超寬量程電能表的製作方法

2023-05-20 17:56:01 1

專利名稱：超寬量程電能表的製作方法
技術領域：
本實用新型與電能表有關，特別與20 40倍程超寬量程電能表有
背景技術
當今社會經濟的高速發展使家庭和企業的用電量越來越大，因而對
電能計量表計的測量範圍要求也越來越大。目前的電能表大多是4倍程 表，即電流的基本測量範圍是Ib,而最大測量範圍是4 Ib。關於電能
表測量誤差的國家標準如下
有功電能百分數誤差(單相和帶平衡負載的三相電能表)
負載電流功率因數各等級電能表誤差限 (%)直接接通式經互感器式l級2級
0. 05Ib《I<0. lib0. 02In《I<0. 05In1.0±1.5±2. 5
0. 1Ib《I《Imax0. 05In《KI薩±1.0±2. 0
0. llb《l<0. 21b0. 05In《I<0. lln0. 5L， 0. 8C±1. 5±2. 5
0. 2Ib《I《I隨0. 1In《I《Imax±1.0±2. 0 (0.8C無要求)
可見在輕載狀態即負載電流小於O.llb (或0.05In)時的測量誤差比 電錶等級誤差要大得多。以1.0級表為例，1.0級表的等級誤差標準是 1.0%，而在輕載狀態時的誤差可以是1.5%。
為了滿足大測量範圍，只能選擇Ib比較大的電能表，但是這樣的 選擇使電能表的不準確計量工作段和不確定計量區段範圍也比較大，而 由於大量現代化節能電器，家庭和企業的用電往往多數時間處於小電 流、輕載狀態，這樣就會造成電能表在大多數時間計量不準確。
另一方面，如果按用戶的常用負荷選擇了電能表的基本電流Ib，而 當用戶增加了用電設備(隨著時代發展，這種現象是肯定會發生的)， 其最大負荷往往會超過電能表的最大電流，這時只有更換更大電流規格
的電錶才能滿足用戶的需要，造成浪費。 實用新型內容
本實用新型的目的是為了提供一種20~40倍程超寬量程電能表當 電流的基本測量範圍是Ib時，最大測量範圍可達20 40Ib，與4倍程表 比較，當最大測量範圍相同時，基本測量範圍Ib僅為4倍程表的 1/5~1/10，那麼不準確計量工作段和不確定計量區段範圍也僅為4倍程 表的1/5~1/10，這樣就很好的解決了小電流、輕載狀態下的計量不準確 問題。同時因為電能表的倍程很寬，可以準確計量大動態的衝擊負荷， 有效降低電網的線損，使之更能適應現代社會的發展，為節能和環保做 貢獻。另方面，也解決了當用戶增加用電設備，最大負荷電流會超過電 能表的最大電流的問題，可避免因必須更換更大電流規格電錶所造成的 浪費。
本實用新型的目的是這樣來實現的 .
