CN2611910Y - 电能管理网用三相四线有功电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及测量用电量的电表，特别指采用网络管理的电能管理网用三相四线有功电能表。本实用新型的三相电源接入互感器，且各分出一路接入测量电路和电源电路，另有一路接入载波电路，零线接入电源电路和互感器次级一端其另一端接入测量电路；测量电路对互感器输出的信号轮流取样，并与端口电压分压、相乘，再接入电压控制振荡器产生脉冲信号，经(T1)端接入单片微控制器电路计数；显示电路，LED数码管显示年、月、日、用电数据，LED二极管用透光彩方式指示用电数据种类；本实用新型还设有载波电路。本实用新型的全系列表型采用特殊设计的微功耗、低成本积分型乘法器与微功耗单片微处理器相结合的电路方案，因而可靠性高。

Description

电能管理网用三相四线有功电能表

技术领域

本实用新型涉及测量用电量的电表，特别指采用网络管理的电能管理网用三相四线有功电能表。

背景技术

电能是最优质的能源，也是应用最广泛的能源。可是，目前在电能管理方面的技术和设备却很落后。电能管理的一个重要方面是电能计量和电费收取，世界范围的电能表(电度表)仍然以机电感应式为主。对于不正常损耗(电缆漏电、架空裸线掉地等)和偷窃电能的行为，无相应的技术手段监督管理。电能是商品，而且是时效很强的商品。可是，由于没有分时计量设备，电费一直没有分时计费，无法鼓励在负荷低谷多用电，而在用电高峰少用电，甚至于不用电。近年出现的一些新型电能表如IC卡表，网络电能表，双费率表等，克服了上述的某些不足。由于技术尚不成熟，没能完全解决问题，而且可靠性和稳定性也太差。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的问题和缺点加以改进，提供一种可以进行网络管理，功耗低，精度高，功能多，成本低，可靠性高的电能管理网用三相四线有功电能表。

本实用新型的技术方案是：本实用新型由电源电路(SXB05)、单片微控制器电路(SXB01)、显示电路(SXB02)、测量电路(SXB03)、载波电路(SXB04)组成，其中：

1)三相电源DWLIA、DWLIB、DWLIC接入互感器(T01、T02、T03)，且各分出一路接入测量电路和电源电路，另有一路接入载波电路，零线接入电源电路和互感器(T01、T02、T03)次级一端另一端接入测量电路；

2)所述的测量电路(SXB03)对互感器输出的信号(IA、IB、IC)轮流取样，并与(DWLIA、DWLIB、DWLIC)端口电压分压、相乘，再接入电压控制振荡器产生脉冲信号，经(T1)端接入单片微控制器电路计数；

3)所述的显示电路(SXB02)，设有LED数码管和LED二极管，LED数码管显示年、月、日、用电数据，LED二极管用透光彩方式指示用电数据种类；

4)所述的载波电路(SXB04)由选频放大器、二级锁相鉴频电路、数据信号互补施密特整形电路、控制逻辑及电平变换电路和三态互补功放电路组成，其中通过(ZBOVT、ZBIN、ZBG)端子与单片微控制器电路相连，通过(ZBG)电平信号控制载波电路收发转换，并经(ZBOVT、ZBIN)端接收电路管理网主机发出的指令和交换数据。

本实用新型有以下优点：

1、网络化：本三相表可以作为电能管理网的组成部分；它也可以单独使用，这时它是一只普通三相表。

2、微功耗：本三相表的全系列表型几乎都不耗电，设若全中国换用该系列表相当于新建半个三峡发电站却不用额外投资；若与某些机电一体化的网络表(功耗约6W以上)相比，则节电效果更好。

3、精度高：本三相表的全系列表型全部为①级精度表，而且不全受到外磁场及安装角度影响。

4、功能多：本三相表的全系列表型全部都可以分时计费。即将每天分成4个时段，按高峰、平时、低谷三种电价计算电费。

5、成本低：本三相表的全系列表型性能价格比高于现行各种电度表。包括老式机电感应式的；近几年开始试用的各种磁卡表、IC卡式表；新近才出现的机电一体化的网络电度表等。

