專利名稱：三相電能計(jì)量頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)量裝置領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于計(jì)量電能的三相電能計(jì)量頭。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的機(jī)械表相比，采用電子計(jì)量原理的三相多功能表，具有高精度、多參數(shù)測量、諧波功率電能計(jì)量等優(yōu)勢。從總體評價(jià)，三相多功能表還是穩(wěn)態(tài)電力負(fù)荷計(jì)量產(chǎn)品，由于其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，電力系統(tǒng)對電表不斷提出新的技術(shù)要求?，F(xiàn)有的三相多功能表性能和品質(zhì)，并不能完全適應(yīng)電力系統(tǒng)的需求。
目前的三相電能計(jì)量頭一般都是在經(jīng)過變壓器以后，在低壓端才進(jìn)行計(jì)量的。而事實(shí)上在變壓以及電力傳輸?shù)倪^程中，會(huì)有很大的能量損耗，這一部分能量往往無法被計(jì)量，造成電力系統(tǒng)的計(jì)量不準(zhǔn)確。為了提高計(jì)量精度，人們進(jìn)行了長期的探索，提出了多種多樣的實(shí)施方案。例如，中國專利文獻(xiàn)公開了一種三相電能表(申請?zhí)朇N02263996.9)，由三個(gè)分流器分別作為三個(gè)單相電流取樣部件，同時(shí)還包括三個(gè)單相電壓取樣部件、三個(gè)單相電能計(jì)量芯片、六個(gè)光耦、采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(jì)量芯片相連。電能計(jì)量芯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。
上述方案采用三個(gè)完全獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集模塊，雖然在一定程度上提高了計(jì)量的精度，但是其計(jì)量仍然是在低壓端進(jìn)行的，并沒有從根本上消除在變壓過程中產(chǎn)生的計(jì)量誤差；而且整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制作成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，能夠在高壓端對電量進(jìn)行計(jì)量，有效減少在計(jì)量過程中誤差的三相電能計(jì)量頭；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在低壓端進(jìn)行計(jì)量無法將變壓和傳輸過程中的電能損耗進(jìn)行計(jì)量等的技術(shù)問題。
本發(fā)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(jì)量精度，并且制作成本較低的三相電能計(jì)量頭；解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的計(jì)量精度較低，成本高等的技術(shù)問題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案本三相電能計(jì)量頭，聯(lián)接在三相輸電線路和電能計(jì)數(shù)裝置之間，包括三個(gè)相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道，其特征在于，每個(gè)信號處理通道具有一個(gè)信號采集單元，信號采集單元的電壓采樣單元依次經(jīng)過放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和高通濾波器與數(shù)字乘法器相聯(lián)，信號采集單元的電流采樣單元依次經(jīng)過放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、高通濾波器和數(shù)字積分單元與數(shù)字乘法器相聯(lián)；上述三個(gè)信號處理通道的數(shù)字乘法器分別通過低通濾波器與一個(gè)求和單元相聯(lián)，所述的求和單元經(jīng)數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器與光電隔離單元相聯(lián)接。
在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的信號采集單元包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓采樣單元和電流采樣單元，以及聯(lián)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(jì)量頭中，上述三個(gè)信號處理通道的信號采集單元通過一塊集成的電路板與光電隔離單元相聯(lián)接。
在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的求和單元通過求和形式切換單元在代數(shù)求和以及絕對值求和方式之間切換。
本發(fā)明創(chuàng)造性地將信號采集單元連接在輸電線路未經(jīng)過變壓器的一端(一次電源)，能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)量輸送的電能，便于電力系統(tǒng)的管理。把輸入的高電壓和大電流變?yōu)榈碗妷汉托‰娏餍盘?，將電壓和電流信號按照時(shí)間相乘，得到功率隨著時(shí)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(jì)數(shù)馬達(dá)匹配。
為了便于布置電路，在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的電路板設(shè)置在基座的電路板孔內(nèi)，在基座上設(shè)有三個(gè)澆注體。
