CN220894409U - 一种单相电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电能计量技术领域，公开了一种单相电能表，包括：采样电路、储能电路及控制电路，其中，采样电路，其与零线、火线及控制电路连接，用于采集电路的电压电流；储能电路，其与控制电路连接，用于若只有单线进表时，为控制电路供电；控制电路，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。本实用新型采用了掉电电池供电低功耗设计，无需外装独立电压互感器，降低了产品成本，其功能齐全，产品可靠性高，成本优势较大。

Description

一种单相电能表

技术领域

本实用新型涉及电能计量技术领域，具体涉及一种单相电能表。

背景技术

目前现有的智能电能表具有电能计量、数据处理、实时监测、远程控制、信息交互等功能，适用于家庭、厂矿、工业的用电计量。但相关技术中智能电能表如不具备单线计量的防窃功能，当电表只有单火线进表(掉零线)或单零线进表(掉火线)时，智能电能表不计量，会造成电能损失。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种单相电能表，以解决相关技术中电能表在只有单线进表时，非法采用单线进表方式窃电，造成用电损失的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种单相电能表，包括：采样电路、储能电路及控制电路，其中，采样电路，其与零线、火线及控制电路连接，用于采集火线、零线的电压电流；储能电路，其与控制电路连接，用于若只有单线进表时，为控制电路供电；控制电路，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

本实用新型提供的单相电能表，通过设置采样电路、储能电路及控制电路，使得电能表能在单线进表时，储能电路为各模块供电，采样电路对进表的单线进行电流采集，控制电路依据电能公式，模拟电压和采集电流计算出实时用电量，该电能表能实现单线进表电能计算，保证掉火线或掉零线状态下电能表依然具备计量能力，防止窃电情况发生。

在一种可选的实施方式中，采样电路包括：零线电流采样电路，其与零线及控制电路连接，用于监测单线进表时零线电流；火线电流采样电路，其与火线及控制电路连接，用于监测单线进表时火线电流；单相电压采样电路，其与控制电路连接，用于监测单相进网时的电压。

本实用新型提供的单相电能表，采样电路包含零线电流采样电路和火线电流采样电路，从而无论是掉零线还是掉火线，只要是单线进表，单相电能表都能够采集到进表单线的电流值，保证电能表计量的稳定可靠；采样电路还包括单相电压采样电路，单相电压采样电路在火线和零线都进表时稳定的采集两线电压值，单相电压采样电路与零线电流采样电路和火线电流采样电路搭配使用可以得到准确用电量。

在一种可选的实施方式中，储能电路包括：电池。

本实用新型提供的单相电能表，储能电路包含一个ER14335锂电池，容量为1650mAh，电压为3.6V；当单线进表时，控制电路失去了电源，无法继续获取电量，此时由锂电池提供电力，采样电路获取单线的电流值，进而计算出电量消耗。

在一种可选的实施方式中，控制电路包括：时钟电路，其与控制芯片连接，用于为控制芯片提供时钟信号；控制芯片，其与采样电路连接，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

本实用新型提供的单相电能表，控制电路内含时钟电路，时钟电路为控制芯片提供时钟信号，以确保电能表有计时功能，并为后续查看电能表状况提供协助；控制芯片计算单线进表的用电量，保证电能表的计量能力不受掉线影响。

在一种可选的实施方式中，控制电路还包括：EEPROM存储器，其与控制芯片连接，用于存储电能表内部的参数数据。

本实用新型提供的单相电能表，内部还含有EEPROM存储器，能够保存电能表的内部参数数据，如需对电能表进行核查，从存储器中就可获得相关电流、电压、用电量等数据。

在一种可选的实施方式中，脉冲指示电路，其与控制电路连接，用于指示用户处于用电状态；报警指示电路，其与控制电路连接，用于当用户处于非正常用电状态，报警提醒。

本实用新型提供的单相电能表，包含两种指示电路，脉冲电路属于时间指示，当电能使用越快脉冲越快；报警指示电路在用户处于非正常用电状态时发出警报，提醒用户进行核检电能表，防止窃电情况出现。

在一种可选的实施方式中，显示电路，其与控制电路连接，用于显示电能表的参数数据。

本实用新型提供的单相电能表上安装LCD显示屏，显示屏上显示此时电路电流、电路电压、电能表用电量，方便电能表使用者和检查人员实时查看电能表基础情况。

在一种可选的实施方式中，RS485通信电路，其与控制电路连接；终端通过RS485通信电路获取电能表的参数；红外通信电路，其与控制电路、移动终端连接，用于实现控制电路及移动终端之间的数据传输。

