专利名称：工频基波电子电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型属电力测量仪表领域，是一种能准确计量被谐波污染了的电源输出能量的电能表。
目前，供电系统中存在着许多非线性负载，它们将发电机供给的一部分基波功率转换成谐波功率反送给系统，形成对系统的“谐波污染”。在非线性支路中，谐波潮流与基波潮流相反，现在安装在用户的感应式电度表，累计的是正基波电能与负谐波电能的代数和，电度表读数总是要少于基波电量，但这种表若安装在线性用户，其读数又会大于基波电量。还有一种静止型(电子式)电能表，由于频带比感应式电能表宽，反应谐波功率更充分，因此，对于这两种计量的不合理性将暴露的更加充分。显然，这两种电能表都不能在波形畸变状态下，准确计量电能。
本实用新型的目的就是提供一种在有高次谐波污染、波形畸变的情况下，能准确计量出其工频基波电量的基波电子电能表。
本实用新型的设计是这样的它设有n个相电压、电流采样电路；n个相电压、电流信号基波选通输入电路；n个相电压、电流信号模拟乘电路；1个求和积分电路和V／F转换及数码显示电路所组成。相电压、电流采样电路是由仪用电压互感器、电流互感器和电流取样电阻所组成；相电压、电流采样信号基波选通输入电路是由形式与参数完全一样的两组8阶有源低通滤波器所组成；相电压、电流信号模拟乘电路是由两个运算放大器和9个晶体管及必要的电容电阻构成的时分割的乘法器，其分割频率为10KHZ，是由输出为10HZ的节拍脉冲发生器来提供的；求和积分电路是由一个运算放大器和电阻、电容组成的积分器；V／F转换及数码显示电路是采用常规V／F转换集成块及液晶数码管；它们的联接关系是仪用电压互感器的原边两端接至被测相的电压火线与0线，其付边一端接地，另一端为输出端接至作为跟随器的一个运算放大器的同相输入端，跟随器的输出端接至电压信号的有源低通滤波器的第一阶运算放大器的输入电阻前端；电压信号有源低通滤波器的末阶运算放大器的输出端经一电压跟随器和输入电阻接至相电压、电流时分割乘法器的电压信号运算放大器的同相输入端；仪用电流互感器的付边两端接一取样电阻，取样电阻一端接地，另一端为输出端，接至电流信号的有源低通滤波器的第一阶运算放大器输入电阻的前端，电流信号的有源低通滤波器末阶的输出端经输入电阻电容接至相电压、电流时分割乘法器的电流信号运算放大器的同相输入端；节拍脉冲发生器的同相输出端经输入电阻也接至乘法器电压信号运算放大器的同相输入端；每个相电压、电流乘法器有一个输出端，n个相电压、电流乘法器的n个输出端都接至积分器的同相输入端，积分器的反相输入端经电阻接地；积分器的输出端接至V／F转换器的电压信号输入端，积分器的f输出端接至液晶数码管。若n等于3就构成三相基波电子电能表；若n等于1，就构成单相基波电子电能表。在相电压、电流信号基波选通输入电路中，调整图2中的、电阻R18和R18’，通频为50HZ，即它的基波频率选为50HZ，就构成适用于工频定为50HZ地区的电网。若使它的基波频率选为60HZ，就构成适用于工频定为60HZ地区电网的工频基波电子电能表。
图1。相电压、电流取样原理电路图图中PTA－相电压仪用互感器CTA－相电流仪用互感器R57－电流取样电阻TB1－取样相电压波形测试端子TB2－取样相电流波形测试端子图2。相电压、电流信号基波选通输入原理电路图图中A1－运算放大器A2～A5－运算放大器A2’～A5’－运算放大器A6，A6’－运算放大器C1～C8－电容C1’～C8’－电容R1～R19－电阻
R1’～R19’－电阻TB2－相电压选通输入电路测试端子TB5－相电流选通输入电路测试端子图3。相电压、电流信号模拟乘电路图中A7、A8－运算放大器C9－电容C10，C11－电容T1～T4－晶体三极管T5～T9－单结晶体管R20～R54－电阻TB3－乘法器零输入时波形测试端子图4。(a)乘法器节拍脉冲发生器原理电路图图中YF－与非门集成块Z－石英晶振子C14、C16－电容C15－可调电容R55、R56－电阻TB6－节拍脉冲发生器输出测试端子图4。(b)求和积原理电路图图中A9－运算放大器A13－积分电容R45～R50－电阻图4。(c)V／F转换器及数码显示电路图中V／F－V／F转换集成块R51、R53－电阻R52－可调电阻图4，(d)全机直流电源示意图图5。各测试端子处的波形图(a)TB1、TB4为图1中相电压、电流取样信号波形图；(b)TB2(t)、TB5(t)为图2中选通输入电路测试端子处相电压、电流基波波形图；(c)TB3(t)乘法器零输入时测试端子处波形图；(d)TB6(t)节拍脉冲发生器输出端子处波形图；(e)TB7(t)电压信号转为频率的脉冲输出波形图。
