CN109470900A - 一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术，包括微处理器电路，继电器，以及与所述微处理器电路连接的电源电路、交流电特征提取电路及继电器驱动电路；所述微处理器电路包括一个微处理器；所述交流电特征提取电路包括电压分压采样电路、电流采样电路及特征提取模块电路，所述特征提取模块电路用于获取火线电压、电流的过零点及相位等特征信息。由于本发明可以实现跳合闸时刻的可控性，所以本发明可以灵活应对各种负载特性下的跳合闸状况。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术，属于智能电能表领域。
背景技术
电能表的跳合闸功能是电表进行费控的一项必要功能。对于智能电能表，其跳合闸功能一般由电表MCU通过控制继电器驱动电路来实现，目前的主要方式是当电能表需要跳合闸时，电表MCU立即使能继电器驱动电路以驱动继电器完成跳合闸动作。电能表继电器控制的是50Hz交流电的通断，目前跳合闸动作完成的时刻是完全随机的，当负载较重且呈现感性或容性时，如果跳合闸时刻处于电压或电流较大值时，此时会产生较大的冲击电压或涌流，产生拉弧。现在居民用户的用电设备种类繁多，跳合闸时刻产生的冲击电压或涌流一方面会减少继电器使用次数、缩短电表整体使用寿命，另一面会损害用户的用电设备，严重时可能会损坏用电设备、引起火灾甚至造成人身伤害。
随着智能电能表的全面普及、居民用电设备的增多，安全的电能表跳合闸技术对于电力公司及居民用户都具有重要意义，一方面对于电力公司来说，安全的跳合闸技术可以延长电能表使用寿命；另一方面对于用户而言，安全的跳合闸技术可以保护家用电器并提供更加安全的用电环境。因此，实现基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了改善现有智能电能表跳合闸技术随机性所带来的问题，提出了一种基于交流电特性的、电压过零点跳闸、电流过零点合闸的电能表安全跳合闸技术。
本发明所述的一种基于交流电特性的智能电能表安全跳合闸技术，它包括电源电路，交流电特征提取电路，微控制器电路，继电器，继电器驱动电路。
本发明所述的交流电特征提取电路包括L线电压分压采样电路，L线电流采样电路，特征提取模块电路。
所述特征提取电路包括L线电压过零点检测电路、L线电流过零点检测电路、L线电压相位检测电路、L线电流相位检测电路、功率因数检测电路、强弱电隔离耦合电路以及与所述微控制器相连接的通讯电路等功能电路。
所述L线电压分压采样电路由分压电阻组成，一端接交流市电，另一端接所述特征提取模块电路L线电压采样引脚。
所述L线电压分压采样电路由锰铜组成，一端接交流市电，另一端接所述特征提取模块电路L线电流采样引脚。
所述继电器为磁保持继电器，可通过向磁保持继电器线圈提供正反向电压来控制其通断。。
所述继电器驱动电路包括继电器驱动芯片，及与所述磁保持继电器规格相适配的外围电阻电容。
所述继电器驱动芯片包括与所述微控制器连接的正向驱动使能引脚，反向驱动使能引脚。
所述继电器驱动芯片包括与所述继电器连接的驱动引脚。
所述电源电路包括3.3V电源，为微处理器及其外围电路供电、交流电特征提取电路供电。
所述电源电路包括15V电源，为继电器驱动电路供电。
所述微控制器电路包括微控制器及其外围电路。
所述微控制器包括与所述特征提取模块连接的通讯模块。
所述微控制器包括与所述继电器驱动芯片正反向驱动使能端连接的IO引脚。
所述微控制器读取交流电特征提取电路提取的交流电信息，通过配套的处理程序，通过继电器驱动电路控制继电器在电压过零点合闸，在电流过零点跳闸。
附图说明
图1是基于本发明一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术的系统结构图。
图2是基于本发明的电源电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为基于本发明一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术的系统结构图。
本发明所述的一种基于交流电特性的智能电能表安全跳合闸技术，它包括电源电路104，交流电特征提取电路102，微控制器电路101，继电器105，继电器驱动电路103。
所述微控制器电路101包括微控制器及其外围电路。
所述微控制器可以处理所述交流电特征提取电路102传输的交流电特征信息，获取火线电压过零点、火线电流过零点及火线电压电流相位等信息，同时内置程序可以根据所述信息控制使能本发明所述的继电器驱动电路103，使所述继电器105在电压过零点合闸，在电流过零点跳闸。
本发明优选青岛鼎信通讯公司的TC800X系列的TC8001微处理器，TC8001微处理器含有6个UART通讯模块，其中一路可以用来与交流电特征提取电路102通讯；TC8001微处理器的两个GPIO引脚可以使能继电器驱动电路103。
需要说明的是，本发明所述微处理器可以选择其他型号，只要可以完成本发明所述功能即可。
本发明所述交流电特征提取电路102包括L线电压分压采样电路，L线电流采样电路，特征提取模块电路。
本发明所述特征提取模块电路包括特征提取芯片及其外围电路。
所述特征提取芯片内部包括L线电压过零点检测模块电路、L线电流过零点检测模块电路、L线电压相位检测模块电路、L线电流相位检测模块电路、功率因数检测模块电路以及与所述微控制器相连接的通讯模块电路等功能模块电路。
所述L线电压过零点检测模块可以检测火线电压过零点信息。
所述L线电流过零点检测模块可以检测火线电流过零点信息。
所述L线电压相位检测模块可以检测火线电压相位信息。
所述L线电流相位检测模块可以检测火线电流相位信息。
所述功率因数检测模块可以检测火线功率因数信息。
