CN2134658Y

CN2134658Y - 电度表

Info

Publication number: CN2134658Y
Application number: CN 92232994
Authority: CN
Inventors: 王传武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-01
Filing date: 1992-09-01
Publication date: 1993-05-26
Anticipated expiration: 2002-09-01

Abstract

本实用新型涉及一种由微电子电路构成的电度表。其特征是由纯电阻完成电压取样，由电流互感器完成电流取样，与负载功率成比例的采样信号在由施密特振荡电路构成的检测电路作用下，以一定频率的脉冲信号驱动步进电机，进而带动计数部件进行数码显示。本实用新型较之现有技术中的感应系电表具有低功耗、高精度、瞬时性能和负载性能好、大容量、不存在体位误差、不产生潜转。本实用新型体积小、重量轻、制造工艺简单。

Description

本实用新型涉及电功率测量仪表。

目前，国内外普遍使用的感应系测量机构电度表是由与负载并联的电压线圈和与负载串联的电流线圈构成驱动元件，由铝制圆盘和转轴组成转动元件，并由永久磁铁和磁轭构成制动元件，这种结构的电度表存在如下明显不足之处。

1、由于采用电磁元件以及电压线圈与负载并联的接线方式，使电度表自身存在着相当一部分能耗。

2、电网电压的波动可造成测量误差。

3、由于电压线圈的作用，使用感应系电表可使被测电网功率因数降低。

4、在电网电压变化而负载空载时可能产生自转，即潜转。

5、由铝盘、转盘构成的转动元件具有惯性，造时瞬时反应的灵敏度差。

6、存在体位误差。

7、感应系电度表只能在负载为纯电阻情况时反应出视在功率。而当负载为容性或感性时，由于电压与电流间相角的存在，检测合成磁场的强度将受到影响，因而产生测量误差。

本实用新型的目的在于提供一种由输出稳定直流低压信号的电源电路、电流电压采样电路、检测电路、驱动电路和计数机构构成的微电子电路电度表，以避免现有技术中感应系电度表所存在的缺陷。

本实用新型的目的由以下技术方案实现。

本实用新型由输出稳定直流低压信号的电源电路、电流电压采样电路、检测电路、驱动电路和计数机构构成。

本实用新型的特征是：

a、所述电压采样电路为相互串联的电阻元件，串联后的电阻元件与负载并联；所述电流采样电路为初级绕组与负载串联的电流互感器，包括电流互感器两次级绕组L1、L2。

b、在电源电路输出端设置由晶体三极管Q4、Q5构成的开关电路，由绕组L2提供采样电流，该采样电流作用于整流滤波元件D5、C9、C3和限流管Q2、放大管Q3构成的电源开关控制电路，使三极管Q4、Q5在该信号控制下工作在开关状态。

c、所述检测电路采用由R11、R12、R13、R14、R15、C6和三极管Q6构成恒流充电定时电路的施密特振荡电路，来自线圈绕组L1和分压电阻R10的电流电压采样信号通过整流滤波，由采样信号直流负载R11接至检测电路控制端。采样信号的大小可改变恒流充电电路充电电流的大小，继而改变振荡器定时电路的时间常数，因此改变振荡器的振荡频率。

d、所述驱动电路由工作在相反开关状态下的两组功放管Q20、Q21、Q22和Q24、Q25、Q26构成两组功放管的输出脉冲信号反向叠加在作为计数机构的步进电机绕组L4上。

本实用新型由采样电路从负载中取得一个与负载功率成正比且比例系数一定的微电信号，检测电路在采样信号控制下，将负载功率的变化转换成脉冲信号。驱动电路将检测电路输出的脉冲信号转换为正负脉冲以驱动步进电机，最终带动计数部件进行数码显示。

本实用新型相比已有技术具有如下优点：

1、低功耗。本实用新型取消了电压线圈，并将电流线圈的功耗减小到感应系电表的1／750（感应系电度表电流线圈功耗≤0.6W，而本实用新型取样线圈功耗≤0.0008W）。以200％容量表计年损≤0.9636度／只，比原无功单相表每年节电＞12度，比原容量为20A左右的有功三相表年节电＞70度。

