专利名称：复费率电力计费装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能根据电力系统的负荷状况按不同计费率计费的复费率电力计费装置。
实行复费率电力计费是改善电力系统负荷不均衡、降低高峰负荷，节约用电的一项有效措施。现有的复费率电力计费装置均采用多套机械式或电子式测量积算机构分别记录高峰、低谷和平时用电量，分别计算电费。由于这类复费率电力计费装置结构复杂、造价高，不利于推广使用。电子式测量积算机构易受停电事故和电磁干扰的影响，造成记录数据丢失或错误，可靠性低，也影响其推广使用。
本实用新型的目的，是针对上述问题设计一种结构简单、造价低、可靠性高、适于在各种工业和民用电力系统中推广的新型复费率电力计费装置。
本实用新型是通过下述方案实现的1、依据普通感应系交流电度表的原理，利用普通单相或三相电度表的测量机构和积算机构计费。用磁通可变的磁场元件代替普通电度表中产生制动力矩的永久磁铁，利用控制电路控制磁场元件产生的制动磁通，改变计费装置的转速，实现按不同计费率计量被测电路消耗电力的费用。
2、本实用新型中的磁场元件，可以采用磁路中带有永久磁铁并绕有控制线圈的电磁式磁场元件。这种磁场元件产生的制动磁通受控制线圈中的电流大小和方向控制。
3、本实用新型的另一种实施方案是采用电动执行机构调节永久磁铁的磁路产生可变磁通，构成电动永磁式磁场元件。这种磁场元件产生的制动磁通受磁路中各元件间的相对位置变化的控制，其作用原理与普通电度表校正转速的原理相同。
本实用新型与普通电度表不同之处在于普通电度表仅在校准时调节制动磁铁的磁路，目的是校准电度表的转速，调节范围通常比较小；本实用新型中磁场元件的制动磁通受控制线圈中电流的控制，或者受电动执行机构调节，目的是根据电力系统的负荷情况改变计费装置的转速，调节范围要能够满足高峰时间和低谷时间不同计费率的要求。
由感应系电度表的工作原理可知，忽略工作磁通的影响，测量机构中铝制转盘的转动角速度与被电路消耗的功率P成正比，与产生制动力矩的磁通φM的平方成反比，即ω＝- (C)/(φ2M) P (1)式中C为由电度表结构确定的常数，φM为穿过转盘的制动磁通。
在普通电度表中制动磁通φM为常数，可以根据电磁学的一般原理求出。本实用新型平时的制动磁通等于普通电度表的制动磁通，记为φM0。如果高峰电价与平时电价之比为r1，低谷电价与平时电价之比为r2，则高峰时间与低谷时间的制动磁通φM1与φM2可由下式求出
本实用新型中磁场元件的制动磁通调节范围应满足下式(φ2m 2)/(φ2m 1) ＝ (r1)/(r2) (3)
由于r1＞100％，r2＜100％，低谷时间的制动磁通φM2大于高峰时间的制动磁通φM1。如果高峰电价是低谷电价的二倍，则制动磁通调节范围应达到
倍。
本实用新型中的控制电路可以选用定时控制电路，也可以选用超负荷控制电路，还可以是由定时控制电路和超负荷控制电路组合而成的综合控制电路。
本实用新型与现有技术相比有如下优点1、结构简单，造价低。本实用新型仅采用一套与普通单相或三相感应系电度表相同的测量机构和积算机构，有利于与现有电度表统一标准，便于对现有电度表生产企业和产品进行改造，便于制造和维修。与采用多套测量和积算机构的复费率电力计费装置相比，本装置的造价可成倍降低。
2、使用便利，易于推广。本实用新型把各种负荷状态下不同计费率的电费记录在同一套积算机构上，不需另外计算，便于电费的收缴管理，能方便地应用于单相或三相民用和工业供用电系统。
3、可靠性高。本实用新型采用机械式积算机构，不会因停电和电磁干扰造成记录数据丢失和错误，既使控制电路发生故障，测量积算机构仍能继续工作。
