一种基于锰铜采样的三相表及计量方法技术

一种基于锰铜采样的三相表及其计量方法，涉及电能表技术领域，特别是基于锰铜采样的三相表的电路结构以及用电数据的计量方法。三相表包括电源单元、计量单元、通信单元和主控系统；4个单相电能计量AFE和锰铜分流器分别设置在A、B、C、N相上；在A、B、C相上设置三个线性变压器，提供三路相互隔离的电源输出。计量方法包括采集、中断输出以及判断电流旁路和逆相序事件。本发明专利技术采用了三个线性变压器，输出三路隔离电源，大大减少了变压器的体积；4个单相电能计量AFE配合MCU完成三相表的计量，不用三相计量单元，减少了对硬件资源的占用，有效地控制了成本。了成本。了成本。

A three-phase meter based on manganese copper sampling and its measurement method

【技术实现步骤摘要】
一种基于锰铜采样的三相表及计量方法


[0001]本专利技术涉及电能表
，特别是基于锰铜采样三相表的电路结构以及用电数据的计量方法。

技术介绍

[0002]强磁场对电能表的干扰会造成电能表计量精度失准，且输电线缆中偶次谐波和直流分量过多也会对电能表精度造成影响，为此，常规的电流互感器三相表一般会增加屏蔽外壳及改善磁芯，这必然会增加电能表的成本，且效果一般。锰铜三相电能表在防强磁场、抗偶次谐波和直流分量方面性能优异，不需要额外保护。
[0003]锰铜三相表对各相电流进行采样时，需要以所采相线的电压为参考地，这就要求ABCN各相计量单元的电源相互隔离。通常锰铜三相表需要五路电源：三路计量电源，分别为各路的计量单元供电；一路主电源，为MCU等电表设备供电；一路对外通讯电源，为对外通讯的设备供电。由于电源采用锰铜分流器串进相线进行电流采样，需要以各相线为参考地，因此各相电源之间需要隔离，且需要与MCU系统进行隔离；此外，对外通讯电源一般也要求隔离，因此锰铜三相表的电源一般比较复杂。
[0004]目前锰铜三相表的常用电源方案的有两种：第一种是阻容降压方案，此方案每相电源输入后由安规电容或者聚酯电容与功率电阻串联分压，再经二极管整流，经稳压二极管稳压后通过电源芯片输出稳定电源，给计量芯片或者AD采样芯片供电。此种电源供电方式不适合动态负载，供电不稳定。
[0005]第二种方案是釆用常规方式获取两路电源：主电源与通信电源，然后釆用隔离DC
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DC变压器，从主电源上获取三路隔离电源，分别供ABC相计量使用。此种方式电源体积大，成本相对较高。
[0006]此外，常规的锰铜三相表一般使用三个AD分别对ABC相电压电流进行釆样，然后通过光耦隔离系统将数据汇总到一个三相计量芯片上，通过三相计量芯片对数据进行运算，再通过MCU与三相计量芯片进行通讯读取相关计量数据，此种方法增加了三相计量芯片，提高了成本。

