CN209148770U - 一种可集成于断路器的电能计量模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可集成于断路器的电能计量模块。该电能计量模块拼装于断路器的出线侧，其包括：电流电压采样单元、信号调理电路、计量芯片电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、辅助电源电路；计量芯片电路通过检测来自电流电压采样单元并经信号调理电路处理后的电流、电压信号，得到包括电能数据在内的电力参数送入微处理器电路进行处理，微处理器电路通过通信电路与外部实现数据交互，存储电路用于存放电能数据和计量芯片的初始化配置数据，辅助电源电路用于为整个电能计量模块提供电源。本实用新型具有结构紧凑、安装方便的优点，可直接安装于断路器出线侧，实现对断路器下级用电设备电能的计量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电能计量模块，尤其涉及一种可集成于断路器的电能计量模块，属于低压电器技术领域。
背景技术
随着我国国民经济的迅猛发展，对电力的需求日渐增大。在供配电系统中，经常需要对很多的电力参数进行实时检测，如电压、电流、功率因数、谐波等。另外节能减排的推进，对用能设备或用能区域提出了电能计量的要求。在低压电器领域为实现对电力参数的测量，一般常采用专门的电力仪表。电力仪表的使用有三个不足：一是电力仪表必须配合电流互感器和/或电压互感器使用，安装及接线复杂。二是电力仪表一般均采用配电柜柜面安装的方式，占用了柜面的空间，给柜体的设计带来不便。三是为了实现对电能的高精度测量，需要使用高精度的电流和电压互感器，增加了成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术所存的不足，提供一种可集成于断路器的电能计量模块，结构紧凑，安装方便，可直接安装于断路器出线侧，实现对断路器下级用电设备电能的计量。
本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种可集成于断路器的电能计量模块，该电能计量模块拼装于断路器的出线侧，其包括：电流电压采样单元、信号调理电路、计量芯片电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、辅助电源电路；计量芯片电路通过检测来自电流电压采样单元并经信号调理电路处理后的电流、电压信号，得到包括电能数据在内的电力参数送入微处理器电路进行处理，微处理器电路通过通信电路与外部实现数据交互，存储电路用于存放电能数据和计量芯片的初始化配置数据，辅助电源电路用于为整个电能计量模块提供电源。
进一步地，该电能计量模块还包括与计量芯片电路连接的电能脉冲输出电路，用于输出与计量芯片电路所获得电能数据相应的电能脉冲信号。
优选地，所述通信电路包括无线通信电路和有线通信电路。
优选地，所述无线通信电路为Zigbee通信电路，所述有线通信电路为RS485通信电路。
进一步地，该电能计量模块还包括与RS485通信电路连接的操作显示模块，所述的操作显示模块通过ModBus RTU协议与微处理器进行数据交换，实现相关测量数据的显示及对断路器电能计量模块的参数设定。
优选地，所述操作显示模块安装于电能计量模块上，或者安装于电断路器所在的配电柜柜门上。
优选地，所述电流电压采样单元包括由一组空心电流互感器所构成的电流采样电路，以及由一组分压电阻所构成的电压采样电路。
优选地，所述电力参数包括电流、电压、功率数据和谐波数据。
优选地，所述辅助电源电路直接从断路器母排电压取电。
进一步优选地，所述辅助电源电路包括依次连接的开关电源电路、DC/DC电路、LDO电路，开关电源电路将断路器母排电压转换为24V直流电压，DC/DC电路将24V直流电压转换为5V直流电压，LDO电路将5V直流电压转换为3.3V直流电压。
相比现有技术，本实用新型技术方案及其进一步改进和优选方案具有以下有益效果：
本实用新型结构紧凑，安装方便，可直接安装于断路器出线侧，实现对断路器下级用电设备电能的计量；
本实用新型可以无需外接电源，而直接从主回路取电；
本实用新型除可实现对断路器下级用电设备电能的计量外，还可提供对电流、电压、功率、谐波等电力参数的检测，并将检测结果本地显示或传输至远端。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施例的结构原理框图；
