三相電能計量頭的製作方法
2023-11-05 01:15:17 2
專利名稱：三相電能計量頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及計量裝置領域，尤其是涉及一種用於計量電能的三相電能計量頭。
背景技術：
與傳統的機械錶相比，採用電子計量原理的三相多功能表，具有高精度、多參數測量、諧波功率電能計量等優勢。從總體評價，三相多功能表還是穩態電力負荷計量產品，由於其應用領域擴大，電力系統對電錶不斷提出新的技術要求。現有的三相多功能表性能和品質，並不能完全適應電力系統的需求。
目前的三相電能計量頭一般都是在經過變壓器以後，在低壓端才進行計量的。而事實上在變壓以及電力傳輸的過程中，會有很大的能量損耗，這一部分能量往往無法被計量，造成電力系統的計量不準確。為了提高計量精度，人們進行了長期的探索，提出了多種多樣的實施方案。例如，中國專利文獻公開了一種三相電能表(申請號CN02263996.9)，由三個分流器分別作為三個單相電流取樣部件，同時還包括三個單相電壓取樣部件、三個單相電能計量晶片、六個光耦、採集各相電壓相位和幅值的電阻分壓器和放大器，以及EPLD、CPU、存儲器、顯示器、通訊接口、按鍵組成。各相的分流器的電流相位信號輸出接口通過光電隔離部件與CPU相連。各相的分流器的電流信號輸出接口以及各相的電壓取樣部件的電壓信號輸出接口與電能計量晶片相連。電能計量晶片的電能信號輸出接口通過光電隔離部件(光耦)與CPU相連，電阻分壓器和放大器的電壓相位信號、幅值信號的輸出接口與EPLD、CPU相連，CPU連接存儲器、顯示器、通訊接口、按鍵。
上述方案採用三個完全獨立的數據採集模塊，雖然在一定程度上提高了計量的精度，但是其計量仍然是在低壓端進行的，並沒有從根本上消除在變壓過程中產生的計量誤差；而且整個裝置結構較為複雜，製作成本較高。
發明內容
本發明的目的是針對上述問題，提供一種設計合理，結構簡單，能夠在高壓端對電量進行計量，有效減少在計量過程中誤差的三相電能計量頭；解決了現有技術所存在的結構較為複雜，在低壓端進行計量無法將變壓和傳輸過程中的電能損耗進行計量等的技術問題。
本發明的另一目的是針對上述問題，提供一種信號處理過程合理，有效提高計量精度，並且製作成本較低的三相電能計量頭；解決了現有技術所存在的計量精度較低，成本高等的技術問題。
為達到上述目的，本發明採用了下列技術方案本三相電能計量頭，聯接在三相輸電線路和電能計數裝置之間，包括三個相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道，其特徵在於，每個信號處理通道具有一個信號採集單元，信號採集單元的電壓採樣單元依次經過放大器、模數轉換單元和高通濾波器與數字乘法器相聯，信號採集單元的電流採樣單元依次經過放大器、模數轉換單元、高通濾波器和數字積分單元與數字乘法器相聯；上述三個信號處理通道的數字乘法器分別通過低通濾波器與一個求和單元相聯，所述的求和單元經數字頻率轉換器與光電隔離單元相聯接。
在上述的三相電能計量頭中，所述的信號採集單元包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓採樣單元和電流採樣單元，以及聯接在兩者之間的組合互感器，所述的組合互感器由電壓互感器和電流互感器組成。
在上述的三相電能計量頭中，上述三個信號處理通道的信號採集單元通過一塊集成的電路板與光電隔離單元相聯接。
在上述的三相電能計量頭中，所述的求和單元通過求和形式切換單元在代數求和以及絕對值求和方式之間切換。
本發明創造性地將信號採集單元連接在輸電線路未經過變壓器的一端(一次電源)，能夠更加準確地計量輸送的電能，便於電力系統的管理。把輸入的高電壓和大電流變為低電壓和小電流信號，將電壓和電流信號按照時間相乘，得到功率隨著時間變化的信息，輸出與功率成正比的頻率。該頻率可直接與電能計數馬達匹配。
為了便於布置電路，在上述的三相電能計量頭中，所述的電路板設置在基座的電路板孔內，在基座上設有三個澆注體。
在上述的三相電能計量頭中，所述的三個澆注體分別與澆注在基座內的三個組合互感器相對應；電壓互感器的一次和二次電壓線圈以及電流互感器的二次電流線圈澆注在基座內，電壓互感器高壓引線與設置在澆注體內的電流互感器一次電流線圈相連，一次電流線圈的引出線延伸至澆注體外。
為了便於接線，在上述的三相電能計量頭中，所述的基座上還設有引線孔。
