專利名稱：一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及三相電參數(shù)信號測量處理裝置，尤其涉及三相三線和三相四線兼 容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置。
背景技術(shù)：
三相交流電參數(shù)測量儀表分為三相三線制和三相四線制兩種類型。這兩種類型的 儀表的接線方式、信號處理方法都不相同，因此在設(shè)計、生產(chǎn)和使用時是需要明確區(qū)分的， 二者不能兼容，必須分別銷售或購買、分別保管、分別取用，給生產(chǎn)銷售和使用的管理帶來 很多不便。在三相交流電參數(shù)測量的信號處理技術(shù)中，典型的技術(shù)方案是采用三相電參數(shù)測 量的專用芯片如ADE7758、ATT7026A和ATT7022A等作為信號的核心處理器件，但這些芯片 價格不菲，占器件總成本的較大比例。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述不足而提出一種采用價格低廉的單相電參數(shù) 測量芯片實(shí)現(xiàn)測量三相電參數(shù)的信號處理裝置方案，該裝置可以兼容三相三線制和三相四 線制兩種接線方式。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案可以大幅降低制造成本，簡化生產(chǎn)倉儲和 銷售的管理、方便用戶購買選型。實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，由 電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號處理電路和微控制器MCU 組成；電壓接線端子外連電網(wǎng)線，內(nèi)連方式為通過分壓電阻并聯(lián)接線方式切換開關(guān)后依次 連至電壓互感器、電壓通道濾波器、單相電參數(shù)測量芯片；電流接線端子外連方式為按對串 聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依次連接至電流互感器、電流通道濾波器、單相電參數(shù)測量芯片；電 壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號處理電路，將信號處理電路的測量參數(shù) 值讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合 運(yùn)算處理，計算得到三相電參數(shù)。所述電壓接線端子有4個，即為UA、UB、UC和UN，UA、UB和UC，分別外接于電網(wǎng)A、 B、C三根相線或儀表外電壓互感器的二次側(cè)的A、B、C相引出端，UN連接三相四線制電網(wǎng)中 線，或連接三相三線制UB0所述電流接線端子有6個，兩個一對，具體為IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，IA/IAR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IB/IBR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IC/ICR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端。所述的信號處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾 波器和單相電參數(shù)測量芯片依次串連構(gòu)成，本裝置中共有3套獨(dú)立的信號處理電路，其中 電壓互感器是二端口網(wǎng)絡(luò)，其二次側(cè)連接至電壓通道濾波器作為電壓通道濾波器的輸入，電壓通道濾波器的輸出連接至單相電參數(shù)測量芯片的電壓通道輸入端；電流互感器是二端 口網(wǎng)絡(luò)，其一次側(cè)按信號處理電路分別連接至各相電流接線端子IA/IAN、IB/IBN、IC/ICN， 二次側(cè)連接至電流通道濾波器作為電流通道濾波器的輸入；電流通道濾波器的輸出連接至 單相電參數(shù)測量芯片的電流通道輸入端；分壓電阻RA的一端與電壓接線端子UA連接，另一 端與電壓互感器IA的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RB的一端與接線方式切換開關(guān)接線端 子X連接，另一端與與電壓互感器IB的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RC的一端與電壓接線 端子UC連接，另一端與電壓互感器IC的一次側(cè)的上端連接。采用分壓電阻對被測電壓進(jìn) 行分壓，使加在電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減以便所述的電壓通道濾波器和單相電參數(shù) 測量芯片進(jìn)行信號處理；所述的接線方式切換開關(guān)是一個具有SA、SB、SC、SN、X和Y的6個接線端子的雙 刀雙擲撥動開關(guān)，接線端子SA與電壓接線端子UA連接；接線端子SB與電壓接線端子UB相 連；接線端子SC與電壓接線端子UC連接；接線端子SN與電壓接線端子UN連接，還與電壓 互感器IA的一次側(cè)的下端及電壓互感器IC的一次側(cè)的下端連接；接線端子X與分壓電阻 RB連接；接線端子Y與電壓互感器IB的一次側(cè)的下端連接。