CN210604777U - 单火线电能计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单火线电能计量装置，包括电压检测设备和电流采集设备；电压检测设备分别与火线和零线连接，电流采集设备与火线连接；电压检测设备检测火线和零线上交流电源的过零点信号，并在检测到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至电流采集设备；电流采集设备根据每一采样控制信号同步采集火线上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线和零线上连接负载的功率数据及电能数据。本方案用单火线便可实现负载的功率和电能计量，解决了负载的功率和电能计量依赖零线，以及因安规问题导致现有的电能计量装置体积偏大的问题。

Description

单火线电能计量装置

技术领域

本实用新型涉及电力计量技术领域，特别涉及一种单火线电能计量装置。

背景技术

随着社会发展和百姓生活水平的提高，各种电器的数量越来越多，当前建筑节能方案很多都要基于不同用途负载的用电量及负载质量进行实时的测量与监控，尤其是在二级、三级或者末级配电箱的输入或输出端对负载进行用电量数据的测量，进而有针对性的采取一些节能的措施，例如，对高耗能的负载进行手动控制、定时控制等以减少功率损耗。

但是现有的电能计量装置，都需要零线与火线配合才能实现，考虑到电能计量的安规问题，火线和零线之间需要保持足够的安全间距，从而导致现有的电能计量装置体积偏大的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种单火线电能计量装置，旨在解决负载的功率和电能计量依赖零线，以及因安规问题导致现有的电能计量装置体积偏大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种单火线电能计量装置包括电压检测设备和电流采集设备，所述电压检测设备分别与火线和零线连接，所述电流采集设备与所述火线连接；

所述电压检测设备，用于检测所述火线和零线上交流电源的过零点信号，并在检测到所述过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至所述电流采集设备；

所述电流采集设备，用于根据每一所述采样控制信号同步采集所述火线上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个所述瞬时电压值和多个所述瞬时电流值确定所述火线和零线上连接的负载的功率数据以及电能数据。

优选地，所述电压检测设备根据标准正弦交流波形获取所述电压正弦波数据表。

优选地，所述电压检测设备包括第一控制器和过零点脉冲发生电路，所述过零点脉冲发生电路分别与所述火线和所述零线连接，所述过零点脉冲发生电路的第一信号输出端与所述第一控制器的信号输入端连接，所述过零点脉冲发生电路的第二信号输出端与所述电流采集设备的信号端连接；

所述过零点脉冲发生电路，用于检测所述火线和零线上交流电源的过零点信号，并输出至所述第一控制器；

所述第一控制器，用于在获取到所述过零点信号时，以第一预设频率查询所述电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至所述电流采集设备。

优选地，所述电流采集设备包括电流采样电路和第二控制器；

所述电流采样电路与所述火线连接，所述电流采样电路的信号输出端与所述第二控制器的信号输入端连接，所述第二控制器还分别与所述过零点脉冲发生电路和所述第一控制器连接；

所述电流采样电路，用于采样所述火线上的电流信号；

所述第二控制器，用于根据每一所述采样控制信号从所述电流采样电路中得到多个瞬时电流值，根据多个所述瞬时电压值和多个所述瞬时电流值确定所述火线和零线上连接的负载的功率数据以及电能数据。

优选地，所述过零点脉冲发生电路为过零点脉冲检测芯片。

优选地，所述电流采样电路包括电流互感器和运算放大器；

所述电流互感器串接所述火线上，所述电流互感器的输出端与所述运算放大器的信号输入端连接，所述运算放大器的信号输出端与所述第二控制器的信号输入端连接；

所述电流互感器，用于将所述火线上的电流信号进行比例转换，并输出互感电流信号；

所述运算放大器，用于将所述互感电流信号转换成电压信号并输出至所述第二控制器。

优选地，所述第一控制器为第一MCU，所述第二控制器为第二MCU。

优选地，所述电压检测设备还包括电源转换电路，所述电源转换电路分别与所述火线和所述零线连接，所述电源转换电路的电源输出端与所述第一控制器的电源端和所述第二控制器的电源端连接；

