CN201555891U

CN201555891U - 九电流四电压测量装置

Info

Publication number: CN201555891U
Application number: CN2009202167545U
Authority: CN
Inventors: 戴颖嘉
Original assignee: Beijing Du Lang Automated System Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Du Lang Automated System Technology Co Ltd
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-09-22

Abstract

九电流四电压测量装置是一种用于监测电力***中配电网络的多路电压和电流信号的模块型设备。本实用新型充分考虑到电磁兼容EMC技术和信号隔离技术，其控制电源采用电容屏蔽技术满足配电***中的现场需求。通讯功能的实现采用了RS485标准MODBUS协议通讯方式。使用稳定度精度较高的电能计量芯片进行模拟数字信号的转换以及电流电压信号的计算，通过串行***设备接口SPI总线与单片机完成通讯，实现电力***配电网络的多路电能参数测量与监控。本测量模块具有携带方便、操作简单的优点，适合于现场监测人员在复杂现场安装和使用。

Description

九电流四电压测量装置

技术领域

本实用新型涉及电力监控领域。特别适用于多路电能质量参数的远程在线监控。

技术背景

随着科技的进步经济的增长，全球用电负荷在逐年的攀升，减少电力事故和电力安全的课题突显。电力安全早已成为全球电力电网领域中的重中之重，1968年美国就成立了电力可靠性协会，1981年更名为北美电力可靠性协会，其主要任务就是协助完成北美各国电力***的可靠性。为了防止电力故障酿成惨重事故，电力监控在电力***中逐步的推广使用。国内电力***中电力监控设备和仪器已有许多，但是大部分是监测功能比较单一的监测仪器，而电力***中配电***对多功能监测设备的需求越来越大。国内的电力监测设备尤其是对电压电流的多路多相监测设备相对较少。本实用新型可以同时监测多回路电力参数，取代单一功能仪表，从而能够降低电力***配电网络的大额成本。

本实用新型主要用于监测电力***中配电线路的电压和电流信号，可以同时实现多个单相或三相回路电流和母排电压的监测，并且使用15个LED指示灯用来指示设备状态、电流电压状态、通讯是否正常、设备是否带电。其控制电源为交流85V～265V，其测量精度满足0.2％。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中上述缺陷。

为此本实用新型的提出一种九电流四电压测量装置，其包括：电源模块、信号采集电路、控制电路、通讯电路、LED显示电路，其中所述信号采集电路包括电流采集电路、电压采集电路、单片机、三个精密三相电能计量芯片，所述控制电路包括单片机、复位电路和仿真电路，其特征在于：所述电源模块输出两组5V电源，一路专门为通讯电路提供工作电源，另一路为其他电路提供工作电源；电流采集电路的输入端与被测量交流电流信号输入连接，电压采集电路与被测量交流电压的输入连接，所述电流采集电路、所述电压采集电路均与三个所述精密三相电能计量芯片的输入端相连，所述三相电能计量芯片通过串行***设备接口SPI总线与所述单片机连接，LED显示电路通过柔性扁平电缆线FFC电缆与单片机连接，复位电路和仿真电路也分别与单片机连接。所述电流采集电路使用9个电流互感器进行交流电流信号采集，并且电压互感器进行电压信号的采集。所述通讯电路通过RS485接口与配电网络的监控***相连接。

附图说明

图1是本实用新型的***方案设计等效框图。

图2是本实用新型的壳体结构示意图。

图3是本实用新型的接线方式图。

图4是与表1一致的采集电路部分的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型进一步说明。以下的实施例仅是说明性的，而非限制性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。

本实用新型使用ATmega16作为***CPU，控制三个精密三相电能计量芯片进行信号采集和分析，实现模拟量的采集，采用了典型的RS485通讯电路，使用SPI总线完成与单片机的通讯，从而实现九路电流四路电压信号的测量。其中每一个三相电能计量芯片测量三路电流信号和三路电压信号。附图中仅示出一路三相电能芯片的测量电路。

壳体结构示意图如附图2所示，位于壳体上的LED指示灯，是用来指示测试电流和电压信号的状态，当电压信号大于10V时，指示电压的LED灯点亮，当电流信号大于30mA时，指示电流状态的LED灯点亮。位于右侧的三个LED灯分别用来指示电源、通讯发送、通讯接收状态。当设备上电后，指示电源的LED灯(POWER)处于常亮状态。当设备处于通讯状态时，指示通讯的状态的LED灯(RXD，TXD)处于闪烁状态。这种设计便于现场监控人员进行监控，尤其适合于复杂的现场，监测人员可以通过壳体上的LED指示灯来判断当前配电***状态、设备状态、后台监测通讯状态等是否正常。

位于附图2上的两排壳体端子A和端子B，其用于信号的输入，接入方式如下表1。

表1

本装置主要由单片机、电压采集电路、电流采集电路、三相电能计量芯片、通讯电路以及LED显示电路等组成。附图1反映出各个电路之间的连接关系。

输入电源电压的范围为85V～265V。本实用新型使用电源模块保证外部控制电源的波动不会影响其基本电路供电电源的稳定。其输出两组5V电源，一路专门为通讯电路提供工作电源，另一路为其他电路提供工作电源。电源保护电路充分考虑到EMC技术标准，使用磁珠、磁环等隔离器件以减少电磁干扰(EMI)能量。使用交流电容进行滤波、净噪。使用压敏电阻和热敏电阻可以防止因电压电流波动幅度较大损坏电源电路。

