專利名稱：多用戶電能計(jì)量管理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)中一種電能計(jì)量管理的裝置，尤其適用于集中配電的場(chǎng)合，如配電盤柜、居民住宅樓單元等，可取代多個(gè)單一功能的電能計(jì)量表。
目前，電力系統(tǒng)中對(duì)電能的計(jì)量與管理，主要是用瓦特小時(shí)計(jì)電度表，俗稱“火表”。這種以機(jī)械旋轉(zhuǎn)方式記數(shù)的裝置，精度低、能耗高，一戶一表，且表計(jì)本身沒(méi)有管理功能，遠(yuǎn)不能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的需要。因此，最近有人研制出如分時(shí)計(jì)量、數(shù)字顯示、防竊電等各種功能的電度表，這些改進(jìn)、僅僅在功能的增加方面取得一些進(jìn)展。但仍然沒(méi)有擺脫電磁旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)方式，這在精度的提高上受到限制，制造成本也大大提高，仍是一戶一表的配置方式很不經(jīng)濟(jì)，更談不上對(duì)用戶電能狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。尤其是在電力管理人員不能常去的地方，對(duì)超負(fù)荷用電、違章用電現(xiàn)象束手無(wú)策。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種能夠克服上述問(wèn)題的裝置，并能同時(shí)對(duì)多個(gè)用戶回路的電能狀況進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)控管理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了微電腦和巡迥檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了一種有下列特點(diǎn)的裝置，如有一個(gè)由多個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路1與一個(gè)由單片微型計(jì)算機(jī)CPU(8031)控制的模擬開(kāi)關(guān)KK1(150)構(gòu)成的輸入選擇電路2相聯(lián)接；一個(gè)由量程轉(zhuǎn)換電路3、精密整流電路4、放大整形電路5、電壓測(cè)量電路6構(gòu)成的模擬電路，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD(0801)和上述單片微型計(jì)算機(jī)CPU相接；一個(gè)以上述單片機(jī)CPU和存貯器電路8為核心，并配置有選顯電路9、輸出選擇電路10、輸出信號(hào)電路11和地址分配器YM1(138)與非門AN×6構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；還有一個(gè)雙回路直流穩(wěn)壓電源電路7。
由于本實(shí)用新型在硬件配置中采用了先進(jìn)的單片微型計(jì)算機(jī)和可插存貯器芯片，可以使數(shù)據(jù)資料長(zhǎng)期保存、不怕失電；在軟件設(shè)計(jì)中采用了數(shù)字濾波技術(shù)、自適應(yīng)量轉(zhuǎn)換以及非線性誤差修正等功能，使該實(shí)用新型具有很高的可靠性和抗干擾能力；它還具有精度高、量程寬、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，也是一種性能價(jià)格比極高的監(jiān)控儀器，是取代已有電度表的最佳產(chǎn)品。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。
圖2是模擬部分電路原理圖。
圖3是數(shù)字部分電路示意圖。
由圖1可知，本實(shí)用新型是一個(gè)以單片微型計(jì)算機(jī)CPU為核心的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。其前向通道配置有電流/電壓轉(zhuǎn)換電路1，輸入選擇電路2，量程轉(zhuǎn)換電路3，精密整流電路4，放大整形電路5，電壓測(cè)量電路6，電源電路7以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD；后向通道配置有存貯器電路8，選顯電路9，輸出選擇電路10，輸出信號(hào)電路11。這些電路均在單片微型計(jì)算機(jī)CPU的控制下運(yùn)行。
本實(shí)用新型在計(jì)量電能方面提出了如下數(shù)學(xué)模型
N＝KTIVCOSΦ式中K-比例系數(shù)，依單相、三相回路或時(shí)間而定；T-時(shí)間，由單片微型計(jì)算機(jī)CPU內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生；I-電流量；V-電壓量；COSΦ-功率因數(shù)。
以下將說(shuō)明電流量、電壓量、功率因數(shù)的測(cè)量。
在圖2中，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路1是由多個(gè)電流互感器CT1-CTn、多個(gè)電阻R101-R10n、R201-R20n、多個(gè)限壓二極管D11-D1n組成。電流互感器CT可按每一用戶回路，單相配置一個(gè)CT；三相配置兩個(gè)CT，任選兩相配置均可。
電流量的測(cè)量是按每一用戶回路的編號(hào)進(jìn)行巡迥檢測(cè)的。本實(shí)用新型電流互感器CT的設(shè)置與用戶回路相對(duì)應(yīng)。當(dāng)單相用戶回路中有電流通過(guò)時(shí)，則在電流/電壓轉(zhuǎn)換電路1的電流互感器CT1的付繞組中便產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過(guò)電阻R101、R201和整流二極管D11的電流，并轉(zhuǎn)換成電壓量，即在電阻R201上得到一個(gè)正半周的電壓信號(hào)。該信號(hào)聯(lián)到模擬開(kāi)關(guān)KK1(150)的輸入端供巡迥檢測(cè)。
