CN113156203A - 一种电能计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能计量系统，涉及电能领域，该电能计量系统，包括：市电电源，用于提供交流电压；降压整流滤波模块，用于将交流电转化为平稳的直流电；复位模块，用于将处理模块恢复为开始状态；晶振模块，用于生成频率和峰值稳定的正弦波；电流采集模块，用于采集电流信息；电压采集模块，用于采集电压信息；处理模块，用于处理电流、电压信息；输出模块，用于输出电能信息；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的电流采集和电压采集的负端都连接的是地线，使得在校准的时候更为方便，能够简便的使得采集的电流信号、电压信号都能够在需求的工作范围内。

Description

一种电能计量系统

技术领域

本发明涉及电能领域，具体是一种电能计量系统。

背景技术

电能，是指使用电以各种形式做功的能力。在当前生活中，由于时时刻刻需要电能，作为供给电能的一方需要查收电能使用情况来收取费用，往往通过统一的电能计量装置来监测电能使用状况，以此来保证国家财政收入、电力系统经济准确核算、电力工业经济利益合理分配、用电客户按用电量合理缴纳电费；为查处违章、违约用电，防止窃电，处理电费纠纷等提供详实数据。

目前市场上的电能计量装置往往在采集电流信息和电压采集信息时往往会出现校对不准的情况，使得采集电能信息变得繁琐，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电能计量系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电能计量系统，包括：

市电电源，用于提供交流电压；

降压整流滤波模块，用于将交流电转化为平稳的直流电；

复位模块，用于将处理模块恢复为开始状态；

晶振模块，用于生成频率和峰值稳定的正弦波；

电流采集模块，用于采集电流信息；

电压采集模块，用于采集电压信息；

处理模块，用于处理电流、电压信息；

输出模块，用于输出电能信息；

市电电源连接降压整流滤波模块、电流采集模块、电压采集模块，降压整流滤波模块连接复位模块、输出模块，复位模块连接处理模块，处理模块连接晶振模块，输出模块连接处理模块，电流采集模块连接处理模块，电压采集模块连接处理模块。

进一步的，降压整流滤波模块包括降压电路、整流电路、滤波电路；

降压电路，用于将220V交流电电压降低；

整流电路，用于将交流电转化为直流电；

滤波电路，用于将不平稳的直流电转化为平稳的直流电；

降压电路的输入端连接市电电源的输出端，降压电路的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接滤波电路的输入端。

进一步的，电压采集模块包括正端电压采集电路、负端电压采集电路；

正端电压采集电路，用于采集高电平一侧的电压；

负端电压采集电路，用于采集接地电压；

正端电压采集电路的输入端连接市电电源，正端电压采集电路的输出端连接处理模块的输入端，负端电压采集电路的输入端接地，负端电压采集电路的输出端连接处理模块的输入端。

进一步的，电流采集模块包括正端电流采集电路、负端电流采集电路；

正端电流采集电路，用于采集高电平一侧的电流；

负端电流采集电路，用于采集接地电流；

正端电流采集电路的输入端连接市电电源，正端电流采集电路的输出端连接处理模块的输入端，负端电流采集电路的输入端接地，负端电流采集电路的输出端连接处理模块的输入端。

进一步的，整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管所构成，市电电源的输入端一端连接第一二极管的正极、第三二极管的负极，市电电源的输入端另一端连接第二二极管的正极、第四二极管的负极，第一二极管的负极连接第二二极管的负极、滤波电路的输入端一端，第三二极管的正极连接第四二极管的正极连接滤波电路的输入端另一端。

进一步的，滤波电路由第一电容、第一电感、第一电阻所构成，整流电路的输出端一端连接第一电容的一端、第一电感的一端，整流电路的输出端另一端连接第一电容的另一端、第一电阻的一端，第一电感的另一端连接第一电阻的另一端、第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接复位模块的输入端、输出模块的输入端。

进一步的，正端电压采集电路包括第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻，市电电源输出端一端连接第二开关、第十四电阻，第二开关的另一端连接第三开关、第十三电阻、第十四电阻的另一端，第三开关的另一端连接第十三电阻的另一端、第十二电阻、第四开关，第四开关的另一端连接第十二电阻的另一端、第十一电阻，第四开关的另一端连接第五开关、第十二电阻的另一端、第十一电阻，第五开关的另一端连接第十一电阻的另一端、处理模块的第五端。

