CN1090393A - 三相多功能数位电力表 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可节省电力能源及监控电力使用 的三相多功能数位电力表。该数位电力表由显示器 驱动电路、按键扫描电路、数位电路、类比电路、继电 器输出电路、比流器、比压器输出电路所组成，由上述 电路组合可使该数位电力表具有显示多项数据并可 作上下限警报设定及降低契约容量，降低电力成本的 功能，同时设有类比讯号输出，可连接记录器，并设有 静态随机存取记忆体CMOS SRAM，可使资料输入 受到完整保护。

Description

一种工业用三相多功能数位电力表，尤指一种取代传统复杂的三相电表及众多电力转换器，以集中式面板方式将所有数据一次显示的三相数位电力表。

三相电力的产生，系于发电机转子上增加线圈组数并绕成特定式样，即成为一多相等发电机，三相制（three-phase    system）最常用于电力传输，一般而言，在一定功率损失下，使用三相制传输电力比单相制为经济，这主要归于输送线（tran    smittingline）上的IR损耗降低。为使损耗降低，可使用较细薄的导体，进而减少铜的需要量;前述乃使用三相制（three-phase    system）的由来;更甚者，有些系统，超过三相时，效率会更高。这类系统包含整流（rectification）程序，将交流转变成直流;相数愈多，直流输出愈理想，至于多相制的其他理论不续赘述。

然而，基本电量仪器：测量电流的安培计（Ammeter）、测量电压的伏特计（voltmeter）、测量功率的瓦特计（Wattmeter）、以及测量电阻的欧姆计（Ohmmeter）及惠斯顿电桥（Wheatstonebridge）。计器中使用的基本活子（movement）。主要有三：达松发尔活子（D′Arsonval    movement）、铁翼式活子（Iron-Vane    type    movement）和力测式活子（Eleetrodynamometer    movement），每一种均可使用于d-c/a-c安培计、d-c/a-c伏特计、欧姆计、和惠斯顿电桥等电量仪器，另外，力测式活子又是唯一能用于瓦特计中的一种，而上述的活子主要由轴承支持永久磁铁间的铁蕊线圈，螺旋弹簧可限制线圈转动、电流并且经其通过线圈，由于线圈与磁铁的通量互相作用，使线圈产生一转矩而转动，为常用电量仪器较常应用的计量方式，以指针读取被测量，又，杂项因素引起的误差及负载效应，为类比指针式之问题所在。

本发明的主要目的，在于提供一种工业用三相多功能数位电力表，该电力表可同时显示三相电压、三相电流、实功率、视功率、虚功率、频率、功率因数、小时超前、落后、继电器输出状态、延迟时间、漏电流等多项数据。

本发明的次要目的，在于使用数位处理计计算与类比计算机相互配合，以减少误差产生，因而可增加产品功能及减少电路成本。

本发明的另一目的，在于取代传统复杂的三相电量仪器，而将各种电量转换，以数位方式将所有测得数据显示，以减少人为读取方式。

本发明的再一目的，在于内含RS-232串列界面或RS-422界面，可与电脑连线做工厂整体集中电力监控。

本发明的目的是这样实现的：

三相多功能数位电力表主要包含有：一电压比压器、一电流比流器、一乘法器、一有效值转换器、一超前落后相位侦测电路、一电压/频率测量器、一加法器、一类比至数位转换电路、一微处理器单元、一显示器、一键盘电路、一静态记忆体、一蜂鸣器驱动电路、一数位至类比转换电路、一串列输出转换界面、一继电器输出装置，其特征为：三相电压、电流V1、V2、V3，A1、A2、A3，输入至该三相电压比压器、三相电流比流器，再分别输入至该乘法器、有效值转换器与该超前落后相位侦测电路及该电压/频率计量器，而输入该乘法器者，系求得三相功率亦即Vn×An，该有效值转换器，主要将输入峰至峰值Vp-p的电压及电流转换成一有效值（RMS）;同理，该超前落后相位侦测电路系测得电压与电流相位差，而该电压/频率计量器，主要系侦测传输于该加法器，并将三相功率相加，而其所求得的总功率与三相电压、电流，经由该有效值转换器所转换的有效值输入至类比至数位转换电路，并通过该微处理器单元搜集超前落后相位侦测电路所输出数据与电压/频率计量器数据，利用该键盘电路由外界操控，将所有三相电力数据输出，并显示于该显示器上，而所有输出数据可通过静态随机存取记忆体储存或撷取，而该存取数据更可通过微处理器单元指示将该数据输入至数位至类比转换器电路，而输出的类比数据为一类比输出装置的类比数据，上述数据可透过一串列输出转换界面，将数据传输予电脑而作一集中监控管理，另外，一切中断或错误讯息提供与外界控制开关，分别由蜂鸣器驱动电路与继电器输出装置执行。

