載波智能電量表的製作方法
2023-08-02 02:33:36
專利名稱：載波智能電量表的製作方法
技術領域：
一般地說，本實用新型涉及一種新型電氣測量儀表裝置。具體地說涉及一種用於對電壓、電流、功率等電參數進行測量的儀表裝置，尤其是涉及一種可用於電網的，可用作智能終端式的智能電錶。
眾所周知，現存有用於電力測量用的各類電量表，用於測量電路及電網中電壓、電流、功率、功率係數、周波數以及電能累耗諸多項電參數。一般地從構成原理上說可以分作為電磁式、磁電式、感應式、電動式及靜電式等等。
近些年，還相繼有一些直接顯示的數字式顯示儀表。例如數字萬用表，數字電壓表等。這類電錶的關鍵在於將測出的模擬量進行數模轉換後再經模一數轉換(或再需放大／衰減)送邏輯解碼器而驅動顯示板(例如LCD)而使用戶直接讀出數位化的測量值。
尤其是在近年才出現的多功能測量儀表和智能電錶。這些電錶除去有測量顯示功能的外，不具備有進行邏輯分析及判別功能。在「電力自動化」雜誌的1992年的各期中，對於這類智能電錶有詳細的介紹。
但在所有的上述各種電錶中，都仍存在有不同程度的不足。其共同一點在於，目前這類電錶均屬於獨立測量電錶、單獨顯示。因此，這些電錶均不能與其它裝置進行信息交互，也不能將所測數據按產業技術的需要而遠距傳送。也就是說，它們都不具有通信功能。
本實用新型的目的在於提供一種新型電量表，除去能夠具有儀表的通常功能外，它還能作為一個智能交互式終端並具備信息傳輸功能。更為具體的說，本實用新型進一步的目的還在於提供一種新的電量表，該電錶可在現行電力網的輸電線上除去能夠在完成電參數測量的同時利用載波傳送及接收二進位指令和數據，並利用微機技術對傳輸的數據進行處理及存貯，接受遙控指令、輸出控制信號。
本實用新型尤其有助於實現這樣的目的，即在電網電參量的遙測中能夠實現中心控制站對於用戶的直接控制，並省去現行的專用通訊線路而直接用現行輸電線路來實現通訊及控制的目的。
在本申請的附圖中包括
圖1是構成本實用載波智能電量表的功能結構圖；圖2是在圖1所示的結構圖中的載波收發電路(6)的電路原理圖；圖3是本實用新型的測量電路(5)的原理圖；圖4是圖2中(10)的內部詳細電路圖。
如圖1所示，從功能上說，本實用新型的電量表包括有測量電路(5)，載波收發電路(6)和單片計算機系統(7)和電源(8)。其中，測量電路(5)將輸電線路電參數測出，然後經光電衛離電路後送入單片計算機的輸入接口，接口部分的A／D轉換電路將被測量參數變換成二進位數碼，然後再送入單片機。針對不同的多種電參數，總共可選用8路輸入數據的轉換電路。其中的單片機(7)是一般的單片機系統，主要包括有顯示部件、A／D變換電路、EPROM存貯器以及外中斷輸入按鈕電路等。它的作用主要在於對有關參量進行計算、存貯數據，通訊聯絡和顯示量值並根據要求輸出相應的控制信號。
載波收發電路(6)將從單片機(7)串行接口來的二進位數位訊號變為調頻載波信號，輸出到輸電線路上，將從輸電線路上接收的載波信號解調後輸入到(7)的串行輸入接口。載波收發電路(6)與單片機(7)之間的信息交換是經光電隔離電路進行的。圖中的電源(8)是為本新型智能電量表提供電源，分別有5伏和12伏兩個輸出。在本實施例中，為了避免相互幹擾從而提高整個電量表的抗幹擾能力，單片機系統(7)，測量電路(5)以及載波收發電路是彼此隔離而不共地的。
在圖2中具體地給出了本實用新型的智能電量表中的載波收發電路(6)的構成詳圖。其中，(1)是振蕩放大電路，(2)是前置放大電路，(3)是鑑頻電路，(4)是光電隔離電路，C1－C2為電容(其中C8為高壓電容，耐壓要大於輸電線路電壓的3倍)，L1－L5為電感線圈、R1－R5是電阻。圖中的接點A與單片機的串行輸出端連接，接點B與單片機(7)的串行輸入端連接，接點E和D與輸電線路連接。T1是光電耦合器。(10)是觸發器及其輔助線路構成的調製線路，詳見圖4。
由(1)構成的振蕩器產生出具有一定輸出功率的正弦波。它的正弦波頻率由負反饋平衡電路所決定。C1、C2、R1、R5與T1的光敏三極體構成頻率可變式的平衡電橋網絡。通過選取不同的網絡元件的參數而獲得所需的振蕩頻率。在本實施例中，其振蕩頻率選為52KHz左右。光敏三極體T1相當於一個可變電阻，從而使橋路的頻率可改變。使用載波頻率在200KHz以下。輸出載波電壓在所接輸電線路電壓的1％以下。
接點A與單片機的串行輸出端相接。當無輸出時，此處為高電位＋5V，而有輸出時，則在0V和5V之間跳變。其低電位代表二進位的碼「0」而高電位代表「1」。經(10)後由T1中發光二極體的電流的變化而引起光電三極體的阻值的改變，從而改變了振蕩器(1)的輸出頻率，實現了調製。
在圖2中，元件L、L2、C5、和L5、C7構成了雙調諧緊耦合式變換電路，作為載波的輸出電路。其中C8是一個I頻隔離電容而E與D端點接於輸電線路。