本实用新型提供的单相电能表，具有两种通信方式，RS485通信电路可以实现终端远程通信，方便电源端的监测和传输数据；红外通信电路则可以实现控制电路及移动终端之间的数据传输；RS485通信装置和红外通信装置能配合使用，方便后续对电能表数据的获取和核查，具有良好的便利性。

在一种可选的实施方式中，电源电路包括：单相电源输入电路，其与整流滤波稳压电路连接，用于从零线及火线取能；整流滤波稳压电路，其与控制电路连接，用于将交流电转换为直流电。

本实用新型提供的单相电能表，电源电路中的单相电源输入电路为单相电能表的日常取电电路；电源电路还包含整流滤波稳压电路，由于单相电源输入电路输入的电压为交流电压，经过整流滤波稳压电路变成稳定的直流电压。

在一种可选的实施方式中，电能表表体，其上设有通信接口，用于通信连接；电能表表体上还设置按键，用户通过按键切换显示项目；电能表表体的底部有火线出入口及零线出入口。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的单相电能表结构图；

图2是根据本实用新型实施例的内部装置结构图；

图3(a)是根据本实用新型实施例的火线电流采样电路；

图3(b)是根据本实用新型实施例的零线电流采样电路；

图4是根据本实用新型实施例的电压采样电路图；

图5是根据本实用新型实施例的电池供电电路图；

图6是根据本实用新型实施例的控制芯片电路图；

图7是根据本实用新型实施例的EEPROM存储器电路图；

图8是根据本实用新型实施例的电能脉冲输出电路图；

图9是根据本实用新型实施例的秒脉冲输出电路图；

图10是根据本实用新型实施例的显示和背光电路图；

图11是根据本实用新型实施例的RS485通信电路图；

图12是根据本实用新型实施例的红外通信电路图；

图13是根据本实用新型实施例的阻容电源电路图；

图14是根据本实用新型实施例的按键显示电路图；

图15是根据本实用新型实施例的掉电检测电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

由于目前现有的智能电能表具有电能计量、数据处理、实时监测、远程控制、信息交互等功能，适用于家庭、厂矿、工业的用电计量。但现有智能电能表不具备单线计量的防窃功能，当电表只有单火线进表(掉零线)或单零线进表(掉火线)时，智能电能表不计量，会造成电能损失。因此，本实施例提供一种单相电能表，采用了单线计量设计，电能表在只有单线进表时，利用电池供电，定时采样火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时的用电量，有效地防止非法采用单线进表方式窃电，造成用电损失。

根据本实施例提供了一种单相电能表，需要说明的是，虽然在结构图中示出了安装顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序安装所示出或描述的装置。

本实施例提供的一种单相电能表，如图1所示，包括：采样电路、储能电路及控制电路，其中，采样电路，其与零线、火线及控制电路连接，用于采集火线、零线的电压电流；储能电路，其与控制电路连接，用于若只有单线进表时，为控制电路供电；控制电路，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

具体地，本实施例的单相电能表内置采样电路、储能电路及控制电路，该电能表能在单相进表时，采样电路实时采集电路的电压电流，计算出实时准确电能量；若为单线进表时，则用储能电路提供电力，采样电路采集进表的单线电流，采集的电流根据电能公式，由控制电路据模拟电压和采集电流计算出实时用电量。该电能表能实现单线进表电能计算，保证掉火线或掉零线状态下电能表依然具备计量能力，防止窃电情况发生。

具体地，单线进表计量模式判断：当电压线路上的电压小于40V，且火线或零线任意一路电流大于200mA时，为单线计量模式。在单线计量模式下，当两路电流都大于200mA，电流相等时，以火线电流参与常数计量；电流不相等时，以电流大的一路参与常数计量。

具体地，模拟电压常数计量过程：每隔10秒钟采样计算一次火线和零线的电流值，并取其中较大的电流值I参与电能计量，电压标准固定值U为220V，常数计量功率P＝U×I，功率P与时间t之乘积就得出电能值。

在一些可选的实施方式中，如图2所示，采样电路包括：零线电流采样电路，其与零线及控制电路连接，用于监测单线进表时零线电流；火线电流采样电路，其与火线及控制电路连接，用于监测单线进表时火线电流；单相电压采样电路，其与控制电路连接，用于监测单相进网时的电压。

具体地，采样电路包含零线电流采样电路和火线电流采样电路，这样无论是掉零线还是掉火线，只要是单线进表，单相电能表都能够采集到还能传输电力的电线的电流值，保证电能表计量的稳定可靠；采样电路还包括单相电压采样电路，在火线和零线都进表时稳定的采集两线电压值，与零线电流采样电路和火线电流采样电路搭配使用得到实时准确用电量。