當(dāng)接線方式切換開關(guān)向上撥 時，接線端子X與接線端子SA閉合導(dǎo)通、與接線端子SB斷開，接線端子Y與端子SC閉合導(dǎo) 通、與接線端子SN斷開，當(dāng)開關(guān)向下?lián)軙r，接線端子X與接線端子SB閉合導(dǎo)通、與接線端子 SA斷開，接線端子Y與接線端子SN閉合導(dǎo)通、與接線端子SC斷開。所述的單相電參數(shù)測量芯片，具有單相電參數(shù)測量功能，可以測量單相交流的電 流有效值、電壓有效值、電流瞬時值、電壓瞬時值，可以對短時間內(nèi)的有功電能進(jìn)行累積，并 且這些參數(shù)值可通過串行通信方式送到微控制器MCU ；上述3套信號處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個單相電參數(shù)測量芯片的測量參 數(shù)值分別讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn) 行綜合運(yùn)算處理，計算得到三相電參數(shù)。本實(shí)用新型具有如下有益效果可以利用三塊單相電參數(shù)測量芯片實(shí)現(xiàn)對三相交 流電參數(shù)測量的信號處理，可以測量計算分相和合相的電參數(shù)如線電流、線電壓、相電壓、 有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、零序電流、有功電能、無功電能等等，接線 方式切換開關(guān)的使用可以實(shí)現(xiàn)對三相三線制和三相四線制接線方式下的電參數(shù)測量的信 號處理。

圖1是兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置的模塊結(jié)構(gòu)圖圖2是兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置的電路連接圖。圖2中，6的虛線框內(nèi)為電壓接線端子組，包含有4個電壓接線端子UA、UB、UC和 UN，三相四線制時用連線分別連接電網(wǎng)的A、B、C三根相線和電網(wǎng)中線；三相三線制時電網(wǎng) 無中線，用連線將UN連接至UB，并分別用連線將UA、UB、UC連接至電網(wǎng)的A、B、C三根相線； 7的虛線框內(nèi)為電流接線端子組，包含有6個共三對的電流接線端子IA/IAR、IB/IBR、IC/ ICR, IA/IAR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引 出端，IB/IBR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引 出端，IC/ICR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引
5出端；8的虛線框表示為接線方式切換開關(guān)，它是具有6個接線端子的雙刀雙擲撥動開關(guān)， 三相四線制時開關(guān)向下?lián)?，三相三線制時開關(guān)向上撥；RA、RB、RC是3個分壓電阻，用于對被 測電壓進(jìn)行分壓，使加在電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減。9為微控制器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖2對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步描述，一種兼容式三相電參數(shù)信號 測量處理裝置，由電壓接線端子UA、UB、UC和UN，三對電流接線端子IA/IAR、B/IBR和IC/ ICR,接線方式切換開關(guān)中的接線端子SA、SB、SC、SN、X和Y，3個電壓互感器1A、IB和1C，3 個分壓電阻RA、RB和RC，3個電壓通道濾波器2A、2B、和2C，3個電流互感器5A、5B、和5C， 3個電流通道濾波器4A、4B、和4C，3個單相電參數(shù)測量芯片3A、3B和3C，1個微控制器(9) 組成；電壓接線端子組(6)共包含4個電壓接線端子即UA、UB、UC和UN，電流接線端子組 (7)共包含6個組成3對電流接線端子即IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，接線方式切換開關(guān)(8) 是一個具有6個接線端子的雙刀雙擲撥動開關(guān)，其6個端子分別為SA、SB、SC、SN、X和Y，用 于三相三線制時開關(guān)向上撥，端子X與端子SA閉合導(dǎo)通、與端子SB斷開，端子Y與端子SC 閉合導(dǎo)通、與端子SN斷開，用于三相四線制時開關(guān)向下?lián)?