CN112782472A - 一种安全电能表 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种安全电能表，包括主控模块，主控模块连接有模数转换模块、电源模块以及显示模块；模数转换模块连接有电压采样模块和电流采样模块；电压采样模块采样用电负荷的电压值，电流采样模块采样用电负荷的电流值，模数转换模块将用电负荷的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块，主控模块根据用电负荷电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块。本发明提供的安全电能表，对超负荷电流进行统计，在进行电能统计时可有效考量电流超负荷带来的电能偏差，并避免安全隐患。

Description

一种安全电能表

技术领域

本发明属于电力电能表技术领域，具体涉及一种安全电能表。

背景技术

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表和千瓦小时表。

现有的供电系统通过电能表计量用户使用的电能，根据计量的电能计算电费，电能表计量的准确性对规范居民用户用电行为，以及指导用户节约用电有重要作用。现有的电能表在额定电流范围内使用，通常计量结果准确，但部分用户负荷较大，实际电流远远大于额定电流，从而造成计量偏差，导致计算电费不准确，同时带来安全隐患，而现有的电能表无法对用户超负荷的情形进行统计与规范。

此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种安全电能表，是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术的上述现有的电能表无法对用户超负荷的情形进行统计与规范的缺陷，本发明提供一种安全电能表，以解决上述技术问题。

本发明提供一种安全电能表，包括主控模块，主控模块连接有模数转换模块、电源模块以及显示模块；

电源模块还与模数转换模块连接；

模数转换模块连接有电压采样模块和电流采样模块；

电压采样模块采样用电负荷的电压值，电流采样模块采样用电负荷的电流值，模数转换模块将用电负荷的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块，主控模块根据用电负荷电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块。

进一步地，主控模块包括电能值统计单元和超负荷电流统计单元；

电能值统计单元，用于通过电压采样模块获取用电负荷的电压值，通过电流采样模块获取用电负荷的电流值，统计出用电负荷的电流值持续时间，设定为用电时间，再根据用电负荷的电压值、电流值及用电时间计算出电能值，提供给显示模块；

超负荷电流统计单元，用于根据电流采样模块获取的用电负荷电流值，与电流阈值比较统计出超负荷的电流值，设置为超负荷电流，统计出超负荷电流的持续时间以及超负荷电流的最大值提供给显示模块。

进一步地，电能值统计单元根据采样的用电负荷的电压值及用电时间，计算出电压有效值，根据采样的用电负荷的电流值及用电时间，计算出电流有效值，再根据电压有效值、电流有效值与用电时间计算出电能值。

进一步地，显示模块包括电能值显示区域和超负荷电流显示区域；

电能值显示区域，用于实时显示用电负荷的电能值；

超负荷电流显示区域，用于显示超负荷电流的最大值，及超负荷电流持续时间。

进一步地，主控模块还连接有通信模块，通信模块连接有远程电能采集终端。

进一步地，通信模块采用RS485通信模块或无线通信模块。

进一步地，电源模块包括电源转换芯片，电源转换芯片连接有电池单元以及滤波电源，滤波单元连接有整流单元，整流单元连接有降压变压单元，降压变压单元连接有交流电压源；

电源转换芯片还与主控模块和模数转换模块连接。

进一步地，交流电压源通过开关与用电负荷连接。

进一步地，电流采样模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第二电容C2；

用电负荷包括第一端子、第二端子以及第三端子；

用电负荷的第一端子通过开关与交流电压源一端连接，用电负荷的第二端子与交流电压源的另一端连接，用电负荷的第三端子接地；

用电负荷第一端子与开关之间设置有第一电流采样点和第二电流采样点，第一电流采样点与第一电阻R1连接，第一电阻R1另一端与第一电容C1连接，且连接有第一电流采样输出点A1，第一电容C1另一端接地；

第二电流采样点与第二电阻R2连接，第二电阻R2另一端与第二电容C2连接，且连接有第二电流采样输出点A2，第二电容C2另一端接地；

第一电流采样输出点A1与第二电流采样输出点A2均与模数转换模块连接。

进一步地，电压采样模块包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3以及第四电容C4；

用电负荷第一端子与开关之间设置有第一电压采样点，用电负荷第二端子与交流电压源之间设置有第二电压采样点；

第一电压采样点与第三电阻R3连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4及第三电容C3连接，且连接有第一电压采样输出点B1，第四电阻R4另一端与第三电容C3另一端连接并接地；

第二电压采样点与第五电阻R5连接，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6及第四电容C4连接，且连接有第二电压采样输出点B2，第六电阻R6另一端与第四电容C4另一端连接并接地；

第一电压采样输出点B1与第二电压采样输出点B2均与模数转换模块连接。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的安全电能表，实现电能统计的同时，还对超负荷电流进行统计，并通过显示模块输出超负荷电流最大值和超负荷电流持续时间，在进行电能统计时可有效考量电流超负荷带来的电能偏差，并避免安全隐患。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的安全电能表内部结构示意图一；

