CN202057725U - 一种三相谐波电能表 - Google Patents

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于广游
张晓杰
赵振东
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Abstract

本实用新型公开了一种三相谐波电能表，它包括三相电能计量单元、谐波计量单元、AD前端电路、三相电流互感器、时钟电路、液晶显示器、数据存储器、红外通讯模块、RS485电平转换模块、时钟电路和电源模块；三相电流互感器、AD前端电路和三相电能计量单元顺次连接，三相电能计量单元与谐波计量单元之间通过SPI通讯接口连接；红外通讯模块、RS485电平转换模块分别通过UART通讯接口与谐波计量单元连接；数据存储器、时钟电路通过IO口模拟I2C总线与谐波计量单元连接；液晶显示器与谐波计量单元连接。本实用新型能降低制造成本，提高谐波计量的精度，保护供电系统和非谐波源用户的利益。

Description

一种三相谐波电能表
技术领域
本实用新型涉及一种三相谐波电能表，属于电能表制造领域。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展，高电压、大容量的非线性设备得到广泛应用，但是非线性负荷产生了大量的谐波电流，使得电力系统谐波污染日益严重。因此，谐波计量成为电能表发展的一个趋势。
目前谐波电能表的设计方案主要有两种：一种是专门的计量芯片，如ADI公司的专用电能表计量芯片ADE7878，ADE7878可以在计量电能的同时检测谐波电能；另一种是DSP(数字信号处理芯片)+专用A/D(模拟数字转化器)的设计方案。但是，专用计量芯片和DSP+A/D都存在一个共同缺点：价格较贵，不适合低成本的设计方案。并且普通电能表在计量电能时，由于电力谐波的存在，无法做到准确计量、公正收费，严重损害了供电系统和非谐波源用户的利益。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种三相谐波电能表，它能降低制造成本，提高谐波计量的精度，保护供电系统和非谐波源用户的利益。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种三相谐波电能表，它包括三相电能计量单元、谐波计量单元、AD前端电路、三相电流互感器、时钟电路、液晶显示器、数据存储器、红外通讯模块、RS485电平转换模块和电源模块；三相电流互感器、AD前端电路和三相电能计量单元顺次连接，三相电能计量单元与谐波计量单元之间通过SPI通讯接口连接；红外通讯模块、RS485电平转换模块分别通过UART通讯接口与谐波计量单元连接；数据存储器、时钟电路通过IO口模拟I2C总线与谐波计量单元连接；液晶显示器与谐波计量单元连接。
前述的一种三相谐波电能表中，所述AD前端电路包括电流采集电路和电压采集电路。
前述的一种三相谐波电能表中，所述三相电能计量单元为MSP430F47197芯片。该芯片能达到有功等级0.5s级，无功等级为1级，能够精确计量电压、电流、频率、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率，以及四象限电能，具有电能脉冲输出功能。
前述的一种三相谐波电能表中，所述谐波计量单元为LM3S1968芯片。该芯片能准确计量三相电压/三相电流分次谐波(2-21次)以及三相电压/三相电流谐波总含量，谐波算法采用FFT4096点算法，固定采样率为4096bps。
所述三相谐波电能表还包括与谐波计量单元连接的按键模块。
与现有技术相比，本实用新型将电能计量和谐波计量分开，分别采用MSP430F47197芯片、LM3S1968芯片作为电能计量单元、谐波计量单元，MSP430F47197芯片、LM3S1968芯片的成本低廉，能降低制造成本；MSP430F47197芯片能够精确计量电压、电流、频率、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率，以及四象限电能参数，LM3S1968芯片定时读取这些电能参数，准确计量三相电压/三相电流分次谐波(2-21次)以及三相电压/三相电流的谐波总含量，提高了谐波计量的精度，保护了供电系统和非谐波源用户的利益。
附图说明
图1是本实用新型的一种实施例的结构示意图；
图2是本实用新型的一种实施例的AD前端电路3的电路原理图。
