CN209542680U - 一种电力仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力仪表。本实用新型的电力仪表包括壳体；设置在壳体侧面的参数测量端子和设置在壳体内部的控制主板，参数测量端子与控制主板连接，控制主板，用于测量电参数。本实用新型的电力仪表可以测量多种电参数，测量精度较高，结构设计合理，可以使测量过程及数据分析处理实现自动化，减少人为失误，可有效提高供电***参数监测的集成化程度、稳定可靠性。

Description

一种电力仪表

技术领域

本实用新型涉及一种电力仪表。

背景技术

随着工业化程度的不断提高，企业的用电量急剧增加，而企业供电***的正常运行就变得尤为重要。多功能电力监控仪表在供电***的监控领域得到重要应用，它从根本上改变了传统供电***的监控方式，大大提高了供电***的运行效率。

目前，在工业各领域中出现不同种类的控制***，在供电过程中需要保证控制***的正常运行，需要采用多种电力仪表对控制***运行中的各个参数进行测量，例如对电流、电压的测量、对电能的统计、对电子仪表的电能负荷进行监控以及对越限的电测量量进行警报等等，由于传统的电力仪表的功能比较单一，这就需要多种电力仪表同时对控制***进行监测，也使得***布线配置过于庞杂，运行自动化程度低，故障查找及维修都比较困难，同时***的损耗也大大增加。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电力仪表，以解决现有电力仪表功能单一导致监测控制***需要进行复杂布线，使得***运行自动化程度低、故障与维修困难，增加***损坏的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种电力仪表，包括壳体；设置在壳体侧面的参数测量端子和设置在壳体内部的控制主板，参数测量端子与控制主板连接，控制主板用于测量电参数。

可选地，参数测量端子包括：三相电流输入端子、三相电压输入端子、温度输入端子、漏电流输入端子。

可选地，控制主板上设置有微控制器、电流取样电路、电压取样电路、电能计量电路；三相电流输入端子与电流取样电路相连，三相电压输入端子与电压取样电路相连，电流取样电路和电压取样电路均与电能计量电路相连，电能计量电路通过SPI数据总线连接微控制器。

可选地，微控制器还连接非易失性存储器。

可选地，电流取样电路包括电路结构相同的a相电流取样支路、b相电流取样支路和c相电流取样支路，每相电流取样支路均包括电流互感器；电压取样电路包括电路结构相同的a相电压取样支路、b相电压取样支路和c相电压取样支路，每相电压取样支路均包括电压互感器；电能计量电路采用RN7302芯片作为三相电能计量芯片。

可选地，电力仪表还包括：设置在壳体侧面的通讯接口和设置在控制主板上的远程通讯电路，通讯接口与远程通讯电路相连，远程通讯电路与微控制器相连。

可选地，远程通讯电路采用MODBUS通信传输协议。

可选地，控制主板上还设置有分别与微控制器相连的开关量输入电路、开关量输出电路。

可选地，电力仪表还包括：设置在壳体表面的显示屏和操作按键，显示屏与微控制器相连，操作按键连接微控制器的I/O端口。

可选地，电力仪表还包括：设置在壳体侧面的供电电源接线端子和设置在壳体内部的开关电源；供电电源接线端子与开关电源连接，开关电源连接控制主板，为电力仪表供电。

本实用新型的电力仪表可以测量多种电参数，测量精度较高，结构设计合理，可以使测量过程及数据分析处理实现自动化，减少人为失误，可有效提高供电***参数监测的集成化程度、稳定可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例示出的电力仪表示意图；

图2为本实用新型实施例示出的微控制器的电路示意图；

图3-5依次为本实用新型实施例示出的a相电流取样支路、b相电流取样支路和c相电流取样支路的电路示意图；

图6-8依次为本实用新型实施例示出的a相电压取样支路、b相电压取样支路和c相电压取样支路的电路示意图；

图9为本实用新型实施例示出的电能计量电路的电路示意图；

图10为本实用新型实施例示出的开关量输入电路的电路示意图；

图11为本实用新型实施例示出的开关量输出电路的电路示意图；

图12为本实用新型实施例示出的远程通讯电路的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本实施例的电力仪表包括：壳体，设置在壳体侧面的参数测量端子和设置在壳体内部的控制主板，参数测量端子与控制主板连接，控制主板，用于测量电参数，包括各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。

