一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀的製作方法

2023-07-21 03:34:51

專利名稱：一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力測控儀，尤其是涉及一種可嵌入式安裝的綜 合電力測控儀。
背景技術：
隨著中國的城市和農村電網進行大規模改造、建設之後，市場對電力自 動化測控儀表的要求越來越高，用傳統的機械錶及單表來實現，體積大， 單表數量多，安裝不方便，成本高，測量精度低，而且很難實現數位化、 智能化、網絡化的要求。市場和技術上都需要一種綜合電力測控儀，尤其 是能夠嵌入式安裝的，便於融合進現有的系統。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，能夠 具有可編程功能、遙測、遙信、遙控、自動控制、電能累加、實時時鐘、
LCD顯示、數字通訊等功能為一體的智能三相綜合電力測控儀表，集數位化、 智能化、網絡化於一身，使測量過程及數據分析處理實現自動化，減少人 為失誤，能夠全面替代電量變送器、電度表、數顯儀表、數據採集器、記 錄分析儀等儀器，減少單表的使用。同時結構緊湊，符合通用的96型面框 尺寸，便於嵌入式安裝。
本實用新型的目的是這樣實現的 一種可嵌入式安裝的綜合電力測控
儀，包括外殼、電源，
並且，還包括，
微控制器，設置在上述的外殼內，用於數據運算和處理； 模擬量輸出部分，與上述的微控制器連接，用於將上述的微控制器處 理後的信息輸出；
遙信量輸入電路，與上述的微控制器連接；
繼電器控制部分，與上述的微控制器連接，用於接收上述的微控制器 指令控制輸出；
數據採集部分，與上述的微控制器連接，用於電壓、電流採樣並輸出 給上述的微控制器；
上述的外殼設置尺寸為96毫米X96毫米。 同時，
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括通信模塊和RS485 接口，通過上述的通信模塊通過光電耦合電路從上述的RS485接口輸出數 據。
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括顯示設備，與上述 的微控制器連接，用於顯示信息。
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括若干光電耦合電 路，分別連接在上述的模擬量輸出部分、遙信量輸入電路、通信模塊和上 述的微控制器之間，用於光電隔離。
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括運算處理模塊，連 接在上述的數據採集部分和所述的微控制器之間，用於將上述的數據採集 部分的輸入信號進行整形，運算、放大、濾波處理，轉化為數字量反饋給 上述的微控制器作進步分析計算。
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括電能脈衝電路，通 過光電耦合電路與上述的微控制器連接，用於根據上述的運算處理模塊計 算出的電壓、電流、功率因素、頻率、功率、電能值送給上述的微控制器 到所述的顯示設備顯示。
上述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括脈寬調製電路，連 接在上述的光電耦合電路和上述的模擬量輸出部分之間，用於電路整形，
積分處理，將數位訊號轉變為模擬信號。
上述的外殼尺寸設置正負誤差為正負誤差O. 5毫米。 是述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括一時鐘電路，與是 述的微控制器連接。
上述的運算處理模塊包括一數字積分器。
實現了上述的技術方案，就可以實現本實用新型的H的。能夠體積小， 安裝表數量少，安裝方便，成本低，測量精度高，實現數位化、智能化、 網絡化的要求。同時能夠嵌入式安裝。


圖l是本實用新型的原理框圖2是本實用新型的數據採集部分電流採集電路圖3是本實用新型的數據採集部分電壓採集電路圖4是本實用新型模擬量輸出部分電路圖5是本實用新型遙信量輸入電路圖6是本實用新型電能脈衝電路圖7是本實用新型運算處理模塊電路圖。
具體實施例
以下結合附圖詳細描述本實用新型的較佳實施例，通過對本實用新型 較佳實施例的描述，可以更清楚的看出和理解本實用新型的優點所在。
如圖l，通過電壓、電流採樣，將大信號轉變為小信號送運算處理模塊 進行，信號整形，運算、放大、濾波處理，將轉化為數字量反饋給微控制