附图标记：1-三相电能计量单元，2-谐波计量单元，3-AD前端电路，4-三相电流互感器，5-液晶显示器，6-数据存储器，7-红外通讯模块，8-RS485电平转换模块，9-电流采集电路，10-电压采集电路，11-按键模块，12-时钟电路。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
本实用新型的实施例：一种三相谐波电能表，其结构如图1所示，它包括三相电能计量单元1、谐波计量单元2、AD前端电路3、三相电流互感器4、液晶显示器5、数据存储器6、红外通讯模块7、RS485电平转换模块8、时钟电路12和电源模块；三相电流互感器4、AD前端电路3和三相电能计量单元1顺次连接，三相电能计量单元1与谐波计量单元2之间通过SPI通讯接口连接；红外通讯模块7、RS485电平转换模块8分别通过UART通讯接口与谐波计量单元2连接；数据存储器6、时钟电路12通过IO口模拟I2C总线与谐波计量单元2连接；液晶显示器5与谐波计量单元2连接。
所述AD前端电路3包括电流采集电路9和电压采集电路10，其电路原理图如图2所示。左边电路为电流采集的模拟前端电路，R50、R51和R58，R52、R53和R59，R54、R55和R60分别为三相电流互感器4的负载电阻，用于调整三相电流互感器4的输出比率，R20与C36、R21与C37构成了抗混叠滤波器。右边电路为电压采集的模拟前端电路，220V电网电压经过R4、R7、R10和R27分压后，得到大约350mV的有效值电压，即峰值电压为495mV，完全处于SD16的量程范围；此外，电压采集“+”、“-”输入端的抗混叠滤波器是非对称的，这是因为“+”输入的输入阻抗远远大于“-”输入端的阻抗，如果没有被注意，就会造成较大的相移。
所述三相电能计量单元1为MSP430F47197芯片。该芯片能达到有功等级0.5s级，无功等级为1级，能够精确计量电压、电流、频率、功率因素、有功功率、无功功率、视在功率，以及四象限电能，具有电能脉冲输出功能。
所述谐波计量单元2为LM3S1968芯片。该芯片能准确计量三相电压/三相电流分次谐波(2-21次)以及三相电压/三相电流谐波总含量，谐波算法采用FFT4096算法，固定采样率为4096bps。
所述数据存储器6为E2PROM，标准I2C接口，用于存储配置参数和能量参数。
所述时钟电路12采用专门的实时时钟芯片RX-8025T，标准12C接口具有温度补偿功能，全温度范围内精度误差小于5ppm，此外该芯片还自带日历转换功能，操作简单。
所述三相谐波电能表还包括与谐波计量单元2连接的按键模块11，按键模块11用于显示页面切换，包括上翻、下翻按键和编程键功能。
工作原理：AD前端电路3对电网中的三相电压、三相电流进行滤波、缩小，然后送至三相电能计量单元1进行处理，转化为电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、频率等电能参数，并存储AD采样值；然后谐波计量单元2定时读取三相电能计量单元1中的电能参数，并对AD采样值进行FFT算法处理，最终计算出三相电压、三相电流的谐波分量；当消耗的电能累计达到1KWH时，对数据存储器6进行一次写操作；本实用新型还提供RS485、红外接口与外界设备(PC或数据终端)进行通讯。

Claims (4)

1.一种三相谐波电能表，其特征在于：它包括三相电能计量单元(1)、谐波计量单元(2)、AD前端电路(3)、三相电流互感器(4)、液晶显示器(5)、数据存储器(6)、红外通讯模块(7)、RS485电平转换模块(8)、时钟电路(12)和电源模块；三相电流互感器(4)、AD前端电路(3)和三相电能计量单元(1)顺次连接，三相电能计量单元(1)与谐波计量单元(2)之间通过SPI通讯接口连接；红外通讯模块(7)、RS485电平转换模块(8)分别通过UART通讯接口与谐波计量单元(2)连接；数据存储器(6)、时钟电路(12)通过IO口模拟I2C总线与谐波计量单元(2)连接；液晶显示器(5)与谐波计量单元(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种三相谐波电能表，其特征在于：所述AD前端电路(3)包括电流采集电路(9)和电压采集电路(10)。
3.根据权利要求1所述的一种三相谐波电能表，其特征在于：所述三相电能计量单元(1)为MSP430F47197芯片。
4.根据权利要求1所述的一种三相谐波电能表，其特征在于：所述谐波计量单元(2)为LM3S1968芯片。
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