CN204439706U - 一种宽量程电能计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽量程电能计量装置，包含控制模块以及与其连接的电压变换模块、电流变换模块、显示模块、通信模块、外围存储模块和开关电源模块；所述电压变换模块用于对电网电压进行成比例降压，所述电流变换模块用于将负载电流转换成成比例的电压信号，所述控制模块用于通过对电网电压和负载电流的采样进而计算出电力参数，所述显示模块用于实时显示控制模块计算出的电力参数，所述通讯模块用于传输电力参数，所述外围存储模块用于存储控制模块计算出的电力参数，所述开关电源模块用于提供控制模块所需电源，本实用新型通过根据电压和电流的N组采样值，就可以计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率等电力参数。

Description

一种宽量程电能计量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电能计量装置，尤其涉及一种宽量程电能计量装置，属于电能质量监测领域。

背景技术

目前我国国产的电力测量装置（包括电能表），基本上都不是真正宽量程的，

而是按电流和电压量程分成众多的规格，规格的繁多不仅增加了生产成本，还会因规格选择不当而引发事故，所以，研发宽量程电力参数测量装置是一个重要方向。真正的宽量程装置应当能覆盖几乎所有常用等级，从而使同一类装置的量程规格非常少。

先看电流量程。在我国，家用电能表负荷电流相差很大，而一个城市（地区）往往安装同一规格的电能表，比如我国中东部地区当前所用的电能表一般为10（40）A，保证精度的上限是40A下限是1A。实际上，有些用户的负荷长期小于下限，有些用户的负荷经常大于上限，这就可能造成计量不准。工业用户的负荷电流变化更大，全开工时负荷可能大于上限，停工时负荷往往小于下限，也会造成计量不准。

再看电压量程。在我国，家用电能表额定相电压一般是Un=220V，保证精度的上限是115%Un下限是80%Un，而某些边远地区和乡村电压可能低到100V以下。工业电力测量装置的电压等级有57V、100V、220V、380V等，必须安装不同规格的电能表。电压等级的繁多给制造和使用带来了诸多不便，如果三相电能表的电压是宽量程的——电压在46V到440V范围内都能保证精度，制造和使用就方便多了。PSOC是Programmable System on Ship（可编程片上系统）的缩写，它将MCU及其常用外围芯片集成在一块芯片上，主要包括：A/D转换、D/A转换、运算放大器、滤波器、反相器、计数器、定时器、PWM、UART、SPI、LCD驱动、温度测量模块等，同一类模块可以提供多个。PSOC内部的上述模块可以自由组合，它们的参数也可以灵活设定。PSOC为日益复杂的测量、控制和信号处理装置提供了一个理想的平台，有人称之为嵌入式系统的发展方向。

衡量电力参数测量装置的指标主要是精度、量程、功能、可靠性、性价比等，PSOC的出现，使得应用工程师自行开发高精度、宽量程、高性价比的电力参数测量装置成为可能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术中的不足提供了一种高精度、宽量程、高性价比的电力参数测量装置。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案

 一种宽量程电能计量装置，包含控制模块以及与其连接的电压变换模块、电流变换模块、显示模块、通讯模块、外围存储模块和开关电源模块；所述电压变换模块用于对电网电压进行成比例降压，所述电流变换模块用于将负载电流转换成成比例的电压信号，所述控制模块用于通过对电网电压和负载电流的采样进而计算出电力参数，所述显示模块用于实时显示控制模块计算出的电力参数，所述通讯模块用于传输电力参数，所述外围存储模块用于存储控制模块计算出的电力参数，所述开关电源模块用于提供控制模块所需电源。

作为本实用新型一种宽量程电能计量装置的进一步优选方案，所述控制模块采用PSOC。

作为本实用新型一种宽量程电能计量装置的进一步优选方案，所述电力参数包含电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率。

作为本实用新型一种宽量程电能计量装置的进一步优选方案，所述开关电源模块为5V开关电源。

作为本实用新型一种宽量程电能计量装置的进一步优选方案，所述显示模块采用LCD显示屏。

作为本实用新型一种宽量程电能计量装置的进一步优选方案，所述通讯模块采用无线串口通讯。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型高精度、宽量程、高性价比；

