專利名稱：集群式智能電能表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中用于測(cè)量電功率或電流的時(shí)間積分的裝置，尤指是適用于多用戶集中配電的場(chǎng)合，如居民住宅樓、商住樓等的集群式智能電能表。
傳統(tǒng)的民用電力用戶所用的電能表通常為單相式、并且為一表一戶，電力部門對(duì)其采用的一切管理(抄表、收費(fèi)、控制等)均為人工方式，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，顯然這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式有待于改進(jìn)。中國專利CN2247819Y、申請(qǐng)?zhí)?6229905.7均是針對(duì)傳統(tǒng)的單相式一表一戶電能表所作的改進(jìn)，它們均采用了集群式電能表，即變單相供電為外接三相電網(wǎng)供電、變一表一戶為多戶一表、且采用了微機(jī)控制技術(shù)。上述這兩種電能表的電路原理結(jié)構(gòu)可歸納如下，采用了三相進(jìn)線電路、電壓電流采樣電路、放大電路、A/D電路、CPU處理電路、計(jì)度器、自動(dòng)抄表電路以及供電能表工作的電源電路，三相進(jìn)線電路將各用戶線上的信號(hào)輸出經(jīng)電壓電流采樣電路，采樣電路輸出的模擬信號(hào)輸出給放大電路放大，然后經(jīng)過A/D電路和CPU處理電路處理，處理后的信號(hào)再分別接至計(jì)度器和自動(dòng)抄表電路，這兩種電能表適應(yīng)了電力事業(yè)發(fā)展和民眾的需要，在一定的程度上，它們可實(shí)現(xiàn)分別計(jì)量和顯示、集中測(cè)控，計(jì)量精度有所提高、功耗少、體積小。但是，如同任何一種技術(shù)一樣，它們不可避免地存在如下缺點(diǎn)，這就是A)由于計(jì)度器是接在CPU處理電路之后，一旦CPU電路或其前面的電路發(fā)生故障，則計(jì)度器就不計(jì)數(shù)，而用戶用電照常，發(fā)生免費(fèi)用電的情況，增加了供電網(wǎng)絡(luò)的線損；B)由于三相進(jìn)線電路中是將某一相電壓與三相電流的任一用戶所耗電流相乘，造成了所采樣的信號(hào)存在相位差(三相電壓之間存在著相位差所引起)，影響了計(jì)量的精度；C)由于CPU輸出的是數(shù)字處理信號(hào)，所以對(duì)電表的出廠校驗(yàn)需要專門的儀器和程序，不適于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。
本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)上述電能表存在的缺點(diǎn)，提供一種精度高、適時(shí)計(jì)量、校驗(yàn)簡(jiǎn)單、易批量生產(chǎn)的三相與單相一體化多用戶的集群式智能電能表。
為了完成上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該智能電能表主要包括三相進(jìn)線單元、電壓電流采樣單元、用戶接線單元、用電量顯示單元、數(shù)據(jù)處理單元、自動(dòng)抄表單元、供電電源，與現(xiàn)有電能表的不同之處在于該電能表還包括有分戶計(jì)量單元，電壓電流采樣單元多路并行輸出至分戶計(jì)量單元，分戶計(jì)量單元分為二路輸出，一路輸出至數(shù)據(jù)處理單元，以提供電力部門集中測(cè)控的數(shù)據(jù)信號(hào)；一路輸出至用電量顯示單元，以提供可分別顯示各用戶用電量的信號(hào)，自動(dòng)抄表單元的輸入與數(shù)據(jù)處理單元的輸出相接。
由于本發(fā)明將用電量顯示單元的輸入直接接至分戶計(jì)量單元的輸出來取代現(xiàn)有的電能表的用電量顯示單元的輸入與數(shù)據(jù)處理單元的輸出相接、同時(shí)將自動(dòng)抄表的輸入接至數(shù)據(jù)處理單元的輸出，即使在數(shù)據(jù)處理單元發(fā)生故障后也不影響對(duì)用戶的用電量的計(jì)數(shù)，在載波通訊單元的監(jiān)測(cè)下，也不會(huì)發(fā)生因漏計(jì)和竊電而產(chǎn)生的供電網(wǎng)絡(luò)的線損現(xiàn)象；同時(shí)由于采用電壓電流采樣單元同相位多路并行輸出至分戶計(jì)量單元的方式，使得用電顯示單元所記載的是同一相的電壓與電流相乘所得的用電功率，進(jìn)而使電能表的精度更加符合規(guī)定的要求。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述