图2为具体实施例中计量芯片电路与微处理器电路连接电路图；
图3为具体实施例中电能脉冲输出电路的电路图。
具体实施方式
针对现有低压电器领域中采用专门的电力仪表进行电力参数测量的不足，本实用新型提出了一种可集成于断路器的电能计量模块，结构紧凑，安装方便，可直接安装于断路器出线侧，实现对断路器下级用电设备电能的计量。该电能计量模块拼装于断路器的出线侧，其包括：电流电压采样单元、信号调理电路、计量芯片电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、辅助电源电路；计量芯片电路通过检测来自电流电压采样单元并经信号调理电路处理后的电流、电压信号，得到包括电能数据在内的电力参数送入微处理器电路进行处理，微处理器电路通过通信电路与外部实现数据交互，存储电路用于存放电能数据和计量芯片的初始化配置数据，辅助电源电路用于为整个电能计量模块提供电源。
测量得到的电能数据可以通过通信电路实时传输至远端的上位机，也可以在需要的时候从本地的存储电路中读取出来；该电能计量模块还可以进一步包括与计量芯片电路连接的电能脉冲输出电路，用于输出与计量芯片电路所获得电能数据相应的电能脉冲信号。
所述通信电路可以包括无线通信电路和/或有线通信电路，最好两种方式兼具；优选地，所述无线通信电路为Zigbee通信电路，所述有线通信电路为RS485通信电路。
进一步地，该电能计量模块还包括与RS485通信电路连接的操作显示模块，所述的操作显示模块通过ModBus RTU协议与微处理器进行数据交换，实现相关测量数据的显示及对断路器电能计量模块的参数设定。所述操作显示模块可以安装于该电能计量模块的本体上，也可以安装于断路器所在的配电柜上，优选安装于断路器所在的配电柜柜门上。
优选地，所述电流电压采样单元包括由一组空心电流互感器所构成的电流采样电路，以及由一组分压电阻所构成的电压采样电路。
为了实现更多电力参数的测量，进一步地，所述电力参数包括电流、电压、功率数据和谐波数据。
为了使系统结构更紧凑，使用更方便，所述辅助电源电路优选直接从断路器母排电压取电。作为其中一种优选方案，所述辅助电源电路包括依次连接的开关电源电路、DC/DC电路、LDO电路，开关电源电路将断路器母排电压转换为24V直流电压，DC/DC电路将24V直流电压转换为5V直流电压，LDO电路将5V直流电压转换为3.3V直流电压。
为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本实用新型的技术方案进行详细说明：
本实施例的电能计量模块，拼装在塑壳断路器的出线侧，三相三线及三相四线系统均适用，实现对电流、电压、功率的测量，对电能进行计量，同时提供电流、电压的谐波测量功能。如图1所示，该电能计量模块包括电流互感器、电压取样电路、信号调理电路、计量芯片电路、电能脉冲输出电路、微处理器电路、存储电路、RS485通信电路、Zigbee无线通信电路、操作显示模块以及辅助电源电路。所述电流互感器和所述电压取样电路分别与所述信号调理电路连接；所述信号调理电路与所述计量芯片电路连接；所述计量芯片电路分别与所述微处理器电路、电能脉冲输出电路连接；所述微处理器电路分别与存储电路、Zigbee无线通信电路、RS485通信电路连接；所述的RS485通信电路与操作显示模块连接。
通过空心电流互感器采集三相电流信号，经过信号调理电路滤波后接入计量芯片电路的差分电流信号输入端。
三相电压信号由分压电阻构成的电压取样电路取样后经信号调理电路分压、滤波后接入计量芯片电路的差分电压信号输入端。
采集的电流及电压信号经过信号调理电路处理后输入计量芯片电路，计量芯片的内部数字积分电路进行一些必要的模式配置和校准从而直接得到得到电流、电压、功率、电能、谐波等电力参数；微处理器电路将计量芯片电路测得的结果通过RS485通信电路发送给操作显示模块，同时可以通过Zigbee无线通信电路将相关的测量数据通过Zigbee无线网络传输给相关的接收设备；
存储电路用于存放电能数据和计量芯片的初始化配置数据；电能脉冲输出电路在计量芯片电路计量过程输出对应的电能脉冲信号；操作显示模块通过RS485通信电路与微处理器连接，通过ModBus RTU协议与微处理器进行数据交换，实现相关测量数据的显示和对断路器电能计量模块的参数设定，所述的操作显示模块可以直接安装于断路器电能计量模块本体上，也可以安装于断路器所在配电柜柜门上。