图2是本发明的安全电能表内部结构示意图二；

图3为本发明的安全电能表采样电路示意图；

图中，1-主控模块；1.1-电能值统计单元；1.2-超负荷电流统计单元；2-模数转换模块；3-电源模块；3.1-电源转换芯片；3.2-电池单元；3.3-滤波单元；3.4-整流单元；3.5-降压变压单元；4-显示模块；4.1-电能值显示区域；4.2-超负荷电流显示区域；5-电压采样模块；6-电流采样模块；7-用电负荷；8-通信模块；9-远程电能采集终端；10-交流电压源；11-开关；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-第三电容；C4-第四电容；A1-第一电流采样输出点；A2-第二电流采样输出点；B1-第一电压采样输出点；B2-第二电压采样输出点。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种安全电能表，包括主控模块1，主控模块1连接有模数转换模块2、电源模块3以及显示模块4；

电源模块3还与模数转换模块2连接；

模数转换模块2连接有电压采样模块5和电流采样模块6；

电压采样模块5采样用电负荷7的电压值，电流采样模块6采样用电负荷7的电流值，模数转换模块2将用电负荷7的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块1，主控模块1根据用电负荷7电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷7电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块4。

实施例2：

如图2所示，本发明提供一种安全电能表，包括主控模块1，主控模块1连接有模数转换模块2、电源模块3、显示模块4以及通信模块8；

电源模块3还与模数转换模块2连接；

模数转换模块2连接有电压采样模块5和电流采样模块6；

通信模块8连接有远程电能采集终端9；通信模块8可采用RS485通信模块或无线通信模块；

电压采样模块5采样用电负荷7的电压值，电流采样模块6采样用电负荷7的电流值，模数转换模块2将用电负荷7的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块1，主控模块1根据用电负荷7电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷7电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块4；

主控模块1包括电能值统计单元1.1和超负荷电流统计单元1.2；

电能值统计单元1.1，用于通过电压采样模块5获取用电负荷7的电压值，通过电流采样模块6获取用电负荷7的电流值，统计出用电负荷7的电流值持续时间，设定为用电时间，再根据用电负荷7的电压值、电流值及用电时间计算出电能值，提供给显示模块4；电能值统计单元1.1根据采样的用电负荷7的电压值及用电时间，计算出电压有效值，根据采样的用电负荷7的电流值及用电时间，计算出电流有效值，再根据电压有效值、电流有效值与用电时间计算出电能值；

超负荷电流统计单元1.2，用于根据电流采样模块6获取的用电负荷7电流值，与电流阈值比较统计出超负荷的电流值，设置为超负荷电流，统计出超负荷电流的持续时间以及超负荷电流的最大值提供给显示模块4；

电源模块3包括电源转换芯片3.1，电源转换芯片3.1连接有电池单元3.2以及滤波电源3.3，滤波单元3.3连接有整流单元3.4，整流单元3.4连接有降压变压单元3.5，降压变压单元3.5连接有交流电压源10；

电源转换芯片3.1还与主控模块1和模数转换模块2连接；

显示模块4包括电能值显示区域4.1和超负荷电流显示区域4.2；

电能值显示区域4.1，用于实时显示用电负荷7的电能值；

超负荷电流显示区域4.2，用于显示超负荷电流的最大值，及超负荷电流持续时间。

在上述实施例2中，如图3所示，交流电压源10通过开关11与用电负荷7连接；

电流采样模块6包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第二电容C2；

用电负荷7包括第一端子、第二端子以及第三端子；

用电负荷7的第一端子通过开关11与交流电压源10一端连接，用电负荷7的第二端子与交流电压源10的另一端连接，用电负荷7的第三端子接地；

用电负荷7第一端子与开关11之间设置有第一电流采样点和第二电流采样点，第一电流采样点与第一电阻R1连接，第一电阻R1另一端与第一电容C1连接，且连接有第一电流采样输出点A1，第一电容C1另一端接地；

第二电流采样点与第二电阻R2连接，第二电阻R2另一端与第二电容C2连接，且连接有第二电流采样输出点A2，第二电容C2另一端接地；

第一电流采样输出点A1与第二电流采样输出点A2均与模数转换模块2连接；

电压采样模块5包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3以及第四电容C4；

用电负荷7第一端子与开关11之间设置有第一电压采样点，用电负荷7第二端子与交流电压源10之间设置有第二电压采样点；

第一电压采样点与第三电阻R3连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4及第三电容C3连接，且连接有第一电压采样输出点B1，第四电阻R4另一端与第三电容C3另一端连接并接地；

第二电压采样点与第五电阻R5连接，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6及第四电容C4连接，且连接有第二电压采样输出点B2，第六电阻R6另一端与第四电容C4另一端连接并接地；