技术实现思路

[0007]为解决当前技术存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]本专利技术的技术方案包括两部分：1、一种基于锰铜采样的三相表，包括电源单元、计量单元、通信单元和主控系统，所述主控系统包括MCU、显示模块、存储模块和交互模块，电源单元为计量单元、通信单元和主控系统供电，所述主控系统连接计量单元、通信单元。
[0009]所述计量单元包括4个单相电能计量AFE和与之对应的锰铜分流器，分别设置在A、B、C、N相上。
[0010]所述电源单元包括分别设置在A、B、C相上的三个线性变压器，每个线性变压器设
置三路输出，第一路输岀设置在原边，第二路输出和第三路输出设置在副边；三个线性变压器的第一路输出为本相上的单相电能计量AFE供电；三个线性变压器的第二路输岀并联到一起为通信单元供电；三个线性变压器的第三路输出并联到一起为N相上的单相电能计量AFE和主控系统供电。
[0011]2、一种基于锰铜采样的三相表的计量方法，所述计量方法基于上述的基于锰铜采样的三相表，首先获取基于锰铜采样的三相表的启动功率P0，设累加脉冲电能量的次数m=0，累积脉冲电能量Ep=0，总电能Ep
’
=0，基于锰铜采样的三相表脉冲常数为Cm，所述计量方法包括以下步骤：步骤A、MCU依次与ABC相的AFE通信，读取ABC各相的采样值；计算合相功率P，执行步骤B；步骤B、如果P≥P0执行步骤C，如果否，返回步骤A；步骤C、设MCU定时器T1、T2、T3，计时时间分别为t0、T0、1000ms，其中T0为计量AFE的功率更新周期，t0=T0/N，N为大于1的自然数，中断优先级次序T1>T2>T3，同时开启三个定时器，执行步骤D；步骤D、判定是否有定时器中断产生，如果否，继续等待；如果定时器T1产生中断，执行步骤E，如果定时器T2产生中断，执行步骤F，如果定时器T3产生中断，执行步骤G；步骤E、计算累积脉冲电能量：Ep=Ep+，执行步骤E1；步骤E1、令m=m+1，如果Ep≥ ，执行步骤E3；否则，执行步骤E2；步骤E2、如果m=N，将m重置为0，并返回步骤A，否则返回步骤E；步骤E3、输出一个电能脉冲，并且将Ep重置为0，并返回步骤E2；步骤F、计算总电能Ep
’
=Ep
’
+，并返回步骤A；步骤G、计算基于锰铜采样的三相表总功率因数，执行步骤H；步骤H、将采集及计算的结果在基于锰铜采样的三相表的显示模块显示。
[0012]进一步地，MCU还通过选择控制端打开N相的AFE开关，读取N相的采样值；增加以下步骤：步骤I、MCU计算ABC相电流矢量和，并与N相电流比较，判断是否发生电流旁路事件。
[0013]有益效果：1、本专利技术采用了三个线性变压器，输出三路，给电能计量AFE供电从变压器原边取电，另外两路从副边取电，使用变压器本身完成了电源隔离，大大减少了变压器的体积。
[0014]2、4个单相电能计量AFE配合MCU完成三相表的计量，不用三相计量单元，减少了对硬件资源的占用，有效地控制了成本。
[0015]3、电能表本身可以判断电流旁路事件，可以据此发出窃电告警。
附图说明
[0016]图1为基于锰铜采样的三相表系统组成框图；图2为电源单元电路原理图；图3为串口收发电路原理图；图4是AFE与锰铜分流器连接的原理图。
具体实施方式
[0017]参看图1，一种基于锰铜采样的三相表，包括电源单元、计量单元、通信单元和主控系统，所述主控系统包括MCU、显示模块、存储模块和交互模块，电源单元为计量单元、通信单元和主控系统供电，所述主控系统连接计量单元、通信单元，主控系统通过计量单元采集数据，通过通信单元与上位机通信。
[0018]所述计量单元包括4个单相电能计量AFE和与之对应的锰铜分流器，分别设置在A、B、C、N相上，AFE通过抗混叠滤波电路连接锰铜分流器，参看图4。
[0019]电能计量AFE为模拟前端，如V9240为低功耗、带串口的单相电能计量AFE。
[0020]所述电源单元包括分别设置在A、B、C相上的三个线性变压器，每个线性变压器设置三路输出，第一路输岀设置在变压器T1的原边，第二路输出和第三路输出设置在T1的副边；三个线性变压器的第一路输出为本相上的单相电能计量AFE供电；三个线性变压器的第二路输岀并联到一起为通信单元供电；三个线性变压器的第三路输出并联到一起为N相上的单相电能计量AFE和主控系统供电。