进一步的，正端电流采集电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第七电容，第四电阻的一端连接市电电源的输出端另一端，第四电阻的另一端连接第五电阻、第七电阻，第五电阻的另一端接地，第七电阻的另一端连接第七电容，第七电容的另一端连接处理模块的第七端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的电流采集和电压采集的负端都连接的是地线，使得在校准的时候更为方便，能够简便的使得采集的电流信号、电压信号都能够在需求的工作范围内。

附图说明

图1为一种电能计量系统的原理图。

图2为一种电能计量系统的电路图。

图3为ADE7755的引脚图。

图4为TLP521-4的引脚图。

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做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。

实施例1：请参阅图1，一种电能计量系统1，包括：

市电电源2，用于提供交流电压；

降压整流滤波模块3，用于将交流电转化为平稳的直流电；

复位模块4，用于将处理模块恢复为开始状态；

晶振模块5，用于生成频率和峰值稳定的正弦波；

电流采集模块9，用于采集电流信息；

电压采集模块8，用于采集电压信息；

处理模块7，用于处理电流、电压信息；

输出模块6，用于输出电能信息；

市电电源2连接降压整流滤波模块3、电流采集模块9、电压采集模块8，降压整流滤波模块3连接复位模块4、输出模块6，复位模块4连接处理模块7，处理模块7连接晶振模块5，输出模块6连接处理模块7，电流采集模块9连接处理模块7，电压采集模块8连接处理模块7。

在本实施例中，降压整流滤波模块3包括降压电路、整流电路、滤波电路；

降压电路，用于将220V交流电电压降低；

整流电路，用于将交流电转化为直流电；

滤波电路，用于将不平稳的直流电转化为平稳的直流电；

降压电路的输入端连接市电电源2的输出端，降压电路的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接滤波电路的输入端。

降压电路通过第一变压器W达到降压目的。

在另一个实施例中，可以通过电阻和电容并联来达到电容式降压。

在本实施例中，电压采集模块8包括正端电压采集电路、负端电压采集电路；

正端电压采集电路，用于采集高电平一侧的电压；

负端电压采集电路，用于采集接地电压；

正端电压采集电路的输入端连接市电电源2，正端电压采集电路的输出端连接处理模块7的输入端，负端电压采集电路的输入端接地，负端电压采集电路的输出端连接处理模块7的输入端。

正端电压采集电路并联电阻和开关，来达到闭合开关改变电路总电阻，方便调节采集电压。

在另一个实施例中，可以通过电位器来代替电阻和开关的并联，通过改变电位器的阻值来改变电路的总电阻，同样调节采集电压。

在本实施例中，电流采集模块8包括正端电流采集电路、负端电流采集电路；

正端电流采集电路，用于采集高电平一侧的电流；

负端电流采集电路，用于采集接地电流；

正端电流采集电路的输入端连接市电电源2，正端电流采集电路的输出端连接处理模块6的输入端，负端电流采集电路的输入端接地，负端电流采集电路的输出端连接处理模块6的输入端。

通过固定的电阻来采集初始电流信息。

在另一个实施例中，可以改变电阻阻值，同样达到采集电流目的。

在本实施例中，整流电路由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4所构成，市电电源2的输入端一端连接第一二极管D1的正极、第三二极管D3的负极，市电电源2的输入端另一端连接第二二极管D2的正极、第四二极管D4的负极，第一二极管D1的负极连接第二二极管D2的负极、滤波电路的输入端一端，第三二极管D3的正极连接第四二极管D4的正极连接滤波电路的输入端另一端。

四个二极管组成桥式整流电路来达到整流目的。

在另一个实施例中，可以通过半波整流达到整流目的。

在本实施例中，滤波电路由第一电容C1、第一电感L1、第一电阻R1所构成，整流电路的输出端一端连接第一电容C1的一端、第一电感L1的一端，整流电路的输出端另一端连接第一电容C1的另一端、第一电阻R1的一端，第一电感L1的另一端连接第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接复位模块4的输入端、输出模块6的输入端。