三相多功能数位电力表，其特征在于显示器内设一显示器驱动电路，该驱动电路为一多工显示扫描电路，主要由四十八个共阳极显示器，该四十八个共阳极显示器可均分为三组，每组十六只显示器，其中每组显示器的阳极U1～U16，U17～U32，U33～U48分别与晶体管θ1～θ16的集电极连接，而该每一晶体管的集电极并接三只显示器阳极端，而该晶体管的发射极接正5V电源，又，集成电路Ic1之接脚0～15（Y0～Y15），分别与该晶体管Q1～Q16的基极限流电阻连接，而集成电路Ic2、Ic3、Ic4之2、5、6、9、12、15、16、19（管脚数PIN    NUMBER）分别与三组共阳极显示扫描电路，其中该集成电路Ic2、Ic3、Ic4负责将CPU送来的资料锁定，使扫描中显示器持续点亮。

本发明的优点在于三相多功能数位电力表具有显示多项数据并可作上下限警报设定及降低契约容量减少误差，降低电力成本的功能，同时设有类比讯号输出，可连接记录器，并设有静态随机存取记忆体CMOS    SRAM可使资料输入受到完整保护。

附图说明：

图1为本发明三相多功能数位电力表安装电力箱外观立体图。

图2为本发明多功能数位电力表安装电力箱内部平面图。

图3为三相多功能数位电力表立体图。

图4为本发明多功能数位电力表流程图。

图5、6为本发明多功能数位电力表显示器驱动电路及按键扫描电路。

图7为本发明多功能数位电力表数位电路图。

图8为本发明多功能数位电力表类比电路图。

图9为本发明多功能数位电力表整流平均值电路、RS-232讯号输出转换电路、参考电压部分、电源频率中断计数部分电路图。

图10为本发明多功能数位电力表继电器输出电路、比流器、比压器输出电路图。

以下结合附图通过具体实施例来详细说明本发明的构造及电路关系。

参阅图1～3，为本发明三相多功能数位电力表安装电力箱外观立体图，内部平面图及三相多功能数位电力表立体图。

一外形呈箱型体的电力箱101，该电力箱101上设有三相多功能数位电力表102，在三相多功能数位电力表102上设有共阳极七线段显示器（LED字幕显示组）103多组，该共阳极七线段显示器103可显示各种电流电位转变及比例数值，如视功率KVA（Kilovolt    Ampere）值，实功率KW（Kilowatts）值、三相电流A值、有功电度KWH（Kilowatts    Hours）值……等，可使得三相电表及电力转换器集中于面板104而将所有数据一次显示，即可显示三相电压V、三相电流A、实功率KW、视功率KVA、虚功率KVAR、频率HZ、功率因数PF、小时KWH、小时（KVARH）……等，使得使用者一目了然，同时可由另一面显示输出状态，延迟时间、漏电流等多项数据。