4、推广使用本实用新型的复费率电力计费装置，实行电力高峰高价，有利于均衡电力系统的负荷，充分利用发供电设备的能力，还可以实行用经济手段控制电力负荷，鼓励节约电能。
附图的图面说明如下
图1是本实用新型的一个实施方案的结构示意图。
图2是电动永磁式磁场元件示意图之一。
图3是电动永磁式磁场元件示意图之二。
图4是电动永磁式磁场元件示意图之三。
图5是定时控制复费率计费装置的控制电路框图。
图6是超负荷控制复费率计费装置的控制电路框图。
本实用新型的实施方案可以结合附图进一步说明。
图1是本实用新型的一个实施方案，本方案采用了电磁式磁场元件。本装置中的测量机构［1］、铝制转盘［2］和积算机构［3］与普通感应系电度表完全相同。磁场元件［4］与普通电度表的区别在于，除了永久磁铁［5］之外，增加了控制线圈［6］以及相应的控制电路［7］。本装置的工作过程如下在正常负荷期间，控制线圈［6］没有电流通过，磁场元件［4］的制动磁通仅由永久磁铁［5］产生，相当于普通电度表的工作状态，穿过转盘［2］的制动磁通可记作φM0，计费装置以100％的计费率计费。在用电高峰时间，控制线圈［6］中的电流产生与永久磁铁［5］极性相反的磁场，合成磁场减弱，穿过转盘［2］的制动磁通减少为φM1。由公式1可知，在被测电路消耗的功率P相同的情况下，制动磁通φM减少，转盘［2］的转动角速度ω提高，积算机构［3］将按高于普通电度表的速度计数，实现在用电高峰时间以较高的计费率计费。在用电低谷时间，控制线圈［6］产生与永久磁铁［5］极性相同的磁场，合成磁场增强，穿过转盘［2］的制动磁通增加到φM2，转盘［2］的转动角速度ω降低，实现在用电低谷时间以较低的计费率计费。
本实用新型的计费装置还可以采用电动永磁式磁场元件改变穿过铝盘［2］的制动磁通。电动永磁式磁场元件可以采用三种方式调节制动磁通。第一种方式是改变磁场元件有效工作面积控制制动磁通，图2是这种方式的磁场元件示意图。在本方案中，磁场元件［4］固定在电动执行机构［8］的工作轴上。电动执行机构由微电机和传动变速机构组成，分为角行程型和直行程型两类，本方案为角行程型的。在用电高峰时间，永久磁铁［5］向转盘［2］外部移动，部分磁力线不再穿过转盘［2］，制动磁通减少，转盘［2］的转动角速度ω提高，实现按高峰计费率计费。第二种调节制动磁通的方式是改变磁场元件磁路的磁阻，图3是这种方式的磁场元件的示意图。在本实施例中，电动执行机构［8］为直行程型的，永久磁铁［9］为双磁通型的，分为上、下两部分，其上半部分安装在电动执行机构［8］的工作轴上。电动执行机构［8］根据电力系统负荷情况移动永久磁铁［9］，调整上、下两部分之间的气隙，改变磁场元件磁路的磁阻。气隙加大时，磁阻增大，制动磁通减少，转盘［2］的角速度ω提高，实现按高峰计费率计费。第三种调节制动磁通的方式是利用磁分路减少穿过转盘［2］的磁通，图4是这种方式的磁场元件示意图。在本实施例中，永久磁铁［9］的位置与图3相同，但其上、下两部分均固定不动，图中省略了其上半部分和转盘［2］。铁磁材料制成的磁分路块［10］安装在直行程电动执行机构［8］的工作轴上。在用电高峰时间，磁分路块［10］插入永久磁铁［9］的两极之间，由于磁分路作用，穿过转盘［2］的制动磁通减少，转盘［2］的角速度提高，实现按高峰计费率计费。
本实用新型中的磁场元件所用永久磁铁与普通电度表相同，可以是单磁通型的，如图1和图2中的永久磁铁［5］，也可以是双磁通型的，如图3和图4中的永久磁铁［9］。为了实现在用电低谷时间以低于普通电度表的转速计费，在采用电动永磁式磁场元件时，可以采用磁性更强的永久磁铁，或者如图2所示，另加一组产生附加制动磁场的永久磁铁［20］，增加总的制动磁通。