2、高精度。本实用新型的检测电路在恒压下工作，不受电网电压的波动而产生误差，其工作电压的允许波动范围仅仅取决于检测器稳压源的恒压范围。

3、提高电网功率因数。本实用新型取消了电压线圈，因此电压线圈对电网所做的无功率也就随之消失。同时由于本实用新型采用电容降压电源供电，对电网的其他或感性负载有一定的补偿，从而提高了电网的功率因数。

4、不产生潜转。本实用新型因为不存在预置磁场，所以克服了潜转现象。

5、瞬时性能好。本实用新型采用积累取样方式，泄漏时间常数＞间歇脉宽，取样时间常数≤200ms，所以可将1秒内的3～1000W功率的变化量几乎无遗地记录下来。

6、负载性能好。本实用新型由于不存在合成磁场问题，因此能在任何负载时准确反应出有效功率。

7、大容量。本实用新型可达到额定容量的300％。

8、不存在体位误差。

9、本实用新型体积小、重量轻、机械强度高、制造工艺简单、成本低廉。

图1为单相电度表电路原理图。

图2为三相电度表电路原理图。

以下通过实施例，结合附图对本实用新型作进一步描述。

实施例1：

参见图1，本实施例描述单相电度表。图中1为电源电路，2为检测电路，3采样电路，4为驱动电路。被测电网为单相电源、单相负载。电源电路1采用降压电容C1、整流管D11、滤波电容C2组成的整流电路，由Q1、D1D2、D3、D4和限流电阻R1构成稳压电路，在电网电压－70％～＋30％波动时，输出7.8V稳定电压。该部分处于持续工作状态，负载空时，其功耗≤0.3mM，当单相负载功率为电表额定容量的200％时，整个电表电路自身消耗功率≯0.11W。在该电路中，Q4、Q5为开关管，由电流互感器次级绕组L2、整流滤波元件D5、C9、C3和限流管Q2、放大管Q3构成电源开关控制电路。当单向负载开路时，L2两端无交流电压信号，电阻R3、R5给Q2提供偏置电压，使之产生约为1μA的Ib2。从而使开关管Q4Q5处于临界导通状态；同时给D5提供一微弱的正向电流，以使C3、L2、D5等元件组成的整流电路能对很弱的交流信号进行整流。当负载回路有电流通过，由L2感应出的电压信号使Q3饱和导通，致使Q5饱和导通，电源电路向其它各电路提供工作电压。在该电路中，由于Q2的限流作用，避免了当负载功率增大时采样电流增大，可能对Q3造成的损坏。该电源电路小信号准确闭合，大信号低损耗，安全可靠、灵敏度高。

采样电路3包括电压采样和电流采样。电压采样由相互串联的电阻元件R9、R10构成，R9、R10串联后并联在电网的单相电源端。电流采样由初级绕组L3串联于单相负载的电流互感器完成。

检测电路2为施密特振荡电路。R11、R12、R13、R14、R15、C6和三极管Q6构成恒流充电定时电路。电流电压采样信号合成后通过D6C5整流滤波，由采样信号直流负载R11接至检测电路控制端a。在该电路中，由于采用恒流充电，提高了振荡器翻转的触发精度；此外，由于定时电路有很大的泄漏时间常数，电容上电荷具有积累特性，它能将时间＞0.3秒（0.3秒内也能准确记录，所取为平均值）的单相负载功率的不规则变化准确地测量，具有转盘结构电度表无法比拟的瞬态响应灵敏度。此外，由于电压电流采样信号为前小后大，两者幅度比例与感应系电度表相反，电网电压变化所造成的测量误差远较感应系电度表小，测量精度提高。

驱动电路4由两组功放管Q20、Q21、Q22和Q24、Q25、Q26构成，两组功放管分别接受由检测电路输出的脉冲信号，在由Q15、Q16、Q17、Q18构成的双稳态电路控制下，两组功放管工作在相反开关状态下，输出的脉冲放大信号反向叠加在作为计数机构的步进电机绕组L4上。进而由步进电机驱动齿轮减速十进制数码计数器。

实施例2：

本实施例描述三相电度表。

参见图1.被测电网为三相电源、三相负载。电源电路1由C1、D11、C1′、D11′、C1″、D11″、组成电容降压式三相半波整流，后接稳压电路与实施例1所述相同。当三相电压不等或缺相时，电源电路输出的未稳直流电压取决于A、B、C三相中的最高电压相，只是输出直流电压的纹波系数稍有增大，因此，仍能保证电路正常工作。