滤波电路由电容、电感、电阻所构成，电感、电容通过吸放电达到滤波效果，因为电容容值较大，电阻用来减缓吸放电过快。

在另一个实施例中，在电容容值较小时，通过π型滤波器，即一个电感、两个电容组成，来达到滤波效果。

在本实施例中，正端电压采集电路包括第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14，市电电源2输出端一端连接第二开关S2、第十四电阻R14，第二开关S2的另一端连接第三开关S3、第十三电阻R13、第十四电阻R14的另一端，第三开关S3的另一端连接第十三电阻R13的另一端、第十二电阻R12、第四开关S4，第四开关S4的另一端连接第十二电阻R12的另一端、第十一电阻R11，第四开关S4的另一端连接第五开关S5、第十二电阻R12的另一端、第十一电阻R11，第五开关S5的另一端连接第十一电阻R11的另一端、处理模块7的第五端。

通过闭合或者弹开开关改变电压采集的大小；

在另一个实施例中，可以改为单刀双掷开关，将原位弹开状态下的改为接地。

在本实施例中，正端电流采集电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第七电容C7，第四电阻R4的一端连接市电电源2的输出端另一端，第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5、第七电阻R7，第五电阻R5的另一端接地，第七电阻R7的另一端连接第七电容C7，第七电容C7的另一端连接处理模块7的第七端。

先通过第四电阻R4、第五电阻R5分压来降压，在进行电压采集。

在另一个实施例中，可以将第四电阻R4和第五电阻R5都改为滑动变阻器，还可以调节分压比。

在本实施例中，具体电路如图2所示，市电电源2由火线L、零线N所构成，复位模块4由第二电容C2、第一开关S1、第一电阻R3所构成，晶振模块5由晶体X、第十二电容C12、第十三电容C13所构成，处理模块7由第一集成电路U1、第十电容C10、第十一电容C11、第十电阻R10、第四电容C4所构成，输出模块6由第十五电阻R15、第十四电容C14、第五二极管D5、第二集成电路U2、输出电能信号Y、输出脉冲信号Z所构成。

在本实施例中，具体电路如图2和图3所示，第一变压器W的输入端连接火线L、零线N，第二电阻R2的另一端连接第二集成电路U2的第三端、第二电容C2、第一开关S1，第一开关S1的另一端连接第二电容C2的另一端、第三电阻R3、第一集成电路U1的第九端，第一集成电路U1的第十端连接第四电容C4，第四电容C4的另一端接地，第一集成电路U1的第十一端接地，第一集成电路U1的1第十二端接地。

在本实施例中，具体电路如图2和图4所示，第一集成电路U1的第一端连接第一集成电路U1的第二端、第十一电容C11、第十电阻R10，第十一电容C11的另一端接地，第十电阻R10的另一端连接第十电容C10、第一集成电路U1的第三端，第十电容C10的另一端接地，第一集成电路U1的第十三端接地，第一集成电路U1的第十五端接地，第一集成电路U1的第十六端接地，第一集成电路U1的第十四端连接第十三电容C13、第十二电容C12、第一集成电路U1的第十九端、第一集成电路U1的第二十一端，第十二电容C12的另一端连接晶体X、第一集成电路U1的第十八端，第十三电容C13的另一端连接晶体X的另一端、第一集成电路U1的第十七端，第一集成电路U1的第二十二端连接输出脉冲信号Z，第一集成电路U1的第二十端连接第十五电阻R15，第十五电阻R15的另一端连接第十四电容C14、第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极连接第十四电容C14的另一端、第二集成电路U2的第一端，第二集成电路U的第二端接地，第二集成电路U2的第四端连接输出电能信号Y。

