CN110389253A - 一种三相电参数的计量装置及末端计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相电参数的计量装置，包括对应三相输入电的三个处理器、对应三相输入电的三个电参数采样模块以及电源模块；所述处理器通过串行总线连接，同时每一所述处理器分别与一个所述电参数采样模块电连接，以及所述电源模块以并联方式与所述处理器电连接；每一所述电参数采样模块包括互感器电流采样电路、线电压采样电路、相电压采样电路；所述互感器电流采样电路的互感器包括至少两个内部为空腔的骨架，所述骨架之间设有间距并通过合金片相连接，各所述骨架上均设有绕组，所述绕组与所述合金片构成闭合磁回路。本发明实施例提供的一种三相电参数的计量装置及末端计量装置，能够实现电量计量装置小型化，更少占用配电箱空间。

Description

一种三相电参数的计量装置及末端计量装置

技术领域

本发明涉及电量计量技术领域，尤其是涉及一种三相电参数的计量装置及末端计量装置。

背景技术

随着现代工业发展，用电量不断的增大，用电监控的相关电器也不断升级，用于采集、监控电参量的电表被广泛应用于SCADA系统和能效管理系统。目前，现有的安装在配电箱末端的电表，一般采用导轨式的安装方式，通过有线连接方式进行数据传输；对于电参数的测量，采用电压互感器测量电压，以及通过电流互感器或者锰铜电阻采集电流参数。但是，由于电表内部的大尺寸工频互感器的结构设计，以及电表中结构复杂的AC/DC电源电路，导致电表体积大，占用较多的配电箱空间。

发明内容

本发明实施例提供了一种三相电参数的计量装置及末端计量装置，在满足电量计量要求的基础上，优化互感器结构以减小互感器的体积，从而使电量计量装置的内部结构更紧凑，以实现电量计量装置小型化，进而更少占用配电箱空间。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种三相电参数的计量装置，包括对应三相输入电的三个处理器、对应三相输入电的三个电参数采样模块以及电源模块；

所述处理器通过串行总线连接，同时每一所述处理器分别与一个所述电参数采样模块电连接，以及所述电源模块以并联方式与所述处理器电连接；

每一所述电参数采样模块包括互感器电流采样电路、线电压采样电路、相电压采样电路；

所述互感器电流采样电路的互感器包括至少两个内部为空腔的骨架，所述骨架之间设有间距并通过合金片相连接，各所述骨架上均设有绕组，所述绕组与所述合金片构成闭合磁回路。

作为优选地，所述骨架和所述合金片均设为两个，其中一个所述骨架的两端分别通过一个所述合金片与另一个所述骨架的两端相连接，形成环状的互感器。

作为优选地，所述的三相电参数的计量装置，还包括外壳，所述外壳设有贯穿所述三相电参数的计量装置的通孔；所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块都位于所述外壳内。

作为优选地，所述的三相电参数的计量装置，还包括用于与外部电源通电的导体连接件，所述导体连接件由所述外壳内穿过所述通孔伸展到所述外壳之外。

作为优选地，所述外壳内还包括电路板，所述电路板设有贯穿所述电路板板面且与所述外壳的通孔连通的穿孔，以及所述电路板与所述导体连接件电连接；

所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块设置于所述电路板，以及所述电路板设有用于与所述互感器连接的连接端。

作为优选地，所述电源模块为阻容降压电源电路，以及所述处理器均为低功耗微处理器。

作为优选地，所述线电压采样电路、所述相电压采样电路均为电阻分压采样电路。

作为优选地，所述的三相电参数的计量装置，还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输入端与所述电源模块的电源输出端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述三个处理器中的主处理器的电源输入端连接。

作为优选地，所述的三相电参数的计量装置，还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述主处理器的通信端连接。

本发明实施例提供了一种三相电参数的末端计量装置，包括：空气开关、电线以及如上所述的三相电参数的计量装置；

所述三相电参数的计量装置的导体连接件插入所述空气开关的插线孔以使所述三相电参数的计量装置与所述空气开关连接；

所述电线穿过所述三相电参数的计量装置，插入所述空气开关的插线孔。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供一种三相电参数的计量装置，由处理器、电源模块以及电参数采样模块组装而成，其中，采用互感电流采样方式对输入电流进行采样，并计量相关电参数，包括电流有效值等，达到精准、高效地计量电参数的效果。为了避免传统互感器电流采样方式的互感器体积大导致计量装置体积较大的缺点，本发明提供的所述三相电参数的计量装置的互感器，由于合金片连接于骨架上，且骨架的内部为空腔，起到空气磁芯的作用，相比起传统的磁芯更小，从而减小所述互感器的整体体积，而且所述互感器中的磁导率较低，磁通量不易达到饱和点，从而使其测量范围比传统的电流互感器更大；另外，相比起磁芯，合金片不但占用空间更小，而且有利于增强空腔中空气的磁通量，从而增强了小电流信号的输出，提高了小电流信号的精度，进而提高计量精度。