第一电压采样输出点B1与第二电压采样输出点B2均与模数转换模块2连接。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种安全电能表，其特征在于，包括主控模块（1），主控模块（1）连接有模数转换模块（2）、电源模块（3）以及显示模块（4）；

电源模块（3）还与模数转换模块（2）连接；

模数转换模块（2）连接有电压采样模块（5）和电流采样模块（6）；

电压采样模块（5）采样用电负荷（7）的电压值，电流采样模块（6）采样用电负荷（7）的电流值，模数转换模块（2）将用电负荷（7）的电压值及电流值转换为数字量，提供给主控模块（1），主控模块（1）根据用电负荷（7）电压值及电流值统计电能值，并判断用电负荷（7）电流值是否超过额定电流，以及在超过额定电流时，记录超负荷的电流值，并统计超负荷电流持续时间，再将电能值、超负荷电流值及超负荷电流持续时间提供给显示模块（4）。

2.如权利要求1所述的安全电能表，其特征在于，主控模块（1）包括电能值统计单元（1.1）和超负荷电流统计单元（1.2）；

电能值统计单元（1.1），用于通过电压采样模块（5）获取用电负荷（7）的电压值，通过电流采样模块（6）获取用电负荷（7）的电流值，统计出用电负荷（7）的电流值持续时间，设定为用电时间，再根据用电负荷（7）的电压值、电流值及用电时间计算出电能值，提供给显示模块（4）；

超负荷电流统计单元（1.2），用于根据电流采样模块（6）获取的用电负荷（7）电流值，与电流阈值比较统计出超负荷的电流值，设置为超负荷电流，统计出超负荷电流的持续时间以及超负荷电流的最大值提供给显示模块（4）。

3.如权利要求2所述的安全电能表，其特征在于，电能值统计单元（1.1）根据采样的用电负荷（7）的电压值及用电时间，计算出电压有效值，根据采样的用电负荷（7）的电流值及用电时间，计算出电流有效值，再根据电压有效值、电流有效值与用电时间计算出电能值。

4.如权利要求2所述的安全电能表，其特征在于，显示模块（4）包括电能值显示区域（4.1）和超负荷电流显示区域（4.2）；

电能值显示区域（4.1），用于实时显示用电负荷（7）的电能值；

超负荷电流显示区域（4.2），用于显示超负荷电流的最大值，及超负荷电流持续时间。

5.如权利要求1所述的安全电能表，其特征在于，主控模块（1）还连接有通信模块（8），通信模块（8）连接有远程电能采集终端（9）。

6.如权利要求5所述的安全电能表，其特征在于，通信模块（8）采用RS485通信模块或无线通信模块。

7.如权利要求1所述的安全电能表，其特征在于，电源模块（3）包括电源转换芯片（3.1），电源转换芯片（3.1）连接有电池单元（3.2）以及滤波电源（3.3），滤波单元（3.3）连接有整流单元（3.4），整流单元（3.4）连接有降压变压单元（3.5），降压变压单元（3.5）连接有交流电压源（10）；

电源转换芯片（3.1）还与主控模块（1）和模数转换模块（2）连接。

8.如权利要求7所述的安全电能表，其特征在于，交流电压源（10）通过开关（11）与用电负荷（7）连接。

9.如权利要求8所述的安全电能表，其特征在于，电流采样模块（6）包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1以及第二电容C2；

用电负荷（7）包括第一端子、第二端子以及第三端子；

用电负荷（7）的第一端子通过开关（11）与交流电压源（10）一端连接，用电负荷（7）的第二端子与交流电压源（10）的另一端连接，用电负荷（7）的第三端子接地；

用电负荷（7）第一端子与开关（11）之间设置有第一电流采样点和第二电流采样点，第一电流采样点与第一电阻R1连接，第一电阻R1另一端与第一电容C1连接，且连接有第一电流采样输出点A1，第一电容C1另一端接地；

第二电流采样点与第二电阻R2连接，第二电阻R2另一端与第二电容C2连接，且连接有第二电流采样输出点A2，第二电容C2另一端接地；

第一电流采样输出点A1与第二电流采样输出点A2均与模数转换模块（2）连接。

10.如权利要求9所述的安全电能表，其特征在于，电压采样模块（5）包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3以及第四电容C4；

用电负荷（7）第一端子与开关（11）之间设置有第一电压采样点，用电负荷（7）第二端子与交流电压源（10）之间设置有第二电压采样点；

第一电压采样点与第三电阻R3连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4及第三电容C3连接，且连接有第一电压采样输出点B1，第四电阻R4另一端与第三电容C3另一端连接并接地；

第二电压采样点与第五电阻R5连接，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6及第四电容C4连接，且连接有第二电压采样输出点B2，第六电阻R6另一端与第四电容C4另一端连接并接地；

第一电压采样输出点B1与第二电压采样输出点B2均与模数转换模块（2）连接。

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