专利名称：宽负载范围节能型电度表的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种电能计量装置，特别是一种电度表。
背景技术：
目前使用的电度表，在空载状态下其电压线圈有工作电流，因而产生了不必要的功率损耗；而且由于电度表采用了分裂电压线圈磁通的方法产生轻载补偿转矩，因而导致在空载状态产生电磁转矩使得电度表的铝盘发生潜动现象，为此需要设置消除潜动指针，每当电压线圈上的消潜动指针与铝盘转轴上的指针靠近时，二者相互吸引使得潜动停止，但是有载运行时，消潜动装置会导致铝盘转动不均匀，因而影响了电度表的灵敏度和准确度。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种宽负载范围节能型电度表，它能够自动控制电度表的电压线圈的供电。
本实用新型是这样实现的，它有自动控制电度表的电压线圈供电的装置，还对原电度表内部部件进行改造，去掉消除潜动指针和产生补偿力矩的短路环，用工作电流可以调节的补偿力矩线圈代替。
这种宽负载范围节能型电度表，能够在空载时自动切断电度表的电压线圈的供电，几个毫安的负载电流就能够使得本装置自动接通电压线圈的供电。本装置自身的功耗只有十几毫瓦，这样当电度表的利用系数在90％以下时，就有显著的节能效果。补偿力矩线圈代替了消除潜动指针、短路环，从而提高灵敏度和准确度，这样就可以适当的减少电流线圈的匝数，使得电流线圈流过更大的电流时也不至于出现磁饱和，从而拓宽了电度表的负载范围。由此可以制作出负载范围宽、准确度高、空载几乎不消耗电能的电度表。
图1是本实用新型的方框原理图。
图2是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步说明。
本实用新型在现有的感应式电度表中增加了一套电子控制装置和补偿力矩线圈，该装置由小型电流互感器TA、漏电专用集成电路IC(2)、降压电容C1，半波整流电路(3)、双桥式整流滤波电路(1)，双向晶闸管V14、模拟开关K、微分型延时电路(4)、补偿力矩控制装置(5)、补偿力矩线圈LQ、滤波电容C5和或门G组成。
如附图所示的宽负载范围节能型电度表，电流互感器TA的一次绕组与电度表的电流线圈LI串联，电流互感器的二次绕组与漏电专用集成电路IC(2)的输入端和双桥式整流滤波电路(1)的输入端连接，漏电专用集成电路的输出端和或门G的b输入端连接，双桥式整流滤波电路的较低电压正输出端和或门G的a输入端以及模拟开关K的控制端连接，双桥式整流滤波电路的较高压正输出端与补偿力矩控制装置(5)的一输入端连接，或门G的输出端与晶闸管V14的门极和微分型延时电路(4)的输入端连接，微分型延时电路(4)的输出端与补偿力矩控制装置(5)的另一输入端连接，补偿力矩控制装置的一输出端接地，另一输出端与补偿力矩线圈LQ的一端连接，模拟开关K的一端与半波整流电路(3)的输出端和电容C5的正极连接，V14的第二主电极与电度表的电压线圈LV的一端连接，LV、LQ和C1的另一端与电度表的电流线圈LI一端连接，V14的第一主电极与C5的负极和模拟开关的另一端接地。
附图1所示电路的工作原理如下当电度表空载时，TA的次级没有信号输出，漏电集成电路输出低电平，晶闸管V14处于关断状态，电度表的电压线圈得不到供电，从而达到了节能的目的。
当电度表初加载时，或门G的输出电平发生跳变，由低电平跳变为高电平，微分型延时电路受到触发输出正脉冲迫使补偿力矩控制装置给补偿力矩线圈LQ提供较大的容性电流，产生较大的补偿力矩使得电度表的铝盘转动。延时1秒钟后，补偿力矩控制装置控制补偿力矩线圈中的容性电流自动减小，这样即可以提高电度表的灵敏度，又保证了准确度不受影响。
轻载时，TA次级输出的信号非常微弱，双桥式整流电路没有电压输出。TA的次级输出的信号加到漏电保护集成电路的输入端，经过该芯片内部电路处理后输出控制电压加到G的b输入端，G输出的控制电压使得双向晶闸管V14导通，给电度表的电压线圈供电。在空载和轻载状态，市电经过电容C1降压再经过半波整流滤波后输出的较低直流电压给集成电路供电，由于采用低功耗的集成电路，因此功耗很小。
当负荷电流达到300mA以上时，双桥式整流滤波电路较低正电压输出端的输出电压达到了或门G的阈值电平以上，这时即使漏电专用集成电路停止工作，也可以维持V14的导通。当双桥式整流滤波电路的输出电压达到一定值时，模拟开关K闭合将C5短路，因而减去了这一部分的功耗。
当电流增大到一定程度，双桥式整流滤波电路的较高正电压输出端的输出电压控制补偿力矩控制装置使得补偿力矩线圈中的电流进一步的减小，提高大电流时的计量准确度。