图1为本实用新型实施例示出的电力仪表示意图，如图1所示，壳体包括上盖1和底座2，上盖1和底座2可以通过螺钉4固定形成具有收容空间的壳体。在壳体底部通过设置卡簧3安装导轨，以便于移动电力仪表；壳体内部设置有电路配件5，利用电路配件5固定壳体内部电路器件，例如固定控制主板。

本实施例中的参数测量端子包括：三相电流输入端子、三相电压输入端子、温度输入端子、漏电流输入端子。

相应的，控制主板上设置有微控制器、电流取样电路、电压取样电路、电能计量电路；其中，三相电流输入端子与电流取样电路相连，三相电压输入端子与电压取样电路相连，电流取样电路和电压取样电路均与电能计量电路相连，电能计量电路通过SPI数据总线连接微控制器。

由于STM32系列微控制器具有价格低，性能高、功耗低等优势，而STM32F103芯片还配备了丰富的***设备接口，如USART、IIC、SPI、ADC及GPI0等接口，因此，如图2所示，本实施例的微控制器采用STM32F103芯片作为主控芯片以及外接FM24CL16B非易失性存储器芯片作为EEPROM存储器实现。

如图3-5所示，本实施例的电流取样电路包括电路结构相同的a相电流取样支路、b相电流取样支路和c相电流取样支路，每相电流取样支路均包括电流互感器。以a相电流取样支路为例，a相电流取样支路的电流互感器CT1的第一端与第二端分别与三相电流输入端子中的a相电流输入端子相连，电流互感器CT1的第三端与第四段分别连接电阻R13和电阻R14后的连接头I1p与I1N均与微控制器相连，在电流互感器CT1的第三端、第四段和电阻R13、电阻R14之间还并联电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8的并联连接处接地；在电阻R13、电阻R14和连接头I1p与I1N之间还并联电容C6和电容C8，电容C6和电容C8的并联连接处接地。同样的，b相电流取样支路和c相电流取样支路的电路结构与a相电流取样支路的电路结构相同，只是每相电流取样支路中的电路元器件的数值不相同。

如图6-8所示，本实施例的电压取样电路包括电路结构相同的a相电压取样支路、b相电压取样支路和c相电压取样支路，每相电压取样支路均包括电压互感器。以a相电压取样支路为例，a相电压取样支路的电压互感器PT1的第一端与第二端分别连接电阻R100、R101后与三相电压输入端子中的a相电压输入端子相连，电压互感器PT1的第三端与第四段分别连接电阻R20和电阻R19后的连接头VA与VAN均与微控制器相连，在电压互感器PT1的第三端、第四段和电阻R20、电阻R19之间还并联电阻R26和电阻R25，电阻R26和电阻R25的并联连接处接地；在电阻R20、电阻R19和连接头VA与VAN之间还并联电容C7和电容C3，电容C7和电容C3的并联连接处接地。同样的，b相电压取样支路和c相电压取样支路的电路结构与a相电压取样支路的电路结构相同，只是每相电压取样支路中电路元器件的数值不相同。

本实施例中，电流互感器采用ZMCT102微型电流互感器，其额定输入电流为5A，额定输出电流为2.5raA；电压互感器采用ZMPT107微型电压互感器，其额定输入电流为2mA，额定输出电流为2mA。

如图9所示，本实施例的电能计量电路采用RN7302芯片作为三相电能计量芯片，适用于三相三线及三相四线的应用场合，该RN7302芯片集成了多路二阶sigma-delta-ADC(即∑-△-ADC，一种模数转换器)、参考电压电路以及用于功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路，能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电力仪表的需求。

