CN201191304Y - 超宽量程电能表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种超宽量程单相电能表，包括有微处理器U1的控制电路，分别与控制电路连接的电源电路、由带R6、R7的信号调理电路和信号采样与计量处理电路组成的计量电路、通讯电路、存储电路、时钟电路、显示电路、电量脉冲输出电路，其特征在于还有对电流信号进行采样的闭合均质铁芯电流互感器T2，信号采样与计量处理电路中有三相计量芯片U10，闭合均质铁芯电流互感器T2的3、4脚分别与信号调理电路的R7、R6连接，信号调理电路输出端VIP、VIN分别与三相计量芯片U10的3、4脚连接，三相计量芯片U10的35、36、37、38脚分别与控制电路中微处理器U1的4、3、61、2脚连接。计量准确、节能，环保。
Description
技术领域：
本实用新型与电能表有关，特别与20～40倍程超宽量程电能表有关。
背景技术：
当今社会经济的高速发展使家庭和企业的用电量越来越大，因而对电能计量表计的测量范围要求也越来越大。目前的电能表大多是4倍程表，即电流的基本测量范围是Ib，而最大测量范围是4Ib。关于电能表测量误差的国家标准如下：
有功电能百分数误差(单相和带平衡负载的三相电能表)
可见在轻载状态即负载电流小于0.1Ib(或0.05In)时的测量误差比电表等级误差要大得多。以1.0级表为例，1.0级表的等级误差标准是1.0％，而在轻载状态时的误差可以是1.5％。
为了满足大测量范围，只能选择Ib比较大的电能表，但是这样的选择使电能表的不准确计量工作段和不确定计量区段范围也比较大，而由于大量现代化节能电器，家庭和企业的用电往往多数时间处于小电流、轻载状态，这样就会造成电能表在大多数时间计量不准确。
另一方面，如果按用户的常用负荷选择了电能表的基本电流Ib，而当用户增加了用电设备(随着时代发展，这种现象是肯定会发生的)，其最大负荷往往会超过电能表的最大电流，这时只有更换更大电流规格的电表才能满足用户的需要，造成浪费。
实用新型内容：
本实用新型的目的是为了提供一种20～40倍程超宽量程电能表：当电流的基本测量范围是Ib时，最大测量范围可达20～40Ib，与4倍程表比较，当最大测量范围相同时，基本测量范围Ib仅为4倍程表的1/5～1/10，那么不准确计量工作段和不确定计量区段范围也仅为4倍程表的1/5～1/10，这样就很好的解决了小电流、轻载状态下的计量不准确问题。同时因为电能表的倍程很宽，可以准确计量大动态的冲击负荷，有效降低电网的线损，使之更能适应现代社会的发展，为节能和环保做贡献。另方面，也解决了当用户增加用电设备，最大负荷电流会超过电能表的最大电流的问题，可避免因必须更换更大电流规格电表所造成的浪费。
本实用新型的目的是这样来实现的：
本实用新型超宽量程电能表，包括有微处理器U1的控制电路，分别与控制电路连接的电源电路、由带R6、R7的信号调理电路和信号采样与计量处理电路组成的计量电路、通讯电路、存储电路、时钟电路、显示电路、电量脉冲输出电路，其特征在于还有对电流信号进行采样的闭合均质铁芯电流互感器T2，信号采样与计量处理电路中有三相计量芯片U10，闭合均质铁芯电流互感器T2的3、4脚分别与信号调理电路的R7、R6连接，信号调理电路输出端VIP、VIN分别与三相计量芯片U10的3、4脚连接，三相计量芯片U10的35、36、37、38脚分别与控制电路中微处理器U1的4、3、61、2脚连接。信号调理电路对电能表的输入信号(电压信号和电流信号)进行调理，使之满足采样电路对输入信号的要求。对电流信号采样的闭合均质铁芯电流互感器保证了在轻载小电流采样仍然具有良好的精确度，计量电路中的专用三相计量芯片的作用是将输入的电压信号和电流信号采样并进行处理，处理结果(如有功电能、电压有效值、电流有效值、有功功率等)送往MCU控制电路使用。微处理器是控制部分的核心器件，它的主要作用是完成电能表控制软件的运行，并与外部设备和其它器件进行通讯和数据交换。存储电路是计算数据的存储的地方，显示电路是用于显示各种数据的人机交互的界面。时钟电路是电能表的时间来源，电源电路是为整个电路提供电源。通讯电路用以实现电能表与外部的数据通讯，可提供红外线通讯和RS485口通讯两种方式。电量脉冲输出电路产生校表脉冲，用于电能表的校验。
上述的三相计量芯片U10采用下列型号的三相计量芯片中的一种：ATT7026、ATT7026A、ATT7022A、ATT7022B、ATT7028、ATT7028A、ADE7758，微处理器U1采用型号为UPD78F0441的微处理器，也可以采用其它型号的微处理器，微处理器UPD78F0441与计量芯片ATT7028A(或它型号的计量芯片)是通过以下四条数据线进行数据交换的：
微处理器通过38脚和和计量芯片的37脚向计量芯片发送数据命令。