具体地，如图3(a)所示，火线电流采样电路包括：电容、电阻和接收火线信号单元，P4进入信号，R4、R5起到限流作用，R2、R3、C4、C5构成滤波网络对信号进行滤波，经过V1P和V1N进入控制芯片。

具体地，如图3(b)所示，零线电流采样电路包括：电容、电阻和接收零线信号单元，P4进入信号，R8、R9起到限流作用，R6、R7、C6、C7构成滤波网络对信号进行滤波，经过V2P和V2N进入控制芯片。

如图4所示，单相电压采样电路电压从UN进，通过R10至R16组成分压网络，将电压降低，C8、C9滤波，经过R17到V3N进入控制芯片。

在一些可选的实施方式中，储能电路包括：电池。

具体地，储能电路包含了一个ER14335锂电池，容量为1650mAh，电压为3.6V；该电池用于单线进表时，控制电路失去了电源，无法继续获取电量，此时由储能电路提供电力，采样电路获取单线的电流值，进而计算出电量消耗。

具体地，如图5所示，储能电路包括：BT1为电池，VBAT为短接点，D5为单相导通二极管，电流从电池出来经过D5到达VBAT进入控制芯片。

在一些可选的实施方式中，控制电路包括：时钟电路，其与控制芯片连接，用于为控制芯片提供时钟信号；控制芯片，其与采样电路连接，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

具体地，控制电路内含时钟电路，能够为控制芯片提供时钟信号，确保电能表有计时功能，实现电能表状态记录中包含时间备份，可以按照时间回溯查看电能表的用电相关数据；控制电路还包含控制芯片，是电能表的中央处理中心，能计算出单线进表的用电量，保证电能表的计量能力不受掉线影响。

具体地，如图6所示，控制电路包括：控制芯片，该芯片可以采用HT5017，有64个脚，与其他所有电路连接，具有采集电流信号、电压信号、计算电能的功能，以及可以控制报警信号、脉冲信号、通信互联等。

在一些可选的实施方式中，控制电路还包括：EEPROM存储器，其与控制芯片连接，用于存储电能表内部的参数数据。

具体地，该单相电能表内部含有EEPROM存储器，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。EEPROM可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息，重新编程，且不需从计算机中取出即可修改，能够保存电能表的内部参数数据，如需对电能表进行核查，从存储器中就可获得相关电流、电压、用电量等数据。

具体地，如图7所示，存储电路包括：EEPROM存储器，控制芯片发出存储信号，经过WP、SCL、SDA三条数据通讯线，进入存储芯片U3，C22为电源滤波，R30、R31、R32在存储器不工作时保持高电平，存储时则会出现高、低电平跳动。

在一些可选的实施方式中，脉冲指示电路，其与控制电路连接，用于指示用户处于用电状态；报警指示电路，其与控制电路连接，用于当用户处于非正常用电状态，报警提醒。

具体地，本实施例的单相电能表包含两种指示电路，脉冲电路属于时间指示，当电能使用越快脉冲越快；报警指示电路在用户处于非正常用电状态时发出警报，提醒用户进行核检电能表，防止窃电情况出现。

具体地，如图8所示，电能脉冲输出电路包括：LD1是发光二极管，是用电量的指示器，代表了用电的频率，OC1是光电耦合器，起到隔离作用，而P6输出电能脉冲信号时，与发光二极管同步。信号从PF输入，经过R34限流后进入发光二极管，另一边进过R35限流进入光电耦合器。

具体地，如图9所示，秒脉冲输出电路包括：TOUT每秒输入一个脉冲信号经过R36限流进入光电耦合器，用于检测时钟准确度。在一些可选的实施方式中，显示电路，其与控制电路连接，用于显示电能表的参数数据。

具体地，单相电能表上安装LCD显示屏，显示屏上显示此时电路电流、电路电压、电能表用电量，方便电能表使用者和检查人员实时查看电能表基础情况。

具体地，如图10所示，显示电路包括：LD3为发光二极管用于背光，QD1为三极管，起到开关控制作用，在R18输出信号后，需要显示器亮时导通，不需要显示器亮屏则断开。U2为显示屏电路，其上的28个引脚与控制芯片连接，能够显示不同的数据。

在一些可选的实施方式中，RS485通信电路，其与控制电路连接；终端通过RS485通信电路获取电能表的参数；红外通信电路，其与控制电路、移动终端连接，用于实现控制电路及移动终端之间的数据传输。

具体地，单相电能表具有两种通信方式，RS485通信电路可以实现终端远程通信，方便电源端的监测和传输数据；红外通信电路则可以实现控制电路及移动终端之间的数据传输；通信装置既能远程传输又能近距离操控，方便后续对电能表数据的获取和核查，具有良好的便利性。