圖1為現(xiàn)有的集群電能表原理方框示意圖。
圖2為本發(fā)明的原理方框示意圖。
圖3為本發(fā)明的三相進(jìn)線單元、電壓電流采樣單元原理示意框圖。
圖4為本發(fā)明的分戶計(jì)量單元原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的分戶計(jì)量電路原理示意圖。
圖6為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理單元電原理示意圖。
圖7為本發(fā)明的供電電源原理示意圖。
圖8為本發(fā)明的載波通訊單元原理示意框圖。
從圖1中可以看出，現(xiàn)有的集群式電能表也采用了三相電壓L1、L2、L3進(jìn)線，其后有電壓電流采樣電路、放大電路、A/D電路、CPU處理電路、計(jì)度器、自動(dòng)抄表電路以及提供電能表工作的電源電路，采樣電路將各用戶的電流采樣電流信號(hào)以串行的方式送至模擬放大電路，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D電路變換后送入CPU處理電路，而計(jì)度器是根椐CPU送出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)量，另一方面CPU的數(shù)字信號(hào)也送至自動(dòng)抄表電路以便電力主管部門進(jìn)行測(cè)控。正因?yàn)榇耍@種電能表的計(jì)度器對(duì)用戶用電計(jì)數(shù)受CPU處理電路的制約，一但后者發(fā)生故障(包括人為故障和機(jī)械故障)都會(huì)使計(jì)度器不工作，這樣勢(shì)必會(huì)增加供電網(wǎng)絡(luò)的線損。另外，電能表的用戶供電雖然由三相電壓并行供電，但電能表自身工作所需的供電電源的輸入變壓器的初級(jí)繞組只有一組，對(duì)電能表自身的工作可靠性欠佳。
請(qǐng)參閱圖2、圖3所示，本發(fā)明的智能電能表除了主要包括三相進(jìn)線單元1、電壓電流采樣單元2、用戶接線單元4、用電量顯示單元5、數(shù)據(jù)處理單元6、自動(dòng)抄表單元7、供電電源8，它還包括有分戶計(jì)量單元3，電壓電流采樣單元2所采樣的各用戶電流信號(hào)均同時(shí)輸出到分戶計(jì)量單元3，即呈多路并行輸出至分戶計(jì)量單元3，在電能表的原理結(jié)構(gòu)上，電壓電流采樣單元2包括有與三相電壓進(jìn)線(L1、L2、L3)相對(duì)應(yīng)的三組電流互感器單元21、22、23，每一組電流互感器單元21、22、23所含的電流互感器的數(shù)量與該相電壓上的用戶數(shù)量相對(duì)應(yīng)，一用戶一電流互感器，每一個(gè)電流互感器的輸出均作為電壓電流采樣單元2的一個(gè)輸出并行接至分戶計(jì)量單元3。分戶計(jì)量單元3包括有與三相電壓進(jìn)線L1、L2、L3相對(duì)應(yīng)的三塊分戶計(jì)量板31、32、33，請(qǐng)結(jié)合圖4，每一塊分戶計(jì)量板31、32、33上布有與電壓電流采樣單元21、22、23的輸出相對(duì)應(yīng)數(shù)量的分戶計(jì)量電路，如有N個(gè)用戶就有N個(gè)電流互感器和N個(gè)分戶計(jì)量電路。在圖4中畫出了計(jì)量板31上有8個(gè)計(jì)量電路，相對(duì)應(yīng)就有8個(gè)用戶。分戶計(jì)量電路可參見圖5，該電路為一已知的電路，它含有電能表專用集成電路N101、厚膜網(wǎng)絡(luò)電阻A101、晶體振蕩器G101、三極管V101、以及阻容元件，相電壓L通過A101分壓后接N101的3、4腳，VI端為輸入端，接收電流采樣信號(hào)，Vm端為檢測(cè)信號(hào)輸出端，輸出+5V脈沖信號(hào)至數(shù)據(jù)處理單元6，Vo端為顯示輸出端，用以接至用電量顯示單元5，這樣就可使同一相電壓下的所有用戶的分戶計(jì)量單元3分為路輸出，一路輸出至數(shù)據(jù)處理單元6，以提供電力部門集中測(cè)控的數(shù)據(jù)信號(hào)；一路輸出至用電量顯示單元5，以提供可分別顯示各用戶用電量的信號(hào)。
