CN1808151A - 三相电能计量头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三相电能计量头，属于计量装置领域。本三相电能计量头联接在三相输电线路和电能计数装置之间，包括三个相互对称的信号处理通道，即A相、B相、C相信号处理通道，每个信号处理通道具有一个信号采集单元，信号采集单元的电压采样单元依次经过放大器、模数转换单元和高通滤波器与数字乘法器相联，信号采集单元的电流采样单元依次经过放大器、模数转换单元、高通滤波器和数字积分单元与数字乘法器相联；上述三个信号处理通道的数字乘法器分别通过低通滤波器与一个求和单元相联，所述的求和单元经数字频率转换器与光电隔离单元相联接。本计量头不仅能够正确计量，而且结构简单、布局合理、成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及计量装置领域，尤其是涉及一种用于计量电能的三相电能计量头。
背景技术
与传统的机械表相比，采用电子计量原理的三相多功能表，具有高精度、多参数测量、谐波功率电能计量等优势。从总体评价，三相多功能表还是稳态电力负荷计量产品，由于其应用领域扩大，电力系统对电表不断提出新的技术要求。现有的三相多功能表性能和品质，并不能完全适应电力系统的需求。
目前的三相电能计量头一般都是在经过变压器以后，在低压端才进行计量的。而事实上在变压以及电力传输的过程中，会有很大的能量损耗，这一部分能量往往无法被计量，造成电力系统的计量不准确。为了提高计量精度，人们进行了长期的探索，提出了多种多样的实施方案。例如，中国专利文献公开了一种三相电能表(申请号：CN02263996.9)，由三个分流器分别作为三个单相电流取样部件，同时还包括三个单相电压取样部件、三个单相电能计量芯片、六个光耦、采集各相电压相位和幅值的电阻分压器和放大器，以及EPLD、CPU、存储器、显示器、通讯接口、按键组成。各相的分流器的电流相位信号输出接口通过光电隔离部件与CPU相连。各相的分流器的电流信号输出接口以及各相的电压取样部件的电压信号输出接口与电能计量芯片相连。电能计量芯片的电能信号输出接口通过光电隔离部件(光耦)与CPU相连，电阻分压器和放大器的电压相位信号、幅值信号的输出接口与EPLD、CPU相连，CPU连接存储器、显示器、通讯接口、按键。
上述方案采用三个完全独立的数据采集模块，虽然在一定程度上提高了计量的精度，但是其计量仍然是在低压端进行的，并没有从根本上消除在变压过程中产生的计量误差；而且整个装置结构较为复杂，制作成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能够在高压端对电量进行计量，有效减少在计量过程中误差的三相电能计量头；解决了现有技术所存在的结构较为复杂，在低压端进行计量无法将变压和传输过程中的电能损耗进行计量等的技术问题。
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种信号处理过程合理，有效提高计量精度，并且制作成本较低的三相电能计量头；解决了现有技术所存在的计量精度较低，成本高等的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本三相电能计量头，联接在三相输电线路和电能计数装置之间，包括三个相互对称的信号处理通道，即A相、B相、C相信号处理通道，其特征在于，每个信号处理通道具有一个信号采集单元，信号采集单元的电压采样单元依次经过放大器、模数转换单元和高通滤波器与数字乘法器相联，信号采集单元的电流采样单元依次经过放大器、模数转换单元、高通滤波器和数字积分单元与数字乘法器相联；上述三个信号处理通道的数字乘法器分别通过低通滤波器与一个求和单元相联，所述的求和单元经数字频率转换器与光电隔离单元相联接。
在上述的三相电能计量头中，所述的信号采集单元包括直接与三相输电线路一次电源相连的电压采样单元和电流采样单元，以及联接在两者之间的组合互感器，所述的组合互感器由电压互感器和电流互感器组成。
在上述的三相电能计量头中，上述三个信号处理通道的信号采集单元通过一块集成的电路板与光电隔离单元相联接。
在上述的三相电能计量头中，所述的求和单元通过求和形式切换单元在代数求和以及绝对值求和方式之间切换。