具体地，如图11所示，RS485通信电路包括：P9为485通讯装置，控制芯片通过TX485和RX 485线路传输信号，进行通讯连接。

具体地，如图12所示，红外通讯电路包括：供电电路、接收装置、发射装置，由于红外通讯时需要大电流，在电池供电时通过三极管关掉，截断电流进入红外装置，而市电状态则从IRVCC输出电流给红外装置供电；U6就是接收装置，IR RX将红外信号输入控制芯片；IRTX则是接收控制芯片的信号，通过QQD3控制信号频率，R28、R29限流，在LD2发射红外信号。

在一些可选的实施方式中，电源电路包括：单相电源输入电路，其与整流滤波稳压电路连接，用于从零线及火线取能；整流滤波稳压电路，其与控制电路连接，用于将交流电转换为直流电。

具体地，如图13所示，阻容电源电路，其包括：P1为火线进入口，P2为零线进入口，输入交流220v后，RP1和CP1进行降压，通过电阻R1限流，D2整流，Z1稳压至10v，E4进行滤波，U4进行稳压，最后在VSYS输出3.6v的直流。

具体地，单相电能表电源电路中的单相电源输入电路为单相电能表的日常取电电路，包含一个火线和零线，两线都进表时为单相进表，通过采样电路即可获取实时用电量；若出现掉零线或掉火线，则为单线进表，此时单相采样电压电路则无效，必须通过储能电路供电，采样电路获取火线或零线电流，通过模拟电压计算用电量。电源电路还包含整流滤波稳压电路，由于单相电源输入电路输入的电压为交流电压，经过整流滤波稳压电路中的整流单元将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，由于后者含有较大的交流成分，还需在整流单元的输出端接入滤波单元，以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。

在一些可选的实施方式中，电能表表体，其上设有通信接口，用于通信连接；电能表表体上还设置按键，用户通过按键切换显示项目；电能表表体的底部有火线出入口及零线出入口。

具体地，本实施例提供的电能表，其表体上设置需要与外界联系的接口，如通信接口、火线和零线的出入口和按键装置，表上还有个LCD显示屏，和按键搭配使用，具有很好的便利性。

具体地，如图14所示，本实施例的电能表还包括按键显示电路，其包括：SW1和SW2是按键装置，按键被按下后电路导通。

具体地，如图15所示，本实施例的电能表还包括掉电检测电路，其包括：10v电源进入后，R37和R38进行分压，LVDIN0输出电压，当电压低于1.8v时开始保存数据。VIN同样进入电源后，电阻分压再输出；LVDN1是检测市电掉电，LVDIN10是为了掉电时启动数据保存。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种单相电能表，其特征在于，包括：采样电路、储能电路及控制电路，其中，

采样电路，其与零线、火线及所述控制电路连接，用于采集火线、零线的电压电流；

储能电路，其与控制电路连接，用于若只有单线进表时，为控制电路供电；

控制电路，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

2.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，所述采样电路包括：

零线电流采样电路，其与零线及控制电路连接，用于监测单线进表时零线电流；

火线电流采样电路，其与火线及控制电路连接，用于监测单线进表时火线电流；

单相电压采样电路，其与控制电路连接，用于监测单相进网时的电压。

3.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，所述储能电路包括：电池。

4.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，所述控制电路包括：

时钟电路，其与控制芯片连接，用于为所述控制芯片提供时钟信号；

控制芯片，其与所述采样电路连接，用于若只有单线进表时，基于采样电路采集火线和零线电流，用模拟电压的方式计算出实时用电量。

5.根据权利要求4所述的单相电能表，其特征在于，所述控制电路还包括：

EEPROM存储器，其与控制芯片连接，用于存储电能表内部的参数数据。

6.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，还包括：

脉冲指示电路，其与控制电路连接，用于指示用户处于用电状态；

报警指示电路，其与控制电路连接，用于当用户处于非正常用电状态，报警提醒。

7.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，还包括：

显示电路，其与控制电路连接，用于显示电能表的参数数据。

8.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，还包括：

RS485通信电路，其与控制电路连接；

终端通过所述RS485通信电路获取电能表的参数；

红外通信电路，其与控制电路、移动终端连接，用于实现控制电路及移动终端之间的数据传输。

9.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路包括：

单相电源输入电路，其与整流滤波稳压电路连接，用于从零线及火线取能；

整流滤波稳压电路，其与控制电路连接，用于将交流电转换为直流电。

10.根据权利要求1所述的单相电能表，其特征在于，还包括：

电能表表体，其上设有通信接口，用于通信连接；

所述电能表表体上还设置按键，用户通过所述按键切换显示项目；

所述电能表表体的底部有火线出入口及零线出入口。