智能电力计量装置制造方法及图纸

智能电力计量装置由电压、电流取样部分，模／数转换部分，数据处理部分和不挥发存贮介质组成，根据应用要求还可以加入多路切换部分、不受断电影响的定时装置、电气参数的测试装置和执行部件，可用于单用户或多用户的电能计量，并可实现按时间分段累计用电量，对各电气参数实时测量，还可以按要求控制用户电路，具有精度好，耗电低，成本不高的优点，是传统电度表的换代产品，可广泛应用于各种供电系统。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
所属领域电气测量技术背景传统的电力计量装置由流过被测负载的电流和加在负载上的电压共同作用，产生电磁力，驱动机械传动装置，带动机械计数装置实现。这种电力计量装置功能单一，无法完成较为复杂的应用，在小电流和波形失真大时精度不高，环境温度变化大或电源电压变化对精度影响也较大。本专利技术的目的是实现电力计量装置的智能化。该目的通过以下方式实现。用于供电的交流市电电源一般是50HZ正弦波，根据负载不同采用单相或三相供电，其电压瞬时值随时间按正弦规律变化，由于电网和负载的变化，其频率和峰值都是不断波动的。按一个比较短的时间间隔(即取样周期)分别对市电电压和用户负载电流取样，作为该取样周期内市电电压和用户负载电流的平均值，只要取样周期足够短，引起的误差可以忽略不计;如将同一取样周期市电电压和用户负载电流的平均值相乘，即可得到该用户在此取样周期的平均功率，再与取样周期相乘，即可得到用户在这次取样周期消耗的电能，逐一累计，即可得到该用户的耗用电量。计算机模拟计算证明，只要取样周期与电源电压周期不成简单整数比，并且每周期取样2.56次以上，累计几百个周期(约十秒)后，在功率因数为0.2以上时，最大误差在0.5%以内，平均误差通常仅为0.1%左右，即使负载为可控全波或可控半波整流供电，在延迟135度以内导通(有效功率不到正常供电的10%)的条件下，误差一般也在1%以内;若每周期取样4.23次以上，在功率因数为0.2以上时，最大误差在0.1%以内。本专利技术即按这一原理实现。附附图说明图1是其组成示意图。智能电力计量装置由电压、电流取样部分(1)，模/数转换部分(2)，数据处理部分(3)和不挥发存贮介质(4)组成，电压、电流取样部分由数据处理部分控制，每一取样周期开始时由数据处理部分发一信号，使取样部分将此时的市电电压和用户负载电流分别取样。电压取样部分可以是电阻分压器，分压值选取应保证在可能最大的市电峰值时，取得的电压不超过模/数转换部分最大允许输入值，同时应使量化后的量纲计算较为方便，即在后续处理中能凑成多个尾数位为0的二进制整数，以便于计算处理，节省数据处理部分的工作时间。电流取样可以用取样电阻，也可用电流互感器等，选择的原则是使取样电路的压降在满足需要的前提下尽可能小，尽量减少对用户电路工作的影响，在最大额定负荷电流峰值时，电流取样电路产生的电压信号不得超出模/数转换部分的最大允许输入电压。取样部分可能包括放大和整形电路，使取得的微弱信号放大到满足后续处理电路的要求。当模/数转换部分的工作速度较慢，或是电压、电流模/数转换共用一套电路时，取样部分还应包括相应的取样-保持电路，由数据处理部分控制其工作状态，保持相应的信号送模/数转换部分处理。经过取样部分后，市电电压和用户负载电流成为已定标的电平信号。模/数转换部分也由数据处理部分控制，将取样部分送来的代表该取样周期的市电电压和用户负载电流的电平信号，转变为数据处理部分能够接受并加以运算处理的数字量。模/数转换部分可以有二组模/数转换器，同时处理电压和电流信号以满足高速的要求，也可只用一组模/数转换器分时处理电压和电流信号以降低成本。在实现高精度电力计量装置时，应选用10位以上的模/数转换器，可获得0.2%以上的转换精度;而民用电力计量装置可用8位的模/数转换器，转换精度仅为0.8%，但如在取样部分增加一个精确绝对值电路，将原来的双向电压转变为单向脉动电压(输入、输出波形参见附图2)，并在取样瞬间同时检测电压、电流的极性，送数据处理部分，极性相同时为正功率，应累加到原累计耗电中，若极性相反时为负功率，应从原累计耗电中扣减，这样可使8位模/数转换器得到0.4%的转换精度。