本質安全型霍爾式智能有功電度表的製作方法
2023-05-03 08:07:51 1
專利名稱：本質安全型霍爾式智能有功電度表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用於測量電功率的儀表，電功率的計量裝置。
背景技術：
中的電度計量儀表有電磁式、電子式及電磁電子組合式(包括電磁微機組合式)。其中電子式的多採用模擬式數字乘法器或時分割乘法器；電磁電子組合式(包括電磁微機組合式)則是利用是磁式電度表的傳感部分與電子式(包括微機)的處理功能相結合來實現電度量測量的。這些電度表存在的共同不足是測量精度不高，尤其是當電網電壓、電流波形發生畸變時，嚴重影響測量精度；同時這些電度表只能在無爆炸危險的環境中使用。
本實用新型的目的在於設計一種無論當電網電壓、電流發生畸變，或是在有爆炸危險環境中都能準確測量電度量的本質安全型霍爾式智能有功電度表，且能實現測量儀表與電網之間的完全電隔離；既可以測量電度量，又可測量瞬時功率和任意沒定時間段內最大、最小和平均功率。
本實用新型的技術方案是以如下方式實現的運用二瓦法通過兩個霍爾功率變送電路測量三相有功功率，霍爾功率變送電路的線電壓，首先經過線性隔離電路，該電路與V／I變換電路連接，在環形鐵芯缺口處安裝霍爾傳感器，放大電路一端接霍爾傳感器，另一端接濾波電路，加法器與濾波電路和放大電路連接，而放大電路的兩端分別接絕對值電路和電動／發電計量控制電路，V／F變換電路和電動／發電量控制電路的一端又分別接在兩個光隔離電路上，單片機的兩個輸入端與兩個光隔離電路連接，顯示控制信號UXK直接送入單片機，地祉線通過鎖存器分別與程序存貯器和數據存貯器相連，數據線則直接與程序存貯器、數據存貯器和I／O擴展電路相連。鎖存、解碼、驅動電路兩端分別連接I／O擴展電路和顯示器，程序存貯器與數據存貯器和地祉鎖存器連接。
經過電腦程式的計算，將電度量或根據顯示控制信號UXK決定的需要顯示的有功功率瞬時值、峰值、谷值和平均值送至I／O擴展電路，再經鎖存、解碼、驅動電路，最後由顯示器顯示出各種數據。
考慮到電動機有可能短時工作在發電制動狀態向電網送電，此時電度表應將這部分電能減去，為此，還設計了電動／發電狀態計量控制電路。
在電網停電時，為了不丟失電度量，在電路中採用EEPROM作為數據存貯器。
本實用新型為了實現在礦山井下或有爆炸危險環境中使用，電度表不產生火花，在直流供電穩壓電源電路中，除穩壓集成電路本身帶有的過流保護外，還增加了一重由R41－R57、R60、R14－R17、G1、G2、T1、T2等組成的另一過流保護電路。整個電路設計為本質安全型。
本技術方案中，若採用一個功率變送電路時，該電度表就變成單向電度表。
本實用新型與現有技術相比其特點在於當電網電壓、電流波形發生畸變時，也能準確的測量電度量，並實現電度表與電網之間的完全電隔離，它既可以測量電度量，又可測量瞬時功率和任意設定時間段內的最大、最小和平均功率，還具有體積小、重量輕、價格便宜等優點，可廣泛用於冶金、礦山、石油、化工等具有爆炸性危險的環境中，亦可用於一般工礦企業或居民使用。其主要技術指標為輸入電壓 220V、380V、660V、1140V；輸入電流 0～1000A；最大輸入功率 500KW(380V)；800KW(660V)；顯示方式 7位數顯示；測量精度 ±1％。
圖1為本實用新型原理框圖；圖2為本實用新型直流穩壓電源及電壓檢測原理圖；圖3為本實用新型電動／發電控制電路原理圖；圖4為本實用新型霍爾功率傳感電路原理圖；圖5為本實用新型的信號變換處理電路原理圖；圖6為本實用新型的單片機系統及顯示電路圖。
附圖是本實用新型的一個具體實施例，
以下結合附圖作進一步說明參照圖1的電度表原理框圖，直流供電穩壓電源(21)提供整個電度表所需電源，其霍爾功率變送通道的線電壓首先經過線性隔離電路(3、3′)，該電路與V／I變換電路(4、4′)連接，在環形鐵芯(1、1′)缺口處安裝霍爾功率傳感器(2、2′)，放大電路(5、5′)一端接霍爾功率傳感器(2、2′)，另一端接濾波電路(6、6′)，加法器(7)兩端與濾波電路(6、6′)和放大器(8)連接，放大器(8)的兩端分別接絕對值電路(9)和電動／發電計量控制電路(11)，V／F變換電路(10)和電動／發電計量控制電路(11)的一端分另接在光隔離電路(12、13)上，單片機(14)的兩個輸入端分別與光隔離電路連接，其地祉線通過鎖存器(15)分別與程序存貯器(16)和數據存貯器(17)相連，數據線分別與(16)、(17)和I／O擴展電路(18)直接相連，鎖存、解碼、驅動電路(19)兩端分別連接I／O擴展電路(18)和顯示器(20)，程序存貯器(16)與數據存貯器(17)和地祉鎖存器(15)連接。