本发明提供一种三相电参数的末端计量装置，由空气开关、电线及上述三相电参数的计量装置组装而成，由于所述三相电参数的计量装置直接安装于空气开关的接线柱上取电，被测线路的电线穿过所述计量装置，从而方便、快捷地测量、监控电参数，同时，由于所述计量装置直接安装于空气开关，无需占用配电箱内的安装位置，从而节省了配电箱的空间。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的功能模块示意图；

图2是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的互感器的结构图；

图3是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的掉电检测方法的流程图；

图4是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的结构图；

图5是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的结构拆分示意图；

图6是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的第一处理器的电参数计量方法的原理图；

图7是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的第二处理器的电参数计量方法的原理图；

图8是本发明实施例中的一种三相电参数的计量装置的第三处理器的电参数计量方法的原理图；

其中，100、互感器；101、骨架；102、合金片；103、绕组；200、外壳；201、通孔；202、指示灯；301、上板；302、下板；401、导体板；402、铜插片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，其示出了本发明的示例性实施例的一种三相电参数的计量装置，包括对应三相输入电的三个处理器、对应三相输入电的三个电参数采样模块以及电源模块；

所述处理器通过串行总线连接，同时每一所述处理器分别与一个所述电参数采样模块电连接，以及所述电源模块以并联方式与所述处理器电连接；

每一所述电参数采样模块包括互感器电流采样电路、线电压采样电路、相电压采样电路；

所述互感器电流采样电路的互感器100包括至少两个内部为空腔的骨架101，所述骨架101之间设有间距并通过合金片102相连接，各所述骨架101上均设有绕组103，所述绕组103与所述合金片102构成闭合磁回路。

本发明实施例提供一种三相电参数的计量装置，由处理器、电源模块以及电参数采样模块组装而成，其中，采用互感电流采样方式对输入电流进行采样，并计量相关电参数，包括电流有效值等，达到精准、高效地计量电参数的效果。为了避免传统互感器电流采样方式的互感器体积大导致计量装置体积较大的缺点，本发明提供的所述三相电参数的计量装置的互感器，由于合金片连接于骨架上，且骨架的内部为空腔，起到空气磁芯的作用，相比起传统的磁芯更小，从而减小所述互感器的整体体积，而且所述互感器中的磁导率较低，磁通量不易达到饱和点，从而使其测量范围比传统的电流互感器更大；另外，相比起磁芯，合金片不但占用空间更小，而且有利于增强空腔中空气的磁通量，从而增强了小电流信号的输出，提高了小电流信号的精度，进而提高计量精度。

请参见图2，其示出了本发明的示例性实施例的一种三相电参数的计量装置的互感器100，所述骨架101和所述合金片102均设为两个，其中一个所述骨架101的两端分别通过一个所述合金片102与另一个所述骨架101的两端相连接，形成环状的互感器100。

可以理解的是，电参数采集计算，由于单片微处理的资源及数据处理能力有限，通过采用3个MCU分别对每个相电压、线电压和线电流进行采集、计算，其中一个MCU为主处理器MCU1，2个为从处理器MCU2和MCU3，MCU1通过串行总线通信读取从处理器MCU2和MCU3上的采集计算结果，并通过无线与网关通信，上传数据。

测量电参数时，电线穿过所述三相电参数的计量装置内部的互感器100，使得互感器100产生感应电流，从而使所述电参数采样模块采集感应电流的相关参数，所述电参数采样模块将采集感应电流所得的数据传输到所述处理器处理，从而实现电参数计量。

所述电源模块包括整流电路、稳压电路和直流降压电路；

所述稳压电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述稳压电路的输出端与所述直流降压电路的输入端连接，以及所述直流降压电路的输出端与所述处理器的电源输入端连接。

为了进一步减小体积，所述电源模块为采用阻容降压方式的电源电路，所述处理器为低功耗微处理器；优选地，所述处理器为TI的msp430i2041低功耗微处理器(MCU)。

可以理解的是，为了减小电源模块，采用阻容降压方式，此电源方案只能提供小电流供电，因此，整体进行低功耗设计，在主要器件上选择TI的msp430i2041低功耗微处理器(MCU)进行数据采集、计算，其内置了运放及4通道24位同步AD采集电路，满足电参数的采集、计算。