在上述的三相電能計量頭中，所述的澆注體與基座設為一體，並且在澆注體和基座上設有若干傘狀裙體。
與現有的技術相比，三相電能計量頭的優點在於1.信號採集單元直接連接在一次電源上，避免出現因為變壓器工作導致部分電能損耗無法計量。
2.互感器和電能表計量電路合在一起，校驗了計量表即校驗了整個電能計量表頭，互感器的誤差對整個表的誤差無關，從而提高了系統的精度。
3.結構簡單，電路布局合理，整個裝置的體積小，製作成本低廉。
圖1是本發明提供的三相電能計量頭的電路結構框圖。
圖2是本發明提供的三相電能計量頭的剖視圖。
圖3是本發明提供的三相電能計量頭的俯視的局部剖視圖。
圖4是本發明提供的三相電能計量頭的仰視圖。
圖5是本發明提供的三相電能計量頭的側向剖視圖。
圖中，信號採集單元1、電壓採樣單元11、電流採樣單元12、組合互感器13、放大器2、求和形式切換單元20、電路板21、澆注體22、基座23、電路板孔24、一次電流線圈26、一次和二次電壓線圈27、電壓互感器高壓引線28、引出線29、模數轉換單元3、二次電流線圈30、引線孔31、傘狀裙體32、高通濾波器4、數字積分單元5、數字乘法器6、低通濾波器7、求和單元8、數字頻率轉換器9、光電隔離單元10。
具體實施例方式
如圖1所示，本三相電能計量頭聯接在三相輸電線路和電能計數裝置之間，包括三個相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道；三個電子式電流互感器和三個電子式電壓互感器組成的三對組合互感器13，以及一個求和單元8等。每個信號處理通道具有一個信號採集單元1，信號採集單元1包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓採樣單元11和電流採樣單元12，以及聯接在兩者之間的組合互感器13。
信號採集單元1的電壓採樣單元11依次經過放大器2、模數轉換單元3和高通濾波器4與數字乘法器6相聯。信號採集單元1的電流採樣單元12依次經過放大器2、模數轉換單元3、高通濾波器4和數字積分單元5與數字乘法器6相聯。上述三個信號處理通道的數字乘法器6分別通過低通濾波器7與一個求和單元8相聯，所述的求和單元8經數字頻率轉換器9與光電隔離單元10相聯接。上述三個信號處理通道的信號採集單元1通過一塊集成的電路板21與光電隔離單元10相聯接。求和單元8通過求和形式切換單元20在代數求和以及絕對值求和方式之間切換。考慮到整個系統的電磁兼容性，輸出口採用了光電隔離單元10。
這裡的三相有功電能可以代數相加，也可以絕對值相加。相加方式的選擇通過設置求和形式切換單元20的管腳來完成，該管腳的高電平和低電平分別對應於代數相加模式和絕對值相加模式(為公知技術，本文不贅述)。選擇絕對值相加的模式時，在計算總的有功電能中，每相的有功電能都被認為是正。這種模式在三相四線連接方式下尤其有用，因為此情況下，有功功率的符號總是不變的。如電錶連接錯誤，如一相上電流互感器的方向接錯，則總的有功能量就會變成正常的三分之一，因為其中的兩相互相抵消了。當然，在這種情況下，反相檢測輸出會指示接線的錯誤。
工作時，三相電能計量頭三個輸入通道直接接一次電源，三相的電流電壓信號通過採樣放大及模數轉換後，為了去掉採樣信號的直流偏移，電路經過高通濾波器4，由於電流信號是由空心線圈性質的微分關係，電路必須加積分，通過數字乘法器6得到各相的瞬間功率信號。讓瞬間功率信號通過一個截止頻率很低的低通濾波器6，把平均信號取出來。然後對每相功率做代數相加或絕對值相加，從而獲得三相功率和。
如圖1所示，除信號採集單元1和光電隔離單元10，其餘均集成在一塊電路板21上。
如圖2和圖3和圖4所示，上述的電路板21設置在一個具有三個澆注體22的基座23的電路板孔24內。三個澆注體22分別與澆注在基座23內的三個組合互感器13相對應；電壓互感器的一次和二次電壓線圈27以及電流互感器的二次電流線圈30澆注在基座23內。電壓互感器高壓引線28與設置在澆注體22內的電流互感器一次電流線圈26相連。一次電流線圈26的引出線29延伸至澆注體22外。澆注體22與基座23設為一體，並且在澆注體22和基座23上設有多個傘狀裙體32。這裡的基座23和澆注體22採用環氧樹脂等絕緣材料製成。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