在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的三個(gè)澆注體分別與澆注在基座內(nèi)的三個(gè)組合互感器相對應(yīng)；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(nèi)，電壓互感器高壓引線與設(shè)置在澆注體內(nèi)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。
為了便于接線，在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的基座上還設(shè)有引線孔。
在上述的三相電能計(jì)量頭中，所述的澆注體與基座設(shè)為一體，并且在澆注體和基座上設(shè)有若干傘狀裙體。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，三相電能計(jì)量頭的優(yōu)點(diǎn)在于1.信號采集單元直接連接在一次電源上，避免出現(xiàn)因?yàn)樽儔浩鞴ぷ鲗?dǎo)致部分電能損耗無法計(jì)量。
2.互感器和電能表計(jì)量電路合在一起，校驗(yàn)了計(jì)量表即校驗(yàn)了整個(gè)電能計(jì)量表頭，互感器的誤差對整個(gè)表的誤差無關(guān)，從而提高了系統(tǒng)的精度。
3.結(jié)構(gòu)簡單，電路布局合理，整個(gè)裝置的體積小，制作成本低廉。


圖1是本發(fā)明提供的三相電能計(jì)量頭的電路結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明提供的三相電能計(jì)量頭的剖視圖。
圖3是本發(fā)明提供的三相電能計(jì)量頭的俯視的局部剖視圖。
圖4是本發(fā)明提供的三相電能計(jì)量頭的仰視圖。
圖5是本發(fā)明提供的三相電能計(jì)量頭的側(cè)向剖視圖。
圖中，信號采集單元1、電壓采樣單元11、電流采樣單元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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)字積分單元5、數(shù)字乘法器6、低通濾波器7、求和單元8、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器9、光電隔離單元10。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本三相電能計(jì)量頭聯(lián)接在三相輸電線路和電能計(jì)數(shù)裝置之間，包括三個(gè)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(gè)電子式電流互感器和三個(gè)電子式電壓互感器組成的三對組合互感器13，以及一個(gè)求和單元8等。每個(gè)信號處理通道具有一個(gè)信號采集單元1，信號采集單元1包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓采樣單元11和電流采樣單元12，以及聯(lián)接在兩者之間的組合互感器13。
信號采集單元1的電壓采樣單元11依次經(jīng)過放大器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元3和高通濾波器4與數(shù)字乘法器6相聯(lián)。信號采集單元1的電流采樣單元12依次經(jīng)過放大器2、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元3、高通濾波器4和數(shù)字積分單元5與數(shù)字乘法器6相聯(lián)。上述三個(gè)信號處理通道的數(shù)字乘法器6分別通過低通濾波器7與一個(gè)求和單元8相聯(lián)，所述的求和單元8經(jīng)數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器9與光電隔離單元10相聯(lián)接。上述三個(gè)信號處理通道的信號采集單元1通過一塊集成的電路板21與光電隔離單元10相聯(lián)接。求和單元8通過求和形式切換單元20在代數(shù)求和以及絕對值求和方式之間切換。考慮到整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性，輸出口采用了光電隔離單元10。
這里的三相有功電能可以代數(shù)相加，也可以絕對值相加。相加方式的選擇通過設(shè)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(yīng)于代數(shù)相加模式和絕對值相加模式(為公知技術(shù)，本文不贅述)。選擇絕對值相加的模式時(shí)，在計(jì)算總的有功電能中，每相的有功電能都被認(rèn)為是正。這種模式在三相四線連接方式下尤其有用，因?yàn)榇饲闆r下，有功功率的符號總是不變的。如電表連接錯(cuò)誤，如一相上電流互感器的方向接錯(cuò)，則總的有功能量就會(huì)變成正常的三分之一，因?yàn)槠渲械膬上嗷ハ嗟窒?。?dāng)然，在這種情況下，反相檢測輸出會(huì)指示接線的錯(cuò)誤。
工作時(shí)，三相電能計(jì)量頭三個(gè)輸入通道直接接一次電源，三相的電流電壓信號通過采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換后，為了去掉采樣信號的直流偏移，電路經(jīng)過高通濾波器4，由于電流信號是由空心線圈性質(zhì)的微分關(guān)系，電路必須加積分，通過數(shù)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(gè)截止頻率很低的低通濾波器6，把平均信號取出來。然后對每相功率做代數(shù)相加或絕對值相加，從而獲得三相功率和。