6、可靠性高：本三相表的全系列表型采用特殊设计的微功耗、低成本积分型乘法器与微功耗单片微处理器相结合的电路方案，因而可靠性高。

7、生产容易：本三相表的全系列表型都是采用IC电路和电阻电容等电子元件焊接装配而成，可以大批量自动化生产。

8、免维护设计：本三相表的全系列表型采用免维护设计，只在生产中每个用户调试一个电阻确定电表精度，使用时不需要再作任何调试，因而能保证计量的公正合理。

附图说明

图1是本实用新型方块图

图2是单片微控制器电原理图

图3是显示电路电原理图

图4是测量电路电原理图

图5是载波电路电原理图

图6是电源电路电原理图

具体实施方式

由图1可知，本实用新型由电源电路(SXB05)、单片微控制器电路(SXB01)、显示电路(SXB02)、测量电路(SXB03)、载波电路(SXB04)组成，其中：

1)三相电源DWLIA、BWLIB、DWLIC接入互感器(T01、T02、T03)，且各分出一路接入测量电路和电源电路，另有一路接入载波电路，零线接入电源电路和互感器(T01、T02、T03)次级一端另一端接入测量电路；

2)所述的测量电路(SXB03)对互感器输出的信号(IA、IB、IC)轮流取样，并与(DWLIA、DWLIB、DWLIC)端口电压分压、相乘，再接入电压控制振荡器产生脉冲信号，经(T1)端接入单片微控制器电路计数；

3)所述的显示电路(SXB02)，设有LED数码管和LED二极管，LED数码管显示年、月、日、用电数据，LED二极管用透光彩方式指示用电数据种类；

4)所述的载波电路(SXB04)由选频放大器、二级锁相鉴频电路、数据信号互补施密特整形电路、控制逻辑及电平变换电路和三态互补功放电路组成，其中通过(ZBOVT、ZBIN、ZBG)端子与单片微控制器电路相连，通过(ZBG)电平信号控制载波电路收发转换，并经(ZBOVT、ZBIN)端接收电路管理网主机发出的指令和交换数据。

由图2可知，本实用新型所述的三相有功电能表单片微控制器电路(SXB01)是整个电能管理网主机的控制管理核心，单片微控制器(U101)通过(PA0-7)端口和(PC1-6)、(PD4-7)端口与显示电路(SXB02)联接，当“确认”按钮(S101)或者“移位”按钮(S102)中任何一个按下时，对话显示程序启动，用户可以读出各项有关数据，详细内容参见显示电路说明。

单片微控制器(U101)通过(PB2、3)端口与测量电路(SXB03)联接，控制测量电路(SXB03)轮流对各相的有功功率进行测量，详细内容参见测量电路说明。

单片微控制器(U101)通过(ZBOUT、ZBIN、ZBG)端子，与载波电路(SXB04)相连，通过(ZBG)的电平信号，控制载波电路的收发转换，并且经过(ZBOUT、ZBIN)接收电能管理网和机发出的指令和交换数据，详细内容参见载波电路说明。集成电路(U102、3、4、5)是EEPROM数据存贮器电路，在此作为数据库使用。

由图3可知，本实用新型所述的显示电路(SXB02)中，设有两排LED数码管和8只LED二极管。上排4位LED数码管用于显示年份和月份值，下排8位LED数码管用于显示用电数据，8只LED二极管用透光彩方式指示用电数据的种类，如“高峰用电量”、“平时用电量”、“低谷用电量”、“实时电功率”、“总用电量”、“欠费关断”、“故障”等，尚有一个LED二极管未作安排，留待以后功能扩充升级用。

显示电路平时不工作。当按下任一按钮时，单片微控制器内的人机对话和显示程序启动，显示电路开始工作，利用LED的闪烁，指示“光标，，位置，继续按下“移位”或者“确认”按钮时，电表能够按人们的要求显示相应的内容。停止按键后显示一分钟即停止显示。