當(dāng)模擬開(kāi)關(guān)KK1中的任一開(kāi)關(guān)被選通，如K11被選通，則對(duì)第1回路用戶進(jìn)行測(cè)量，電壓信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)KK1加到由運(yùn)算放大器IC1(TL082)、程控開(kāi)關(guān)KK2(153)、電阻R3、R4、R5、電容C2組成的量程轉(zhuǎn)換電路3的運(yùn)算放大器IC1的正相輸入端，此時(shí)程控開(kāi)關(guān)KK2的K21閉合，即運(yùn)算放大器IC1的放大倍數(shù)為1，信號(hào)沒(méi)有被放大，量程為大范圍。信號(hào)經(jīng)整流電路4，正半周的電流通路為IC2(TL082)-C5-D3-R8-R9-R10-地；負(fù)半周的電流通路為地-R10-R9-D2-C5-IC2，因此，在電阻R8上得到正半周信號(hào)。電路中C3是補(bǔ)償電容，C4、C5是隔直電容，電阻R6、R7，二極管D1組成小信號(hào)補(bǔ)償電路，保證小信號(hào)通過(guò)后波形不畸變。
在圖3中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD將R8上的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成八位二進(jìn)制數(shù)字量送到微機(jī)CPU處理。微機(jī)CPU首先將數(shù)字量進(jìn)行比較判斷，如果該數(shù)字在量程范圍內(nèi)，則認(rèn)可并送下道程序。否則，立即轉(zhuǎn)換量程，將程控開(kāi)關(guān)KK2中的K21斷開(kāi)，使K22閉合，并使IC1的放大倍數(shù)達(dá)到量程要求，此時(shí)IC1的放大倍數(shù)為(R3＋R4＋R5)/(R4＋R5)。即裝置可對(duì)小信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換。測(cè)量結(jié)果是第1用戶的電流量，并送往微機(jī)CPU內(nèi)部寄存器暫時(shí)存放。
電網(wǎng)電壓量的測(cè)量，是在每一巡測(cè)周期開(kāi)始時(shí)，由微機(jī)CPU控制程控開(kāi)關(guān)KK2中的K23閉合后，由變壓器T的付邊繞組和電阻R11、R12、R13及電容C10組成的電壓測(cè)量電路6測(cè)得的，其值的變化范圍不大，不需要轉(zhuǎn)換量程，可直接通過(guò)整流電路4和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD后，送微機(jī)CPU暫存。
功率因數(shù)COSΦ的測(cè)量是將電流I、電壓V的波形通過(guò)放大整形，變成方波信號(hào)。放大整形電路5是由運(yùn)算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)組成，均接成開(kāi)環(huán)放大器形式，將輸出的方波分別送到微機(jī)CPU的P3.1、P3.2端口，由微機(jī)CPU通過(guò)比較電流、電壓的波形而得到功率因數(shù)的數(shù)字量，同樣暫存寄存器中。當(dāng)功率因數(shù)值不等于1時(shí)，這兩個(gè)方波不是同時(shí)過(guò)零，微機(jī)CPU很容易計(jì)算出它們的時(shí)間差，再通過(guò)查表，求取功率因數(shù)值。
微機(jī)CPU將各寄存器的上述電流量1電壓量V、功率因數(shù)值COSΦ取出相乘，乘以比例系數(shù)K，并將其乘積按一定的時(shí)間規(guī)律進(jìn)行累加，送往存貯器電路8中的存貯器ROM1(2864)長(zhǎng)期保存。該存貯器中的內(nèi)容就是第1用戶的電能計(jì)量結(jié)果。抄表時(shí)，在選顯電路9的鍵盤JB鍵入顯示指令，并鍵入需要顯示的用戶編號(hào)，微機(jī)CPU便將上述存貯器中的數(shù)據(jù)讀出，經(jīng)過(guò)緩沖器H1(373)、H2(373)后在顯示器XS上顯示出來(lái)。顯示后不影響存貯器ROM1中的內(nèi)容。
微機(jī)CPU檢測(cè)出用戶的電能狀況后，立即輸出相應(yīng)信號(hào)。由于微機(jī)CPU執(zhí)行指令時(shí)間是以微秒計(jì)算，再因輸入選擇電路2的模擬開(kāi)關(guān)KK1與輸出選擇電路10的輸出選擇分配器YM2(154)的選控端A、B、C、D并聯(lián)在一起，由微機(jī)CPU同時(shí)選通，因此，該裝置的檢測(cè)和輸出信號(hào)是針對(duì)同一用戶的。
本實(shí)用新型可以通過(guò)輸入指令來(lái)設(shè)置不同的計(jì)量?jī)?nèi)容，如有功計(jì)量、無(wú)功計(jì)量、峰谷分時(shí)計(jì)量等；還可對(duì)用戶實(shí)施各種供電方式，如限額供電、限荷供電、限時(shí)供電等，使用戶的電能使用情況完全在本裝置的監(jiān)控之下。
本實(shí)用新型設(shè)置的信號(hào)輸出電路11由輸出選擇分配器YM2、鎖存器SH1-SHn(375)、信號(hào)指示燈XD3xn組成，其輸入端接到微機(jī)CPU的端口P1。在本裝置的面板上，針對(duì)每一用戶回路設(shè)置由發(fā)光二極管組成的信號(hào)指示燈XD3xn，有綠、黃、紅三色。當(dāng)用電達(dá)到或略有超負(fù)荷時(shí)，黃燈亮；嚴(yán)重超負(fù)荷時(shí)，紅燈亮，并經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，發(fā)出跳閘斷電指令；當(dāng)正常用電時(shí)，綠燈亮，完全在微機(jī)CPU的控制下實(shí)現(xiàn)了對(duì)用電狀況的管理。