本實用新型超寬量程電能表，包括有微處理器Ul的控制電路.分 別與控制電路連接的電源電路、由帶R6、 R7的信號調理電路和信號採 樣與計量處理電路組成的計量電路、通訊電路、存儲電路、時鐘電路、 顯示電路、電量脈衝輸出電路，其特徵在於還有對電流信號進行採樣的 閉合均質鐵芯電流互感器T2，信號採樣與計量處理電路中有三相計量芯 片UIO，閉合均質鐵芯電流互感器T2的3、 4腳分別與信號調理電路的 R7、 R6連接，信號調理電路輸出端VIP、 VIN分別與三相計量晶片U10 的3、 4腳連接，三相計量晶片U10的35、 36、 37、 38腳分別與控制電 路中微處理器Ul的4、 3、 61、 2腳連接。信號調理電路對電能表的輸 入信號(電壓信號和電流信號)進行調理，使之滿足採樣電路對輸入信 號的要求。對電流信號採樣的閉合均質鐵芯電流互感器保證了在輕載小 電流採樣仍然具有良好的精確度，計量電路中的專用三相計量晶片的作 用是將輸入的電壓信號和電流信號採樣並進行處理，處理結果(如有功 電能、電壓有效值、電流有效值、有功功率等)送往MCU控制電路使用。 微處理器是控制部分的核心器件，它的主要作用是完成電能表控制軟體 的運行，並與外部設備和其它器件進行通訊和數據交換。存儲電路是計 算數據的存儲的地方，顯示電路是用於顯示各種數據的人機互動的界 面。時鐘電路是電能表的時間來源，電源電路是為整個電路提供電源。 通訊電路用以實現電能表與外部的數據通訊，可提供紅外線通訊和
RS485 口通訊兩種方式。電量脈衝輸出電路產生校表脈衝，用於電能表
的校驗。
上述的三相計量晶片U10採用下列型號的三相計量晶片中的一種
ATT7026、 ATT7026A、 ATT7022A、 ATT7022B、 ATT7028、 ATT7028A、 ADE7758， 微處理器U1.採用型號為UPD78F0441的微處理器，也可以採用其它型號 的微處理器，微處理器UPD78F0441與計量晶片ATT7028A (或它型號的 計量晶片)是通過以下四條數據線進行數據交換的
微處理器通過38腳和和計量晶片的37腳向計量晶片發送數據命
計量晶片按微處理器的命令通過38腳和微處理器的61腳向微處理 器送數據(有功電能、電壓有效值、電流有效值、有功功率、以及頻率、 功率因數)。
微處理器通過3腳和計量晶片的36腳向計量晶片送時鐘信號。 微處理器通過4腳和計量晶片的35腳給計量晶片的片選信號。 電能表主要完成單相用戶的用電量計量，並具有分時計量、顯示、 通訊、存儲、時鐘等功能，而最關鍵的工作是準確計量。有功用電量計 量的輸入信號是進入用戶的電壓信號u和電流信號i，電能表通過信號 調理電路對輸入信號進行調理，使之轉換成計量晶片要求的形式，然後 送至以計量晶片進行採樣和電能計量，計量晶片是計量電路的核心，計 量晶片的動態範圍決定了輸入信號的大小範圍以及準確計量的範圍，計 量電路的計量結果是各種電量參數，輸出至以單片機(CPU)為核心的 控制電路，控制電路在時鐘電路、數據存儲電路、LCD顯示電路、紅外 和RS485通訊電路等的支持下完成分時計量、顯示、通訊、存儲等功能。 本實用新型超寬量程電能表計量電路採用了動態範圍超寬的三相 計量晶片。這些三相計量晶片的動態範圍為1000: 1，採樣解析度為16 位。那麼當最小計量點為5%Ib時，可以保證5%Ib~50Ib的範圍內的採 樣解析度均為16位，即計量晶片的計量準確度可以達到在50倍程的範 圍內的相對誤差在0.003%以內，這樣的計量準確度用來設計40倍程的 l級表是沒有問題的；即使最小計量點為2%Ib，也可以保證2yoIb 20Ib 的範圍內的採樣解析度為16位，即可以用來設計20倍程的1級表。 本實用新型具有如下效果 1)主要技術指標
有功準確度1.0級； 參比電壓220v;
電流基本測量範圍(Ib): 1.5A、 2.5A等；
電流最大測量範圍(Imax): 20 40Ib;
參比頻率50Hz; 可準確計量衝擊負荷；
可準確計量分諧波電量(需更換計量晶片，硬體不變)； 採用軟體修調電錶誤差；