所述电源转换电路，用于将所述火线和所述零线上的交流电源进行电压转换，并至少输出一路直流低压电源至所述第一控制器和所述第二控制器，以为所述第一控制器和所述第二控制器提供工作电源。

优选地，所述电压检测设备还包括第一无线通讯模块，所述电流采集设备还包括第二无线通讯模块；

所述第一控制器，还用于在获取到所述过零点信号时，以所述第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并将多个所述瞬时电压值经所述第一无线通讯模块和所述第二无线通讯模块发送至所述第二控制器。

优选地，所述电压检测设备还与终端设备连接，所述电压检测设备，还用于将所述负载的功率数据和电能数据反馈至终端设备。

本实用新型技术方案的单火线电能计量装置包括电压检测设备和电流采集设备，电压检测设备分别与火线和零线连接，电流采集设备与火线连接，电压检测设备检测火线和零线上交流电源的过零点信号，并在检测到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至电流采集设备。

电流采集设备根据每一采样控制信号同步采集火线上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线和零线上连接的负载的功率数据以及电能数据。

单火线电能计量装置中电流采集设备通过单火线获取负载的功率数据和以及电能数据，解决了负载的功率和电能计量依赖零线，以及因安规问题导致现有的电能计量装置体积偏大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型单火线电能计量装置一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型单火线电能计量装置波形采样示意图；

图3为本实用新型单火线电能计量装置另一实施例的模块示意图；

图4为本实用新型单火线电能计量装置中运算放大器一实施例的电路结构示意图；

图5为本实用新型单火线电能计量装置又一实施例的模块示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种单火线电能计量装置。

如图1所示，图1为本实用新型一种单火线电能计量装置一实施例的模块示意图，本实施例中，单火线电能计量装置包括电压检测设备100和电流采集设备200，电压检测设备100分别与火线L和零线N连接，电流采集设备200与火线L连接；

电压检测设备100，用于检测火线L和零线N上交流电源的过零点信号，并在检测到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至电流采集设备200；

电流采集设备200，用于根据每一采样控制信号同步采集火线L上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线L和零线N上连接的负载300的功率数据以及电能数据。

本实施例中，电压检测设备100作为测量模块，可与电流采集设备200通过串行总线进行连接通信，同时在电压检测设备100内部预存有电压正弦数据表，电压正弦数据表包括有单个周期内每一时刻点对应的瞬时电压数据。

在需要获取连接在火线L和零线N上的负载300功率数据和电能数据时，电压检测设备100开始检测火线L和零线N上的交流电源的过零点信号，如图2所示，过零点信号作为测量起始信号，以第一预设频率通过查表的方式查询得到多个瞬时电压值，第一预设频率越高，查表次数越多，获取的多个瞬时电压值组成的电压波形越接近正弦波形，同时在每次查表获取瞬时电压值时，电压检测设备100还同步发送采样控制信号至电流采集设备200，同时过零点信号也作为电流采样的起始信号，电流采集设备200根据过零点信号和采样控制信号开始获取火线L上的电流信号，电压查表动作和电流采样同步进行，从而获得每一相同时间点的瞬时电压值和瞬时电流值，电流采集设备200根据积分算法获得单个周期内的负载300功率数据和电能数据，依此类推，根据时间推移，可获取预设时间内的电能数据。

进一步地，电压检测设备100还以第一预设频率获取单个周期内的多个实时电压信号，并根据多个实时电压信号线性修正待输出的多个电压信号，电流采集设备200根据修改后的电压值和电流值得到最终用电的真实功率。

