CN202421266U - 一种可逻辑组合的多相多回路电力监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其包含多个小型化且独立的单相二线式电力测量模块，以及对应每个电力测量模块的多组可卸式的变流器和三组可间接测量三相电压的变压器。每个电力测量模块可选择任一相电压来当作测量输入电压，再搭配所对应的变流器检测任一回路电流来当作测量输入电流，并且通过程序的设定可逻辑组合规划成多组的单相二线或单相三线或三相三线或三相四线或其中的混搭组合，以满足实际电力监测所需的各种状况，具有丰富的应用弹性。最后再将其测量结果用轮巡显示出来，或经由通讯接口与中央监控系统联机，达到遥读配电箱各回路用电信息的目的。

Description

一种可逻辑组合的多相多回路电力监测装置

技术领域

本实用新型有关一种可逻辑组合的多相多回路电力测量装置，主要是一种集合且小型化多个电力测量单元，并能结合各单元做逻辑化的配置，可规划成任意的组合型态，来完成复杂不可预知的电力监测需求的可逻辑组合的多相多回路电力测量装置。 

背景技术

现在公知的电力监测装置，都是以单独的电表或电力计组合而成，或者将多个单相或三相电力测量集合而成，但不具弹性。换言之，是把多个单相表或多个三相表集合在一个外壳内，仍然是单纯的单相表或单纯的三相表，并不能任意的改变组合和混搭，使用上较不方便，很多组件重复不能共享，容易造成浪费。 

以往一般的配电盘在设计规划时并未预留导入电力监控所需的空间，因此如何在剩余有限的空间布置电力测量系统，一直是现有市售产品挑战之一；因电力设备型态复杂且无法预期，业界解决方式是以单一功能产品再视用户状况组合，除了空间问题外还衍生通讯配线和电力测量接线复杂、耗用额外量测电力等问题，是现有市售产品挑战之二；最后投资报酬率一直是能源管理应用最大问题，如何不牺牲毛利率又能符合客户期望，是现在市售产品挑战之三。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的，在于提供一种能满足配电盘上各种复杂的电力监测需求的可逻辑组合配置的多相多回路电力监测装置。 

为达到上述目的，本实用新型提供一种可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其包含多个独立的单相二线式电力测量模块，以及对应每个电力测量模块的多组可卸式的变流器和三组能间接测量三相电压的变压器，每个所述电力测量模块选择任一相电压作为测量输入电压，并搭配所对应的所述变流器检测任一回路电流作为测量输入电流。 

每个所述电力测量模块，包括有二组完整的且具有独立的电力测量、校调和通讯功能的单相二线式的电力测量单元，同时每个所述电力测量单元都有专属的所述变流器和共享三组能间接测量三相电压的所述变压器。 

每个所述电力测量单元都有能选择任一相电压作为测量输入电压的开关，同时该测量输入电压通过所述变压器电气隔离，间接感应取得测量输入电压，其电压值正比例于一次侧的电压，通过内建的一只所述开关选择三相三线或三相四线的电源供应系统。 

该电力监测装置包括有通过RS-485通讯接口轮显当下各回路单相或三相的测量信息和各电力测量单元组合排列信息的一组LED指示灯及数值显示器，配合操作触控键能随时改变各电力测量单元组合型态，所述RS-485通讯接口与中央搜集服务器联机。 

本实用新型可逻辑组合配置的多相多回路电力监测装置，就是要以较小的体积和较便宜及简单配线的方式去完成多相多回路的电力监测目的，同时因采用多组电力测量但共享电源、通讯接口、操作接口、显示接口及电压测量处理等电路，使整体更简化、更省材料，让电力数据的搜集更具经济实用性。 

本实用新型是以间接方式测量被监测的回路电力，其中电压部分是以变压器方式隔离取得输入电压，电流部分是以可卸式（可开口）变流器方式隔离取得输入电流，故而在各回路电力监测的信号取得都是以电气隔离的方式，用很安全且不必断电的情况下配线，获得电力信息。 

