多功能三相电参数采集装置的制作方法

本实用新型涉及电路检测领域，特别是涉及一种多功能三相电参数采集装置。

背景技术：

随着油田数字化建设的迅速发展，传统的抽油机井工况监测包括示功图测试、示功图量油以及有限的示功图井下故障诊断分类，功能范围比较狭窄，已不能满足抽油机井数字化改造的需求。由于示功图测试的准确性、称重传感器的漂移、位移与载荷的同步性等潜在问题都无从验证，示功图测试的可靠性也有待研究。而抽油机电参量的采集测试在抽油机井工况分析和震动分析方面的研究应用已经开始，但由于没有合适的高速度高精度的电参采集装置而阻碍了抽油机井数字化改造的进一步扩大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、采集电参种类齐全、采集速度快、采集精度高的多功能三相电参数采集装置。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中，包括微控制器、时钟电路、三相信号调理电路和电参采集电路，三相信号调理电路的信号接收端分别接入三相电源，三相信号调理电路的信号输出端分别通过低通滤波电路与电参采集电路的信号接收端连接，电参采集电路的信号输出端与微控制器的信号接收端连接，微控制器的控制信号输出端分别与三相信号调理电路和低通滤波器电路的控制端连接，微控制器的信号接收端与时钟电路的信号输出端连接，微控制器的数据传输端分别与存储电路和通讯电路连接，微控制器的电源端与电源电路连接。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中所述电参采集电路包括CS5463电能计量芯片、电压互感器和电流互感器，电压互感器一次侧的两个连接端接入电压输入端，电压互感器二次侧的两个连接端分别接入CS5463电能计量芯片的第一电压输入引脚和第二电压输入引脚，电流互感器一次侧的两个连接端接入电流输入端，电流互感器二次侧的两个连接端分别接入CS5463电能计量芯片的第一电流输入引脚和第二电流输入引脚，CS5463电能计量芯片的电源端接入电源，CS5463电能计量芯片的信号输出端与微控制器的信号接收端连接。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中所述CS5463电能计量芯片与微控制器之间设置有光电隔离电路，光电隔离电路的信号输入端与CS5463电能计量芯片的信号输出端连接，光电隔离电路的信号输出端与微控制器的信号接收端连接。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中所述电压互感器与CS5463电能计量芯片之间设置有第四电阻、第二电阻和第一电容器，第四电阻连接在电压互感器二次侧的两个连接端之间，电压互感器二次侧的一个连接端与第四电阻之间引出第一导线，第一导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第一电压输入引脚，第二电阻设置在第一导线上，第二电阻与CS5463电能计量芯片之间的第一导线上引出第二导线，第二导线的另一端接入零电势点，第一电容器设置在第二导线上，第一电容器与零电势点之间的第二导线上引出第三导线，第三导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第二电压输入引脚。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中所述电流互感器与CS5463电能计量芯片之间设置有第五电阻、第三电阻和第二电容器，第五电阻连接在电流互感器二次侧的两个连接端之间，电流互感器二次侧的一个连接端与第五电阻之间引出第四导线，第四导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第一电流输入引脚，第三电阻设置在第四导线上，第三电阻与CS5463电能计量芯片之间的第四导线上引出第五导线，第五导线的另一端接入零电势点，第二电容器设置在第五导线上，第二电容器与零电势点之间的第五导线上引出第六导线，第六导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第二电流输入引脚。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，其中所述电压互感器为电流型电压互感器。