同时，电流采集设备200在获取了负载300的功率数据和电能数据后，还以预设周期或实时将负载300的功率数据和电能数据通过串口总线反馈至电压检测设备100。

在一实施例中，电压检测设备100和电流采集设备200上还分别设有显示模块(图未示出)，用于分别显示采集到的电压值、电流值、功率数据、电能数据、查表频率等等。

电流采集设备200与火线L连接，负载300与电流采集设备200连接在同一火线L上，同时负载300还与零线N连接，电流采集设备200无需依赖零线N即可获取负载300功率数据和电能数据，通过数字量的获取方式避免了信号衰减问题，不会因传输线阻抗需要每个模块校正，不容易因传输线的干扰导致计算偏差，同时每个设备内省去对电压信号的采样电路，因此，电流采集设备200的体积可设计更小，降低了设计成本，从而解决了负载的功率和电能计量依赖零线，以及因安规问题导致现有的电能计量装置体积偏大的问题，提高了电流采集设备200的可靠性和适用性。

并且，电流采集设备200与负载300之间可一对一或者一对多设置，因此，电流采集设备200的数量可为一个或者多个，具体根据负载300数量和计量要求进行选择，在此不做具体限制。

当电流采集设备200设置有多个时，电压检测设备100与最靠近的电流采集设备200连接，多个电流采集设备200依次级联，同步接收采样控制信号，即电压检测设备100发出的采样控制信号发送给最靠近的电流采集设备200，电流采集设备200将采样控制信号转发给下一个电流采集设备200，直至最后一个电流采集设备200，从而实现电流信号的同步采样。

本实用新型技术方案的单火线电能计量装置包括电压检测设备100和电流采集设备200，电压检测设备100分别与火线L和零线N连接，电流采集设备200与火线L连接，电压检测设备100检测火线L和零线N上交流电源的过零点信号，并在检测到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至电流采集设备200。

电流采集设备200根据每一采样控制信号同步采集火线L上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线L和零线N上连接的负载300的功率数据以及电能数据。

单火线电能计量装置中电流采集设备200通过单火线获取负载300的功率数据和以及电能数据，电流采集设备200无需同时连接火线L和零线N，解决了负载的功率和电能计量依赖零线，以及因安规问题导致现有的电能计量装置体积偏大的问题。

具体地，电压检测设备100根据标准正弦交流波形获取电压正弦波数据表。

需要说明的是，电压检测设备100在测量前即获取了单个周期标准正弦交流波形中的不同时间点的电压值，从而获取了时间与瞬时电压值映射的电压正弦波数据表，根据不同的查表频率可获取不同时间点的瞬时电压值，单个周期内查表次数越多，获取的瞬时电压值形成的电压波形越接近正弦波波形，最终确定的功率越精确，电压检测设备100查表频率，即第一预设频率可根据需求设置，在此不做具体限制。

如图3所示，在一实施例中，电压检测设备100包括第一控制器120和过零点脉冲发生电路110，过零点脉冲发生电路110分别与火线L和零线N连接，过零点脉冲发生电路110的第一信号输出端与第一控制器120的信号输入端连接，过零点脉冲发生电路110的第二信号输出端与电流采集设备200的信号端连接；

过零点脉冲发生电路110，用于检测火线L和零线N上交流电源的过零点信号，并输出至第一控制器120；

第一控制器120，用于在获取到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至电流采集设备200。

本实施例中，过零点脉冲发生电路110具有两个功能，一个功能是检测火线L和零线N上交流电源的过零点信号，并将过零点信号发送给第一控制器120和电流采集设备200，过零点信号作为电压检测设备100电压采样和电流采集设备200的电流采样的起始信号，同时，电压检测设备100在每次查询时还通过过零点脉冲发生电路110发送发送采样控制信号至电流采集设备200，电流采集设备200根据采样控制信号以相同频率对火线L上的电流信号进行采样。

第一控制器120在获取到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并将瞬时电压值通过串口总线发送给电流采集设备200，实现采样信号的传递。