器作進步分析計算，利用微控制器的脈寬調製(PWM)發牛.器經光電隔離後 脈寬調製(PWM)的電路整形，積分處理，將數位訊號轉變為模擬信號輸出，
脈衝發生輸出的電能脈衝觸發電路通過光電耦合器與微控制器相連，根據 運算處理模塊計算出的電壓、電流、功率因素、頻率、功率、電能等值送 給微控制器到人機界面即顯示設備顯示，並且根據其值，微控制器控制繼
電器驅動電路進行控制輸出，還通過通信輸出電路由RS485將數據輸出， 遙信量輸入電路，採集開關量經光電隔離後與微控制器相聯。此外還可以 包括一個時鐘電路，與微控制器連接。
如圖2，採樣電路ABC三相電流分別經過CTA， CTB， CTC電流互感器進 行採樣隔離，由J1， J2， J3， J4進行取樣，得出A， B，(:電流及三相電流 矢量和，分別通過R66， C16, R69， C17， R70， C18， R71, C19， R22， C2, R73， C21進行RC濾波移相後送運算處理模塊。
如圖3，是電壓通過電阻分壓採樣電路，在三相四線制下，A相電壓通 過J3， J9， JIO， J5進行分壓，再通過C22， C23， C24進行濾波處理，與 運算處理模塊相連，並和電流信號進行能量計算，其他B， C兩相也是一樣， 中性線與模擬地間通過電感F1進行隔離；當在三相三線時，將以B相為參 考點，AC線電壓通過J31， Jll， J32和PT進行採樣，郵.|6， (:2L R72, C25濾波後送給運算處理分析。
如圖4為模擬量輸出電路，微控制器產生脈寬調製(P麗)信號經光耦 018隔離去控制，模塊開關U23，將脈寬調製(P畫)信號進行整形，等幅 處理，再經J24， E16， J25， E17兩級積分，將脈動的脈寬調製(PWM)變 成直流信號，再經肌J30， U26A進行濾波放大，後再經,B， J35 g:), 進行驅動輸出4 20MA模擬信號。
如圖5為遙信量輸入電路，DIl， DI+接幹接點開關信號，如果閉合，
n輸出低電平o信號，如果斷升ii輸出高電平i信號給微控制器，m i通
過R9， Rl和Bl對信號進行限幅，再通過U1A取反，R17限流，驅動光耦 05後反饋至微控制器。
如圖6為電能脈衝輸出電路，微控制器發生WAT， WAR信號，K經R41、 R42和光耦Q13， 014耦合輸出，脈寬可編程的電能脈衝。
如圖7為運算處理模塊的電原理圖，數字積分器能以優良精度的數字 積分作用，實現在頻域內，將一20dB/10倍頻程衰減和一種固定的-9(相移 作用。數字積分器的相頻響應和幅頻響應非常接近於理想情況。片內數f
積分器提供直接接口到di/dt微分電流傳感器，從而省去了外部的模擬積
分器，因而保證極好的長時間穩定性，與高精度的電壓、電流通道相位匹 配。di/dt微分電流傳感器徹底消除了錳銅分流器不能完全隔離、存在寄生
電感的缺點，也消除了傳統的電流互感器的相位誤差和大電流時過飽和的 缺點，而且成本非常低廉，是理想的電流傳感器，基於電流傳感器的選擇， 可以關斷和打開這個積分器電流，di/dt微分電流傳感器是基於Rogowski 線圈原理， 一個與傳輸初級電流的導線發生互感的電感器。Rogowski線圈 通常由空芯線圈構成，因而在理論上不存在磁滯、飽和或非線性問題， Rogowski線圈電流傳感器由環繞一根長直導線排列的匝數為N的矩形空心 線圈組成，並且線圈與該導線中的電流所產生的磁場垂直。Rogowe;ki線圈 基本的工作原理是通過互感效應來檢測初級電流。Rogowski線圈的輸出正 比於電流對時間的導數，所以為了作進一步信號處理，需要使用個數字 積分器將di/dt信號還原成i (t)形式。
這種新型的設計在很多方面都優於用傳統電流檢測技術構成的綜合 表。在1000:1 (60dB)如此寬的動態範圍內其線性誤差小於.1%電壓的採 樣信號分別送入其核心IC (ADE7753)的電流和電壓輸入通道，C28、 C29 為其電源濾波，C30、 E4對其2. 5V基準電壓進行濾波X3， C4， (:41是其時鐘 發生電路，U15為其核心的能量IC，輸入的電流，電壓信號,通過其計算出電 流、電壓的有效值，ADE7753包含一個至少保持若干秒滿負載累積功率的有 功電能寄存器、視在電能寄存器和電壓、電流有效值，可通過串行口讀得 ADE7753的數據。它同時提供一個與有功能量成比例的脈衝輸出(CiO。除 了有效值計算、有功和視在能量的信息外，ADE7753提供一個有符號的無功 能量信息和各種各樣的系統校準特點，比如通道偏置校準、相位校準和 能量校準。它還集成了一個檢測線電壓高低跌落的檢測電路，可提前發出 掉電和過壓預警。並計算出頻率和功率因素，通過乘法器計算出功率，並 累計算出電能，由數字接口和微控制器相連，進一歩完成數據處理、分析 和顯示。微控制器對採集到的數據進行綜合分析和判斷，並通過模擬量或 數字量輸出對外部事件進行相應控制，將事件、數據及記錄存儲，便於