本发明的工作原理是：电路导通时，火线L通过电阻R14、R13、R12、R11给集成电路U1（ADE7755请参阅图3）的5号引脚（参考电压正端）供电，集成电路U1的6号引脚（参考电压负端）供电通过电阻R8接地，通过开关S2、开管S3、开关S4、开关S5的选择性闭合或者打开，得到合适的参考电压，集成电路U1的7号引脚（参考电流正端）通过电阻R7、电阻R4接零线，集成电路U1的8号引脚（参考电流负端）通过电阻R6接地，得到合适的参考电流，当用户使用市电电源时，使得参考电压、参考电流变化，通过集成电路U1的22号引脚输出脉冲信号Z，集成电路U1的20号引脚输出电能信号，经过集成电路U2（TLP521-4请参阅图4）进行光电隔离输出电能信号Y，根据输出的电能信号得到用户电能使用情况。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种电能计量系统，其特征在于：

该电能计量系统，包括：

市电电源，用于提供交流电压；

降压整流滤波模块，用于将交流电转化为平稳的直流电；

复位模块，用于将处理模块恢复为开始状态；

晶振模块，用于生成频率和峰值稳定的正弦波；

电流采集模块，用于采集电流信息；

电压采集模块，用于采集电压信息；

处理模块，用于处理电流、电压信息；

输出模块，用于输出电能信息；

市电电源连接降压整流滤波模块、电流采集模块、电压采集模块，降压整流滤波模块连接复位模块、输出模块，复位模块连接处理模块，处理模块连接晶振模块，输出模块连接处理模块，电流采集模块连接处理模块，电压采集模块连接处理模块。

2.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，降压整流滤波模块包括降压电路、整流电路、滤波电路；

降压电路，用于将220V交流电电压降低；

整流电路，用于将交流电转化为直流电；

滤波电路，用于将不平稳的直流电转化为平稳的直流电；

降压电路的输入端连接市电电源的输出端，降压电路的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接滤波电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，电压采集模块包括正端电压采集电路、负端电压采集电路；

正端电压采集电路，用于采集高电平一侧的电压；

负端电压采集电路，用于采集接地电压；

正端电压采集电路的输入端连接市电电源，正端电压采集电路的输出端连接处理模块的输入端，负端电压采集电路的输入端接地，负端电压采集电路的输出端连接处理模块的输入端。

4.根据权利要求1所述的电能计量系统，其特征在于，电流采集模块包括正端电流采集电路、负端电流采集电路；

正端电流采集电路，用于采集高电平一侧的电流；

负端电流采集电路，用于采集接地电流；

正端电流采集电路的输入端连接市电电源，正端电流采集电路的输出端连接处理模块的输入端，负端电流采集电路的输入端接地，负端电流采集电路的输出端连接处理模块的输入端。

5.根据权利要求2所述的电能计量系统，其特征在于，整流电路由第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管所构成，市电电源的输入端一端连接第一二极管的正极、第三二极管的负极，市电电源的输入端另一端连接第二二极管的正极、第四二极管的负极，第一二极管的负极连接第二二极管的负极、滤波电路的输入端一端，第三二极管的正极连接第四二极管的正极连接滤波电路的输入端另一端。

6.根据权利要求2所述的电能计量系统，其特征在于，滤波电路由第一电容、第一电感、第一电阻所构成，整流电路的输出端一端连接第一电容的一端、第一电感的一端，整流电路的输出端另一端连接第一电容的另一端、第一电阻的一端，第一电感的另一端连接第一电阻的另一端、第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接复位模块的输入端、输出模块的输入端。

7.根据权利要求3所述的电能计量系统，其特征在于，正端电压采集电路包括第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻，市电电源输出端一端连接第二开关、第十四电阻，第二开关的另一端连接第三开关、第十三电阻、第十四电阻的另一端，第三开关的另一端连接第十三电阻的另一端、第十二电阻、第四开关，第四开关的另一端连接第十二电阻的另一端、第十一电阻，第四开关的另一端连接第五开关、第十二电阻的另一端、第十一电阻，第五开关的另一端连接第十一电阻的另一端、处理模块的第五端。

8.根据权利要求4所述的电能计量系统，其特征在于，正端电流采集电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第七电容，第四电阻的一端连接市电电源的输出端另一端，第四电阻的另一端连接第五电阻、第七电阻，第五电阻的另一端接地，第七电阻的另一端连接第七电容，第七电容的另一端连接处理模块的第七端。

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