CN206331033U - 一种三相线路电流与功率监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三相线路电流与功率监测装置，包括模拟测量部分和模拟实际电路部分，所述模拟实际电路部分包括空气开关、保护电阻和三相负载电机，所述模拟测量部分包括模拟测量传感器、单片机、GPRS模块和PC模块，空气开关通过保护电阻连接三相负载电机，本实用新型的有益效果是：1、使用穿心式电流互感器作为传感器，对电流进行采集，范围较广，可以实现0～50A电流的监控。2、通过GPRS将数据从单片机发送到PC机上，再通过PC机的数据库来实时观察数据，也可通过PC机基于数据库建立的软件对监测部分发送命令，控制监测开始与停止。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种监测装置，具体是一种三相线路电流与功率监测装置。
背景技术
近年来智能电网技术的发展如火如荼，其快速发展的创新性大大提升了供电可靠性。纵观电力供应网络，在发、输、配、用电环节中，电力公司长期以来一直把侧重点放在发电和输电系统上，配电、用电以及电力公司和终端用户的合作等环节上相对薄弱。目前在配电侧存在着配电室高压、低压各进出线数据不能远程监视，自动化水平较低；配电室低压出线回路较多，需要人工现场巡查，费时费力，巡视管理工作量较大；事故及停电抢修响应不及时。因无法远程监视，当发生事故或故障停电后，管理部门不能及时得到信息等问题。因此，该专利在三相线路上实现在线监测装置，通过模拟实际电路，使用GPRS将监测数据经过公网实时回传到PC，以便及时处理。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种三相线路电流与功率监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种三相线路电流与功率监测装置，包括模拟测量部分和模拟实际电路部分，所述模拟实际电路部分包括空气开关、保护电阻和三相负载电机，所述模拟测量部分包括模拟测量传感器、单片机、GPRS模块和PC模块，空气开关通过保护电阻连接三相负载电机，空气开关和保护电阻之间的电气回路上接有模拟测量传感器，模拟测量传感器还连接单片机，单片机还连接GPRS模块，GPRS模块还连接PC模块。
作为本实用新型的进一步方案：所述单片机的型号为MSP430F149。
作为本实用新型的进一步方案：所述单片机通过UART接口与GPRS模块相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、使用穿心式电流互感器作为传感器，对电流进行采集，范围较广，可以实现0～50A电流的监控。2、通过GPRS将数据从单片机发送到PC机上，再通过PC机的数据库来实时观察数据，也可通过PC机基于数据库建立的软件对监测部分发送命令，控制监测开始与停止。
附图说明：
图1是本实用新型的整体方框图。
图2是穿心式电流互感器的结构示意图。
图3是功率测量电路的电路图。
图4是实施例的模拟电路图。
图5是模拟量采集模块的电路图。
图6是GPRS模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-6，一种三相线路电流与功率监测装置，包括模拟测量部分和模拟实际电路部分，所述模拟实际电路部分包括空气开关、保护电阻和三相负载电机，所述模拟测量部分包括模拟测量传感器、单片机、GPRS模块和PC模块，空气开关通过保护电阻连接三相负载电机，空气开关和保护电阻之间的电气回路上接有模拟测量传感器，模拟测量传感器还连接单片机，单片机还连接GPRS模块，GPRS模块还连接PC模块。
单片机的型号为MSP430F149。
单片机通过UART接口与GPRS模块相连。
本实用新型的工作原理是：
空气开关控制着三相电三条火线，火线经过保护电阻，连接到三相负载电机。选择一条火线穿过电流检测装置中的传感器。
穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路，见图。
由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比：式中I1——穿心一匝时一次额定电流；n——穿心匝数。而模拟输出量的电压，就是电流流过负荷后，负荷上的电压，实现了电流转换为电压的过程。
同时该传感器带继电器输出，主要方便实现过流保护功能，比如设置5A电流为过流保护点，可以通过电流表校准得到5A电流流过时候，模块上采集到的电压是多少值，再调节电位器设置比较点电压信号。就可以实现当电流超过设定值时，继电器工作，断开工作回路实现保护的目的。
而穿心式的单相有功功率测量也是利用电流传感器的原理，但是还加入了电压测量的部分。通过对电流传感器负载的调整，负载上的电压可以取到该相的实际电压的一部分。实际的功率测量电路如下图3。
