多能電子電能表的製作方法
2023-05-05 08:05:56
專利名稱:多能電子電能表的製作方法
技術領域:
本實用新型屬於電力系統計量儀表。
電能表是電力部門對電力系統進行管理的必備的計量儀表,近今來隨著生活水平的提高,對電的需求亦日益增加,傳統的感應系電能表,由於精密度不高,功能不多等諸多因素已不能適應現代對電能管理的需求。而現在國內已有的電子電能表,一般採用時分分割相乘製作功率採樣,經V/F轉換電路製作電能表;或採用雙重調製解調等方法,雖然精確度高,但還存在線路複雜、成本高、電源適應力不強以及可靠性不高等缺點,因而不易推廣。
本實用新型旨在簡化電路,增加功能,提高可靠性、降低生產成本,改進現有的線式單相及三相電能表,從而達到大範圍的推廣目的。
本實用新型技術方案的形成是集功率傳感採樣電路,電壓/頻率轉換電路,計數電路和過載保護電路為該電能表整體電路。所述四種電路分別設有磁環(內設霍爾元件),線圈、運算放大器、電壓比較器、R-S觸發器、計數器、步進電機計數器、可控矽和繼電器,以及與之相連的電阻、電容器、二級管以及或非門等組件。
以下結合附圖詳述本實用新型
圖1為本實用新型單相電能表電路圖;圖2為本實用新型功率傳感器內部結構圖;圖3為本實用新型步進電機計數器示意圖4為本實用新型傳感器原理圖;圖5為本實用新型外形結構圖。
附圖解釋1-功率傳感採樣電路,2-電壓/頻率轉換電路,3-計數電路,4-過載保護電路,5-數字顯示器,6-復位開關,7-接線固定螺絲,8-電能表外殼。
圖1為單相電能表電路,圖中所示的負荷有功功率經功率傳感採樣電路(1),變換成直流電壓Vp,Vp經電壓/頻率轉換電路(2)轉換脈衝,脈衝經分頻後,推動步進電機計數電路(3)。圖中(4)為過載保護電路,該電路具有自動保護功能。所述原理中的功能分別由磁環、線圈、霍爾元件、運算放大器、數字電路、時基電路以及電阻、電容、二極體、可控矽、繼電器、以及步進電機計數器等組件實現的。
如圖2所示,功率傳感器內部構造主要包括磁環L,霍爾元件H、電阻R和線圈。負荷電流IL經線圈進入磁環內部產生磁場,其感應強度B與IL成正比,磁場垂直作用於霍爾元件,霍爾元件的工作電流由負荷電源經R1供給即IH=VL/R1,霍爾元件的輸出電勢VH=KBIH(K為霍爾係數),因此VHOCVLIL(VL、IL均為瞬時值)即負荷功率與霍爾電勢輸出成正比。VH為功率傳感器輸出。
電壓/頻率轉換器電路(2)運用恢復二次積分原理(見圖1-b)。當電路啟動後,E點電壓為零,比較器A3輸出的高電平觸發R-S觸發器。Q端輸出為高電平,Q端為低電壓,模擬開關K1、K4導通,K2、K3開斷,信號電壓VH經K1、R2、A1對C1作反相積分,E的電壓線性上升,當VE上升至VDZ時,比較器A2輸出高電平,觸發R-S觸發器的R端使R-S觸發器翻轉,Q端輸出為高電平,Q端輸出為低電壓,模擬開關K2K3導通,K1K4關斷,信號電壓VH經K3、R1、A1對C1作正向積分,E點電壓線性下降,當VE等零時比較器A3再次輸高電平使R-S觸發器翻轉進入一次積分,在其一個積分過程中時間T=2VDZ/VH(R1C1)-1′轉換器輸出頻率F=VH/2VDZR1C1。
圖3為步進電機計數器示意圖。
由電壓/頻率轉換器輸出的脈衝經分頻器10分頻和5分頻產生一對脈衝,驅動步進電機計數,步進電機採用偏心二極步進電機,其原理如圖(4),當A75分頻輸出為高平時,由T2流向T1的電流產生的磁場使步進電機偏轉180度之後而靜止,當A710分頻的輸出為高電平時,由T1流向T2的電流產生的磁場使步進電機再偏轉180度,從而完成一次計數。