儘管本文較多地使用了信號採集單元1、電壓採樣單元11、電流採樣單元12、組合互感器13、放大器2、求和形式切換單元20、電路板21、澆注體22、基座23、電路板孔24、一次電流線圈26、一次和二次電壓線圈27、電壓互感器高壓引線28、引出線29、模數轉換單元3、二次電流線圈30、引線孔31、傘狀裙體32、高通濾波器4、數字積分單元5、數字乘法器6、低通濾波器7、求和單元8、數字頻率轉換器9、光電隔離單元10等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種三相電能計量頭，聯接在三相輸電線路和電能計數裝置之間，包括三個相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道，其特徵在於，每個信號處理通道具有一個信號採集單元(1)，信號採集單元(1)的電壓採樣單元(11)依次經過放大器(2)、模數轉換單元(3)和高通濾波器(4)與數字乘法器(6)相聯，信號採集單元(1)的電流採樣單元(12)依次經過放大器(2)、模數轉換單元(3)、高通濾波器(4)和數字積分單元(5)與數字乘法器(6)相聯；上述三個信號處理通道的數字乘法器(6)分別通過低通濾波器(7)與一個求和單元(8)相聯，所述的求和單元(8)經數字頻率轉換器(9)與光電隔離單元(10)相聯接。
2.根據權利要求1所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的信號採集單元(1)包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓採樣單元(11)和電流採樣單元(12)，以及聯接在兩者之間的組合互感器(13)，所述的組合互感器(13)由電壓互感器和電流互感器組成。
3.根據權利要求1所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的三個信號處理通道的信號採集單元(1)通過一塊集成的電路板(21)與光電隔離單元(10)相聯接。
4.根據權利要求1或2或3所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的求和單元(8)通過求和形式切換單元(20)在代數求和以及絕對值求和方式之間切換。
5.根據權利要求3所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的電路板(21)設置在基座(23)的電路板孔(24)內，在基座(23)上設有三個澆注體(22)。
6.根據權利要求5所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的三個澆注體(22)分別與澆注在基座(23)內的三個組合互感器(13)相對應；電壓互感器的一次和二次電壓線圈(27)以及電流互感器的二次電流線圈(30)澆注在基座(23)內，電壓互感器高壓引線(28)與設置在澆注體(22)內的電流互感器一次電流線圈(26)相連，一次電流線圈(26)的引出線(29)延伸至澆注體(22)外。
7.根據權利要求5或6所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的基座(23)上還設有引線孔(31)。
8.根據權利要求7所述的三相電能計量頭，其特徵在於，所述的澆注體(22)與基座(23)設為一體，並且在澆注體(22)和基座(23)上設有若干傘狀裙體(32)。
全文摘要
本發明提供了一種三相電能計量頭，屬於計量裝置領域。本三相電能計量頭聯接在三相輸電線路和電能計數裝置之間，包括三個相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道，每個信號處理通道具有一個信號採集單元，信號採集單元的電壓採樣單元依次經過放大器、模數轉換單元和高通濾波器與數字乘法器相聯，信號採集單元的電流採樣單元依次經過放大器、模數轉換單元、高通濾波器和數字積分單元與數字乘法器相聯；上述三個信號處理通道的數字乘法器分別通過低通濾波器與一個求和單元相聯，所述的求和單元經數字頻率轉換器與光電隔離單元相聯接。本計量頭不僅能夠正確計量，而且結構簡單、布局合理、成本較低。
文檔編號G01R11/02GK1808151SQ200610049289
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月27日 優先權日2006年1月27日
發明者陳守能, 葉有福 申請人:陳守能, 葉有福