[0021]所述第一路输出经二极管整流、电容滤波、低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口1，图中为VDD_A，为本相上的单相电能计量AFE供电；所述第二路输出经二极管整流后并联到一起，经电容滤波，低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口2，图中为V_485，为通信单元供电；所述第三路输出经整流桥整流后并联到一起，经电容滤波、低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口3，图中为VDD_3.3，为N相上的单相电能计量AFE和主控系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锰铜采样的三相表，包括电源单元、计量单元、通信单元和主控系统，所述主控系统包括MCU、显示模块、存储模块和交互模块，电源单元为计量单元、通信单元和主控系统供电，所述主控系统连接计量单元、通信单元，其特征在于：所述计量单元包括4个单相电能计量AFE和与之对应的锰铜分流器，分别设置在A、B、C、N相上；所述电源单元包括分别设置在A、B、C相上的三个线性变压器，每个线性变压器设置三路输出，第一路输岀设置在原边，第二路输出和第三路输出设置在副边；三个线性变压器的第一路输出为本相上的单相电能计量AFE供电；三个线性变压器的第二路输岀并联到一起为通信单元供电；三个线性变压器的第三路输出并联到一起为N相上的单相电能计量AFE和主控系统供电；所述4个单相电能计量AFE的通讯串口分别通过两个光耦连接到所述MCU的一个串口的发送端和接收端。2.根据权利要求1所述的基于锰铜采样的三相表，其特征在于：所述第一路输出经二极管整流、电容滤波、低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口1，为本相上的单相电能计量AFE供电；所述第二路输出经二极管整流后并联到一起，经电容滤波，低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口2，为通信单元供电；所述第三路输出经整流桥整流后并联到一起，经电容滤波、低压差线性稳压器输出直流电压，提供电源接口3，为N相上的单相电能计量AFE和主控系统供电。3.根据权利要求2所述的基于锰铜采样的三相表，其特征在于：所述4个单相电能计量AFE的通讯串口分别通过两个光耦连接到所述MCU的一个串口的发送端和接收端，分别用MCU的发送电路和MCU的接收电路实现：MCU的发送电路：单相电能计量AFE的RX管脚连接第一三极管Q1的集电极和电阻R47，第一三极管Q1的发射极接地、基极经并联的电阻R50和电容C36连接电阻R51和第一光耦OE1的第3脚，电阻R51的另一端接地；连接RX管脚电阻R47的另一端连接本相线性变压器第一路输岀和第一光耦OE1的第4脚；第一光耦OE1的第1脚通过电阻R63连接第二三极管Q12的集电极，第二三极管Q12的发射极连接电源接口3的输出、基极通过电阻R79连接MCU的选择控制端；第一光耦OE1的第2脚连接电容C38和MCU串口的发送端TXD，电容C38另一端接地；MCU的接收电路：MCU串口的接收端RXD连接第三三极管Q7的集电极和电阻R89，第三三极管Q7的发射极接地、基极经并联的电阻R110和电容C37连接电阻R118和第二光耦OE2的第3脚，电阻R118的另一端接地；连接MCU串口的接收端RXD电阻R89的另一端连接第二光耦OE2的第4脚，并经电阻R56连接电源接口3的输出；第二光耦OE2的第1脚连接本相线性变压器第一路输岀，第二光耦OE2的第2脚经电阻R45连接单相电能计量AFE的RX管脚；MCU的选择控制端为AFE的通信开关。4.一种基于锰铜采样的三相表的计量方法，所述计量方法基于权利要求1
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3任一项所述的基于锰铜采样的三相表实现，其特征在于：
获取基于锰铜采样的三相表的启动功率P0，设累加脉冲电能量的次数m=0，累积脉冲电能量Ep=0，总电能Ep
’
=0，基于锰铜采样的三相表脉冲常数为Cm，所述计量方法包括以下步骤：步骤A、MCU依次与ABC相的AFE通信，读取ABC各相的采样值；计算合相功率P，执行步骤B；步骤B、如果P≥P0执行步骤C，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，李峥，张权，王世勇，李席，张磊，董聪，沈雪涛，李义真，杨帅帅，
申请(专利权)人：石家庄科林电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：