CN113358904A - 一种电能表抗干扰装置及其布线方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电能表抗干扰装置、用于该电能表抗干扰装置的布线方法、以及采用该布线方法的PCB板和包括该抗干扰装置的电能表。本发明所提供的电能表抗干扰装置，采用硬连接方式的锰铜分流器，并且利用工频磁场补偿针进行工频磁场补偿，通过补偿针产生一个与锰铜分流器感应电流方向相反、大小相等的感应电流，这样在锰铜分流器上产生的感应电流能够相互抵消，一致性好，不受电能表振动影响，可靠性高；用于该电能表抗干扰装置的布线方法中，通过将在布线过程中使得输入端各个点组成的封闭图形的面积与输出端的封闭图形面接相等，从而使得工频磁场可以相互抵消，能够取得较好的抗干扰补偿效果。
Description
技术领域
本发明涉及电能表技术领域，尤其涉及一种电能表抗干扰装置及其布线方法。
背景技术
电能表在现场运行使用过程中，电力线中电流及电表本身电流会产生工频磁场，电表受到工频磁场干扰会造成电表无负载启动，对电能表的计量误差产生影响，同时也会给用户以及电网本身造成影响。为了解决此问题，尽可能的减少现场工频磁场对电能表计量误差的影响，因此需要设计一种抗0.5mT工频磁场能力强的电能表，能够尽可能使磁场相互抵消，从而减少0.5mT工频磁场对电能表的影响，保证电能表计量的可靠性。
现有技术中，传统电能表的设计通常不能实现抗工频磁场干扰或者抗工频磁场干扰的能力较弱，电流采样线通常采用软线，锰铜分流器的结构示意图如图1所示。锰铜分流器穿孔设计，采用将回路划分为两个方向不同的回路的方式进行设计，使其产生两个方向不同的感应电动势，形成方向不同的感应电流，使之相互抵消，来尽可能的降低工频磁场对计量的影响。该分流器采样电阻片的两端分别于第一导电片(左)与第二导电片(右)相连接，分流器通过第一导电片在继电器一侧边的引出端，通过第二导电片接在电流线路端口，其结构示意图如图2所示，图2中，IL表示电流线路，11表示第一纯铜片，12表示第二纯铜片，13表示锰铜片，RLY表示继电器，EM表示电子式电能表，B表示磁场的方向。此时整个回路被有效的分为两个方向不同的回路，当受到平行于分流器的交变磁场的干扰时，锰铜分流器的剖面图如图3所示，图3中可以看出，这两个回路分别产生方向不同的感应电流，可以相互抵消。但是，现有技术中所采用的锰铜分流器缺点在于：
1)锰铜分流器采样采用软线结构，在电能表受到外部振动时，其抗工频磁场能力会发生变化；
2)锰铜分流器采样采用软线，电能表加工工艺性不高，电能表加工效率低。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种电能表抗干扰装置及其布线方法，该抗干扰装置采用硬连接方式的锰铜分流器，并且利用工频磁场补偿针进行工频磁场补偿，具有更好的电能表抗干扰效果。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电能表抗干扰装置，包括锰铜分流器、工频磁场补偿针、采样电路模块、以及电能表计量模块；其中，
所述工频磁场补偿针串联连接于锰铜分流器和采样电路模块之间，该工频磁场补偿针的第一端子连接锰铜分流器的第一采样连接端，第二端子连接采样电路模块的第一输入端；
所述锰铜分流器的第二采样连接端连接采样电路模块的第二输入端；
所述采样电路模块的第一和第二输出端连接电能表计量模块。
进一步的，所述工频磁场补偿针包括U型金属结构，所述U型金属结构的两个端点分别为第一端子和第二端子。
进一步的，所述锰铜分流器包括L型弯折的板状结构，所述L型弯折使得该板状结构分为水平部分和垂直部分，所述垂直部分的上端具有三个凸起的端子，其中包括第一采样连接端和第二采样连接端。
进一步的，所述工频磁场补偿针与锰铜分流器的垂直部分平行放置，并且所述第一、第二端子的朝向与所述第一、第二采样连接端的朝向相同。
进一步的，当电能表进行电流采样时，
所述锰铜分流器上产生第一感应电流；
所述工频磁场补偿针产生与所述第一感应电流方向相反、大小相等的第二感应电流。
进一步的，所述采样电路模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及第一和第二电容；其中，
所述第一电阻的两端分别为采样电路模块的第一和第二输入端；
所述第一和第二电容分别连接采样电路模块的输出端。
根据本发明的第二个方面，提供了一种电能表抗干扰装置的布线方法，所述电能表抗干扰装置包括如本发明第一个方面所述的装置；该方法包括步骤：
将所述第二端子、第一端子、第二采样连接端、第一采样连接端作为矩形的四个端点依次连接，形成线段L1、L2、L3；
分别连接所述第一采样连接端和采样电路模块的第一输出端，形成线段L4，以及采样电路模块的第一输出端和第二输出端，形成线段L5，且L4和L5之间的角度大于0度小于180度；
将采样电路模块的第二输出端通过多条折线连接至第二端子，且连接的路径与线段L4交叉不连接，交叉点为L；