本实施例中，过零点脉冲发生电路110可为过零点脉冲检测芯片，或者由三极管及其他元器件组成的过零点脉冲发生电路110，具体可根据需求进行选择，在一具体实施例中，过零点脉冲发生电路110为过零点脉冲检测芯片。

请继续参阅图3，电流采集设备200包括电流采样电路210和第二控制器220；

电流采样电路210与火线L连接，电流采样电路210的信号输出端与第二控制器220的信号输入端连接，第二控制器220还分别与过零点脉冲发生电路110和第一控制器120连接；

电流采样电路210，用于采样火线L上的电流信号；

第二控制器220，用于根据每一采样控制信号从电流采样电路210中得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线L和零线N上连接的负载300的功率数据以及电能数据。

本实施例中，电流采样电路210实时采样火线L上的电流信号，并将电流信号发送给第二控制器220，第二控制器220根据采样控制信号以和电压检测设备100相同的查表频率获取火线L上的多个瞬时电流值，每一瞬时电流值获取时间点和电压检测设备100查表时间点同步，并根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值通过积分算法确定火线L和零线N上连接的负载300的功率数据以及电能数据。

本实施例中，电流采样电路210可选择采样电阻、电流互感器等，具体根据实际需求进行选择，由于采用采样电阻需要分流，会影响负载300工作电流值，因此，在一具体实施例中，电流采样电路210由电流互感器(图未示出)和运算放大器U1组成，如图4所示，电流互感器串接火线L上，电流互感器的输出端与运算放大器U1的信号输入端连接，运算放大器U1的信号输出端与第二控制器220的信号输入端连接；

电流互感器，用于将火线L上的电流信号进行比例转换，并输出互感电流信号；

运算放大器U1，用于将互感电流信号转换成电压信号并输出至第二控制器220。

电流互感器串接在火线L上，次级会产生一个与变比相应的输出电流，通过运算放大器U1将电流信号转换成电压信号，运算放大器U1还可连接反馈电阻Rf，通过调节反馈电阻的值在输出端可得到所要求的电压值，运算放大器U1输出端还可并联电容，用来补偿相移。

在一实施例中，第一控制器120为第一MCU，第二控制器220为第二MCU。

本实施例中，第一MCU与第二MCU之间串口总线连接，第一MCU用于在获取到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，同时将多个瞬时电压值发送给第二MCU，并在每次查询时同步发送采样控制信号通过过零点脉冲发生电路110发送至第二MCU，第二MCU根据每一采样控制信号从电流采样电路210中得到多个瞬时电流值，根据多个瞬时电压值和多个瞬时电流值确定火线L和零线N上连接的负载300的功率数据以及电能数据。

进一步地，第一控制器120和第二控制器220之间还可通过无线方式进行通讯，从而减少电压检测设备100和电流采集设备200之间的布线，如图5所示，在一具体实施例中，电压检测设备100还包括第一无线通讯模块140，电流采集设备200还包括第二无线通讯模块230；

第一控制器120，还用于在获取到过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并将多个瞬时电压值经第一无线通讯模块140和第二无线通讯模块230发送第二控制器220。

无线通讯模块可为WIFI、物联网、蓝牙等，具体可根据需求对应选择。

请继续参阅图5，在一可选实施例中，电压检测设备100还包括电源转换电路130，电源转换电路130分别与火线L和零线N连接，电源转换电路130的电源输出端与第一控制器120的电源端和第二控制器220的电源端连接；

电源转换电路130，用于将火线L和零线N上的交流电源进行电压转换，并至少输出一路直流低压电源至第一控制器120和第二控制器220，以为第一控制器120和第二控制器220提供工作电源。

电源转换电路130包括变压整流滤波电路、稳压电路等等，用于将交流电源进行变压整流滤波、稳压等工作，进而输出第一控制器120和第二控制器220的工作电源。

进一步地，电压检测设备100还可通过无线或者APP方式与终端设备连接，终端设备可为PC终端、电脑、手机等，用户可通过终端设备发送查询信号至电压检测设备100，电压检测设备100根据查询信号将电流采集设备200获取的功率数据和电能数据反馈至终端设备。