，端子X與端子SB閉合導(dǎo)通、與端 子SA斷開，端子Y與端子SN閉合導(dǎo)通、與端子SC斷開；對電壓互感器(1A、1B、1C)、電壓通道濾波器(2A、2B、2C)、電流互感器(5A、5B、 5C)、電流通道濾波器(4A、4B、4C)、單相電參數(shù)測量芯片(3A、3B、3C)共5種器件分為A、B、 C 3組，同組的器件標(biāo)識的最后字母相同，即標(biāo)識為1A、2A、3A、4A、5A的器件為A組，標(biāo)識為 1B、2B、3B、4B、5B的器件為B組，標(biāo)識為1C、2C、3C、4C、5C的器件為C組，每組的5種器件進(jìn) 行互連構(gòu)成3套獨(dú)立的信號處理電路，分別為A相序信號處理電路、B相序信號處理電路和 C相序信號處理電路，3套信號處理電路的內(nèi)連接方式相同，其內(nèi)連接方式為電壓互感器 (IAUBUC)的二次側(cè)連接至電壓通道濾波器(2A、2B、2C)作為電壓通道濾波器(2A、2B、2C) 的輸入，電壓通道濾波器(2A、2B、2C)的輸出連接至單相電參數(shù)測量芯片(3A、3B、3C)的電 壓通道輸入端，電流互感器(5A、5B、5C)的二次側(cè)連接至電流通道濾波器(4A、4B、4C)作為 電流通道濾波器(4A、4B、4C)的輸入，電流通道濾波器(4A、4B、4C)的輸出連接至單相電參 數(shù)測量芯片(3A、3B、3C)的電流通道輸入端；3個電流互感器(5A、5B、5C)的一次側(cè)按信號處理電路的相序即A相序、B相序、 C相序分別連接至所述的各相電流接線端子，即電流互感器(5A)的一次側(cè)連接電流接線端 子IA/IAN、電流互感器(5B)的一次側(cè)連接電流接線端子IB/IBN、電流互感器(5C)的一次 側(cè)連接電流接線端子IC/ICN;A相序電壓互感器(IA)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RA的一端，分壓電阻RA的 另一端連接電壓接線端子UA，A相序電壓互感器(IA)的一次側(cè)的下端連接電壓接線端子 UN ;B相序電壓互感器(IB)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RB的一端，分壓電阻RB的另一 端連接接線方式切換開關(guān)(8)的端子X，B相序電壓互感器(IB)的一次側(cè)的下端連接接線 方式切換開關(guān)(8)的端子Y ;C相序電壓互感器(IC)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RC的一 端，分壓電阻RC的另一端連接電壓接線端子UC，C相序電壓互感器(IC)的一次側(cè)的下端連 接電壓接線端子UN;接線方式切換開關(guān)(8)的端子SA連接電壓接線端子UA，接線方式切換開關(guān)(8)的端子SB連接電壓接線端子UB，接線方式切換開關(guān)(8)的端子SC連接電壓接線 端子UC，接線方式切換開關(guān)(8)的端子SN連接電壓接線端子UN;3個單相電參數(shù)測量芯片(3A、3B、3C)具有單相電參數(shù)測量功能，可以測量單相交 流的電流有效值、電壓有效值、電流瞬時值、電壓瞬時值，可以對短時間內(nèi)的有功電能進(jìn)行 累積，并且這些參數(shù)值可通過串行通信方式送到微控制器MCU (9)；上述3套信號處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個單相電參數(shù)測量芯片(3A、3B、 3C)的測量參數(shù)值分別讀取到微控制器MCU(9)，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確 定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，計算得到三相電參數(shù)。以上技術(shù)方案所用的術(shù)語，符號和例子不對本發(fā)明的應(yīng)用構(gòu)成限制，只是為了便 于說明。
權(quán)利要求一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于裝置由電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號處理電路和微控制器MCU組成；電壓接線端子外連電網(wǎng)線，內(nèi)連方式為通過分壓電阻并聯(lián)接線方式切換開關(guān)后依次連至電壓互感器、電壓通道濾波器、單相電參數(shù)測量芯片；電流接線端子外連方式為按對串聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依次連接至電流互感器、電流通道濾波器、單相電參數(shù)測量芯片；電壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號處理電路，將信號處理電路的測量參數(shù)值讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，計算得到三相電參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于所述 的電壓接線端子有4個，即為UA、UB、UC和UN, UA, UB和UC，分別外接于電網(wǎng)A、B、C三根相 線或儀表外電壓互感器的二次側(cè)的A、B、C相引出端，UN連接三相四線制電網(wǎng)中線，或連接 三相三線制UB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于所述 的電流接線端子有6個，兩個一對，具體為IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，IA/IAR用于串聯(lián)連接 電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IB/IBR用于串聯(lián)連接 電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IC/ICR用于串聯(lián)連接 