分流器(1)与第一电流采样模块(21)间通过交叉环路B实现连接。相对于现有技术，本发明在受到外部工频磁场干扰时能有效减小电能表因自身构造产生的磁场，从而确保精确采样，提高计量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能表，尤其涉及一种具有电流采样工频防磁技术的电能表。
背景技术
电能表是计量电量常用的仪表，但交变电流的磁场干扰，使得电能表计数精度不高，致使无法准确计量用户用电量。为了解决上述问题，研究人员对电能表进行了大量改进。
如专利一发明CN202661496U公开的一种锰铜分流器，该专利对电能表配件中的锰铜连接结构进行改进，两根引线分别与锰铜片上的两个端子焊接，该两根引线以缠绕方式进行排布，通过缠绕方式减小两根引线间的电流回路环路面积，从而减小电能表受外部磁场的干扰，提高磁场抗干扰性。
又如专利二发明CN203054031U公开的抗工频干扰分流器，该分流器的锰铜片中心轴线上设三个通孔和两个过桥，三个通孔的排列与电流方向一致，过桥方向与电流方向垂直，两个引线分别与过桥连接后以螺旋缠绕方式排布，试图将工频干扰因素在各个方向上进行抵消，以提高电能表的计数精度。
上述专利虽然都在一定程度上降低了磁场干扰，但由于常规的电能表锰铜片有三个端子，端子2和端子3间的区域会形成锰铜片自身的环路面积，产生电磁干扰，专利一的引线螺旋结构无法抵消该部分的磁场，同时还会因为引线与端子间有间隙而增大锰铜片的环路面积，致使抗干扰效果不理想；专利二虽然能从一定程度上避免锰铜片自身的磁场干扰，但对锰铜片设计结构要求较高，不具有普适性，且增加了制造成本。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种防磁干扰效果好，电流采样误差小的具有电流采样工频防磁技术的电能表。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种电流采样工频防磁电能表，包括：
锰铜分流器；
与所述锰铜分流器连接的第一电流采样模块，采集锰铜分流器上形成的电流信号；
接收所述第一电流采样模块采集的信息并进行分析处理的控制模块；
其特征在于：所述锰铜分流器与第一电流采样模块间通过交叉环路实现连接。
进一步的，所述锰铜分流器的两个电流引脚在PCB板上通过过孔交叉后与位于PCB板上的所述第一电流采样模块连接，形成所述交叉环路。
进一步的，所述交叉环路形成的环路面积与所述锰铜分流器的两个电流引脚和锰铜分流器本体形成的环路面积相等。
进一步的，所述第一电流采样模块包括RC低通滤波器，采集的所述电流信号经RC低通滤波器后传递至控制模块。
进一步的，所述电能表还包括第一电压采样模块，所述第一电压采样模块与控制模块连接，所述第一电压采样模块与第一电流采样模块构成主回路采样模块。
进一步的，所述第一电压采样模块包括多个串联分压采样电阻，采样信号经电容滤波后传输至控制模块。
进一步的，所述电能表还包括第二回路采样模块，所述第二回路采样模块通过隔离部件与控制模块相连，所述隔离部件用于隔离主回路采样模块与第二回路采样模块，以减少二者间的信号干扰。
进一步的，所述第二回路采样模块与隔离部件间设有计量芯片，第二回路采样模块采集的信息经所述计量芯片处理后输出，所述控制模块与计量芯片通过隔离部件实现信息传递。
进一步的，所述隔离部件包括两路光耦隔离器，其中一路光耦隔离器用于将计量芯片处理后的信息向控制模块传输，另一路光耦隔离器用于将控制模块的相关信息反馈至计量芯片。
进一步的，所述第二回路采样模块包括第二电流采样模块，所述第二电流采样模块与两路并列的锰铜分流器分别连接，采集所述并列的锰铜分流器的电流信号并传输至计量芯片。
进一步的，所述第二回路采样模块还包括第二电压采样模块，所述第二电压采样模块的采集信息输入计量芯片进行处理。
进一步的，所述第二电压采样模块包括多个串联分压采样电阻，采样信号经电容滤波后输送至计量芯片。