具体典型应用电路如图2所示附图所示的漏电专用控制电路采用M54123，或门G由二极管V12和电阻R8组成，半波整流电路由二极管V13、V11组成，模拟开关由三极管V8和二极管V7及电阻R2等组成。电路中二极管V9、V10起到双向限幅的作用，用于实现对漏电专用集成电路的保护。电阻R3起隔离作用。为了获得较高的灵敏度和较低的损耗，电流互感器的次级绕组的匝数在800匝以上。
在附图所示的模拟开关中，二极管V7的正极与双桥式整流滤波电路较低正电压输出端的二极管V3、V5的负极和发光二极管LED的正极及电容C4的正极连接，V7的负极与电阻R2的一端连接，R2的另一端与三极管V8的基极连接，V8的集电极与二极管V11的负极和电容C5的正极连接，V8发射极及电容C5、C4的负极接地。
在附图所示的宽负载范围节能型电度表的或门G中，R8的一端接到漏电专用集成电路(M54123)的输出端上，R8的另一端与二极管V12的负极经过电阻R9和晶闸管V14的门极连接，V12的正极与电阻R6的一端连接，R6的另一端与二极管V3、V5的负极及C4的正极连接。
如附图所示的宽负载范围节能型电度表的微分型延时电路(4)由电容C9电阻R10和R12组成，电容C9的正极与电阻R8的一端和二极管V12的负极连接，C9的负极与电阻R10的一端连接，R10的另一端与晶闸管V17门极和电阻R12的一端连接，R12的另一端接地。
如附图所示的宽负载范围节能型电度表的补偿力矩控制装置由电容C11、C12、C13和三极管V15、电阻R4、电位器W及双向晶闸管V16、V17等构成。C11的一端与补偿力矩线圈LQ的一端连接，C11的另一端与V17的第二主电极和C12的一端连接，V17的第一主电极接地，V17的门极与电阻R10、R12的一端连接，R10的另一端与电容C9的负极连接，C12的另一端与V16的第二主电极和电容C13的一端连接，V16的第一主电极接地，V16的门极经过电阻R11和三极管V15的集电极连接，V15的发射极与C9的正极及电阻R8、R9的一端和二极管V12的负极连接，V15的基极与电阻R4、R7的一端连接，R4的另一端与稳压二极管VZ的正极连接，VZ的负极与电位器W的动臂连接，W的一端与C3的正极及二极管V1、V2的负极连接，W、R12、R7和C13的另一端接地。
如附图所示的宽负载范围节能型电度表的双桥式整流电路由二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6、C3、C4和LED组成，LED起稳压的作用。二极管V1、V2的负极连在一起与电容C3的正极和电位器W的一定臂连接，V1的正极及V3的正极和V4的负极与TA次级绕组的一端连接，V2的正极及V5的正极和V6的负极与TA次级绕组的另一端连接，V3、V5的负极与电容C4的正极及发光二极管LED的正极连接，V4、V6的正极与电容C3、C4、LED的负极接地。
附图2所示的电路的工作原理如下互感器TA的初级线圈仅1～2匝，铁心采用铁粉芯磁环，具有较高的导磁率。在轻载情况下(例如负载电流10mA左右时)，互感器次级绕组输出电压很小，二极管V1～V6不能导通，对电路没有影响，由M54123的1、2脚输入内部电路，在芯片的内部经过放大、整形后触发内部触发器输出高电平(从7脚输出)，经过R8触发双向晶闸管V14导通，给电度表的电压线圈供电。同时电容C9经过电阻R10和晶闸管V17的门极和第一主电极之间的内部电路充电，电容C12、C13被短路，流过LQ有较大的容性电流，产生较大的补偿转矩用以使得铝盘开始转动。在这段时间内，电容C8经过R4、R7充电，给三极管V15的发射结施加反向电压，使其截止，V16处于关断状态。经过1秒钟的时间，C9充电结束，V17关断；另一方面C8充电结束，V15导通，V16被触发导通，将电容C13短路。这样C11、C12串联容量较小，使得补偿力矩线圈中流过的电流减小，补偿力矩与转动部分摩擦力矩基本平衡，保证电度表有足够的准确度。
当负载电流增大使得V1、V2、V4、V6整流输出的电压升高到一定程度，稳压二极管VZ击穿，三极管V15截止，晶闸管V16关断，补偿力矩进一步减小，以提高满载情况下的准确度。因为一般电度表调整方法是首先进行满载调整，然后进行轻载调整和力率调整，这样使得满载时电度表铝盘转动略有偏快。满载时采用较小补偿转矩，对于提高满载时的准确度有一定作用，可以通过调节W确定动作点，调节C13的值可起到调节满载时补偿力矩的大小。
市电经过电容C1降压后经由二极管V11、V13组成的整流后再经C5滤波后给M54123供电，R1的阻值很大(3M)提供C1的放电回路，V13的作用也在V11截止时，给电容C1提供放电回路。