本實(shí)用新型模擬部分用直流12伏供電，數(shù)字部分用直流5伏供電。圖3中的數(shù)據(jù)總線用流向線方式標(biāo)出，元器件的電源接線和接地線均是常規(guī)聯(lián)接，圖中未標(biāo)出。
本實(shí)用新型是裝在市網(wǎng)供電線路和用戶回路的負(fù)荷之間，裝置的形式有“配電式”和“安裝式”兩種。配電式結(jié)構(gòu)是一配電箱，掛于墻上或嵌入墻內(nèi)，具備配電功能。安裝式結(jié)構(gòu)主要用于與配電盤柜配套使用。該型式是將電網(wǎng)一次回路中電流互感器CT的付繞組引線直接聯(lián)到本裝置上，由于此時(shí)的電流互感器CT不是與裝置原配，測(cè)量精度完全取決于電流互感器精度。
權(quán)利要求1.一種多用戶電能計(jì)量管理的裝置，主要由單片微型計(jì)算機(jī)、集成塊、電子元器件相配合的電子電路組成，其特征在于A.有一個(gè)多個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(1)與一個(gè)由單片微型計(jì)算機(jī)CPU(8031)控制的模擬開(kāi)關(guān)KK1(150)構(gòu)成的輸入選擇電路(2)相聯(lián)接；B.一個(gè)由量程轉(zhuǎn)換電路(3)、精密整流電路(4)、放大整形電路(5)、電壓測(cè)量電路(6)構(gòu)成的模擬電路，并通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD(0801)和上述單片機(jī)CPU相接；C.一個(gè)以上述單片微型計(jì)算機(jī)CPU和存貯器電路(8)為核心，并配置有選顯電路(9)、輸出選擇電路(和存貯器電路(8)為核心，并配置有選顯電路(9)、輸出選擇電路(10)、輸出信號(hào)電路(11)和地址分配器YM1(138)與非門AN×6構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；D.還有一個(gè)雙回路直流穩(wěn)壓電源電路(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述多個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(1)是由多個(gè)電流互感器CT1-CTn、多個(gè)電阻R101-R10n、R201-R20n、多個(gè)整流限墳二極管D11-D1n組成，并分別與模擬開(kāi)關(guān)KK1的輸入端聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述量程轉(zhuǎn)換電路(3)由運(yùn)算放大器IC1(TL082)、程控開(kāi)關(guān)KK2、電阻R3、R4、R5、電容C2組成，該電路輸入端通過(guò)一電阻R1與電容C1并聯(lián)的一端接到輸入選擇電路(2)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于放大整形電路(5)由運(yùn)算放大器IC3(TL082)、IC4(TL082)接成開(kāi)環(huán)放大器形式，其輸出端與單片微型計(jì)算機(jī)CPU聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述電壓測(cè)量電路(6)由電源變壓器T的一個(gè)付邊繞組與電阻R11、R12、R13、電容C10組成，并與程控開(kāi)關(guān)KK2(153)聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于輸入選擇電路(2)中的模擬開(kāi)關(guān)KK1和輸出選擇電路(10)中的輸出選擇分配器YM2(154)的選控信號(hào)端A、B、C、D并聯(lián)在一起，且聯(lián)接到數(shù)據(jù)緩沖器H4(373)，使輸入和輸出選擇保持一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于輸出信號(hào)電路(11)由輸出選擇電路(10)、鎖存器SH1--SHn(375)、信號(hào)指示燈XD3xn組成，該電路的信號(hào)輸入端接到單片微型計(jì)算機(jī)CPU的端口P1。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多用戶電能計(jì)量管理的裝置，該裝置有一個(gè)由多個(gè)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(1)與一個(gè)由微機(jī)控制的模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)成的輸入選擇(2)相接；一個(gè)由量程轉(zhuǎn)換(3)、整流(4)、放大整形(5)、電壓測(cè)量(6)構(gòu)成的模擬電路，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和上述微機(jī)相接；一個(gè)以上述微機(jī)和存貯器(8)為核心，配置選顯(9)、輸出選擇(10)、輸出信號(hào)(11)等構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；還有一個(gè)雙路直流穩(wěn)壓電源(7)。該裝置可用于同時(shí)對(duì)多用戶回路電能的計(jì)量和監(jiān)控管理。
文檔編號(hào)G01R22/00GK2246808SQ9423112
公開(kāi)日1997年2月5日 申請(qǐng)日期1994年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者丁鐘毅 申請(qǐng)人:丁鐘毅