进一步的，所述锰铜分流器包括一体成型的两并列插脚，连接两并列插脚的连接部上成型有三个引脚，所述电流引脚为其中的两个引脚。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将锰铜分流器焊接于PCB板后，两个电流引脚信号线路经过孔实现交叉，形成交叉环路B，保证交叉环路B的面积与锰铜引脚和锰铜本体自身形成的环路A面积大小相等，交叉环路B与环路A共同构成一个8字形环路，电流经锰铜引脚流经该8字形环路时，在A区域和B区域形成的磁场刚好大小相等且方向相反，从而在受到工频磁场干扰时，交叉环路B区域能抵消电能表工作时因自身回路产生的磁场干扰，也即能抵消环路A产生的磁场干扰，继而提高电流采样信号的准确性；电能表设计成包含多个电流采样回路和电压采样回路，提高了电能表的适用范围；同时，在由第二电压采样模块与第二电流采样模块形成的第二回路采样模块中增加隔离部件，能有效隔离第二回路采样模块与第一电压采样模块、第一电流采样模块构成的主回路采样模块间的信号干扰，从而进一步减小电能表的计量误差，提高精准度。
附图说明
图1(a)、1(b)为本发明的锰铜分流器结构示意图。
图2(a)-2(b)为锰铜分流器在PCB板上焊接形成交叉环路图。
图3为第一电流采样模块与第一电压采样模块组合的主回路采样模块原理图。
图4为第二电流采样模块与第二电压采样模块组合的第二回路采样模块原理图。
图5为隔离部件与计量芯片原理图。
图6为本发明电能表的控制模块原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-6所示，本发明的电能表采用了电流采样工频防磁技术，具体的，该电能表包括锰铜分流器1、主回路采样模块2、第二回路采样模块3、控制模块4，如图3、图4所示，主回路采样模块2包括第一电流采样模块21、第一电压采样模块22，第二回路采样模块3包括第二电流采样模块31、第二电压采样模块32。如图1所示，锰铜分流器1包括插脚11、12和位于连接两个插脚11、12间的连接部13上的三个引脚131、132、133，其中的两个引脚如132、133为电流引脚。锰铜分流器1通过引脚与第一电流采样模块21连接，第二电流采样模块31连接两个并联的锰铜分流器5、6，如图4所示，每路的锰铜分流器连接线路相同。
电能表常接交流电，交流电的频率、周期变换特点使得电能表内部因磁感应而产生磁场，如因自身内部器件的结构特点，锰铜分流器会在引脚与连接部间形成环路，产生磁场，进而影响电能表的信号采集，造成计量表表计数据不精确。现有技术的改进要么无法克服锰铜片自身形成的磁场干扰，要么使得锰铜片的结构复杂化，增加生产成本。
如图1(a)所示，锰铜分流器1的电流引脚132、133在通电时会与连接部13共同构成环路A。为了减小锰铜分流器工作时在A区域产生的磁场，焊接PCB板时，改变以往引脚与电流采样模块直线连接的方式，对引脚132、133先通过PCB板上的过孔交叉形成交叉环路B后，再与第一电流采样模块21连接，交叉环路B与环路A共同形成8字环路，如图2(a)、2(b)所示，图2(a)为多路布线图，图2(b)为单路布线图，面积68.75对应的即为环路B的面积。电能表工作时，电流经锰铜分流器1的引脚132、133流经该8字环路，此时A区域与B区域形成的磁场方向相反，从而能有效抵消A区域的磁场。
为了彻底抵消A区域产生的磁场，在焊接时保持B区域的面积与A区域面积相等，具体的，如图1(a)示出的是一种尺寸下的锰铜分离器尺寸图，通过测量得到锰铜分流器1的自身环路A(如图中粗线区域显示)的面积，经计算得到环路A的环路面积＝(42-37+7.5)X5.5＝68.75m2，焊接时在PCB板上走线形成环路B面积时，使B区域面积尽量等于A区域面积。由于电能表属于国标规格的产品，所以锰铜分流器的整体尺寸也基本保持在国标误差范围内，而根据前述方法设计的B区域面积也基本上能保持与A区域面积相等，且经过多次验证，可以得到采用该种方法得到的B区域面积与A区域面积的误差概率为41/2(采样环路面积)，即WC＝41/2S，其中WC表示误差，S表示交叉环路B的面积。
为了实现多路信号采集，提高电能表的计量精准度和适用范围，本发明的电能表如前所述，包括主回路采样模块2和第二回路采样模块3，主回路采样模块2中的第一电流采样模块21采集锰铜分流器1传输的电流信号后，经RC低通滤波器过滤后传输至控制模块4；第一电压采样模块22包括多个串联分压采样电阻，如图3所示包括电阻R31-R38、电阻R10、R11，采样信号经电容滤波后传输至控制模块4进行分析处理。
多路采集容易出现回路与回路间的信号干扰，导致采集信息出现偏差，作为改进，本发明在设计第二回路采样模块3时，在第二回路采样模块3与控制模块4间设置计量芯片5和隔离部件6，计量芯片5对第二电流采样模块31、第二电压采样模块32采集的信息进行分析处理后，经隔离部件6与控制模块4进行信息传输，该隔离部件6包括两路光耦隔离器，其中一路光耦隔离器与计量芯片的接收端口、控制模块的发射端口连接，实现将控制模块的信息发送至计量芯片，另一路光耦隔离器与计量芯片的发射端口、控制模块的接收端口连接，以实现将计量芯片处理后的信息传输至控制模块。