圖2中的L3是一個輸入迴路的電感線圈，其作用是將載波經號送入前置放大級(2)，由前置放大級放大的信號送入鑑頻器中進行鑑頻，從而分離出「1」信號和「0」信號，然後再經光電隔離電路(4)送入單片機的串行接口。
在圖3所示的測量電路(5)的原理圖已在圖1示出，R10～R21是電阻器，C10～C12是電容器，L和L10為電感，D3和D4是二極體，T11和T10是電晶體，而(9)是鑑相器。
輸電線路的電壓值由H和I點測取。經R10和R11分壓後並經R12限流而送到整流器Z1。T10中的發光二極體承受著分壓後的有效值，根據該分壓後的有效值的不同，該發光二極體發出不同強度的光，從而使光敏三極體的電流發生變化，該變化的電流使R14的電壓降發生相應的變化，並且由F端點送入A／D轉換器的輸入端，由此A／D轉換器輸出的二進位數值再饋入單片機。
在使用本實用新型的載波智能電錶對電流值進行讀取時，是採用由L10及附屬電路構成的電流互感器來實現的。其中，R16和R17分別為D3和D4的正偏壓電阻。L10為中間抽頭的線圈，與D3和D4一起構成全波整流器，並引起T11中二極體電流值的變化，從而使光敏三極體產生相應的輸出並在波形上與整流波的波形完全相同。G點輸出直流電壓到A／D晶片的輸入端，由單片機接收經該A／D轉換器產生二進位數。
電壓與電流波形間的相位差是由鑑相器(9)測出的，由J點進入A／D轉換器的輸入端，由該A／D轉換器變換成二進位數後再送入單片機。
圖4是圖2中的(10)的內部詳細線路。
FF是觸發器，S、R端點分別是觸發器的置位信號點和復位信號點低電位有效。S點接往圖2的C點，R點接往圖2的d點，d接往單片機輸出信號端。Q、Q分別是FF的兩個狀態輸出端。D1和D2是二極體。R6和R7是電阻。分別接往a點和b點。
FF被置位時，由電路圖可見，載波收發電路(6)將輸出「0」信號載頻；此時C點變為高電位的話，將輸出「1」信號的載頻。
當C點處於高電位時，d點降為低位時，FF被復位，Q為高電位。復位時，(6)為復位頻率(復位頻率應較「1」信號載頻高或較「0」信號載頻低。本圖例為前者)。
Q經e點接往振蕩放大器(1)。在復位狀態時，Q當高電位，用以控制放大器(1)，(2)的放大增益。目的使不發信時，無輸出。
綜合上面談到的本實用新型的特徵，本載波智能電量表的先進性可以總結為以下三方面。
首先，實現了本實用新型發明的基本目的，即實現了智能電量表具有通訊或信息按需遠距傳送的功能。由於是利用的輸電線路本身進行載波信號來實現信息交互，從而既實現了遠程傳輸信息並實現控制，又省去了專用通訊線路。中心站管理人員可以統一對輸電線路上的所有的電量表進行監控，全面掌握輸電網供電的情況，並可發出指令直接分別地控制每一隻電量表。
其次，由於採用本實用新型的電量表，使該儀表耗電比感應式電度表要降低80％。舉例來說，如果對目前的電度表進行計量校驗時，要經5－10小時實際通電的校驗，而採用本實用新型的電量表，則無需此項校驗。這主要是由於該表採用了電子器件來構成，計量校驗時無需實際通電，只要保證器件完好，即可保證表的準確可信。
再之，本實用新型的電量表的採用，使現行電網控制的方式發生了重大變化，即由目前的對供電支路控制變成以用戶為單位受中心變電站直接控制。這種按用戶控制的方式可以在同一支路上方便靈活地調整不同類型的供電用戶，而不影響其它用戶。採用本實用新型的載波智能終端式的電量表而形成的控制和管理輸電網技術新方案已經另一申請同時向專利局申報了發明專利。
權利要求1.一種載波智能電量表，其特徵在於，它包括測量電路(5)，載波收發電路(6)和單片計算機系統(7)和電源(8)。
2.如權利要求1所述的電量表，其特徵在於，其中所說的載波收發電路是由振蕩放大電路(1)，前置放大電路(2)，觸發器及其輔助電路(10)，鑑頻電路(3)和光電隔離電路(4)構成。
3.如權利要求1所述的電量表，其特徵在於，其中所說的測量電路包括有用於對電壓進行測量的部分，對電流進行測量的部分以及進行相位鑑別的部分。
4.如權利要求1所述的電量表，其特徵在於涉及的載波頻率在200KHz以下，輸出載波電壓在所接輸電線路電壓的1％以下。
專利摘要一種載波智能電量表，具有通訊及信息交互的功能，它包括有測量電路(5)，載波收發電路(6)和單片計算機系統(7)及電路(8)；其中載波收發電路由振蕩放大電路(1)，前置放大電路(2)，鑑頻電路(3)和光電隔離電路(4)構成；而測量電路由電壓測量電路、電流測量電路以及相位鑑別電路構成。
文檔編號G01R22/00GK2137364SQ92239338
公開日1993年6月30日 申請日期1992年11月10日 優先權日1992年11月10日
發明者劉偉強 申請人:劉偉強