在本实施例中，电力仪表还包括：设置在壳体侧面的通讯接口和设置在控制主板上的远程通讯电路，通讯接口与远程通讯电路相连，远程通讯电路与微控制器相连。

如图12所示，本实施例的远程通讯电路包括RS485通信模块和GPRS通信模块，通讯接口包括RS485数据通讯接口和GPRS模块接口，RS485数据通讯接口与RS485通信模块相连，GPRS模块接口与GPRS通信模块相连，示例性的，GPRS通信模块采用M590E GPRS模块。

本实施例中，远程通讯电路采用MODBUS通信传输协议，由于电力仪表应用于一对多并且长距离通信的场合，一方面采用SN75176半双工隔离型RS485总线收发器芯片来设计RS485通信模块，可实现稳定可靠的数据远程通信，并且抗干扰能力强；另一方面采用GPRS通信模块来配合使用，有效实现了电力仪表的电能质量的实时监测与远程操控。

参考图10-11所示，本实施例的控制主板上还设置有分别与微控制器相连的开关量输入电路、开关量输出电路。

参考图10，开关量输入电路的S1端连接电阻R104后与耦合器OP3的第一端连接，开关量输入电路的公共接口SG端与耦合器OP3的第二端连接，在电阻R104、耦合器OP3第一端和SG端、耦合器OP3第二端之间串联有二极管D1和电容C28，耦合器OP3的第三端和第四端之间并联电容C26，耦合器OP3的第三端接地，耦合器OP3的第四端连接微控制器的开关连接端SwitchIN1；开关量输入电路的S2端连接电阻R105后与耦合器OP4的第一端连接，开关量输入电路的公共接口SG端与耦合器OP4的第二端连接，在电阻R105、耦合器OP4第一端和SG端、耦合器OP4第二端之间串联有二极管D2和电容C29，耦合器OP4的第三端和第四端之间并联电容C30，耦合器OP4的第三端接地，耦合器OP4的第四端连接微控制器的开关连接端SwitchIN2；其中，耦合器OP3与耦合器OP4均为TLP181型晶体管输出光电耦合器。

参考图11，开关量输出电路包括电路结构相同的第一输出支路和第二输出支路。以第一输出支路为例，第一输出支路的电阻102连接三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管的集电极连接二极管D3的正极，二极管的负极接地，二极管D3的正负极还连接开关K1的第一端和第二端，开关K1的第三端与第四端连接后还来接RL12，开关K1的第五端连接RL11，开关K1为HF3312FS超小型中功率继电器，RL11与RL12连到开关量输出端子。

本实施例中的电力仪表还包括设置在壳体表面的显示屏和操作按键，显示屏与微控制器相连，操作按键连接微控制器的I/O端口。

显然，本实施例的电力仪表还包括设置在壳体侧面的供电电源接线端子和设置在壳体内部的开关电源；供电电源接线端子与开关电源连接，开关电源连接控制主板，为电力仪表供电。其中，开关电源的输入电压为85-270VAC，输出电压为12VDC，可适用于各种不同供电***的应用场合。

在一个具体实施例中，如图1所示，本实施例提供一种多功能的电力仪表，包括：壳体；设置在壳体正面的LCD显示屏和操作按键；设置在壳体一侧面的供电电源接线端子、三相电流输入端子、三相电压输入端子、电能脉冲输出端口、通讯接口；设置在壳体内部的开关电源和控制主板，供电电源接线端子连接开关电源，开关电源连接控制主板，为整个电力仪表进行供电；LCD显示屏、操作按键、三相电流输入端子、三相电压输入端子、通讯接口均与控制主板电连接。

控制主板上设有电流取样电路、电压取样电路、电能计量电路、微控制器、开关量输入电路、开关量输出电路、远程通讯电路；其中，三相电流输入端子与电流取样电路相连，三相电压输入端子与电压取样电路相连，电流取样电路和电压取样电路均与电能计量电路相连，电能计量电路通过SPI数据总线连接微控制器，开关量输入电路、开关量输出电路、远程通讯电路、LCD显示屏均与微控制器相连；远程通讯电路与通讯接口相连，操作按键连接微控制器的I/O口。