模/数转换器的转换时间和数据处理部分处理一次取样所用时间之和应小于取样周期，模/数转换器的输出码制应便于数据处理部分处理。数据处理部分是本装置的核心，它控制各部分按设定的时序协调工作，并完成全部数据处理任务。通常数据处理部分由微处理器和必要的附属电路(如程序存贮器和接口电路等)组成。它控制取样电路的取样，所取信号的传送，如有取样-保持电路时控制其工作状态，以及模/数转换器的启动，数据的读取，接口电路(如可能有的键盘、显示器件、通讯接口、微型打印机、测量接口、执行部件等)的动作等，还负责将市电电压和用户负载电流的数字量与取样周期经运算，得出在本次取样周期内用户耗用的电量，并正确累计(有时是扣减)到原累计耗电量中，再将其存贮到不挥发存贮装置里。由于取样周期较短(一般从几十微秒到几毫秒)，每一取样周期中所得到的耗电量均很小，通常最低位一单位仅为微瓦秒数量级，而本装置的应用要求又不允许丢失精度，因此常需要6至7字节的多字长累计运算。为了提高处理速度，宜选用带有硬件乘法功能的微处理器。不挥发存贮部分包括能与数据处理部分接口的不挥发存贮介质，不挥发即在电源中断时也能保持存贮信息不丢失。不挥发存贮介质可以是容量合适的EEPROM，有后备电池的静态RAM，微型打印机打印纸，磁性介质，也可经过数据处理部分的通讯接口利用其它计算机的存贮介质等，通过适当方式获取不挥发存贮介质的信息，即可达到读出用户用电量的目的。对于三相供电系统，只要分别对三相的电压和用户电流同时取样，以后就可作类似上述的处理。为了充分发挥数据处理装置的能力，降低成本和能源消耗，还可以如附图3在取样电路前增加一个多路切换部分，多路切换部分可以对一组用户的负载电流按需要任选一个送至取样电路。通常可用多路模拟开关，由数据处理部分依次产生选通各用户的地址信号，控制多路切换部分依一定次序选取每一用户并送往取样电路，按照前述处理过程，即可依次得出每一用户各自的耗电数据，并分别存入不挥发存贮装置的对应区域内，即可用一台电力计量装置计量一组用户的耗电量。应注意这时的取样周期不是一个用户所需的取样时间，而是扫描全组用户所用时间的总和。为了满足用电按峰谷时间，以双重计费率或多重计费率分别计费的应用要求，还可以在本装置中增加一个不受断电影响的定时装置。该定时装置能产生准确的计时信号，使数据处理部分的内部时钟与之同步;当然也可以给数据处理部分原有的内部时钟增加后备电源，使其断电后也能维持计时。数据处理部分按照预先设定的时间划分要求，在每次数据处理前先判定当时处在规定时间的哪一段，将计算得到的用户耗电量分别累计到不挥发存贮装置里两组或多组存贮区域中相应的存贮区域内，即可得到一个用户或一组用户在各个规定时间段内的耗电量，以便分别计费。该定时装置应具有对时能力，以便管理人员定期校准。可用带后备电池的CMDS晶振时基电路和一组计数器实现，市电中断不影响其计时，市电恢复后，数据处理部分首先与定时装置比对，自动校准内部时钟，以便正常工作。为了提高电力应用的管理水平，有时需要监测用户的各种电参数，这时可在本装置中增加各电气参数的测试部分。下面介绍一些测试方法的实现。为了测试，需要增加一些辅助电路和控制功能。如可以设置市电电压和用户负载电流的两组过零检测电路，过零检测信号送数据处理部分，数据处理部分根据市电电压两次过零时刻的间隔时间，即可算出市电的周期和频率;根据市电电压过零信号和某一指定用户负载电流过零信号之间的时间间隔和当前的市电周期，即可计算出该用户负荷电流与市电电压的相位差，从而计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能电力计量装置，其特征在于它由电压、电流取样部分，模／数转换部分，数据处理部分和不挥发存贮介质组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许之端，
申请(专利权)人：许之端，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]