对布线进行调整以使得交叉点L两侧的两个封闭图形的面积相等。
根据本发明的第三个方面，提供了一种PCB板，所述PCB板采用如本发明第二个方面所述的布线方法进行布线。
根据本发明的第四个方面，提供了一种电能表，所述电能表包括本发明第一个方面所述的电能表抗干扰装置。
综上所述，本发明提供了一种电能表抗干扰装置、用于该电能表抗干扰装置的布线方法、以及采用该布线方法的PCB板和包括该抗干扰装置的电能表。本发明所提供的电能表抗干扰装置，采用硬连接方式的锰铜分流器，并且利用工频磁场补偿针进行工频磁场补偿，通过补偿针产生一个与锰铜分流器感应电流方向相反、大小相等的感应电流，这样在锰铜分流器上产生的感应电流能够相互抵消，一致性好，不受电能表振动影响，可靠性高；用于该电能表抗干扰装置的布线方法中，通过将在布线过程中使得输入端各个点组成的封闭图形的面积与输出端的封闭图形面接相等，从而使得工频磁场可以相互抵消，能够取得较好的抗干扰补偿效果。
附图说明
图1是现有技术锰铜分流器的结构示意图；
图2是现有技术中锰铜分流器与继电器连接结构示意图；
图3是现有技术中锰铜分流器的剖面图；
图4是本发明电能表抗干扰装置的电路原理示意图；
图5是锰铜分流器与电能表的连接结构示意图；
图6是工频磁场补偿针与锰铜分流器的连接结构示意图；
图7是本发明电能表抗干扰装置的布线方法的绘制示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种电能表抗干扰装置，该装置的电路原理示意图如图4所示包括锰铜分流器J1、工频磁场补偿针CN1、采样电路模块、以及电能表计量模块U1。所述工频磁场补偿针CN1串联连接于锰铜分流器J1和采样电路模块之间，该工频磁场补偿针CN1的第一端子连接锰铜分流器J1的第一采样连接端2，第二端子连接采样电路模块的第一输入端。锰铜分流器J1的第二采样连接端3连接采样电路模块的第二输入端。锰铜分流器J1的端子1连接相线的进线电流。采样电路模块的第一和第二输出端VIN、VIP连接电能表计量模块U1。采样电路模块可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、以及第一和第二电容C1、C2，第一电阻R1的两端分别为采样电路模块的第一和第二输入端；第一和第二电容C1、C2的一端分别连接采样电路模块的输出端，另一端相互连接之后连接到AGND。该采样电路模块用于计量单相电能表电流大小，相线电流经过锰铜分流器转换成与电流成正比的电压信号，供计量芯片进行AD采样,由于电能表在进行电流采样时，会受到外部工频磁场的影响，根据右手螺旋定则，会在锰铜分流器上产生感应电流。为了减少该工频磁场对电能表计量的影响，需要产生一个与感应电流方向相反、大小相等的感应电流，这样在锰铜分流器上产生的感应电流能够相互抵消。根据本发明提供的该实施例，通过在装置中设置一个工频磁场补偿针CN1,使其产生与锰铜分流器上产生的感应电流方向相反、大小相等的感应电流，从而起到抗干扰的作用。
其中，所采用的锰铜分流器J1包括L型弯折的板状结构，所述L型弯折使得该板状结构分为水平部分和垂直部分，所述垂直部分的上端具有三个凸起的端子，其中包括第一采样连接端2和第二采样连接端3。该锰铜分流器与电能表的连接结构示意图如图5所示。工频磁场补偿针CN1可以为U型金属结构，所述U型金属结构的两个端点分别为第一端子和第二端子。工频磁场补偿针CN1与锰铜分流器J1的连接结构示意图如图6所示。图6中可见，所述工频磁场补偿针CN1与锰铜分流器的垂直部分平行放置，并且所述第一、第二端子的朝向与所述第一、第二采样连接端的朝向相同，二者可以采用焊接的方式相互连接。磁场方向垂直工频磁场方向：根据右手螺旋定则，工频磁场补偿针CN1中产生的感应电流方向如图6所示，图6中，I1箭头所示的方向表示补偿感应电流的方向，I2箭头所示的方向表示锰铜分流器感应电流的方向，从第二端子2流向第一端子1，在PCB印制板上，工频磁场补偿针CN1与锰铜分流器J1相连，感应电流流经锰铜分流器J1方向为第二采样连接端3-第一采样连接端2；同时锰铜分流器J1受磁场产生的感应电流方向如图6所示，方向为第一采样连接端2-第二采样连接端3；这样工频磁场补偿针CN1在外部工频磁场中产生的感应电流与锰铜分流器J1在外部工频磁场中产生的感应电流大小相等、方向相反，刚好能够相互抵消，从而能够减少电能表感应功率。当电能表进行电流采样时，锰铜分流器J1上产生第一感应电流；工频磁场补偿针CN1产生与所述第一感应电流方向相反、大小相等的第二感应电流。
根据本发明的第二个实施例，提供了一种用于上述实施例所提供的电能表抗干扰装置的布线方法。磁场方向与PCB印制板方向垂直：当电能表PCB印制板平面与磁场方向垂直时，外部工频磁场产生的感应电流可以通过PCB走线进行处理，具体PCB印制板绘制示意图如图7所示。该方法包括步骤：
将所述第二端子、第一端子、第二采样连接端、第一采样连接端作为矩形的四个端点依次连接，形成线段L1、L2、L3。