本实用新型所提出的电力仪表整体结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，成本较低，测量电参数种类多，测量精度高，结构设计合理，安装便捷、安全性、可靠性及抗干扰性强，该电力仪表是一种具有可编程功能、自动化测量、LCD液晶显示、电能累加及数字远程通讯等功能为一体的智能化三相综合电力参数监测仪表，其可将三相交流电量按线性关系转换为规格化的数字量，集数字化、智能化、网络化于一身，使测量过程及数据分析处理实现自动化，减少人为失误，能够部分替代电量变送器、电能表、数显仪表及数据采集器等仪器，可有效提高供电***参数监测的集成化程度、稳定可靠性，LCD显示屏采用液晶显示，便于观察及记录。

本实用新型所提出的多功能电力仪表采用模块化设计，可适应高可靠性多功能电力监控仪表的设计要求，本实施例的电力仪表可通过设置服务器信息与特定的服务器进行通信实现数据交换及远程控制，具有安装方便、接线简单、维护方便、现场可编程设置输入参数、功能齐全、通用性好、精度高、处理速度快、电网运行数据及仪表运行状态的数据网络化远程传输等特点，可直接取代常规电力变送器、测量指示仪表、电能计量仪表以及相关的辅助单元；本实施例的电力仪表作为一种先进的智能化、数字化的供电***的前端采集元件，可广泛应用于各种控制***、变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、智能建筑及开关柜中，并能完成业界不同PLC、工业控制计算机***的组网。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力仪表，其特征在于，包括：

壳体；

设置在壳体侧面的参数测量端子和设置在壳体内部的控制主板，所述参数测量端子与所述控制主板连接；

所述控制主板，用于测量电参数。

2.根据权利要求1所述的电力仪表，其特征在于，所述参数测量端子包括：三相电流输入端子、三相电压输入端子、温度输入端子、漏电流输入端子。

3.根据权利要求2所述的电力仪表，其特征在于，所述控制主板上设置有微控制器、电流取样电路、电压取样电路、电能计量电路；

所述三相电流输入端子与电流取样电路相连，所述三相电压输入端子与电压取样电路相连，所述电流取样电路和电压取样电路均与所述电能计量电路相连，所述电能计量电路通过SPI数据总线连接所述微控制器。

4.根据权利要求3所述的电力仪表，其特征在于，所述微控制器还连接非易失性存储器。

5.根据权利要求3所述的电力仪表，其特征在于，

所述电流取样电路包括电路结构相同的a相电流取样支路、b相电流取样支路和c相电流取样支路，每相电流取样支路均包括电流互感器；

所述电压取样电路包括电路结构相同的a相电压取样支路、b相电压取样支路和c相电压取样支路，每相电压取样支路均包括电压互感器；

所述电能计量电路采用RN7302芯片作为三相电能计量芯片。

6.根据权利要求3所述的电力仪表，其特征在于，还包括：设置在壳体侧面的通讯接口和设置在所述控制主板上的远程通讯电路，所述通讯接口与所述远程通讯电路相连，所述远程通讯电路与所述微控制器相连。

7.根据权利要求6所述的电力仪表，其特征在于，所述远程通讯电路采用MODBUS通信传输协议。

8.根据权利要求3所述的电力仪表，其特征在于，所述控制主板上还设置有分别与所述微控制器相连的开关量输入电路、开关量输出电路。

9.根据权利要求3所述的电力仪表，其特征在于，还包括：设置在壳体表面的显示屏和操作按键，所述显示屏与所述微控制器相连，所述操作按键连接所述微控制器的I/O端口。

10.根据权利要求1-9任一项所述的电力仪表，其特征在于，还包括：设置在壳体侧面的供电电源接线端子和设置在壳体内部的开关电源；

所述供电电源接线端子与所述开关电源连接，所述开关电源连接所述控制主板，为所述电力仪表供电。