当负载电流达到300mA以上，TA次级输出脉冲幅度大到可使得V1～V6轮流导通时，由V3～V6组成的桥式整流电路输出电压经过电容C4滤波LED稳压后经过R6和V12加到V14的门极，并且通过R2和V7加到V8的基极。如果R2的阻值比R8足够大，或者V7采用2CB型二极管，V12采用1N4148型号的二极管，总可以使得V8滞后于V14导通。V8饱和使得C5被短路，C1几乎直接接在市电电源的两端上，没有有功电流，因此减少该电路的损耗。根据M54123的供电要求，C1取用2200P～3300P耐压400V以上的电容即可。
权利要求1.宽负载范围节能型电度表，其特征在于电流互感器TA的一次绕组与电度表的电流线圈LI串联，电流互感器TA的一次绕组与电度表的电流线圈LI串联，电流互感器的二次绕组与漏电专用集成电路(2)的输入端和双桥式整流滤波电路(1)的输入端连接，漏电专用集成电路的输出端和或门G的b输入端连接，双桥式整流滤波电路的较低电压正输出端和或门G的a输入端以及模拟开关K的控制端连接，双桥式整流滤波电路的较高压正输出端与补偿力矩控制装置(5)的一输入端连接，或门G的输出端与晶闸管V14的门极和微分型延时电路(4)的输入端连接，微分型延时电路(4)的输出端与补偿力矩控制装置(5)的另一输入端连接，补偿力矩控制装置的一输出端接地，另一输出端与补偿力矩线圈LQ的一端连接，模拟开关K的一端与半波整流电路(3)的输出端和电容C5的正极连接，V14的第二主电极与电度表的电压线圈LV的一端连接，LV、LQ和C1的另一端与电度表的电流线圈LJ一端连接，V14的第一主电极与C5的负极和模拟开关的另一端接地。
2.如权利要求1所述的宽负载范围节能型电度表，其特征在于模拟开关电路K中，二极管V7的正极与双桥式整流滤波电路较低正电压输出端的二极管V3、V5的负极和发光二极管LED的正极及电容C4的正极连接，V7的负极与电阻R2的一端连接，R2的另一端与三极管V8的基极连接，V8的集电极与二极管V10的负极和电容C5的正极连接，V8发射极及电容C5、C4的负极接地。
3.如权利要求1所述的宽负载范围节能型电度表，其特征在于或门G上，R8的一端接到漏电专用集成电路的输出端上，R8的另一端与二极管V12的负极经过电阻R9和晶闸管V14的门极连接，V12的正极与电阻R6的一端连接，R6的另一端与二极管V3、V5的负极及C4的正极连接。
4.如权利要求1所述的宽负载范围节能型电度表，其特征在于微分型延时电路(4)中，电容C9的正极与电阻R8的一端和二极管V12的负极连接，C9的负极与电阻R10的一端连接，R10的另一端与晶闸管V17门极和电阻R12的一端连接，R12的另一端接地。
5.如权利要求1所规定的宽负载范围节能型电度表的，其特征在于所述的补偿力矩控制装置(5)上，C11的一端与补偿力矩线圈LQ的一端连接，C11的另一端与V17的第二主电极和C12的一端连接，V17的第一主电极接地，V17的门极与电阻R10、R12的一端连接，R10的另一端与电容C9的负极连接，C12的另一端与V16的第二主电极及电容C13的一端连接，V16的第一主电极接地，V16的门极经过电阻R11和三极管V15的集电极连接，V15的发射极与C9的正极及电阻R8、R9和二极管V12的负极连接，V15的基极与电阻R4、R7的一端连接，R4的另一端与稳压二极管VZ的正极连接，VZ的负极与电位器W的动臂连接，W的一端与C3的正极及二极管V1、V2的负极连接，W、R12、R7和C13的另一端接地。
6.如权利要求1所述的宽负载范围节能型电度表，其特征在于双桥式整流滤波电路(1)中，二极管V1、V2的负极连在一起与电容C3的正极和电位器W的一定臂连接，V1的正极及V3的正极和V4的负极与TA次级绕组的一端连接，V2的正极及V5的正极和V6的负极与TA次级绕组的另一端连接，V3、V5的负极与电容C4的正极及发光二极管LED的正极连接，V4、V6的正极与电容C3、C4、LED的负极接地。
专利摘要本实用新型提供了在空载状态下能够自动切断电压线圈供电而在轻微负载时就能够自动接通电压线圈供电的电度表，并且用补偿力矩线圈代替现有电度表的短路环，使得补偿力矩可根据负载情况自动调整，从而提高了它的灵敏度和准确度并扩宽了负载范围。它不但节能，而且消除了潜动。它由小型电流互感器TA、漏电专用集成电路IC(2)、降压电容C
文档编号G01R11/02GK2735350SQ20042003924
公开日2005年10月19日 申请日期2004年3月15日 优先权日2004年3月15日
发明者张泽礼, 许桂荣 申请人:滨州职业学院, 张泽礼, 许桂荣