分别连接所述第一采样连接端和采样电路模块的第一输出端，形成线段L4，以及采样电路模块的第一输出端和第二输出端，形成线段L5，且L4和L5之间的角度大于0度小于180度。
将采样电路模块的第二输出端通过多条折线连接至第二端子，且连接的路径与线段L4交叉不连接，交叉点为L。
对布线进行调整以使得交叉点L两侧的两个封闭图形的面积分别为S1和S2。如图7所示，磁场方向为垂直印制板面向里，面积S1受到外部磁场产生的感应电流方向为图中右侧箭头方向，电流在锰铜分流器J1中方向为2-3；面积S2受到外部磁场产生的感应电流方向为图中左侧箭头方向，电流在J1锰铜分流器中方向为3-2；这样面积S1和S2在受到外部工频磁场产生的感应电流方向相反。同时在PCB印制板绘制时，通过积分可以计算S1和S2面积，通过调整走线，尽量使S1和S2的面积差尽可能的小，这样在S1和S2就能够产生大小相等、方向相反的感应电流，感应电流相互抵消，能够减少电能表感应功率。
根据本发明的第三个实施例，提供了一种PCB板，所述PCB板采用如本发明第二个实施例所述的布线方法进行布线。
根据本发明的第四个实施例，提供了一种电能表，所述电能表包括本发明第一个实施例所述的电能表抗干扰装置。
综上所述，本发明涉及一种电能表抗干扰装置、用于该电能表抗干扰装置的布线方法、以及采用该布线方法的PCB板和包括该抗干扰装置的电能表。本发明所提供的电能表抗干扰装置，采用硬连接方式的锰铜分流器，并且利用工频磁场补偿针进行工频磁场补偿，通过补偿针产生一个与锰铜分流器感应电流方向相反、大小相等的感应电流，这样在锰铜分流器上产生的感应电流能够相互抵消，一致性好，不受电能表振动影响，可靠性高；用于该电能表抗干扰装置的布线方法中，通过将在布线过程中使得输入端各个点组成的封闭图形的面积与输出端的封闭图形面接相等，从而使得工频磁场可以相互抵消，能够取得较好的抗干扰补偿效果。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种电能表抗干扰装置，其特征在于，包括锰铜分流器、工频磁场补偿针、采样电路模块、以及电能表计量模块；其中，
所述工频磁场补偿针串联连接于锰铜分流器和采样电路模块之间，该工频磁场补偿针的第一端子连接锰铜分流器的第一采样连接端，第二端子连接采样电路模块的第一输入端；
所述锰铜分流器的第二采样连接端连接采样电路模块的第二输入端；
所述采样电路模块的第一和第二输出端连接电能表计量模块。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述工频磁场补偿针包括U型金属结构，所述U型金属结构的两个端点分别为第一端子和第二端子。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述锰铜分流器包括L型弯折的板状结构，所述L型弯折使得该板状结构分为水平部分和垂直部分，所述垂直部分的上端具有三个凸起的端子，其中包括第一采样连接端和第二采样连接端。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述工频磁场补偿针与锰铜分流器的垂直部分平行放置，并且所述第一、第二端子的朝向与所述第一、第二采样连接端的朝向相同。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当电能表进行电流采样时，
所述锰铜分流器上产生第一感应电流；
所述工频磁场补偿针产生与所述第一感应电流方向相反、大小相等的第二感应电流。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样电路模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及第一和第二电容；其中，
所述第一电阻的两端分别为采样电路模块的第一和第二输入端；
所述第一和第二电容分别连接采样电路模块的输出端。
7.一种电能表抗干扰装置的布线方法，其特征在于，所述电能表抗干扰装置包括如权利要求1-6中任意一项所述的装置；该方法包括步骤：
将所述第二端子、第一端子、第二采样连接端、第一采样连接端作为矩形的四个端点依次连接，形成线段L1、L2、L3；
分别连接所述第一采样连接端和采样电路模块的第一输出端，形成线段L4，以及采样电路模块的第一输出端和第二输出端，形成线段L5，且L4和L5之间的角度大于0度小于180度；
将采样电路模块的第二输出端通过多条折线连接至第二端子，且连接的路径与线段L4交叉不连接，交叉点为L；
对布线进行调整以使得交叉点L两侧的两个封闭图形的面积相等。
8.一种PCB板，其特征在于，所述PCB板采用如权利要求7所述的布线方法进行布线。
9.一种电能表，其特征在于，所述电能表包括如权利要求1-6中任意一项所述的电能表抗干扰装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210907 |