本实用新型的优点是1.具有基波选通输入方式的有源滤波电路，结构简单，调整容易，适用范围广(50HZ、60HZ)；2.在有高次谐波污染、波形畸变情况下能准确估计量出工频基波电能，综合误差≤0.5％。
下面用实施例对本实用新型做进一步说明实施例1三相工频基波电子电能表，其原理电路图由图1～图4示出。图1是相电压、电流取样电路图，图中PTA代表采取A相电压信号的仪用电压互感器，其误差≤±0.05％。PTA－1.2为原边，分别接在被测电源的A相火线和零线上，PTA－3.4为付边，PTA－4工作接地。PTA－3接至运算放大器A1的同相输入端A1－2。A1的反相输入端A1－3与输出A1－6短接，成为电压跟随器，其输出端A1－6接至图2中输入电阻R1－1，同时引出测量端子TB1。CTA代表采取A相电流信号的仪用电流互感器，其误差≤±0.02％。CTA－1.2为原边，串接在A相相线中，CTA－3.4为付边，两端并接一取样电阻R57，R57－2端及CTA－4端工作接地，R57－1端及CTA－3端接至图2中输入电阻R1－1，同时引出接示波器的端子TB4。B相、C相的电压、电流取样电路与图1相电压、电流取样电路图完全相同。TB1和TB4点的示波图是在图5中TB1(t)、TB4(t)示出的被谐波污染的、畸变的电压、电流取样信号波形图。图2是相电压、电流信号基波选通输入电路图。图中A2～A6，A2′～A6′为运算放大器，其中A2～A5和A2′～A5′与电容C1～C8，电阻R2～R19和电容C1′～C8′，电阻R2～R19′组成常规的8阶有源巴特斯滤波器，其作用是充分衰减被测畸变信号中的高次谐波分量。A6和A6为跟随器。调节R18和R18′可改变滤波器基波通带的频率。A1～A6运算放大器都采用中增益、低漂移组件。所有电容都采用温度系数小，漏电小的聚苯乙烯电容。所有电阻都采用金膜电阻。滤波器误差≤±0.3％。电压信号从上边的输入电阻R1－1接入，经滤波器后从A6－1输出，接至图3中的R20－1。电流信号从下边的输入电阻R1－1接入，经滤波器后从A6－1输出，接至图3中的R37－1。在A6－6和A6－6处各引出一个接示波器的端子TB2和TB5。其波形图TB2(t)和TB5(t)在图5(b)中示出。B相、C相的电压、电流信号基波选通输入电路与A相的完全相同。图3是相电压、电流信号模拟乘电路图，它是由两个运算放大器A7、A8和9个晶体管T1～T9以及必要的电容C9～C12和电阻R20～R44构成时分割的乘法器，其分割频率为10KHZ，是由图4(a)所示的输出脉冲频率为10KHZ的节拍脉冲发生器来提供的。A7和A8采用高增益、低漂移、低失调的自动稳零放大器，T5～T9采用结形场效应晶体管，常规接成提高输入、输出阻抗的电路，T1～T4采用普通晶体三极管，常规接成提供T5～T9的驱动功率电路。A7的反相输入端A7－3经电阻R25接地，其同相输入端A7－2经输入电阻R20与图2的电压滤波器输出端A6－6端相接，经另一输入电阻R21与节拍脉冲发生器÷20－Q联接，还经R22与工作负电源－V相接。A8的反相输入端A8－3经并接的R40和C12工作接地，同相正输入端经R37接至图2的电流滤波器输出端A6－6。整个乘法器从T9－2端输出，接至图4中的A9－2端。从A7－6端引出一接示波器的端子TB3。在乘法器零输入时的波形TB3(t)由图5(C)示出。乘法器的误差≤±0.1％。图4(a)是节拍脉冲发生器原理电路图。它是由石英晶振Z，与非门集成块YF，电容C14～C16电阻R55、R56和除法器集成块÷20所组成。常规接法组成输出频率为10KHZ的节拍脉冲发生器，调节C15可微调输出频率，从÷20－Q端输出，并引出一端子TB6接示波器用。此输出端同时接至A相、B相、C相三相乘法器的R21－(A)。R21－1(B)、R21－1(C)输入端。TB6点的波形由TB6(t)图5(d)示出。图4(b)是求和积分原理电路图，由一个高增益、低漂移、低失调、自动稳零运算放大器A9和电容C13、电阻R45～R50所组成的常规求和积分器。A9的反相输入端A9－3经电阻R47接地。其同相输入端A9－2与A相、B相、C相的电压、电流乘法器输出端，T9－2(A)，T9－2(B)，T9－2(C)相接。求和积分器的输出端A9－6接至图4(C)的V／F－E输入端。图4(C)为V／F转换和数码显示电路，该电路的误差≤±0.02％。V／F转换采用常规V／F转换集成块及液晶数码管。在V／F转换输出V／F－f处到示波器端s，TB7其波形TB7(t)为图5(e)所示，图4(d)为全机直流电源示意图。