在本实施例中，交流市电230V输入，通过阻容降压、整流后得到直流电，通过稳压器后得到47V的稳定电压，再通过DCDC电源，将47V的电压转换成系统的3.3V供电电压。

为了进一步减小体积，所述线电压采样电路、所述相电压采样电路均为电阻分压采样电路。

可以理解的是，为了减小电参数采样模块的体积，采用了电阻分压进行电压测量，分压得到的电压通过MCU内部的AD进行采集。

在本实施例中，所述电参数采样模块包括互感器100电流采样电路和电阻分压采样电路；所述互感器100电流采样电路的输入端与电流源相连接，其输出端与所述处理器的电流采集信号端连接；所述电阻分压采样电路的输入端与电压源连接，其输出端与所述处理器的电压采集信号端连接。

所述三相电参数的计量装置，还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输入端与所述电源模块的电源输出端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述三个处理器中的主处理器的电源输入端连接。

请参见图3，在存储方面上，由于采用MCU内部的存储器，其擦除次数有限，为了避免频繁的数据写入，电度值的在掉电瞬间保存，因此，增加了掉电检测电路，采用电阻分压原理检测前端47V稳压后电压，在正常情况下，47V的电压波动不会低于46V，因此，分压电压值低于40V电压时，触发MCU中断，进行数据保存，有利于保护电参数计量器的数据，避免数据意外丢失。

所述三相电参数的计量装置，还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述主处理器的通信端连接。

可以理解的是，所述三相电参数的计量装置集中安装在配电箱中，为了避免电压、电流以及通信总线的接线不方便，采用无线通信方式，无需额外接线，避免在配电箱内安装大量电线，从而进一步节省配电箱内的空间。

请参见图4，其示出了本发明的示例性实施例的一种三相电参数的计量装置，还包括外壳200，所述外壳200设有贯穿所述三相电参数的计量装置的通孔201；所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块内置于所述外壳200；

优选地，所述外壳200上设有指示灯202，所述指示灯202与所述处理器电连接。

优选地，所述三相电参数的计量装置还包括用于与外部电源连接的导体连接件，所述导体连接件由所述外壳200内穿过所述通孔201伸展到所述外壳200之外；优选地，所述导体连接件为铜插片402，所述三相电参数的计量装置通过所述铜插片402与外部电源电连接。

所述通孔201包括第一通孔201和第二通孔201；

外壳200可拆分为第一外壳200、第二外壳200；

测量电参数时，其中电线通过所述第一通孔201贯穿所述三相电参数的计量装置，另一根电线通过所述第二通孔201贯穿所述三相电参数的计量装置；所述铜插片402与穿过所述三相电参数的计量装置的电线接触并通过配接的空气开关上的接线端子连接在一起。

优选地，所述三相电参数的计量装置内部包括用于实现电参数计量功能的电路板，所述电路板设有贯穿所述电路板板面且与所述外壳200的通孔201连通的穿孔，且所述电路板与所述导体连接件(优选为铜插片)电连接；

所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块设置于所述电路板，以及所述电路板设有用于与所述互感器100连接的连接端。

可以理解的是，当电线通过一个所述通孔进入所述外壳的内部时，所述电线穿过环状的互感器，同时所述电线穿过所述电路板的穿孔并通过所述外壳的另一个通孔从所述外壳穿出。

请参见图5，其示出了本发明的示例性实施例的一种三相电参数的计量装置，所述三相电参数的计量装置内部包括两块电路板，两块所述电路板为均设有贯穿所述电路板板面且与所述外壳200的通孔201连通的穿孔的上板301和下板302，所述上板301和所述下板302电连接；

优选地，采用排针连接方式将所述上板301与所述下板302连接；

所述上板301设有用于与所述互感器100连接的连接端，所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块设置于所述下板302；

所述互感器100位于所述上板301和所述下板302之间，且所述互感器100的环状通孔201与所述上板301及所述下板302的穿孔相通。

所述下板302与所述导体连接件连接取电，同时能够测量电压。

优选地，所述连接端为焊盘，所述互感器100通过导体焊接到所述焊盘，以实现电连接。

优选地，所述外壳200内还包括导体板401，所述导体板401上设有用于供电线穿过的穿孔，所述导体板401通过所述铜插片402与所述三相电参数的计量装置外部的电源电连接；