电路中，PT(电压互感器)、CT(电流互感器)和之前的电流传感器器类似，作为输入隔离，PT的二次电压和CT的二次电流经变换成电压后都输入至乘法器，使乘法器输出的直流电压。
式中：Up---乘法器输出电压
Un---PT二次电压
Ui---CT二次电流经R变换后的电压
φ---Uu和Ui的夹角
这样达到了功率变换为直流电压的目的，直流电压和功率在一定范围内成线性关系，该线性关系可由传感器中的负载来调整。目前，功率变送器中大都采用的是时分割乘法器。这类乘法器的特点是：测量频率较低(一般<1kHz，在本设计中频率为50Hz)，但是其线性度相当好，最高可达到0.01％以上，这对于电网电量的测量是相当合适的。实际上，高标准的功率、电能标准器也大都采用了这类乘法器，电路中的相位补偿电路就是对变送器功率因数影响的补偿，一般都用电流电容元件加在电压回路中。
在得到两个电压量之后，经过单片机的A/D采样，得到代表测量出的电流的数字量ADC0、ADC1，将ADC0、ADC1转换为16进制的数据，对数据的初始位进行赋值，来区别传输的是电流数字量还是功率数字量。再把数字量通过给单片机的TXDBUF赋值，就能将这个数据传送给GPRS模块，模块将数据整理成一个数据包，无线传送到运营商的公网上，PC设置好运营商给定的IP地址，就能从公网上读取数据。通过分析数据的初始位来确定收到的该数据是电流量还是功率。同时，PC可以通过发送命令来选择是否需要读取数据。单片机程序通过识别接收的命令，来控制是否测量或者发送数据包。
应用实例：
在原理图的左中部分有空气开关，来管理三相电的通断。接出来的三条火线上经过保护电阻后，连在三相负载电机上，驱动电机转动。在这里的负载电机是为了模拟出实际电路中的用电器。当空气开关闭合时，此时火线上流经一定电流I。这样便构成了模拟实际电路部分。如图4，接着使用电流测量及功率测量装置，将一条火线穿过检测装置中的传感器，通过传感器的工作原理可知，传感器将电流量I流过负载Z后，取负载上的电压量V即为模拟输出量，符合关系V＝I*Z。这样电流检测装置上的模拟信号输出引脚上带有电压V。
在原理图中，由于电流测量和功率测量装置原理相同，使用方法相同，采样方法相同，则在原理图中使用模拟量采集模块统一表示。
此时，为了防止电压过大，可以将这个电压V经过10K的变阻器，分得一定电压V’。假设滑动变阻器的滑头在变阻器中心，则此时得到的电压V’＝1/2*V。将分压后的电压V’连接到单片机MSP430F149的P6.3端。如图5，单片机MSP430F149的P1.5-P1.7，P6.3-P6.7端是单片机的A/D通道，单片机MSP430F149可以通过软件编程选通任意一端的A/D功能，这里选通P6.3进行A/D转换，让单片机采集分压后的电压V’，采集后经过量化，转化为单片机能够处理的数字信号。这个数字信号在单片机内部进行计算，得到未分压时候的电压V，再通过检测装置中的转换，一个电流对应一个电压，就能得到实际电流的大小I，此时的I为数字量，储存在单片机内。
接着，单片机将数字量I改变为16进制的数据Buff，发送到TXD端。单片机上的P3.4、P3.5分别为TXD和RXD，接到原理图中下方的GPRS模块上。通过设置将GPRS的通信口的波特率与单片机的波特率调节到相同，这样当单片机将数据发送到TXD端即P3.4端后，GPRS模块的RX端就能准确得到具体的数字量Buff。如图6。
在GPRS模块得到数据后，将数据转换为一个数据包，通过无线网络发送到公网上，PC可以通过固定的IP地址来下载数据。虽然GPRS模块能够一直在线，但如果没有数据包发送的话，GPRS模块将不会生成额外的收费。
这样就完成了整体的监控部分。
Claims (3)
1.一种三相线路电流与功率监测装置，包括模拟测量部分和模拟实际电路部分，其特征在于，所述模拟实际电路部分包括空气开关、保护电阻和三相负载电机，所述模拟测量部分包括模拟测量传感器、单片机、GPRS模块和PC模块，空气开关通过保护电阻连接三相负载电机，空气开关和保护电阻之间的电气回路上接有模拟测量传感器，模拟测量传感器还连接单片机，单片机还连接GPRS模块，GPRS模块还连接PC模块。
2.根据权利要求1所述的一种三相线路电流与功率监测装置，其特征在于，所述单片机的型号为MSP430F149。
3.根据权利要求1所述的一种三相线路电流与功率监测装置，其特征在于，所述单片机通过UART接口与GPRS模块相连。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115327218A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-11-11 | 北京京仪北方仪器仪表有限公司 | 一种非侵入式功率因数测量装置及分体式电功率测量系统 |
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2016
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