電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于所述 的信號處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾波器和單相電 參數(shù)測量芯片依次串連構(gòu)成，本裝置中共有3套獨(dú)立的信號處理電路，其中電壓互感器是 二端口網(wǎng)絡(luò)，其二次側(cè)連接至電壓通道濾波器作為電壓通道濾波器的輸入，電壓通道濾波 器的輸出連接至單相電參數(shù)測量芯片的電壓通道輸入端；電流互感器是二端口網(wǎng)絡(luò)，其一 次側(cè)按信號處理電路分別連接至各相電流接線端子IA/IAN、IB/IBN、IC/ICN, 二次側(cè)連接至 電流通道濾波器作為電流通道濾波器的輸入；電流通道濾波器的輸出連接至單相電參數(shù)測 量芯片的電流通道輸入端；分壓電阻RA的一端與電壓接線端子UA連接，另一端與電壓互感 器IA的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RB的一端與接線方式切換開關(guān)接線端子X連接，另一 端與與電壓互感器IB的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RC的一端與電壓接線端子UC連接， 另一端與電壓互感器IC的一次側(cè)的上端連接。采用分壓電阻對被測電壓進(jìn)行分壓，使加在 電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減以便所述的電壓通道濾波器和單相電參數(shù)測量芯片進(jìn)行 信號處理；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于所述 的接線方式切換開關(guān)是一個具有SA、SB、SC、SN、X和Y的6個接線端子的雙刀雙擲撥動開 關(guān)，接線端子SA與電壓接線端子UA連接；接線端子SB與電壓接線端子UB相連；接線端子 SC與電壓接線端子UC連接；接線端子SN與電壓接線端子UN連接，還與電壓互感器IA的 一次側(cè)的下端及電壓互感器IC的一次側(cè)的下端連接；接線端子X與分壓電阻RB連接；接線 端子Y與電壓互感器IB的一次側(cè)的下端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于 所述的接線方式切換開關(guān)，當(dāng)接線方式切換開關(guān)向上撥時，接線端子X與接線端子SA閉合 導(dǎo)通、與接線端子SB斷開，接線端子Y與端子SC閉合導(dǎo)通、與接線端子SN斷開，當(dāng)開關(guān)向下?lián)軙r，接線端子χ與接線端子SB閉合導(dǎo)通、與接線端子SA斷開，接線端子Y與接線端子 SN閉合導(dǎo)通、與接線端子SC斷開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于所述 的單相電參數(shù)測量芯片，具有單相電參數(shù)測量功能，可以測量單相交流的電流有效值、電壓 有效值、電流瞬時值、電壓瞬時值，可以對短時間內(nèi)的有功電能進(jìn)行累積，并且這些參數(shù)值 可通過串行通信方式送到微控制器MCU。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的一種兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于 所述的3套信號處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個單相電參數(shù)測量芯片的測量參數(shù)值分 別讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合 運(yùn)算處理，計算得到三相電參數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及兼容式三相電參數(shù)信號測量處理裝置，其特征在于裝置由電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號處理電路和微控制器MCU組成；信號處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾波器和單相電參數(shù)測量芯片依次串連構(gòu)成，本裝置中共有3套獨(dú)立的信號處理電路。電壓接線端子外連電網(wǎng)，內(nèi)連電壓互感器；電流接線端子外連方式為串聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依序連接至電流互感器；電壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號處理電路，將各電路的參數(shù)值讀取到微控制器，計算得到三相電參數(shù)。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案可降低制造成本，簡化生產(chǎn)倉儲和銷售的管理、方便用戶購買選型。
文檔編號G01R31/00GK201707415SQ20102023608
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者廖曉東, 林瀟, 洪親, 蔡堅勇, 陳金水 申請人:福建師范大學(xué)