所述通讯模块可以与所述微控制器进行通讯，将所述火线电压过零点信息、火线电流过零点信息、火线电压相位信息、火线电流相位信息、火线功率因数信息等传输给微控制器。
本发明优选青岛鼎信通讯公司的TC300X系列的TC3001芯片实现特征提取芯片电路功能，TC3001芯片有两路电流采样电路，可采样火线和零线电流，一路电压采样电路，可采样火线和零线电压，提供误差小于100μs的电压电流过零点检测功能，提供火线电压电流相位及功率因数测量功能，包括两线UART通讯模块，支持高速数据通信。
需要说明的是，本发明所述特征提取芯片可以选择其他型号，只要可以完成本发明所述功能即可。
需要说明的是，本发明所述特征提取模块电路可以使用自行搭建的电路，只要可以完成本发明所述交流电特征信息获取功能即可。
本发明所述继电器105为磁保持继电器，所述继电器105需要能稳定动作，并具有良好的大电流通断能力。
本发明优选宏发公司的HFE66-100继电器，此继电器额定驱动电压9V，最大驱动电流100A，回跳时间≤0.2ms。
需要说明的是本发明所述继电器可以选择其他型号继电器，只要驱动电压、最大电流及回跳时间参数满足要求即可。
本发明所述继电器驱动电路103包括继电器驱动芯片以及与所述继电器105规格相适配的外围电路。继电器驱动芯片能够提供稳定的驱动电压与驱动电流，并能够驱动继电器完成吸合与回复两种动作。
本发明优选青岛鼎信通讯公司的TC7005芯片搭建继电器驱动电路，TC7005芯片工作电压范围12-28V，对外提供稳定11.5V电源，最大输出电流600mA。
需要说明的是本发明所述继电器驱动芯片可以选择其他型号，只要可以完成本发明所说功能即可。
线面结合附图2说明本发明的电路原理图。
参加附图2，该图为基于本发明一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术的电路原理图。
本发明所述电源电路104提供三种电源：15V，5V和3.3V。
第一AC/DC201将220V交流电压转化为15V直流电压。第一线性电源(LDO，LowDropout Regulator)202将所述15V直流电压转换为5V直流电压。第二线性电源203将所述5V直流电压转换为3.3V直流电压。
需要说明的是本发明所述第一AC/DC201优选线性电源，线性电源可以提高电源的效率。所述开关电源可以选择开关电源TC7002实现。当然也可以根据实际需要选择其他型号的开关电源，将220V交流电压转换为15V直流电压。
需要说明的是，所述15V直流电压为继电器驱动电路电路103供电。
需要说明的是本发明所述第一线性电源202优选线性电源，线性电源可以提高微处理器的稳定性。所述线性电源可以选择TC7150来实现。当然也可以根据需要选择其他型号的线性电源，将15V直流电压转换为5V直流电压。
需要说明的是，所述5V直流电压为微处理器电路101供电。
需要说明的是本发明所述第一线性电源203优选线性电源，线性电源可以提高特征采集芯片的稳定性。所述线性电源可以选择TC7133来实现。当然也可以根据需要选择其他型号的线性电源，将5V直流电压转换为3.3V直流电压。
需要说明的是，所述3.3V直流电压为交流电特征提取电路102供电。
Claims (8)
1.一种基于交流电特征的智能电能表安全跳合闸技术，包括微处理器电路，继电器，以及与所述微处理器电路连接的电源电路、交流电特征提取电路及继电器驱动电路，其特征在于，所述微处理器电路包括一个微处理器及其外围电路；所述微处理器用于处理交流电特征提取电路传输的信号，同事还负责使能驱动继电器驱动电路。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述交流电特征提取电路包括火线电压分压采样电路，火线电流采样电路，特征提取模块电路，所述火线电压分压采样电路将交流电压信号传入特征提取模块电路，所述火线电流采样电路将交流电流信号传入特征提取模块电路。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述特征提取模块电路包括交流电压特征提取电路，交流电流特征提取电路，功率因数获取电路，与所述微控制器连接的通讯电路；
所述交流电压特征提取电路与火线电压分压采样电路连接，用于获取火线电压的过零点、相位等信息；
所述交流电流特征提取电路与火线电流采样电路连接，用于获取火线电流的过零点、相位等信息；
所述功率因数获取电路，用于获取火线电压电流的功率因数信息；
所述通讯电路，用于将上述交流电特征信息传输给所述微控制器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电源电路包括15V电源，用于为继电器驱动电路供电。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述电源电路还包括线性电源，用于将15V电源转换为5V电源；所述5V电源用于为微控制器电路供电。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述电源电路还包括线性电源，用于将5V电源转换为3.3V电源；所述3.3V电源用于为交流电特征提取电路供电。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述继电器驱动电路包括继电器驱动芯片及外围电路，在微控制器控制下驱动继电器进行动作。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述继电器为磁保持继电器，用于完成跳合闸动作，控制用电线路的通断。
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