计量芯片按微处理器的命令通过38脚和微处理器的61脚向微处理器送数据(有功电能、电压有效值、电流有效值、有功功率、以及频率、功率因数)。
微处理器通过3脚和计量芯片的36脚向计量芯片送时钟信号。
微处理器通过4脚和计量芯片的35脚给计量芯片的片选信号。
电能表主要完成单相用户的用电量计量，并具有分时计量、显示、通讯、存储、时钟等功能，而最关键的工作是准确计量。有功用电量计量的输入信号是进入用户的电压信号u和电流信号i，电能表通过信号调理电路对输入信号进行调理，使之转换成计量芯片要求的形式，然后送至以计量芯片进行采样和电能计量，计量芯片是计量电路的核心，计量芯片的动态范围决定了输入信号的大小范围以及准确计量的范围，计量电路的计量结果是各种电量参数，输出至以单片机(CPU)为核心的控制电路，控制电路在时钟电路、数据存储电路、LCD显示电路、红外和RS485通讯电路等的支持下完成分时计量、显示、通讯、存储等功能。
本实用新型超宽量程电能表计量电路采用了动态范围超宽的三相计量芯片。这些三相计量芯片的动态范围为1000∶1，采样分辨率为16位。那么当最小计量点为5％Ib时，可以保证5％Ib～50Ib的范围内的采样分辨率均为16位，即计量芯片的计量准确度可以达到在50倍程的范围内的相对误差在0.003％以内，这样的计量准确度用来设计40倍程的1级表是没有问题的；即使最小计量点为2％Ib，也可以保证2％Ib～20Ib的范围内的采样分辨率为16位，即可以用来设计20倍程的1级表。
本实用新型具有如下效果：
1)主要技术指标：
有功准确度1.0级；
参比电压：220v；
电流基本测量范围(Ib)：1.5A、2.5A等；
电流最大测量范围(Imax)：20～40Ib；
参比频率：50Hz；
可准确计量冲击负荷；
可准确计量分谐波电量(需更换计量芯片，硬件不变)；
采用软件修调电表误差；
可测量电压、电流、频率、功率因数、有功功率；
大LCD显示。
2)与当前广泛使用的4倍程表比较，当最大测量范围相同时，20～40倍程超宽量程电能表基本测量范围Ib仅为4倍程表的1/5～1/10，那么不准确计量工作段和不确定计量区段范围也仅为4倍程表的1/5～1/10，这样就很好的解决了小电流、轻载状态下的计量不准确问题，使之更能适应现代社会的发展(由于大量现代化节能电器，家庭和企业的用电往往多数时间处于小电流、轻载状态)，同时可避免因用户增加用电负荷而必须更换更大电流规格电表所造成的浪费。为节能和环保做贡献。
具体实施方式：
图1为本实用新型电路原理框图。
图2为MCU控制电路图。
图3为存储电路图。
图4为电源电路图。
图5为红外和RS484通讯电路图。
图6为显示电路图。
图7为电量脉冲输出电路图。
图8为计量电路中的信号调理电路图。
图9为计量电路中的信号采样与计量处理电路图。
图10为时钟电路图。
具体实施方式：
参见图1～图10，本超宽量程电能表，包括有型号为UPD78F0441微处理器U1的控制电路、分别与控制电路连接的电源电路、由带R6、R7的信号调理电路和信号采样与计量处理电路组成的计量电路、通讯电路、存储电路、时钟电路、显示电路、电量脉冲输出电路。信号采样与计量处理电路中有型号为ATT7026A的三相计量芯片U10。闭合均质铁芯电流互感器T2的3、4脚分别与信号调理电路的R7、R6连接。信号调理电路输出端VIP、VIN分别与三相计量芯片U10的3、4脚连接。三相计量芯片U10的35、36、37、38脚分别与控制电路中微处理器U1的4、3、61、2脚连接。
三相计量芯片U10也可采用下列型号的三相计量芯片中的一种ATT7026、ATT7022A、ATT7022B、ATT7028、ATT7028A、ADE7758。
Claims (2)
1、超宽量程单相电能表，包括有微处理器U1的控制电路、分别与控制电路连接的电源电路、由带R6、R7的信号调理电路和信号采样与计量处理电路组成的计量电路、通讯电路、存储电路、时钟电路、显示电路、电量脉冲输出电路，其特征在于还有对电流信号进行采样的闭合均质铁芯电流互感器T2，信号采样与计量处理电路中有三相计量芯片U10，闭合均质铁芯电流互感器T2的3、4脚分别与信号调理电路的R7、R6连接，信号调理电路输出端VIP、VIN分别与三相计量芯片U10的3、4脚连接，三相计量芯片U10的35、36、37、38脚分别与控制电路中微处理器U1的4、3、61、2脚连接。
2、如权利要求1所述的超宽量程电能表，其特征在于计量芯片U10采用下列型号的三相计量芯片中的一种ATT7026、ATT7026A、ATT7022A、ATT7022B、ATT7028、ATT7028A、ADE7758，微处理器U1采用型号为UPD78F0441的微处理器。
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