所述导体板401设有接触弹片并通过所述接触弹片与所述下板302电连接。

优选地，所述导体板401为铜板。

电线在安装时其中一条电线逐一穿过所述外壳200的通孔201、所述上板301的穿孔、所述互感器100、所述下板302的穿孔、所述外壳200的通孔201，从而穿过所述三相电参数的计量装置；另一条电线逐一穿过所述外壳200的通孔201、所述导体板401的穿孔、所述外壳200的通孔201。

本发明的示例性实施例提供一种三相电参数的末端计量装置，包括：空气开关、电线以及如上所述的三相电参数的计量装置；

所述三相电参数的计量装置的铜插片402插入所述空气开关的插线孔以使所述三相电参数的计量装置与所述空气开关连接，且所述三相电参数的计量装置的外壳与所述插线孔的一端贴合；

所述电线从所述三相电参数的计量装置的外壳上的通孔穿过所述三相电参数的计量装置并插入所述空气开关的插线孔。

本发明的示例性实施例的一种三相电参数的末端计量装置的安装方法，将以上所述的三相电参数的计量装置安装到空气开关，步骤包括：

将所述三相电参数的计量装置的铜插片402插入空气开关的插线孔；

将电线从所述三相电参数的计量装置的通孔201穿过并插入到所述插线孔；

拧紧所述空气开关的螺丝以固定所述插线孔中的电线及铜插片402。

本发明提供一种三相电参数的末端计量装置，由空气开关、电线及上述三相电参数的计量装置组装而成，由于所述三相电参数的计量装置直接安装于空气开关的接线柱上取电，被测线路的电线穿过所述计量装置，从而方便、快捷地测量、监控电参数，同时，由于所述计量装置直接安装于空气开关，无需占用配电箱内的安装位置，从而节省了配电箱的空间。

请参见图6-8，其示出了本发明的示例性实施例的一种三相电参数的计量装置的电参数计量方法，利用以上所述的三相电参数的计量装置进行电参数计量，具体步骤为：

利用电参数采集模块对经过互感器100的电流进行采样同时对输入电压进行采样；

将采样值输送到处理器以进行电参数的计量运算；

所述主处理器读取另外两个处理器的电参数；

输出电参数计量值。

其中，所述电参数计量值包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、电度值等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三相电参数的计量装置，其特征在于，包括对应三相输入电的三个处理器、对应三相输入电的三个电参数采样模块以及电源模块；

所述处理器通过串行总线连接，同时每一所述处理器分别与一个所述电参数采样模块电连接，以及所述电源模块以并联方式与所述处理器电连接；

每一所述电参数采样模块包括互感器电流采样电路、线电压采样电路、相电压采样电路；

所述互感器电流采样电路的互感器包括至少两个内部为空腔的骨架，所述骨架之间设有间距并通过合金片相连接，各所述骨架上均设有绕组，所述绕组与所述合金片构成闭合磁回路。

2.如权利要求1所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，所述骨架和所述合金片均设为两个，其中一个所述骨架的两端分别通过一个所述合金片与另一个所述骨架的两端相连接，形成环状的互感器。

3.如权利要求2所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，还包括外壳，所述外壳设有贯穿所述三相电参数的计量装置的通孔；所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块都位于所述外壳内。

4.如权利要求3所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，还包括用于与外部电源通电的导体连接件，所述导体连接件由所述外壳内穿过所述通孔伸展到所述外壳之外。

5.如权利要求4所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，所述外壳内还包括电路板，所述电路板设有贯穿所述电路板板面且与所述外壳的通孔连通的穿孔，以及所述电路板与所述导体连接件电连接；

所述处理器、所述电源模块以及所述电参数采样模块设置于所述电路板，以及所述电路板设有用于与所述互感器连接的连接端。

6.如权利要求5所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，所述电源模块为阻容降压电源电路，以及所述处理器均为低功耗微处理器。

7.如权利要求5所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，所述线电压采样电路、所述相电压采样电路均为电阻分压采样电路。

8.如权利要求5所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，还包括掉电检测电路，所述掉电检测电路的输入端与所述电源模块的电源输出端连接，所述掉电检测电路的输出端与所述三个处理器中的主处理器的电源输入端连接。

9.如权利要求5所述的三相电参数的计量装置，其特征在于，还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述主处理器的通信端连接。

10.一种三相电参数的末端计量装置，其特征在于，包括：空气开关、电线以及如权利要求5至9任一项所述的三相电参数的计量装置；

所述三相电参数的计量装置的导体连接件插入所述空气开关的插线孔以使所述三相电参数的计量装置与所述空气开关连接；

所述电线穿过所述三相电参数的计量装置，插入所述空气开关的插线孔。