本实用新型是将各回路所测量的各项电力信息，包括电压、电流、功率、消耗累积电能等等信息，直接在本装置上的LED显示屏轮流显示，也能通过通讯接口和监控系统完成联机，达到高附加价值的云端能源管理服务。 

附图说明

图1（a）~（c）为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置的外形结构图，分别为正面、侧面及背面图； 

图2为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置的组配状态示意图；

图3为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置的分解状态示意图；

图4为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置的架构方块图；

图5为本实用新型的测量电压、电流及输入电压选择接口电路图；

图6为本实用新型的电力测量单元电路图；

图7为本实用新型的微处理器及通讯接口电路图；

图8为本实用新型的触控操作接口及信息显示器电路图。

附图标记说明 

1.1 前面板外盖及铭板

1.2 信息显示及触控操作接口板

1.3 触控感知弹片

1.4 固定锁付挂勾座

1.5 电力测量模块

1.6 输出入端口接口及控制主板

1.7 可卸式变流器输入部

1.8 RS-485通讯端口

1.9 待测电压及电源供应输入端口

1.10 隔离式变压器

1.11 三相三线／四线选择开关

1.12 各回路测量输入电压选择开关

1.13 本体外壳

1.14 可卸式铆钉

1.15 可卸式后铭板

2.1 测量电压输入接口

2.2 输入电压选择接口

2.3 测量电流输入接口

2.4 电力测量单元

2.5 微处理器

2.6 通讯接口

2.7 电源转换控制接口

2.8 触控操作接口

2.9 信息显示器

具体实施方式

现依附图实施例，将本实用新型的组成及其它作用、目的，详细说明如下： 

如图1（a）至（c）所示，其为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置实施例的外形结构图，在此结构体内，装设有12组独立的单相二线最基本的电力测量单元，若全部设置为三相四线式电表，相当于有4具逻辑三相四线电表，被装置在此结构内。

如图2所示，为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置实施例的组配状态示意图，其所测量的信息可集中到服务器内统一处理，达到云端能源管理服务的目的。 

如图3所示，其为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置实施例的分解状态示意图，其组成依序包括前面板及铭板1.1、信息显示及触控操作接口板1.2、触控感知弹片1.3、固定锁付挂勾座1.4、电力测量模块1.5、输出入端口接口及控制主板1.6、可卸式变流器输入部1.7、RS-485通讯端口1.8、待测电压及电源供应输入端口1.9、隔离式变压器1.10、三相三线／四线选择开关1.11、各回路测量输入电压选择开关1.12、本体外壳1.13、可卸式铆钉1.14及可卸式后铭板1.15。 

如图所示，其组成方式为将信息显示及触控操作接口板1.2，锁付在前面板外盖及铭板1.1的后方，七段数字LED及各LED灯都在窗口内，而触控感知弹片1.3则紧贴在铭板所标示该按键符号的正下方。电力测量模块1.5共6片，每片模块内有二组测量单元，被插接在输出入端口接口及控制主板1.6上，该输出入端口接口及控制主板1.6被锁付固定在本体外壳1.13上，可卸式后铭板1.15则由四只可卸式铆钉1.14固定在后壳上，当需要时可拆下搬动各回路测量输入电压选择开关1.12，达到变更或重设定的目的，最后再利用左右两边的固定锁付挂勾座1.4，将本实用新型锁付固定在已开有孔的配电箱外盖上，其组成后的实施例，即形成如图1所示的外型结构。 

如图4所示，其为本实用新型可逻辑组合的多相多回路电力监测装置实施例的架构方块图，其中待测量的三相电压R、S、T、接至方块2.1测量电压输入接口，可从内建的三组变压器取得各相电压，然后再由方块2.2输入电压选择接口来决定方块2.4电力测量单元中每个单元的输入电压，是选择测量R相、S相或T相的电压，并且每个电力测量单元通过程序的设定可逻辑组合规划成多组的单相二线或单相三线或三相三线或三相四线或其中的混搭组合。 