如圖6所示，數(shù)據(jù)處理單元6的原理描述如下，該單元6含有分戶取樣電路U1、采樣開關(guān)電路U2和采樣控制電路U3、中央處理器U4，在本實(shí)施例中我們假設(shè)有24個(gè)用戶，分戶取樣電路U1就由24個(gè)相同的電路所構(gòu)成，每一個(gè)分戶取樣電路接收分戶計(jì)量單元3的信號(hào)，并輸出到采樣開關(guān)電路U2和采樣控制電路U3，采樣開關(guān)電路U2和采樣控制電路U3的輸出接至中央處理器U4，處理器U4的輸出接至自動(dòng)抄表單元7，以供供電部門進(jìn)行自動(dòng)抄表所用。自動(dòng)抄表的方式可采用現(xiàn)有的紅外抄表或無線電抄表的方式。分戶取樣電路U1能將分戶計(jì)量單元3上的脈沖實(shí)時(shí)地采集并保持住，并向中央處理器U4發(fā)出中斷，采樣開關(guān)U2負(fù)責(zé)將取樣電路的脈沖分路有序地送入中央處理器U4。中央處理器U4是一8751單片機(jī)，中央處理器U4內(nèi)固化有該電能表的含有的自動(dòng)抄表、收費(fèi)、監(jiān)測(cè)、控制等管理程序，處理器U4接收采樣開關(guān)電路U2和采樣控制電路U3的脈沖信號(hào)，經(jīng)處理后形成了各用戶的實(shí)際用電量，這些脈沖信號(hào)輸出到后面的其它電路中。此外，請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D6，可根據(jù)需要，數(shù)據(jù)處理單元6后可接有載波通訊單元9和通訊接口單元10供遠(yuǎn)方抄表、遙控參數(shù)設(shè)置、電力負(fù)荷監(jiān)控等供電部門集中監(jiān)測(cè)所用，在數(shù)據(jù)處理單元6的中央處理器U4后還接有掉電保護(hù)電路U8。在結(jié)構(gòu)上，數(shù)據(jù)處理單元6、載波通訊單元9、通訊接口單元10以及掉電保護(hù)電路U8可置于一塊板上。
請(qǐng)參閱圖7所示，供電電源8由三相電壓并行供電，供電電源8的輸入端為一具有三個(gè)相同初級(jí)繞組B1、B2、B3的三相輸入變壓裝置，三相電壓分別接至輸入變壓裝置的三個(gè)初級(jí)繞組B1、B2、B3，該電源8除了三相輸入變壓裝置外，電源8的單相輸出和其余部分的電路同現(xiàn)有的普通電源或開關(guān)電源(圖中就未繪出)，供電電源8的輸出V分別接到分戶計(jì)量板單元3、數(shù)據(jù)處理板單元6、用電量顯示單元5、以及載波通訊單元9。
請(qǐng)參閱圖8所示，載波通訊單元9含有一選號(hào)電路U5、中央處理電路U6、以及專用載波處理器U7，選號(hào)電路U5和中央處理電路U6與載波處理器U7相接，中央處理電路U6的輸入與數(shù)據(jù)處理單元6的輸出相接，載波處理信號(hào)從載波處理器U7輸出。
電能表在出廠時(shí)，需要經(jīng)過出廠前的校驗(yàn)和計(jì)量，本發(fā)明中的檢測(cè)信號(hào)是直接由分戶計(jì)量單元3產(chǎn)生后，通過數(shù)據(jù)處理單元6，通訊接口單元10與自動(dòng)抄表單元7配對(duì)結(jié)合使用，自動(dòng)抄表單元7向數(shù)據(jù)處理單元6發(fā)出中斷命令中央處理單元6中的各戶用電數(shù)據(jù)通過通訊接口單元10發(fā)送，同時(shí)數(shù)據(jù)處理單元6還能接收自動(dòng)抄表單元7發(fā)出的選定用戶進(jìn)行由通訊接口單元10進(jìn)行逐戶校表和現(xiàn)場(chǎng)檢定的命令，每一用戶相對(duì)應(yīng)于分戶計(jì)量單元3內(nèi)的一個(gè)分戶計(jì)量電路的輸出。檢測(cè)的信號(hào)是實(shí)際用電量脈沖模擬量，而不是中國專利CN2247819Y和申請(qǐng)?zhí)?6229905.7中的數(shù)字量，所以在本發(fā)明中，對(duì)用電量顯示單元3進(jìn)行計(jì)量和校驗(yàn)時(shí)，其方法同傳統(tǒng)的電子式電度表的計(jì)量方式，而且采用脈沖比較法的校表裝置均可利用，不需再配備特殊的儀器。