參照圖2，該圖為直流穩壓電源及功率檢測電路原理圖，其中，直流穩壓電源主要由變壓器B、整流橋ZL和WY1、WY2及C36～C38、C40組成；由R41～R57、R60、A14～A17、G1、G2、T1和T2組成雙路過流保護電路；電壓檢測電路主要由B、R58、R59等組成。
圖3為本實用新型電動／發電計量控制電路原理圖，它主要由R17－R20、A9、A10及D5組成。
參照圖4，圖4為本實用新型霍爾式功率傳感電路原理圖，其中以A1、A3、A5、鐵芯(1)、霍爾傳感器(2)和A2、A4、A6、鐵芯(1′)、霍爾傳感器(2′)為主要原件組成兩個功率變送通道；再以R11、R12、A7為主要原件組成加法器(7)，通過以上電路可以得到與三相有功功率對應的電壓信號Ui。
圖5是信號變換處理電路原理圖，以A8、W1、W2為主組成放大電路；以A11、A12、D6、D7、W4、W5為主組成絕對值變換電路，以A13、R28～R30、W6等組成放大電路；以V／F晶片，R31～R37、C29～C32等組成V／F變換電路，以A10、D5、R19、R20等組成電動機電動／發電狀態計量控制電路。
圖6是單片機系統及顯示電路原理圖，由單片機CPU、鎖存器ROM、RAM和I／O擴展電路組成單片機最小系統，由T1～T8組成八位解碼、鎖存、驅動電路；以八個CED顯示器S1～S8為主組成顯示電路，其中最高位(第8位)為標誌位。
整個電度表的工作原理概述如下電網的電壓和電流信號分別經過線性隔離和環形鐵芯輸入到霍爾傳感器上，其輸出端就得到了與所測功率對應的電壓信號uH，兩個功率變送通道的輸入信號經放大、濾波後相加就得到了與所測三相有功功率對應的電壓信號uj，uj經放大後，再經過絕對值變換電路送入V／F變換電路，便得到了與所測三相器有功功率對應的頻率信號uf，將這個信號送入單片機進行處理，計算出對應的電度量，或根據設定同時計算出瞬時功率，設定時間段內有功功率的峰值、谷值、平均值，再將計算出的值經I／O擴展電路送到解碼、鎖存、驅動電路，最後由顯示電路顯示出電度量的值，或根據需要，由顯示控制信號UXK控制依次顯示有功功率的瞬時值、任意設定時間段內的峰值、谷值、平均值，以上各值的標誌由顯示電路的最高位顯示。
考慮到電動機短期內可能工作在發電狀態，則此時電動／發電狀態計量控制電路輸出的信號Uk便可控制單片機從累計的電度量中減去這部分電度值。
權利要求1.一種本質安全型霍爾式智能有功電度表，它有一個直流供電穩壓電源(21)，其特徵在於一個或兩個霍爾功率變送通道，其霍爾功率變送通道的線電壓，首先經過線性隔離電路(3、3′)，該電路與V/I變換電路(4、4′)連接，在環形鐵芯(1、1′)缺口處安裝霍爾傳感器(2、2′)，放大電路(5、5′)一端接霍爾傳感器(2、2′)，另一端接濾波電路(6、6′)，加法器(7)與濾波電路(6、6′)和放大器(8)連接，放大器(8)的兩端分別接絕對值電路(9)和電動/發電計量控制電路(11)，V/F變換電路(10)和電動/發電計量控制電路(11)的一端分別接在光隔離電路(12、13)上，單片機(14)的兩個輸入端與光隔離電路連接，顯示控制信號UXK直接送入單片機(14)，地祉線通地地祉鎖存器(15)分別與程序存貯器(16)和數據存貯器(17)相連，其數據線分別又與程序存貯器(16)、數據存貯器(17)和I/O擴展電路直接相連，鎖存、解碼、驅動電路(19)兩端分別連接I/O擴展電路(18)和顯示器(20)。
2.根據權利要求1所述的本質安全型霍爾式智能有功電度表，其特徵在於電動機處於發電狀態時，顯示器(20)的電度數倒記。
3.根據權利要求1所述的本質安全型霍爾式智能有功電度表，其特徵在於除顯示有功電度數外，還可以根據顯示控制信號UXK顯示任意設定時刻的有功功率瞬時值、峰值、谷值和平均值。
4.根據權利要求1或2所述的本質安全型霍爾式智能有功電度表，其特徵在於用EEPROM作為數據存貯器。
5.根據權利要求1所述的本質安全型霍爾式智能有功電度表，其特徵在於直流供電穩壓電源(21)中，除穩壓集成電路本身帶有的過流保護外，還增加了一重由R41～R57、R60、A14～A17、G1、G2、T1、T2、G1、G2等組成的另一過流保護電路，且整個電路為本質安全型。
專利摘要本實用新型涉及用於測量電功率的電度表，通過兩個霍爾功率變送電路測量三相有功功率，霍爾功率變送電路經線性隔離電路，V/I變換電路、環形鐵芯和霍爾傳感器、再經濾波、放大送入光隔離電路、通過單片機計算處理、顯示電路即可顯示瞬時功率，設定時間段內有功功率的峰值、谷值和平均值。用於輸入電壓為220V—1140V，輸入電流0—1000A的線路中，特別能在有爆炸危險性的環境中使用，具有體積小、重量輕、價格便宜等優點。
文檔編號G01R22/00GK2167377SQ93221138
公開日1994年6月1日 申請日期1993年8月6日 優先權日1993年8月6日
發明者耿穩強, 盧文科, 付周興, 龔銀河 申請人:西安礦業學院