本发明创造性地将信号采集单元连接在输电线路未经过变压器的一端(一次电源)，能够更加准确地计量输送的电能，便于电力系统的管理。把输入的高电压和大电流变为低电压和小电流信号，将电压和电流信号按照时间相乘，得到功率随着时间变化的信息，输出与功率成正比的频率。该频率可直接与电能计数马达匹配。
为了便于布置电路，在上述的三相电能计量头中，所述的电路板设置在基座的电路板孔内，在基座上设有三个浇注体。
在上述的三相电能计量头中，所述的三个浇注体分别与浇注在基座内的三个组合互感器相对应；电压互感器的一次和二次电压线圈以及电流互感器的二次电流线圈浇注在基座内，电压互感器高压引线与设置在浇注体内的电流互感器一次电流线圈相连，一次电流线圈的引出线延伸至浇注体外。
为了便于接线，在上述的三相电能计量头中，所述的基座上还设有引线孔。
在上述的三相电能计量头中，所述的浇注体与基座设为一体，并且在浇注体和基座上设有若干伞状裙体。
与现有的技术相比，三相电能计量头的优点在于：
1.信号采集单元直接连接在一次电源上，避免出现因为变压器工作导致部分电能损耗无法计量。
2.互感器和电能表计量电路合在一起，校验了计量表即校验了整个电能计量表头，互感器的误差对整个表的误差无关，从而提高了系统的精度。
3.结构简单，电路布局合理，整个装置的体积小，制作成本低廉。
附图说明
图1是本发明提供的三相电能计量头的电路结构框图。
图2是本发明提供的三相电能计量头的剖视图。
图3是本发明提供的三相电能计量头的俯视的局部剖视图。
图4是本发明提供的三相电能计量头的仰视图。
图5是本发明提供的三相电能计量头的侧向剖视图。
图中，信号采集单元1、电压采样单元11、电流采样单元12、组合互感器13、放大器2、求和形式切换单元20、电路板21、浇注体22、基座23、电路板孔24、一次电流线圈26、一次和二次电压线圈27、电压互感器高压引线28、引出线29、模数转换单元3、二次电流线圈30、引线孔31、伞状裙体32、高通滤波器4、数字积分单元5、数字乘法器6、低通滤波器7、求和单元8、数字频率转换器9、光电隔离单元10。
具体实施方式
如图1所示，本三相电能计量头联接在三相输电线路和电能计数装置之间，包括三个相互对称的信号处理通道，即A相、B相、C相信号处理通道；三个电子式电流互感器和三个电子式电压互感器组成的三对组合互感器13，以及一个求和单元8等。每个信号处理通道具有一个信号采集单元1，信号采集单元1包括直接与三相输电线路一次电源相连的电压采样单元11和电流采样单元12，以及联接在两者之间的组合互感器13。
信号采集单元1的电压采样单元11依次经过放大器2、模数转换单元3和高通滤波器4与数字乘法器6相联。信号采集单元1的电流采样单元12依次经过放大器2、模数转换单元3、高通滤波器4和数字积分单元5与数字乘法器6相联。上述三个信号处理通道的数字乘法器6分别通过低通滤波器7与一个求和单元8相联，所述的求和单元8经数字频率转换器9与光电隔离单元10相联接。上述三个信号处理通道的信号采集单元1通过一块集成的电路板21与光电隔离单元10相联接。求和单元8通过求和形式切换单元20在代数求和以及绝对值求和方式之间切换。考虑到整个系统的电磁兼容性，输出口采用了光电隔离单元10。
这里的三相有功电能可以代数相加，也可以绝对值相加。相加方式的选择通过设置求和形式切换单元20的管脚来完成，该管脚的高电平和低电平分别对应于代数相加模式和绝对值相加模式(为公知技术，本文不赘述)。选择绝对值相加的模式时，在计算总的有功电能中，每相的有功电能都被认为是正。这种模式在三相四线连接方式下尤其有用，因为此情况下，有功功率的符号总是不变的。如电表连接错误，如一相上电流互感器的方向接错，则总的有功能量就会变成正常的三分之一，因为其中的两相互相抵消了。当然，在这种情况下，反相检测输出会指示接线的错误。
工作时，三相电能计量头三个输入通道直接接一次电源，三相的电流电压信号通过采样放大及模数转换后，为了去掉采样信号的直流偏移，电路经过高通滤波器4，由于电流信号是由空心线圈性质的微分关系，电路必须加积分，通过数字乘法器6得到各相的瞬间功率信号。让瞬间功率信号通过一个截止频率很低的低通滤波器6，把平均信号取出来。然后对每相功率做代数相加或绝对值相加，从而获得三相功率和。