通讯电路与单片机相连接，其为本实用新型与外界进行通讯的接口电路。本装置通过RS485通讯接口与配电网络的监控***相连接，实现监控***对配电网络电力参数的监控。采用光隔离技术，保护通讯电路以外的内部电路。采用光耦隔离器件、整流桥和稳压电路保证通讯电路的供电电源稳定。实现信号的隔离，以减少噪声干扰，保证通讯质量。

电流采集电路的输入端与被测量交流电流信号输入连接，电流采集电路的输出端与三相电能计量芯片的输入端连接，电压采集电路的输入端与被测量三相交流电压的输入连接，电压采集电路的输出端与三相电能计量芯片的输入连接，三相电能计量芯片的输出与单片机连接。

电流采集电路使用9个电流互感器分别进行9个交流电流信号的采集，本实用新型实用的电流互感器为穿芯式精密电流互感器，完成配电***中电流信号的衰减，形成毫安级的可测信号。互感器壳体外廓可以增加电流采集电路的抗干扰能力。图4为电流采集电路示意图R1、R2为10～1000Ω电阻，R3、R4为1～2.2K电阻。C1、C2为0.001～0.1uF电容。电容主要是用来进行滤波和净噪。REFO接入的是基准电压2.4V左右，这个电压是由三相计量芯片提供的。I1P和I1N为采集电路输出的毫安级可测信号，送入三相电能计量芯片。

通常电压采集电路可以分为电阻分压方式和互感器方式，电阻分压方式的优点是体积小制散热好的优点，但是其缺点是缺乏隔离。而使用电压互感器的方式既可以做到高精度也可以满足很好的隔离。

本实用新型采用电压互感器隔离方式进行电压信号的采集，电压互感器的输入端与三相交流电压信号输入连接，中间需要串入限流电阻，电阻阻值一般控制在200K/2W左右。强调限流电阻的功率主要是考虑到限流电阻在吸收交流电压信号的同时会产生很大的热量，如果限流电阻的功率过小，就会造成限流电阻发烫。而强调200K左右的阻值主要是为了保证流入流出电压互感器的电流信号为2mA左右，以保证测量精度。

LED显示电路的输入与单片机的输出连接，LED显示电路，用于指示设备的状态、电流电压测量状态、通讯否异常等。LED显示电路的工作状态是有单片机控制工作的。

附图1中的复位电路、仿真电路和单片机构成本装置的控制电路，复位电路主要是用于对单片机进行有效的复位，该电路主要使用一个电压监测芯片，当单片机的供电电压小于3.3V时，对单片机进行复位。仿真电路与单片机相连，主要是用于程序仿真，方便软件程序的调试。

附图3为本实用新型的接线示意图。电流侧接入的模拟量是三相交流信号的交流电流。电压侧接入的模拟量为三相交流信号的交流电压。通讯端口的A、B、S分别接RS485总线的A、B、S。工作电源端接入控制电源。L、N、G一般接入配电网络中的零线、火线、地线。

控制电路板和信号采集电路板之间采用插针连接，LED显示电路板与控制电路板通过柔性扁平电缆线FFC电缆连接。整体电路设计实现了强弱电的隔离，通讯电源与数字电源的隔离。使得相互之间的干扰降低到最小。此结构是经过多次实验论证而得。信号采集电路板上采集的电流信号为0～5A，采集的电压信号为0～400V，这种较强信号经过采集电路，形成相对较小电压信号，送入到三相电能计量芯片中，这样的设计思路可以避免较强的电压电流信号之间的放电等安全隐患，也可以减少线路传输过长造成的信号能量偏差和降低测量精度等问题。

本实用新型可以与其他电力***监控设备同时使用而不会产生冲突。本实用新型能够同时测量九路单相电流和四路电压，也可以检测三路三相电流和电压。相对测量功能单一的设备，本实用新型具有便于携带、体积小、测量精度高、功能多等优点。

Claims

1.一种九电流四电压测量装置，其包括电源模块、信号采集电路、控制电路、通讯电路、LED显示电路，其中所述信号采集电路包括电流采集电路、电压采集电路、三个精密三相电能计量芯片，所述控制电路包括单片机、复位电路和仿真电路，其特征在于：所述电源模块输出两组5V电源，一路专门为通讯电路提供工作电源，另一路为其他电路提供工作电源；电流采集电路的输入端与被测量交流电流信号输入连接，电压采集电路与被测量交流电压的输入连接，所述电流采集电路、所述电压采集电路均与三个所述精密三相电能计量芯片的输入端相连，所述三相电能计量芯片通过串行***设备接口SPI总线与所述单片机连接，LED显示电路通过柔性扁平电缆线FFC电缆与单片机连接，复位电路和仿真电路也分别与单片机连接。

2.如权利要求1所述九电流四电压测量装置，其中所述电流采集电路使用9个电流互感器进行交流电流信号采集。

3.如权利要求1所述九电流四电压测量装置，其中所述电压采集电路采用电压互感器进行电压信号的采集。

4.如权利要求1所述九电流四电压测量装置，其中所述通讯电路通过RS485接口与配电网络的监控***相连接。