请参阅图4，为本发明三相多功能数位电力表流程图，如图所示：主要经由三相电压比压器201，三相电流比流器202输入三相电压（V1、V2、V3），三相电流（A1、A2、A3），再分别输入乘法器203，有效值转换器207、超前落后相为侦测电路208及电压/频率计量器209，而输入该乘法器203者，系求得三相功率者（亦即VnxAn），而有效值转换器207者，主要将输入峰至峰值（Vp-p）的电压及电流转换成一有效值（RMS），同理，该超前、落后相位侦测电路208系侦测得电压与电流的相位差，而电压/频率计量器209，主要系侦测电压与电源频率数值;其中该乘法器203乘得的三相功率传输于加法器204，并将三相功率相加，而其所求得总功率与三相电压、电流经由该有效值转换器207所转换的有效值输入至类比至数位转换电路205，并通过微处理器单元207，搜集超前、落后相位侦测电路208所输出数据与电压/频率计量器数据，利用键盘电路216由外界操控，将所有三相电力数据输出并显示于该显示器210上;另外，所有输出数据可通过静态随机存取记忆体217储存或撷取，而该存取数据更可通过微处理器单元206的指示将该数据输入至数位至类比转换电路212，输出的类比数据为一类比输出装置213的类比数据，上述数据输出可通过一串列输出转换界面211（RS-232）将数据传输予电脑而作集中监控管理，本发明一切中断信号或错误讯息提供与外界控制开关，分别由蜂鸣器驱动电路215与继电器输出装置214执行。

请参阅图5、图6，为本发明显示器驱动电路及按键扫描电路，此线路为一多工显示扫描电路，由图中可知，共有四十八个共阳极显示器①，可均分为三组，每组十六只显示器①，其中每组显示器的阳极（U1～U16，U17～U32，U33～U48）分别与晶体管②（Q1～Q16）集电极连接，亦即每一晶体管②集电极并接三只显示器①阳极端，而晶体管②发射极接正电源5V，集成电路Ic1接脚0～15（Y0～Y15），分别与晶体管Q1～Q16基极经限流电阻③连接，而集成电路Ic2、Ic3、Ic4之2、5、6、9、12、15、16、19（管脚数PIN    NUMBER）分别与三组共阳极显示器①之a～h、a1～h1、a2～h2连接构成一多工显示扫描电路，其中该电路Ic2、Ic3、Ic4负责将CPU（后述之）送来资料锁定，使扫描中的显示器持续点亮。

请参阅图7，为本发明数位电路图，如图所示，其中中央处理单元U17之21～24脚送16个码予前述图5集成电路Ic2、Ic3、Ic4的3、4、7、8、13、14、17、18接脚，使扫描中显示持续点亮，扫描期间中央处理单元U17亦将按键（图5所示）S1、S2、S3、S4、S5、S9、S10、S13、S14、S15一起扫描，并通过二极管D1～D15扫描5个键，经由中央处理单元U17之14脚读取。再参阅图7，主要由一随机存取记忆体4、一重置电路5、一蜂鸣器驱动电路6、一继电器驱动电路7、一数位板至类比转换电路8、一八通道类比至数位转换电路9、及一稳压电路10所构成，其中该随机存取记忆体4，为一互补型金属氧化物半导体，利用其基底分割形成储存空间，储存中央处理单元U17或外界输入的重要数据，然而;微处理器U17所处理资料经由检知之三相电压、电流、实功率、视功率、虚功率、频率、功率因素、小时、超前落后等类比信号，经由八个通道类比至数位转换电路9，将类比信号转换为中央处理器U17可接收的数位信号，使得中央处理器U17依外界输入或记忆体4输入资料，以驱动继电器电路7作通、断电工作，工作中若有任何不当情形则中央处理器U17驱动蜂鸣器驱动电路，该蜂鸣器振荡频率由中断程式产生，而数位至类比转换电路8主要将处理完善的数位信号转换成类比信号，该数位至类比转换电路2，设有一类比输出埠，可与记录器或PLC连接，稳压电路10为供应本发明数位电路的电源，值得一提的是：电源部分与数位与类比分开，以杜绝信号干扰。