本实用新型提供的单火线电能计量装置，可广泛应用于断路器及各种电能计量仪表产品。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种单火线电能计量装置，其特征在于，包括电压检测设备和电流采集设备，所述电压检测设备分别与火线和零线连接，所述电流采集设备与所述火线连接；

所述电压检测设备，用于检测所述火线和零线上交流电源的过零点信号，并在检测到所述过零点信号时，以第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至所述电流采集设备；

所述电流采集设备，用于根据每一所述采样控制信号同步采集所述火线上的电流信号，并得到多个瞬时电流值，根据多个所述瞬时电压值和多个所述瞬时电流值确定所述火线和零线上连接的负载的功率数据以及电能数据。

2.如权利要求1所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电压检测设备根据标准正弦交流波形获取所述电压正弦波数据表。

3.如权利要求1所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电压检测设备包括第一控制器和过零点脉冲发生电路，所述过零点脉冲发生电路分别与所述火线和所述零线连接，所述过零点脉冲发生电路的第一信号输出端与所述第一控制器的信号输入端连接，所述过零点脉冲发生电路的第二信号输出端与所述电流采集设备的信号端连接；

所述过零点脉冲发生电路，用于检测所述火线和零线上交流电源的过零点信号，并输出至所述第一控制器；

所述第一控制器，用于在获取到所述过零点信号时，以第一预设频率查询所述电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并在每次查询时同步发送采样控制信号至所述电流采集设备。

4.如权利要求3所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电流采集设备包括电流采样电路和第二控制器；

所述电流采样电路与所述火线连接，所述电流采样电路的信号输出端与所述第二控制器的信号输入端连接，所述第二控制器还分别与所述过零点脉冲发生电路和所述第一控制器连接；

所述电流采样电路，用于采样所述火线上的电流信号；

所述第二控制器，用于根据每一所述采样控制信号从所述电流采样电路中得到多个瞬时电流值，根据多个所述瞬时电压值和多个所述瞬时电流值确定所述火线和零线上连接的负载的功率数据以及电能数据。

5.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述过零点脉冲发生电路为过零点脉冲检测芯片。

6.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电流采样电路包括电流互感器和运算放大器；

所述电流互感器串接所述火线上，所述电流互感器的输出端与所述运算放大器的信号输入端连接，所述运算放大器的信号输出端与所述第二控制器的信号输入端连接；

所述电流互感器，用于将所述火线上的电流信号进行比例转换，并输出互感电流信号；

所述运算放大器，用于将所述互感电流信号转换成电压信号并输出至所述第二控制器。

7.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述第一控制器为第一MCU，所述第二控制器为第二MCU。

8.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电压检测设备还包括电源转换电路，所述电源转换电路分别与所述火线和所述零线连接，所述电源转换电路的电源输出端与所述第一控制器的电源端和所述第二控制器的电源端连接；

所述电源转换电路，用于将所述火线和所述零线上的交流电源进行电压转换，并至少输出一路直流低压电源至所述第一控制器和所述第二控制器，以为所述第一控制器和所述第二控制器提供工作电源。

9.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电压检测设备还包括第一无线通讯模块，所述电流采集设备还包括第二无线通讯模块；

所述第一控制器，还用于在获取到所述过零点信号时，以所述第一预设频率查询电压正弦波数据表获得多个瞬时电压值，并将多个所述瞬时电压值经所述第一无线通讯模块和所述第二无线通讯模块发送至所述第二控制器。

10.如权利要求4所述的单火线电能计量装置，其特征在于，所述电压检测设备还与终端设备连接，所述电压检测设备，还用于将所述负载的功率数据和电能数据反馈至终端设备。

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