本实用新型中的控制电路［7］可以根据控制功能的要求选用普通的定时控制电路，也可以选用超负荷控制电路。图5是定时控制复费率计费装置的控制电路框图，本实施例采用电磁式磁场元件。数字钟电路［11］和时间译码电路［12］构成控制信号产生电路，在用电高峰时间和低谷时间输出相应的控制信号，经过功率放大电路［13］放大，改变控制线圈［6］中的电流大小及方向，实现复费率计费。数字钟电路［11］和译码电路［12］均为通用集成电路，也可以用普通的单片微处理机时间程序控制器取代数字钟电路［11］和译码电路［12］，产生控制信号。功率放大电路［13］可以采用互补推挽式功率放大电路或类似功能的集成电路，如某些专用微电机驱动集成电路。时钟显示电路［14］用于显示时间，可以使本装置兼有数字钟的计时和装饰作用。数字钟电路［11］还可配备微型蓄电池或干电池作为备用电源，供停电时维持计时。
图6是超负荷控制复费率计费装置的控制电路框图，本实施例采用微处理机控制电动永磁式磁场元件。负荷电流取样电路［15］是由通用运算放大器和整流滤波电路组成的，它以测量机构中的电流线圈两端的电压降为输入信号。由于电力系统供电电压基本不变，测量机构电流线圈上的电压降反映了负荷电流的大小，代表了用电负荷情况。微处理机［16］是具有模数变换功能的单片微处理机，例如INTEL 8022或MC 6805R2等单片微处理机或其它任何类似芯片。负荷电流取样电路［15］输出代表负荷状态的模拟信号，经过微处理机［16］模数变换，计算出一段时间(例如1分钟)多次取样的平均值，与额定负荷预置电路［17］提供的预定值比较，确定负荷状态。然后，微处理机把负荷状态与定位反馈电路［18］指示的执行机构的状态进行比较，根据比较结果发出控制信号。控制信号经功率放大电路［13］放大，送给电动执行机构［8］控制电动执行机构的运动，定位反馈电路［18］再把执行的结果反馈到微处理机的输入端口。额定负荷预置电路［17］可以采用拨盘开关等硬件，也可以用软件方法把预定值作为常数存在单片机内存中。定位反馈电路［18］是与电动执行机构的工作轴连接在一起的限位开关或编码盘，可以用机械触点式、光电式或其它类似装置。
本实用新型的超负荷控制复费率计费装置，如果再接入数字钟电路，或者利用微处理机的定时计数电路提供定时信号，由微处理机判断时间，就构成了能在不同时间和不同负荷状态下以不同的计费率计费的综合型复费率计费装置。
权利要求1.一种复费率电力计费装置，由感应系电度表的测量积算机构[1]、[2]、[3]和磁场元件[4]组成，其特征在于磁场元件[4]包含有磁通调节元件，能够改变通过转盘[2]的磁通而改变积算速率。
2.权利要求1所述的电力计费装置，其特征在于所说的磁通调节元件是安装在磁场元件［4］上的控制线圈［6］。
3.权利要求1所述的电力计费装置，其特征在于所说的磁通调节元件是与磁场元件［4］联接在一起的电动执行机构［8］。
4.权利要求1所述的电力计费装置，其特征在于所说的磁通调节元件是由电动执行机构［8］和置于磁场元件磁路中的铁磁材料制成的磁分路块［10］构成的。
专利摘要一种复费率电力计费装置，适用于工业及民用电力系统计量电费。本装置由感应系电度表的测量积算机构和可以改变制动磁通的磁场元件构成，利用控制线圈或电动执行机构调节穿过测量机构转盘的制动磁通，改变积算速率，实现复费率计费。采用本装置能够改善电力系统的供电平衡，节约电能，可广泛应用于供用电系统。
文档编号G01R11/00GK2065760SQ8920573
公开日1990年11月14日 申请日期1989年6月19日 优先权日1989年6月19日
发明者曲声波 申请人:曲声波