采样电路3.电压采样包括分别与各相负载并联的三组采样电路R9R10、R9′R10′和R9″R10″。电流采样包括初级绕组L3、L3′和L3″分别与各相负载串联的三组电流互感器。各电流互感器次级绕组L1、L1′和L1″的电流取样信号分别与对应相的电压取样信号合成后在检测电路控制端a叠加。。如图2所示，在R9R10串联的电压取样电路中，同时串联交流接地电容C12，R10上可取得一与电源相位一致的电压信号V；线圈绕组L1上感应电动势E经R10、D6和R11构成回路，回路电流在R11上得到下正上负的直流压降。同理，L1′、D6′、R9′、R10′、R11′、C5′、C5－1′组成B相采样电路，L1″、D6″、R9″、R10″、R11″、C5″（因直接接地而无交流接地电容）组成C相采样电路。直流负载R11、R11′和R11″上的直流压降叠加后使Vbe6随之发生改变→Icb发生变化→改变检测振荡器的定时电路时间常数→改变检测电路振荡频率f，从而实现三相负载所消耗电能的测记。

电流互感器次级线圈绕组L2、L2′和L2″相互串联为电源开关控制电路提供电流采样信号。这一电路结构中，来自线圈绕组L2L2′和L2″串联后的电流取样信号幅值取相位差120度的任两相信号电压迭加有效幅值≥10mv，因此可保证在负载回路任一相或两相、三相独立或同时工作时，电源电路能准确闭合。

检测电路2电路结构与单相电度表相同。不同的是由A、B、C相三组独立的电流电压采样信号分别经整流滤波，由对应的直流负载电阻R11、R11′和R11″按下正上负的电压极性串联叠加于控制端a。

驱动电路4以及计数机构与实施例1所述单相电度表结构相同。

本实用新型的电源电路和采样电路都工作于高阻抗状态。几乎无功耗，因而较之感应系电度表具有显著的节能效果。

Claims

1、一种电度表，由输出稳定直流低压信号的电源电路、电流电压采样电路、检测电路、驱动电路和计数机构构成，其特征在于：

a、所述电压采样电路为相互串联的电阻元件R9、R10，串联后的电阻元件R9、R10与负载并联；所述电流采样电路为初级绕组L3与负载串联的电流互感器，包括电流互感器次级绕组L1和L2；

b、在电源电路输出端设置由晶体三极管Q4、Q5构成的开关电路，由线圈绕组L2、整流滤波元件D5、C9、C3和限流管Q2放大管Q3构成电源开关控制电路；

c、所述检测电路采用由R11、R12、R13、R14、R15、C6和三极管Q6构成恒流充电定时电路的施密特振荡电路，来自线圈绕组L1、电阻R10的电流电压采样信号通过D6、C5整流滤波，由采样信号直流负载R11接至检测电路控制端a；

d、所述驱动电路由工作在相反开关状态下的两组功放管Q20、Q21、Q22和Q24、Q25、Q26构成，两组功放管的输出脉冲信号反向叠加在作为计数机构的步进电机绕组L4上。

2、根据权利要求1所述的电度表，其特征在于被测电网为单相电源、单相负载，所述电源电路接受电网单相电压；所述由R9、R10构成的电压采样电路与单相负载并联，电流互感器初级绕组L3与单相负载串联。

3、根据权利要求1所述的电度表，其特征在于所述被检测电网为三相电源，三相负载，所述电源电路由C1、D11、C1′、D11′、C1″、D11″组成电容降压式三相半波整流电路分别连接在各相电压端；所述电压采样包括分别与各相负载并联的三组采样电路R9、R10、R9′、R10′、R9″、R10″；电流采样包括初级绕组L3、L3′、L3″分别与各相负载串联的三组电流互感器，各电流互感器次级绕组L1、L1′、L1″的电流取样信号分别与对应相的电压取样信号合成后在检测电路控制端a叠加；所述电流互感器次级绕组L2、L2′、L2″相互串联为电源开关控制电路提供电流采样信号。