可測量電壓、電流、頻率、功率因數、有功功率； 大LCD顯示。
2)與當前廣泛使用的4倍程表比較，當最大測量範圍相同時，20~40 倍程超寬量程電能表基本測量範圍Ib僅為4倍程表的1/5~1/10，那麼不 準確計量工作段和不確定計量區段範圍也僅為4倍程表的1/5~1/10，這 樣就很好的解決了小電流、輕載狀態下的計量不準確問題，使之更能適 應現代社會的發展(由於大量現代化節能電器，家庭和企業的用電往往 多數時間處於小電流、輕載狀態)，同時可避免因用戶增加用電負荷而 必須更換更大電流規格電錶所造成的浪費。為節能和環保做貢獻。
具體實施方式


圖1為本實用新型電路原理框圖。
圖2為MCU控制電路圖。 圖3為存儲電路圖。 圖4為電源電路圖。 圖5為紅外和RS484通訊電路圖。 圖6為顯示電路圖。 圖7為電量脈衝輸出電路圖。 圖8為計量電路中的信號調理電路圖。 圖9為計量電路中的信號採樣與計量處理電路圖。 圖IO為時鐘電路圖。
具體實施方式

參見圖1 圖10,本超寬量程電能表，包括有型號為UPD78F0441 微處理器U1的控制電路、分別與控制電路連接的電源電路、由帶R6、 R7的信號調理電路和信號採樣與計量處理電路組成的計量電路、通訊電
路、存儲電路、時鐘電路、顯示電路、電量脈衝輸出電路。信號採樣與
計量處理電路中有型號為ATT7026A的三相計量晶片UIO。閉合均質鐵芯 電流互感器T2的3、 4腳分別與信號調理電路的R7、 R6連接。信號調 理電路輸出端VIP、 VIN分別與三相計量晶片U10的3、 4腳連接。三相 計量晶片U10的35、 36、 37、 38腳分別與控制電路中微處理器Ul的4、 3、 61、 2腳連接。
三相計量晶片U10也可採用下列型號的三相計量晶片中的一種: ATT7026、 ATT7022A、 ATT7022B、 ATT7028、 ATT7028A、 ADE7758。
權利要求1、超寬量程單相電能表，包括有微處理器U1的控制電路、分別與控制電路連接的電源電路、由帶R6、R7的信號調理電路和信號採樣與計量處理電路組成的計量電路、通訊電路、存儲電路、時鐘電路、顯示電路、電量脈衝輸出電路，其特徵在於還有對電流信號進行採樣的閉合均質鐵芯電流互感器T2，信號採樣與計量處理電路中有三相計量晶片U10，閉合均質鐵芯電流互感器T2的3、4腳分別與信號調理電路的R7、R6連接，信號調理電路輸出端VIP、VIN分別與三相計量晶片U10的3、4腳連接，三相計量晶片U10的35、36、37、38腳分別與控制電路中微處理器U1的4、3、61、2腳連接。
2、 如權利要求1所述的超寬量程電能表，其特徵在於計量晶片U10 採用下列型號的三相計量晶片中的一種ATT7026、 ATT7026A、 ATT7022A、 ATT7022B、 ATT7028、 ATT7028A、 ADE7758,微處理器Ul採用型號為 UPD78F0441的微處理器。
專利摘要本實用新型提供了一種超寬量程單相電能表，包括有微處理器U1的控制電路，分別與控制電路連接的電源電路、由帶R6、R7的信號調理電路和信號採樣與計量處理電路組成的計量電路、通訊電路、存儲電路、時鐘電路、顯示電路、電量脈衝輸出電路，其特徵在於還有對電流信號進行採樣的閉合均質鐵芯電流互感器T2，信號採樣與計量處理電路中有三相計量晶片U10，閉合均質鐵芯電流互感器T2的3、4腳分別與信號調理電路的R7、R6連接，信號調理電路輸出端VIP、VIN分別與三相計量晶片U10的3、4腳連接，三相計量晶片U10的35、36、37、38腳分別與控制電路中微處理器U1的4、3、61、2腳連接。計量準確、節能，環保。
文檔編號G01R22/00GK201191304SQ200820063149
公開日2009年2月4日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者馮德智, 君 姜, 柏 林 申請人:四川啟明星蜀達電氣有限公司