追憶和數據分析。
這裡需要指出的是本領域的普通技術人員可以在本實用新型的基礎 上，作出各種適當的變形或者替換，但所有這些變形或者替換，都應當屬 於本實用新型的保護範圍。
權利要求1、一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，包括外殼、電源，其特徵在於還包括，微控制器，設置在所述的外殼內，用於數據運算和處理；模擬量輸出部分，與所述的微控制器連接，用於將所述的微控制器處理後的信息輸出；遙信量輸入電路，與所述的微控制器連接；繼電器控制部分，與所述的微控制器連接，用於接收所述的微控制器指令控制輸出；數據採集部分，與所述的微控制器連接，用於電壓、電流採樣並輸出給所述的微控制器；所述的外殼設置尺寸為96毫米×96毫米。
2、 根據權利要求l所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括通信模塊和 RS485接口 ，通過所述的通信模塊通過光電耦合電路從所述的RS485 接口輸出數據。
3、 根據權利要求1或2所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特 徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括顯示設備， 與所述的微控制器連接，用於顯示信息。
4、 根據權利要求1或2所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括若干光電 耦合電路，分別連接在所述的模擬量輸出部分、遙信量輸入電路、通 信模塊和所述的微控制器之間，用於光電隔離。
5、 根據權利要求l所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特徵 在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括運算處理模 塊，連接在所述的數據採集部分和所述的微控制器之間，用於將所述 的數據採集部分的輸入信號進行整形，運算、放大、濾波處理，轉化 為數字量反饋給所述的微控制器作進步分析計算。
6、 根據權利要求1或2或5所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀， 其特徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括電能 脈衝電路，通過光電耦合電路與所述的微控制器連接，用於根據所述 的運算處理模塊計算出的電壓、電流、功率因素、頻率、功率、電能 值送給所述的微控制器到所述的顯示設備顯示。
7、 根據權利要求l所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括脈寬調製電 路，連接在所述的光電耦合電路和所述的模擬量輸出部分之間，用於 電路整形，積分處理，將數位訊號轉變為模擬信號。
8、 根據權利要求1或2所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特 徵在於所述的外殼尺寸設置正負誤差為正負誤差O. 5毫米。
9、 根據權利要求1或2或5或7所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控 儀，其特徵在於所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀還包括 時鐘電路，與所述的微控制器連接。
10、 根據權利要求5所述的一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，其特徵 在於所述的運算處理模塊包括一數字積分器。
專利摘要本實用新型公開了一種可嵌入式安裝的綜合電力測控儀，包括外殼、電源，還包括，微控制器，模擬量輸出部分，遙信量輸入電路，繼電器控制部分，數據採集部分，所述的外殼設置尺寸為96毫米×96毫米。本實用新型的體積小，安裝表數量少，安裝方便，成本低，測量精度高，實現數位化、智能化、網絡化的要求。同時能夠嵌入式安裝。
文檔編號G01R19/00GK201004565SQ200620014388
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月3日 優先權日2006年7月3日
發明者任家愛, 王樂樂, 王尉朝 申請人:深圳市亞特爾科技有限公司