本实用新型多功能三相电参数采集装置与现有技术不同之处在于：本实用新型设置有信号调理电路和低通滤波电路，对采集到的三相电路中的电压信号和电流信号进行信号的转换和滤波，保证信号的准确度和清晰度，并通过微控制器对信号调理电路和低通滤波电路进行反馈控制，每一路均可单独进行直流偏移量、交流偏移量、增益校准、相位补偿，进一步保证了信号的准确度。电参采集电路采用电能计量芯片外接电压互感器、电流互感器和光电隔离电路，将大电压信号和大电流信号分别转变为小电压信号和小电流信号，便于电能计量芯片进行采集。电能计量芯片能够采集和计算多种电能参数，大大增加了三相电参数采集装置的参数采集范围，微控制器能够对采集的电能参数进行储存和提取，保证了记录的完整性和可追溯性，采用高速度高精度的电能计量芯片，三相信号调理电路、低通滤波电路和电参采集电路均选用高精度的电子器件，能实现高速度、高精度和全参数的电能数据采集，数据刷新速度最高可达50Hz，采集精度达到0.25％FS，能够对每一个周波的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率参数进行采集，还可以累计计量正反两个方向的电能。

下面结合附图对本实用新型多功能三相电参数采集装置作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型多功能三相电参数采集装置的结构框图；

图2为本实用新型多功能三相电参数采集装置中电参采集电路的电路连接图。

具体实施方式

如图1所示，为本实用新型多功能三相电参数采集装置的结构框图，包括微控制器MCU、时钟电路、存储电路、通讯电路、电源电路、三相信号调理电路和电参采集电路，三相信号调理电路又包括A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路。A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路的信号接收端分别接入三相电源，A相信号调理电路的信号接收端接收A相电流和A相电压，B相信号调理电路的信号接收端接收B相电流和B相电压，C相信号调理电路的信号接收端接收C相电流和C相电压，A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路的信号输出端分别通过低通滤波电路与电参采集电路的信号接收端连接，电参采集电路的信号输出端与微控制器MCU的信号接收端连接，微控制器的控制信号输出端分别与A相信号调理电路、B相信号调理电路、C相信号调理电路和低通滤波器电路的控制端连接，通过微控制器MCU分别对A相信号调理电路、B相信号调理电路、C相信号调理电路和低通滤波器电路进行控制。微控制器MCU的信号接收端与时钟电路的信号输出端连接，微控制器MCU的数据传输端分别与存储电路和通讯电路连接，微控制器MCU的电源端与电源电路连接。

实施例：如图2所示，为本实用新型多功能三相电参数采集装置中电参采集电路的电路连接图，包括CS5463电能计量芯片、电压互感器PT、电流互感器CT和光电隔离电路，电压互感器PT一次侧的两个连接端接入电压输入端，电压互感器PT一次侧的一个连接端与电压输入端之间串联有电阻R1，电压互感器PT二次侧的两个连接端之间连接有第四电阻R4，电压互感器PT二次侧的一个连接端与第四电阻R4之间引出第一导线，第一导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第一电压输入引脚VIN+，第一导线上设置有第二电阻R2，在第二电阻R2与CS5463电能计量芯片之间的第一导线上引出第二导线，第二导线的另一端接入零电势点GND，第二导线上设置有第一电容器C1，在第一电容器C1与零电势点GND之间的第二导线上引出第三导线，第三导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第二电压输入引脚VIN－。电流互感器CT一次侧的两个连接端接入电流输入端，电流互感器CT二次侧的两个连接端之间连接有第五电阻R5，电流互感器CT二次侧的一个连接端与第五电阻R5之间引出第四导线，第四导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第一电流输入引脚IIN+，第四导线上设置有第三电阻R3，在第三电阻R3与CS5463电能计量芯片之间的第四导线上引出第五导线，第五导线的另一端接入零电势点GND，第五导线上设置有第二电容器C2，在第二电容器C2与零电势点GND之间的第五导线上引出第六导线，第六导线的另一端接入CS5463电能计量芯片的第二电流输入引脚IIN－。CS5463电能计量芯片的电源端接入5V电源。CS5463电能计量芯片的信号输出端与光电隔离电路的信号输入端连接，光电隔离电路的信号输出端与微控制器MCU的信号接收端连接。电能计量芯片还可采用CS5460A等其它型号。