如图1所示，除信号采集单元1和光电隔离单元10，其余均集成在一块电路板21上。
如图2和图3和图4所示，上述的电路板21设置在一个具有三个浇注体22的基座23的电路板孔24内。三个浇注体22分别与浇注在基座23内的三个组合互感器13相对应；电压互感器的一次和二次电压线圈27以及电流互感器的二次电流线圈30浇注在基座23内。电压互感器高压引线28与设置在浇注体22内的电流互感器一次电流线圈26相连。一次电流线圈26的引出线29延伸至浇注体22外。浇注体22与基座23设为一体，并且在浇注体22和基座23上设有多个伞状裙体32。这里的基座23和浇注体22采用环氧树脂等绝缘材料制成。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了信号采集单元1、电压采样单元11、电流采样单元12、组合互感器13、放大器2、求和形式切换单元20、电路板21、浇注体22、基座23、电路板孔24、一次电流线圈26、一次和二次电压线圈27、电压互感器高压引线28、引出线29、模数转换单元3、二次电流线圈30、引线孔31、伞状裙体32、高通滤波器4、数字积分单元5、数字乘法器6、低通滤波器7、求和单元8、数字频率转换器9、光电隔离单元10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1、一种三相电能计量头，联接在三相输电线路和电能计数装置之间，包括三个相互对称的信号处理通道，即A相、B相、C相信号处理通道，其特征在于，每个信号处理通道具有一个信号采集单元(1)，信号采集单元(1)的电压采样单元(11)依次经过放大器(2)、模数转换单元(3)和高通滤波器(4)与数字乘法器(6)相联，信号采集单元(1)的电流采样单元(12)依次经过放大器(2)、模数转换单元(3)、高通滤波器(4)和数字积分单元(5)与数字乘法器(6)相联；上述三个信号处理通道的数字乘法器(6)分别通过低通滤波器(7)与一个求和单元(8)相联，所述的求和单元(8)经数字频率转换器(9)与光电隔离单元(10)相联接。
2、根据权利要求1所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的信号采集单元(1)包括直接与三相输电线路一次电源相连的电压采样单元(11)和电流采样单元(12)，以及联接在两者之间的组合互感器(13)，所述的组合互感器(13)由电压互感器和电流互感器组成。
3、根据权利要求1所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的三个信号处理通道的信号采集单元(1)通过一块集成的电路板(21)与光电隔离单元(10)相联接。
4、根据权利要求1或2或3所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的求和单元(8)通过求和形式切换单元(20)在代数求和以及绝对值求和方式之间切换。
5、根据权利要求3所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的电路板(21)设置在基座(23)的电路板孔(24)内，在基座(23)上设有三个浇注体(22)。
6、根据权利要求5所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的三个浇注体(22)分别与浇注在基座(23)内的三个组合互感器(13)相对应；电压互感器的一次和二次电压线圈(27)以及电流互感器的二次电流线圈(30)浇注在基座(23)内，电压互感器高压引线(28)与设置在浇注体(22)内的电流互感器一次电流线圈(26)相连，一次电流线圈(26)的引出线(29)延伸至浇注体(22)外。
7、根据权利要求5或6所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的基座(23)上还设有引线孔(31)。
8、根据权利要求7所述的三相电能计量头，其特征在于，所述的浇注体(22)与基座(23)设为一体，并且在浇注体(22)和基座(23)上设有若干伞状裙体(32)。
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