辅助电源电路直接取自断路器母排电压，由A、B、C相线电压通过开关电源生成24V直流电压，后经过DC/DC电路生成5V，再经LDO电路生成3.3V。微控制器和ZigBee模块采用3.3V供电，操作显示模块采用5V供电。
上述技术方案中的信号调理电路、计量芯片电路、电能脉冲输出电路、微处理器电路、存储电路、RS485通信电路、Zigbee无线通信电路、操作显示模块以及辅助电源电路等均为现有成熟技术，可根据实际需要采用，例如，计量芯片采用ATM90E36A，微处理器采用R5F100FJAFP等。
图2显示了本实施例中计量芯片电路与微处理器电路连接电路，计量芯片电路与微处理器电路通过SPI接口连接，模块上电后微处理器电路对计量芯片电路进行配置，然后计量芯片开始计量，然后微处理器实时读取计量芯片的测量数据。为了传输中信号的稳定，计量芯片与微处理器之间通过SPI接口电路连接，SPI接口电路设置有若干上拉电阻以达到传输信号的稳定。
如图3所示，本实施例中的电能脉冲输出电路由光耦N1、N2以及电阻R25、R26组成，电能脉冲输出电路在计量芯片电路计量过程输出对应的电能脉冲信号；用户可根据脉冲信号计算用电量。
Claims (10)
1.一种可集成于断路器的电能计量模块，其特征在于，该电能计量模块拼装于断路器的出线侧，其包括：电流电压采样单元、信号调理电路、计量芯片电路、微处理器电路、存储电路、通信电路、辅助电源电路；计量芯片电路通过检测来自电流电压采样单元并经信号调理电路处理后的电流、电压信号，得到包括电能数据在内的电力参数送入微处理器电路进行处理，微处理器电路通过通信电路与外部实现数据交互，存储电路用于存放电能数据和计量芯片的初始化配置数据，辅助电源电路用于为整个电能计量模块提供电源。
2.如权利要求1所述电能计量模块，其特征在于，该电能计量模块还包括与计量芯片电路连接的电能脉冲输出电路，用于输出与计量芯片电路所获得电能数据相应的电能脉冲信号。
3.如权利要求1所述电能计量模块，其特征在于，所述通信电路包括无线通信电路和有线通信电路。
4.如权利要求3所述电能计量模块，其特征在于，所述无线通信电路为Zigbee通信电路，所述有线通信电路为RS485通信电路。
5.如权利要求4所述电能计量模块，其特征在于，该电能计量模块还包括与RS485通信电路连接的操作显示模块，所述的操作显示模块通过ModBus RTU协议与微处理器进行数据交换，实现相关测量数据的显示及对断路器电能计量模块的参数设定。
6.如权利要求5所述电能计量模块，其特征在于，所述操作显示模块安装于电能计量模块上，或者安装于断路器所在的配电柜柜门上。
7.如权利要求1所述电能计量模块，其特征在于，所述电流电压采样单元包括由一组空心电流互感器所构成的电流采样电路，以及由一组分压电阻所构成的电压采样电路。
8.如权利要求1所述电能计量模块，其特征在于，所述电力参数包括电流、电压、功率数据和谐波数据。
9.如权利要求1所述电能计量模块，其特征在于，所述辅助电源电路直接从断路器母排电压取电。
10.如权利要求9所述电能计量模块，其特征在于，所述辅助电源电路包括依次连接的开关电源电路、DC/DC电路、LDO电路，开关电源电路将断路器母排电压转换为24V直流电压，DC/DC电路将24V直流电压转换为5V直流电压，LDO电路将5V直流电压转换为3.3V直流电压。
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| CN113552524A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-26 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种用于支持热插拔的测量模块及自动校准方法 |
| CN114076842A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-02-22 | 中国电信股份有限公司 | 开关电源及其电能计量与显示方法和设备、存储介质 |
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