本实用新型的一个实施例中所采用的电压互感器PT为电流型电压互感器。

电参采集电路的工作原理为：CS5463电能计量芯片上的第一电压输入引脚VIN+和第二电压输入引脚VIN－处集成有增益放大器，CS5463电能计量芯片上的第一电流输入引脚IIN+和第二电流输入引脚IIN－处也集成有增益放大器，输入的电压和电流分别通过电压互感器和电流互感器后进入到CS5463电能计量芯片中，CS5463电能计量芯片对输入的电压信号和电流信号进行放大和滤波处理后对电压信号和电流信号进行处理和采集，并通过CS5463电能计量芯片的信号输出端传送给光电隔离电路，光电隔离电路将隔离后的信号输出给微控制器MCU。

本实用新型的工作过程为：A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路分别对输入的各相电压信号和电流信号进行处理，将模拟信号转换为数字信号并分别通入低通滤波电路进行滤波，滤波后的各相电压信号和电流信号分别通过电参采集电路进行信号的处理和采集，各电参采集电路将采集到的电能参数统一传输给微控制器MCU进行处理，微控制器MCU控制启动转换、高速采样、数据处理，并把各项数据通过通讯电路发送出去，存储相关历史记录。微控制器MCU通过通讯电路与上位机或者监控器连接，通过上位机对微控制器MCU进行控制，并将微控制器MCU接收的电能参数上传网络。微控制器MCU还通过接收到的电能参数对A相信号调理电路、B相信号调理电路、C相信号调理电路和低通滤波电路进行反馈控制，保证调理电路的调理精度和低通滤波电路的滤波幅值。本实用新型能够以最高50Hz的数据刷新速度来采集三相瞬时电压、三相瞬时电流、三相瞬时功率、三相瞬时电压有效值和三相瞬时电流有效值，并通过电参采集电路可计算单相和三相有功功率、无功功率、视在功率和功率因数；通过微控制器MCU还能够实现累计正向有功电能、负向有功电能、正向无功电能和负向无功电能；通过电参采集电路和微控制器MCU能够实现最近20日的电能数据抄表，日数据包含日正向有功、日反向有功、日正向无功、日反向无功、当日正向最大有功及发生时间、当日正向最大无功及发生时间、当日反向最大有功及发生时间、当日反向最大无功及发生时间；通过电参采集电路和微控制器MCU能够实现最近6个月的电能数据抄表，月数据包含月正向有功、月反向有功、月正向无功、月反向无功、当月正向最大有功及发生时间、当月正向最大无功及发生时间、当月反向最大有功及发生时间、当月反向最大无功及发生时间。

本实用新型多功能三相电参数采集装置，设置有信号调理电路和低通滤波电路，对采集到的三相电路中的电压信号和电流信号进行信号的转换和滤波，保证信号的准确度和清晰度，并通过微控制器MCU对信号调理电路和低通滤波电路进行反馈控制，每一路均可单独进行直流偏移量、交流偏移量、增益校准、相位补偿，进一步保证了信号的准确度。电参采集电路采用电能计量芯片外接电压互感器PT、电流互感器CT和光电隔离电路，将大电压信号和大电流信号分别转变为小电压信号和小电流信号，便于电能计量芯片进行采集。电能计量芯片能够采集和计算多种电能参数，大大增加了三相电参数采集装置的参数采集范围，微控制器MCU能够对采集的电能参数进行储存和提取，保证了记录的完整性和可追溯性，采用高速度高精度的电能计量芯片，三相信号调理电路、低通滤波电路和电参采集电路均选用高精度的电子器件，能实现高速度、高精度和全参数的电能数据采集，数据刷新速度最高可达50Hz，采集精度达到0.25％FS，能够对每一个周波的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、视在功率参数进行采集，还可以累计计量正反两个方向的电能。本实用新型结构简单、采集电参种类多样、采集精度高，与现有技术相比具有明显的优点。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。