功能保護原理行過載保護時,時基電路A8以及R8、R9、C3構成脈衝振蕩器,當時基電路輸出低平時,計數器A9對V/F轉換器輸出脈衝計數。若負載較大,單位時間內計數大於3時,所輸出脈衝供A3計數,若單位時間內計數大於10時,輸出脈衝經D4觸發可控矽G導通,使繼電器動作,而切斷電源。A8輸出的脈衝同時經A10計數構成定時器,經過或非門A11、A12和控制計數A13的計數時間時,在設定時間內對大負載限時,若在設定時間內負載電量超過設定值時,輸出高電平,經D3觸發可控矽切斷電源。行漏電保護時若線路不漏電,互感器B的輸出為零,若線路漏電,互感器輸出電流,經D1整流,C2濾波,A4放大送入比較器A5。漏電電流超過設定值時,A5輸出高電平,觸發可控矽切斷電源。
圖4為傳感器原理圖,如圖所示,由三個霍爾元件構成三相電網,在只需改變功率傳感器的基礎上,其主要原理與單相電能表相同。其功率傳感器由三個霍爾元件和磁環線圈構成,所屬輸入端相互並聯,分別進入各相電源及負載,所屬輸出端經串聯進入X、Y兩點(見圖1),然後經V/F(1-b)和(1-d)進行計量顯示(見圖1)。
圖5中外殼(8)正面的上部設有數字顯示器(5),在正面的下部設有兩個復位開關(6),其下設有兩個接線固定螺絲(7)。
本實用新型靈敏度及精度高,動態範圍大,對電網透應性強,過載能力大且過載保護功能全,不但能對短路進行保護,同時能自動限止大負載使用時間,減小因長期使用大負載形成火災的事故,其製造工藝簡單,可大規模生產,其可靠性優於一般電子電能表,自身功耗低,僅為感應電能表的三分之一。
權利要求1.一種多能電子電能表,系由外殼(8)、電路、線圈等構成,其特徵在於功率傳感採樣電路(1),電壓/頻率轉換電路(2),計數電路(3)和過載保護電路(4)構成其總電路流程,其外殼(8)設有數字顯示器(5),復位開關(6)和接線固定螺絲(8)。
2.根據權利要求1所述的多能電子電能表,其特徵在於所述功率傳感採樣電路(1)系由電阻R1,置於磁環內的霍爾元件和線圈組成。
3.根據權利要求1所述的多能電子電能表,其特徵在於所述電壓頻率轉換電路(2)系由模擬開關、電阻R2、運算放大器A、積分電容C1、電阻R3、穩壓二級管D2,以及電壓比較器A2和A3,R-S觸發器A6組成。
4.根據權利要求1所述的多能電子電能表,其特徵在於所述計數電路(3)系由計數器A7和步進電機計數器組成。
5.根據權利要求1所述的多能電子電能表,其特徵在於所述過載保護電路(4)系由時基電路A8、電阻R8和R9、電容器C3、計數器A9、A10和A13、或非門電路A11和A12、二極體D3、D4,以及可控矽G和繼電器J組成。
專利摘要本實用新型屬於電力系統計量儀表,系由外殼、電路、線圈等組件構成。集功率傳感採樣電路、電壓/頻率轉換電路、計數電路和過載保護電路為總體電路,以完成本實用新型的電路流程,其動態範圍大,靈敏度和精確度高,對電網透應性強,自身功耗低,過載保護功能齊,不但能對短路進行保護,同時能自動限止大負載使用時間,減小因長期使用大負載形成火災的事故。
文檔編號G01R22/00GK2185895SQ9323522
公開日1994年12月21日 申請日期1993年12月14日 優先權日1993年12月14日
發明者李躍兵 申請人:李躍兵