请参阅图8，为本发明类比电路，主要由一乘法器11，一类比讯号输出电路12、一相位超前/落后判断电路13及一类比输出信号驱动电路14，其中乘法计算电路11主要计算三相电力功率，是将电压值与电流值相乘而得，并将此计算而得之值经类比讯号输出电路12送至前述类比至数位转换电路9（见图7），中央处理器U17将根据这个值及三相电压、电流计算出视功率KVA（Kilovolt-Ampere）值，虚功率KVAR（Kilovolt-AmpereReactive）值、实功率KW（Kilowatts）值、无功电度KVARH（Kilovolt-Ampere    Reactive    Hours）值、功率因数PF（Power    Factor）值，有功电度KWH（Kilowatts    Hours）值。相位超前/落后判断电路，主要判断电压、电流的相脚超前或落后，利用乘法计算电路11相乘结果：若为正即是“落后”，若为负即表示“超前”，类比讯号输出驱动电路14将类比输出电路12之信号提升至约4～20mA驱动位准。

请参阅图9，主要由一有效值转换器15、RS-232讯号输出转换电路16、参考电压17及电源频率中断计数电路18构成，其中整流平均值电路15与乘法器11连接，如前述：提供乘法器11有效值，以供其计算使用资料，而RS-232讯号输出转换电路16，提供与电脑连线之转换装置，参考电压提供类比至数位信号为一基本转换参考量，而电源频率中段计数电路18亦提供数位至类比转换电路17的负向参考基准，使得转换位准获一较佳定值。

请参阅图10，分别为继电器输出电路20与比流器、比压器输入电路19，继电器输出电路20与继电器驱动电路7连接，而比流器、比压器输入电路19为乘法计算电路11的输入端。

如上所述，仅为本发明之一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作均等变化与修饰，应仍属本发明专利函盖范围内。

Claims (2)

1、一种三相多功能数位电力表，主要包含有：一电压比压器、一电流比流器、一乘法器、一有效值转换器、一超前落后相位侦测电路、一电压/频率测量器、一加法器、一类比至数位转换电路、一微处理器单元、一显示器、一键盘电路、一静态记忆体、一蜂鸣器驱动电路、一数位至类比转换电路、一串列输出转换界面、一继电器输出装置，其特征为：三相电压、电流V1、V2、V3，A1、A2、A3，输入至该三相电压比压器、三相电流比流器，再分别输入至该乘法器、有效值转换器与该超前落后相位侦测电路及该电压/频率计量器，而输入该乘法器者，系求得三相功率亦即Vn×An，而该有效值转换器，主要系将输入峰至峰值Vp-p电压及电流转换成一有效值(RMS)；同理，该超前落后相位侦测电路系测得电压与电流相位差，而该电压/频率计量器，主要系侦测传输于该加法器，并将三相功率相加，而其所求得总功率与三相电压、电流，经由该有效值转换器所转换的有效值输入至类比至数位转换电路，并通过该微处理器单元搜集超前落后相位侦测电路所输出的数据与电压/频率计量器数据，利用该键盘电路由外界操控，将所有三个电力数据输出，并显示于该显示器上，而所有输出数据可通过静态随机存取记忆体储存或撷取，而该存取数据更可通过微处理器单元指示将该数据输入至数位至类比转换器电路，而输出的类比数据为一类比输出装置的类比数据，而上述数据可通过一串列输出转换界面，将数据传输予电脑而作一集中监控管理，另外，一切中断或错误讯息提供与外界控制开关，分别由蜂鸣器驱动电路与继电器输出装置执行。

2、根据权利要求1所述三相多功能数位电力表，其特征在于显示器内设一显示器驱动电路，该驱动电路为一多工显示扫描电路，主要由四十八个共阳极显示器，该四十八个共阳极显示器可均分为三组，每组十六只显示器，其中每组显示器之阳极U1～U16，U17～U32，U33～U48，分别与晶体管θ1～θ16集电极连接，而每一晶体管集电极并接三只显示器阳极端，该晶体管发射极接正5V电源，又集成电路Ic1接脚0～15（Y0～Y15），分别与该晶体管Q1～Q16基极限流电阻连接，而集成电路Ic2、Ic3、Ic4之2、5、6、9、12、15、16、19（管脚数PIN  NUMBER）分别与三组共阳极显示扫描电路，其中该集成电路Ic2、Ic3、Ic4负责将CPU送来资料锁定，使扫描中显示器持续点亮。

Images