方块2.3测量电流输入接口，主要是由12个可卸式变流器和对应的转换检知电阻所组成，其电阻上的电压正比例于该回路的电流，于是方块2.4电力测量单元中每个单元都有各自的量测电压和电流输入信号，其电力测量单元的测量信息输出，是通过方块2.5微处理器的多任务切换电路轮流读取，并且也能将所测量的信息，通过方块2.6通讯接口以RS-485串行信号和外部的数据控制搜集中心连结，另外为提高信赖性，微处理器也能经由方块2.7电源转换控制接口的监督及控制，达到异常时能自我恢复重新启动的机制。 

方块2.8触控操作接口，微处理器能借由此接口感知人手的触控操作信号，将所欲显示的信息和指示灯号，由方块2.9信息显示器来显示，使能在现场就能轮显各回路的实时信息。 

以下说明本实用新型控制器的各方块动作原理及其作用，图5～图8为本实用新型的各方块电路图，说明如后。 

图5中的方块2.1为本实用新型的测量电压输入接口电路图，图中JP2为本实用新型对外的接线端子座，待测量的电压R、S、T及地线N分别接到JP2-1、3、5、7脚，另外通讯RS-485-A、RS-485-B及DC（直流）电源输入24V和24-0V（GND）则分别接在JP2-11、12、13、14脚。待测量的R相电压通过电阻R32、R33及变压器T1在电阻R34可得到隔离的VA电压，并且正比例于R相电压；S相电压通过电阻R35、R36及变压器T2在电阻R37可得到隔离的VB电压，并且正比例于S相电压；T相电压通过电阻R38、R39及变压器T3在电阻R40可得到隔离的VC电压，并且正比例于T相电压。 

SW1为一3组连动的开关，可切换T1、T2、T3的参考电压，如图中所示的位置，为R相是指R-S之间的电压，S相是指S-T之间的电压，T相是指T-R之间的电压，即一般俗称的三相三线（△型接线）电源供应系统，若把SW1扳到另一位置，则R相是指R-N之间的电压，S相是指S-N之间的电压，T相是指T-N之间的电压，即一般俗称的三相四线（Y型接线）电源供应系统。换言之，本实用新型可通过一只开关来选择三相三线或三相四线的电源供应系统，而其检知的测量电压VA、VB、VC，都与待测电源端隔离，并且共享参考零电位（AGND）。 

图5中的方块2.2为本实用新型的输入电压选择接口电路图，在本实用新型实施例中是内建12组独立的小型化电力测量单元，每一个量测单元都可按当下的需求，选择所欲测量的输入电压，即如图中的V-IN1、V-IN2……到V-IN12，其选择方式是通过指拨开关S1～S6。以V-IN1为例，可扳动指拨开关S1内的1或2或3，便能使V-IN1的输入电压是选择VA（R相）或VB（S相）或VC（T相），换言之，每个电力测量单元都有可通过对应专属的指拨开关，选择所要的量测输入电，即VA或VB或VC（三选一）。 

图5中的方块2.3为本实用新型的测量电流输入接口电路图，图中J4、J5、J7、J8共有4个对外配线可卸式变流器（可开口）的接线座，如J4的1、2脚，本实施例12个变流器中第一组为外接可卸式变流器的端子，由此端子所接的变流器，先把变流器口打开，然后将待测回路的电线经过此变流器后再紧闭开口，此时该回路的电流便感应此变流器，其二次测的感应电流经过J4的1、2脚，即V1P-1和V1N-1，便在电力测量单元的电流检知电阻上，可得到转换的检测电压，其电压正比例于该变流器所监测回路上的电流，换言之每个电力测量单元都可通过其所对应的外接可卸式变流器，可获得所要量测的电流所转换出来的电压信号。 