如圖1所示，除信號采集單元1和光電隔離單元10，其余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(shè)置在一個(gè)具有三個(gè)澆注體22的基座23的電路板孔24內(nèi)。三個(gè)澆注體22分別與澆注在基座23內(nèi)的三個(gè)組合互感器13相對應(yīng)；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(nèi)。電壓互感器高壓引線28與設(shè)置在澆注體22內(nèi)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(shè)為一體，并且在澆注體22和基座23上設(shè)有多個(gè)傘狀裙體32。這里的基座23和澆注體22采用環(huán)氧樹脂等絕緣材料制成。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了信號采集單元1、電壓采樣單元11、電流采樣單元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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)字積分單元5、數(shù)字乘法器6、低通濾波器7、求和單元8、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器9、光電隔離單元10等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種三相電能計(jì)量頭，聯(lián)接在三相輸電線路和電能計(jì)數(shù)裝置之間，包括三個(gè)相互對稱的信號處理通道，即A相、B相、C相信號處理通道，其特征在于，每個(gè)信號處理通道具有一個(gè)信號采集單元(1)，信號采集單元(1)的電壓采樣單元(11)依次經(jīng)過放大器(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(3)和高通濾波器(4)與數(shù)字乘法器(6)相聯(lián)，信號采集單元(1)的電流采樣單元(12)依次經(jīng)過放大器(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(3)、高通濾波器(4)和數(shù)字積分單元(5)與數(shù)字乘法器(6)相聯(lián)；上述三個(gè)信號處理通道的數(shù)字乘法器(6)分別通過低通濾波器(7)與一個(gè)求和單元(8)相聯(lián)，所述的求和單元(8)經(jīng)數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器(9)與光電隔離單元(10)相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的信號采集單元(1)包括直接與三相輸電線路一次電源相連的電壓采樣單元(11)和電流采樣單元(12)，以及聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的三個(gè)信號處理通道的信號采集單元(1)通過一塊集成的電路板(21)與光電隔離單元(10)相聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的求和單元(8)通過求和形式切換單元(20)在代數(shù)求和以及絕對值求和方式之間切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的電路板(21)設(shè)置在基座(23)的電路板孔(24)內(nèi)，在基座(23)上設(shè)有三個(gè)澆注體(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的三個(gè)澆注體(22)分別與澆注在基座(23)內(nèi)的三個(gè)組合互感器(13)相對應(yīng)；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(nèi)，電壓互感器高壓引線(28)與設(shè)置在澆注體(22)內(nèi)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(jù)權(quán)利要求5或6所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的基座(23)上還設(shè)有引線孔(31)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三相電能計(jì)量頭，其特征在于，所述的澆注體(22)與基座(23)設(shè)為一體，并且在澆注體(22)和基座(23)上設(shè)有若干傘狀裙體(32)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三相電能計(jì)量頭，屬于計(jì)量裝置領(lǐng)域。本三相電能計(jì)量頭聯(lián)接在三相輸電線路和電能計(jì)數(shù)裝置之間，包括三個(gè)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(gè)信號處理通道具有一個(gè)信號采集單元，信號采集單元的電壓采樣單元依次經(jīng)過放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和高通濾波器與數(shù)字乘法器相聯(lián)，信號采集單元的電流采樣單元依次經(jīng)過放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、高通濾波器和數(shù)字積分單元與數(shù)字乘法器相聯(lián)；上述三個(gè)信號處理通道的數(shù)字乘法器分別通過低通濾波器與一個(gè)求和單元相聯(lián)，所述的求和單元經(jīng)數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器與光電隔離單元相聯(lián)接。本計(jì)量頭不僅能夠正確計(jì)量，而且結(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者陳守能, 葉有福 申請人:陳守能, 葉有福