第二电流采样模块31与两个锰铜分流器并联连接，信号经计量芯片5处理分析后输出；第二电压采样模块32包括多个串联分压采样电阻，如图4所示，包括电阻R50-R58，采样信号经电容滤波后输出至计量芯片5内，并经隔离部件6传输至控制模块4。隔离部件6能有效将主回路与第二回路进行隔离，从而避免两回路间的信号干扰，这样第二回路中采集的电流、电压信号相对现有电能表而言更加干净，计量芯片5分析处理得出的结果也更加准确，从而从高了电能表的准确度。
除了上述改进外，其他相类似的改进也包含在本发明的改进范围内，此处就不在赘述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种电流采样工频防磁电能表，包括：
锰铜分流器(1)；
与所述锰铜分流器(1)连接的第一电流采样模块(21)，采集锰铜分流器(1)上形成的电流信号；
接收所述第一电流采样模块(21)采集的信息并进行分析处理的控制模块(4)；
其特征在于：所述锰铜分流器(1)与第一电流采样模块(21)间通过交叉环路B实现连接。
2.根据权利要求1所述的电能表，其特征在于：所述锰铜分流器(1)的两个电流引脚(132、133)在PCB板上通过过孔交叉后与位于PCB板上的所述第一电流采样模块(21)连接，形成所述交叉环路B。
3.根据权利要求2所述的电能表，其特征在于：所述交叉环路B形成的环路面积与所述锰铜分流器(1)两个电流引脚(131、132)和锰铜分流器本体形成的环路A面积相等。
4.根据权利要求3所述的电能表，其特征在于：所述第一电流采样模块(21)包括RC低通滤波器，采集的所述电流信号经RC低通滤波器后传递至控制模块(4)。
5.根据权利要求4所述的电能表，其特征在于：所述电能表还包括第一电压采样模块(22)，所述第一电压采样模块(22)与控制模块(4)连接，所述第一电压采样模块(22)与第一电流采样模块(21)构成主回路采样模块(2)。
6.根据权利要求5所述的电能表，其特征在于：所述第一电压采样模块(22)包括多个串联分压采样电阻，采样信号经电容滤波后传输至控制模块(4)。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的电能表，其特征在于：所述电能表还包括第二回路采样模块(3)，所述第二回路采样模块(3)通过隔离部件(6)与控制模块(4)相连，所述隔离部件(6)用于隔离主回路采样模块(2)与第二回路采样模块(3)，以减少二者间的信号干扰。
8.根据权利要求7所述的电能表，其特征在于：所述第二回路采样模块(3)与隔离部件(6)间设有计量芯片(5)，第二回路采样模块(3)采集的信息经所述计量芯片(5)处理后输出，所述控制模块(4)与计量芯片(5)通过隔离部件(6)实现信息传递。
9.根据权利要求8所述的电能表，其特征在于：所述隔离部件(6)包括两路光耦隔离器，其中一路光耦隔离器用于将计量芯片处理后的信息向控制模块传输，另一路光耦隔离器用于将控制模块的相关信息反馈至计量芯片。
10.根据权利要求9所述的电能表，其特征在于：所述第二回路采样模块(3)包括第二电流采样模块(31)，所述第二电流采样模块(31)与两路并列的锰铜分流器(7、8)分别连接，采集所述并列的锰铜分流器的电流信号并传输至计量芯片，所述锰铜分流器(7、8)与第二电流采样模块(31)间也通过交叉环路连接。
11.根据权利要求10所述的电能表，其特征在于：所述第二回路采样模块(3)还包括第二电压采样模块(32)，所述第二电压采样模块(32)的采集信息输入计量芯片(5)进行处理。
12.根据权利要求11所述的电能表，其特征在于：所述第二电压采样模块(32)包括多个串联分压采样电阻，采样信号经电容滤波后传输至计量芯片(5)。
13.根据权利要求12所述的电能表，其特征在于：所述锰铜分流器(1、7、8)包括一体成型的两并列插脚(11、12)，连接两并列插脚的连接部(13)上成型有三个引脚(131、132、133)，所述电流引脚为其中的两个引脚(132、133)。
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