2、本实用新型装置能解决电力系统中电能计量在较宽量程范围的精度不高的问题；装置的结构设计简单、价格低廉、体积小巧，能够被普遍使用；

3、本实用新型通过根据电压和电流的N组采样值，就可以计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率等电力参数。

附图说明

图1是本实用新型的结构模块图；

图2是本实用新型PSOC芯片原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种宽量程电能计量装置，包含控制模块以及与其连接的电压变换模块、电流变换模块、显示模块、通讯模块、外围存储模块和开关电源模块；所述电压变换模块用于对电网电压进行成比例降压，所述电流变换模块用于将负载电流转换成成比例的电压信号，所述控制模块用于通过对电网电压和负载电流的采样进而计算出电力参数，所述显示模块用于实时显示控制模块计算出的电力参数，所述通讯模块用于传输电力参数，所述外围存储模块用于存储控制模块计算出的电力参数，所述开关电源模块用于提供控制模块所需电源。

该实用新型设计的是一个宽量程的电能计量装置，利用PSOC特有的自调量程技术，能使电压量程宽达57V~380V，电流量程宽达10(100)A。EPSOC可以测量电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率等电力参数，它可以用于单（三）相电能表、电量变送器，也可以用于电力监测装置。

其中，所述控制模块采用PSOC，所述电力参数包含电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率，所述开关电源模块为5V开关电源，所述显示模块采用LCD显示屏，所述通讯模块采用无线串口通讯。

基于PSOC的宽量程电能计量模块——EPSOC的硬件结构图如图1所示。图中除了电压变换模块、电流变换模块和开关电源，其它硬件均包含在一片PSOC芯片之中。

    如图2所示，电网电压经电压变换环节成比例降压后送到信号调理环节，信号调理环节完成信号的偏移和滤波。调理后的周期性信号一路送到可调增益运放，可调增益运放的增益是可调的——MCU能根据电网电压的大小自动调整运放的增益——相当于自动改变量程。通过自动调整增益，可以使运放输出的峰-峰值保持在1V~4V。经12位A/D转换后，每个信号周期同步地采集N个点。的另一路送到比较器，比较器的输出是一个方波，方波送到MCU计算周期和频率，这个周期就是电网电压的周期。

负载电流经电压变换环节变换为成比例的电压信号送到信号调理环节，信号调理环节完成信号的偏移和滤波。调理后的信号送到可调增益运放， MCU能根据负载电流的大小自动调整运放的增益。通过自动调整增益，可以使运放输出的峰-峰值保持在1V~4V。经12位A/D转换后，每个信号周期同步地采集N个点。电网电压和负载电流的采集是同时的。MCU根据电压和电流的N组采样值，就可以计算出电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率等电力参数。

Claims (6)

1.一种宽量程电能计量装置，其特征在于：包含控制模块以及与其连接的电压变换模块、电流变换模块、显示模块、通讯模块、外围存储模块和开关电源模块；所述电压变换模块用于对电网电压进行成比例降压，所述电流变换模块用于将负载电流转换成成比例的电压信号，所述控制模块用于通过对电网电压和负载电流的采样进而计算出电力参数，所述显示模块用于实时显示控制模块计算出的电力参数，所述通讯模块用于传输电力参数，所述外围存储模块用于存储控制模块计算出的电力参数，所述开关电源模块用于提供控制模块所需电源。

2.根据权利要求1所述宽量程电能计量装置，其特征在于：所述控制模块采用PSOC。

3.根据权利要求1所述宽量程电能计量装置，其特征在于：所述电力参数包含电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率。

4.根据权利要求1所述宽量程电能计量装置，其特征在于：所述开关电源模块为5V开关电源。

5.根据权利要求1所述宽量程电能计量装置，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示屏。

6.根据权利要求1所述宽量程电能计量装置，其特征在于：所述通讯模块采用无线串口通讯。