在方块2.3图中JP1、JP3、JP4、JP5、JP6、JP7共有六个PCB板插座，每个插座上都有二组独立的电力测量单元，如JP1的2、4脚为第一组电流信号输入接脚，JP1-8为其电压信号输入接脚，JP1的14、16脚为第二组电流信号输入接脚，JP1-20为其电压信号输入接脚，其余类推。 

图6中的方块2.4为本实用新型的电力测量单元电路图，图中所示为二组电力测量单元，本实用新型共有12个电力测量单元，故需要有6片如方块2.4的测量板，才能组成本实用新型实施例的需求。以其中一组为例说明，每一组电力测量单元由三个集成电路（IC）所组成，即U19专用的微处理器，U20内存及U21电力测量IC，图中被选择的量测输入电压信号是由V-IN1脚输入到U21测量IC的PIN-7脚，并以AGND为共同的参考零电位，量测的电流信号V1P-1及V1N-1在电流检知电阻R53上可获得转换电压，其电压正比例于待量测的电流。U21电力量测IC便根据所输入的电压和电流信号，可得到真正待量测的电压值、电流值、功率值、累计电能值和功率因子、频率等电力信息，图中U19为该模块专用的微处理器，能读取U21所测量的值，并根据U20所储存的修正参数加以修正处理，使得到更准确的数据，其计算的结果储存于U20内存中，U20同时也存有修正参数，关机时仍保有记忆，另外可控制电力测量IC（U21）的电源，当微处理器U19发现与U21通讯或测量值异常时，可借由控制Q1来重启电源，以提高使用的信赖性，每个专属的电力测量单元是通过TXD及RXD信号于方块2.5的微处理器沟通，以取得每个电力测量单元的测量信息。 

图7的方块2.5为本实用新型的微处理器电路图，U5微处理器规划二组串行通信接口（UART），分别为对每一个测量单元的MTXD和MRXD信号，以及对外部通讯的STXD和SRXD信号。其中MTXD因为要连结到电力测量单元的TXD1～TXD12，在此是通过U15和U16切换IC，即微处理器U5经由ADDR0～ADDR4的地址线译码成让MTXD可对应连结到与每一个电力测量单元的TXD信号，也同时通过U17和U18切换IC，使MRXD可对应连结到每一个电力测量单元的RXD信号。换言之，U5微处理器IC可通过多任务扫描轮流和每一个测量单元通讯，设定或读取数据，然后通过STXD和SRXD和方块2.6通讯接口电路的U10 RS-485转换IC连结，U10 RS-485转换IC能将STXD和SRXD数字信号，变成具有差动性质的RS-485-A和RS-485-B信号，能和远处的中央搜集服务器联机，达到远地监测配电箱各回路用电信息的目的。U5微处理器尚有一个重要的任务，即是将各个回路所测量的信息，搭配各回路设定的内容可以做必要的程序运算，如相量相加、代数相加等以便达到能将各电力测量单元规划成单、三相电力监测功能，可多组任意组合来完成复杂不可预知的电力监测需求。 

另外在方块2.6的J3-7、8脚也提供本实用新型所需的电源，如图所示为24V和24-0V，此外部供应的DC电源，须先经由方块2.7图中U13电源稳压IC的转换，可得到稳定的5V工作电源，另外为求提高整体监测的信赖性，特别设置一个电源监测用IC U14，该电源监测IC能随时检测所使用的5V电源，当5V电源瞬间或缓慢低落到约只剩下3V左右时，便会在PWR脚产生一个正脉冲，该正脉冲信号将使U13电源稳压IC关掉5V电源，等正脉冲信号消失后再重新启动电源。另外U14的WDI脚接到U5的微处理器的一个输出脚，必须通过程序定时产生脉冲信号输入，因此若U5的微处理器程序当机，或U5读取到各电力测量单元异常，都可通过WDI的接脚来使脉冲信号暂停，可促使PWR产生正脉冲信号重启电源，增加使用的信赖性。 