所有LED都采用动态扫描驱动，集成电路(U201)对(PD4-7)译码得出位驱动信号，由(Q201～8)进行位驱动。

由图4可知，本实用新型所述的三相有功电能表测量电路(SXB03)中，集成电路(U301)是四运算放大器，用其3个对(IA、IB、IC)端子来的电流信号进行放大并转换成电压信号。集成电路(U302)在单片微控制器(U101)通过(PB2、3)端子的控制下，轮流将三相电流电压信号送到集成电路(U304)与(U305)组成的乘法电路相乘得出一个与其有功功率成正比的电压信号，经(U303)电压控制振荡器电路，产生一个脉冲频率与有功功率成正比的脉冲信号，经(T1)送给单片微控制器(U101)计数，并换算成用电量值，从而完成测量工作。在单片微控制器(U101)内的程序，能够将计数值自动乘以一个系数，将抽样值变换成实际值。

由图5可知，本实用新型三相有功电能表载波电路(SXB04)由选频放大器、二级锁相鉴频电路、数据信号互补施密特整形电路、控制逻辑及电平变换电路和三态互补功率放大器电路组成。

当收到载波信号时，经选频放大器选频放大并限幅，送到二级锁相鉴频电路作二次鉴频解调，再送到数据信号互补施密特整形电路整形，经(ZBIN)端送到单片微控制器，从而完成数据接收的任务。

当本表的微控制器要传送数据时，先给(ZBG)端一个正电平信号，使电路进入发送状态，跟着向(ZBOUT)端施加已经二次调频的载波脉冲信号串，经控制逻辑及电平变换电路，产生一组合适的驱动电平信号，推动三态互补功率放大器，输出正负功率载波信号，经过一个电容器耦合到电源线零线(DWLIO)上去。从而完成载波信号的发送。

发送时，在(ZBIN)端也有发出的数据信号出现，不予接收就是。

由图6可知，是电源电路是成熟的电路，只说明重要的几点：

(1)(L501、L502、L503、C501、C502、C503)既抗干扰，又止载波信号的损失。(C507、C508、C509)是降压电容，这些电容耐压余量要大，最好在2000伏特以上。

(2)(U501)是四运算放大器，与(Q501、Q502)等一起组成两个开关式稳压电路，其中(Q502)是将负电源反送到正电源(VCC)。

(3)(U502)是并联式三端稳压集成电路，多余电能都消耗在(R523)上。

(4)对于电容降压式电源电路来说，只有并联稳压是可行的，也是高效率的。

Claims (1)

1、一种电能管理网用三相四线有功电能表，其特征在于由电源电路(SXB05)、单片微控制器电路(SXB01)、显示电路(SXB02)、测量电路(SXB03)、载波电路(SXB04)组成，其中：

1)三相电源DWLIA、DWLIB、DWLIC接入互感器(T01、T02、T03)，且各分出一路接入测量电路和电源电路，另有一路接入载波电路，零线接入电源电路和互感器(T01、T02、T03)次级一端另一端接入测量电路；

2)所述的测量电路(SXB03)对互感器输出的信号(IA、IB、IC)轮流取样，并与(DWLIA、DWLIB、DWLIC)端口电压分压、相乘，再接入电压控制振荡器产生脉冲信号，经(T1)端接入单片微控制器电路计数；

3)所述的显示电路(SXB02)，设有LED数码管和LED二极管，LED数码管显示年、月、日、用电数据，LED二极管用透光彩方式指示用电数据种类；

4)所述的载波电路(SXB04)由选频放大器、二级锁相鉴频电路、数据信号互补施密特整形电路、控制逻辑及电平变换电路和三态互补功放电路组成，其中通过(ZBOVT、ZBIN、ZBG)端子与单片微控制器电路相连，通过(ZBG)电平信号控制载波电路收发转换，并经(ZBOVT、ZBIN)端接收电路管理网主机发出的指令和交换数据。

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