權(quán)利要求
1.一種供民用多用戶集中配電的集群式智能電能表，電能表主要包括三相進(jìn)線單元(1)、電壓電流采樣單元(2)、用戶接線單元(4)、用電量顯示單元(5)、數(shù)據(jù)處理單元(6)、自動(dòng)抄表單元(7)、供電電源(8)，其特征在于電能表還包括有分戶計(jì)量單元(3)，電壓電流采樣單元(2)多路并行輸出至分戶計(jì)量單元(3)，分戶計(jì)量單元(3)分為二路輸出，一路輸出至數(shù)據(jù)處理單元(6)，以提供電力部門集中測(cè)控的數(shù)據(jù)信號(hào)；一路輸出至用電量顯示單元(5)，以提供可分別顯示各用戶用電量的信號(hào)；自動(dòng)抄表單元(7)的輸入與數(shù)據(jù)處理單元(6)的輸出相接。
2.如權(quán)利要求1所述的集群式智能電能表，其特征在于所說的電壓電流采樣單元(2)包括有與三相電壓進(jìn)線相對(duì)應(yīng)的三組電流互感器單元(21)、(22)、(23)，每一組電流互感器單元(21)、(22)、(23)所含的電流互感器的數(shù)量與該相電壓上的用戶數(shù)量相對(duì)應(yīng)，每一個(gè)電流互感器的輸出均作為電壓電流采樣單元(2)的輸出并行接至分戶計(jì)量單元(3)。
3.如權(quán)利要求1所述的集群式智能電能表，其特征在于所說的分戶計(jì)量單元(3)包括有與三相電壓進(jìn)線相對(duì)應(yīng)的三塊分戶計(jì)量板(31)、(32)、(33)，每一塊分戶計(jì)量板(31)、(32)、(33)上布有與電壓電流采樣單元(21)、(22)、(23)的輸出相對(duì)應(yīng)數(shù)量的分戶計(jì)量電路。
4.如權(quán)利要求1所述的集群式智能電能表，其特征在于所說的供電電源(8)由三相電壓并行供電，供電電源(8)的輸入端為一具有三個(gè)相同初級(jí)繞組B 1、B2、B3的變壓裝置，三相電壓進(jìn)線L1、L2、L3分別與初級(jí)繞組B1、B2、B3相接，供電電源(8)的輸出端分別接至分戶計(jì)量板單元(3)、數(shù)據(jù)處理板單元(6)、用電量顯示單元(5)。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的集群式智能電能表，其特征在于在所說的數(shù)據(jù)處理單元(6)后還接有一載波通訊單元(9)。
6.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的集群式智能電能表，其特征在于在所說的數(shù)據(jù)處理單元(6)后接有一通訊接口單元(10)。
7.如權(quán)利要求5所述的集群式智能電能表，其特征在于在所說的數(shù)據(jù)處理單元(6)后接有一通訊接口單元(10)。
8.如權(quán)利要求6所述的集群式智能電能表，其特征在于通訊接口單元(10)與自動(dòng)抄表單元(7)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)任意選定被測(cè)用戶后進(jìn)行表具校定。
9.如權(quán)利要求7所述的集群式智能電能表，其特征在于通訊接口單元(10)與自動(dòng)抄表單元(7)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)任意選定被測(cè)用戶后進(jìn)行表具校定。
全文摘要
本發(fā)明為一種多用戶的集群式智能電能表,包括三相進(jìn)線單元、電壓電流采樣單元、分戶計(jì)量單元、用戶接線單元、用電量顯示單元、數(shù)據(jù)處理單元、自動(dòng)抄表單元、供電電源。采樣單元多路并行輸出至分戶計(jì)量單元,計(jì)量單元的一路至處理單元,一路至顯示單元,抄表單元和載波通訊單元的輸入與處理單元的輸出相接,該表不會(huì)發(fā)生因漏計(jì)和竊電,供電網(wǎng)絡(luò)的線損現(xiàn)象少,所記載用電功耗的精確度符合電能表的規(guī)定要求。
文檔編號(hào)G01R11/32GK1182215SQ9712131
公開日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者張侯國 申請(qǐng)人:張侯國