图8的方块2.8为本实用新型的触控操作接口电路图，U11为电容式触控检知IC，其中KEY1～KEY4为4个触控片，装设在外壳下方，借由人手靠近KEY-1～KEY-4的触控片产生电容变化，使U11分辨出当下所欲操作的按键信号，再以数字的方式输出告知方块2.5的微处理IC U5，即电路图中的KEY-UP、KEY-DOWN、KEY-CYCLE及KEY-SET四个数字逻辑信号，U5便能按此输入的信息执行欲显示的信息和欲设定的内容。图中与触控片并联的电容C11、C12、C14、C15能够为触控灵敏度进行调整，电容愈少灵敏度愈高。 

方块2.9为本实用新型的信息显示器电路图，图中LD1、LD10、LD15、LD23、LD24、LD25为6个LED 七段显示器，能显示数字和简易的英文字母ABCD，其各段LED的明灭是受U1、U3、U6、U8、U9、U12的串行转并列IC来驱动；换言之，方块2.5的微处理器IC U5能通过DATA、STR、CLK及PWM等四条信号线，再通过串行转并列IC逐一点亮所欲点亮的七段LED的内容，用以呈现所欲显示的信息内容，及PWM脚能控制所点亮的LED驱动电源的ON/OFF比例，达到控制亮度的目的。另外U2、U4、U7也同样是串行转并列的IC，一样受前所述的四条信号线控制，唯所点亮的LED为单独的指示灯，如LD2～LD9、LD11～LD14、LD16～LD22等，这些指示灯是用以让使用者更明了所显示的项目和回路关系，以及所设定的项目内容。 

上述实施例，仅为本实用新型主要技术的例举说明，并非用以限定本实用新型保护范围，凡是涉及等效应用或基于前项技术手段为简易变更或置换，均应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (1)

1.一种可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其特征在于，其包含多个独立的单相二线式电力测量模块，以及对应每个电力测量模块的多组可卸式的变流器和三组能间接测量三相电压的变压器，每个所述电力测量模块选择任一相电压作为测量输入电压，并搭配所对应的所述变流器检测任一回路电流作为测量输入电流。

2. 如权利要求1所述的可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其特征在于，每个所述电力测量模块，包括有二组完整的且具有独立的电力测量、校调和通讯功能的单相二线式的电力测量单元，同时每个所述电力测量单元都有专属的所述变流器和共享三组能间接测量三相电压的所述变压器。

3. 如权利要求2所述的可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其特征在于，每个所述电力测量单元都有能选择任一相电压作为测量输入电压的开关，同时该测量输入电压通过所述变压器电气隔离，间接感应取得测量输入电压，其电压值正比例于一次侧的电压，通过内建的一只所述开关选择三相三线或三相四线的电源供应系统。

4. 如权利要求2所述的可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其特征在于，每个电力测量单元选择任一相电压来当作测量输入电压，再搭配所对应的变流器检测任一回路电流来当作测量输入电流，并且通过程序的设定可逻辑组合规划成多组的单相二线或单相三线或三相三线或三相四线或其中的混搭组合，以满足实际电力监测所需的各种状况，每个电力测量单元都可按照实际现场配电箱的回路需求，每个电力测量单元的测量输入电压，通过专属的开关来选择，测量输入电流也通过专属对应的变流器来配合接线，然后再通过现场的操作设定，通过程序逻辑运算，相量相加及代数相加，将各电力测量单元按实际配线，规划成具单相或三相电力监测功能，可多组任意组合来满足复杂不可预知的电力监测需求。

5. 如权利要求1所述的可逻辑组合的多相多回路电力监测装置，其特征在于，该电力监测装置包括有通过RS-485通讯接口轮显当下各回路单相或三相的测量信息和各电力测量单元组合排列信息的一组LED指示灯及数值显示器，配合操作触控键能随时改变各电力测量单元组合型态，所述RS-485通讯接口与中央搜集服务器联机。

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