本实施例的综合误差为≤±0.5％。
实施例1的工作过程是将电能表的三相仪用电压、电流互感器的原边分别接到被测的三个相线上。A、B、C三相电压取样信号分别送至A、B、C三相电压滤波器；而ABC三相电流取样信号也分别送至A、B、C三相电流滤波器，而ABC三相电流取样信号也分别送至A、B、C三相电流滤波器，调节R18及R18′使通带频率为50HZ或60HZ，则A、B、C三相电压滤波器的输出都只输出50HZ或60HZ电压的基波，其他高次谐波都被滤掉。A、B、C三相电流滤波器的输出都只输出50HZ或60HZ电流的取样电压基波，其他高次谐波也被滤掉，这个电压基波信号及电流基波信号分别送至A、B、C三相乘法器，分别计算出A、B、C各相所用的电能。从A、B、C三相乘法器中输出的则是A、B、C三相的电能信号，同时接到求和积分器中，经求和积分运算，其输出为三相总的电能。再经V／F转换送至数码显示器，读出的电能即是三相工频(50HZ或60HZ)基波电能的读数。
实施例2单相基波电子电能表。此电能表只有图1至图3的A相电压、电流取样电路，A相电压、电流滤波电路和A相电压电流信号的模拟乘电路，保持三相电能表中的求和积分电路脉冲频率发生器和V／F转换数码显示电路其接线与三相电能表中的A相接线完全相同。只是在图4(a)中Q输出只有一条线接到R21－1(A)接至与图4(b)中A9－2端没有T9－2(B)和T9－2(C)的输入而只有一个T9－(A)接入。其他都与三相的接法一样。
权利要求1.一种工频基波电子电能表，是由仪用电压电流互感器，运算放大器、单结晶体管、模数转换器、与非门节拍脉冲发生器，以及电阻、电容等电子器件所组成，其特征在于它构成了n个相电压、电流采样电路；n个相电压、电流信号基波选通输入电路；n个相电压、电流信号模拟乘电路；1个求和积分电路和V/F转换及数码显示电路，相电压、电流采样电路是由仪用电压互感器、电流互感器和电流取样电阻所组成；相电压、电流信号基波选通输入电路是由形式与参数完全一样的两组8阶有源低通滤波器所组成；相电压、电流信号模拟乘电路是由两个运算放大器和9个晶体管及必要的电容电阻构成的时分割的乘法器，其分割频率为10KHZ，是由输出为10HZ的节拍脉冲发生器来提供的；求和积分电路是由一个运算放大器和电阻、电容组成的积分器；V/F转换及数码显示电路是采用常规V/F转换集成块及液晶数码管；它们的联接关系是仪用电压互感器的原边两端接至被测相的电压火线与0线，其付边一端接地，另一端为输出端接至作为跟随器的一个运算放大器的同相输入端，跟随器的输出端接至电压信号的有源低通滤波器的第一阶运算放大器的输入电阻前端；电压信号有源低通滤波器的末阶运算放大器的输出端经一电压跟随器和输入电阻接至相电压、电流时分割乘法器的电压信号运算放大器的同相输入端；仪用电流互感器的付边两端接一取样电阻，取样电阻一端接地，另一端为输出端，接至电流信号的有源低通滤波器的第一阶运算放大器输入电阻的前端，电流信号的有源低通滤波器末阶的输出端经输入电阻电容接至相电压、电流时分割乘法器的电流信号运算放大器的同相输入端；节拍脉冲发生器的同相输出端经输入电阻也接至乘法器电压信号运算放大器的同相输入端；每个相电压、电流乘法器有一个输出端，n个相电压、电流乘法器的n个输出端都接至积分器的同相输入端，积分器的反相输入端经电阻接地；积分器的输出端接至V/F转换器的电压信号输入端，积分器的f输出端接至液晶数码管。
2.如权利要求1所述的工频基波电子电能表，其特征在于它的相电压、电流信号基波选通输入电路中，设有调节基波通带频率的电阻R18及R18’。
3.如权利要求1或2或3所述的工频基波电子电能表，其特征在于n等于3，就构成三相基波电子电能表。
4.如权利要求1或2或3所述的工频基波电子电能表，其特征在于n等于1就构成单相基波电子电能表。
专利摘要一种工频基波电子电能表，属电力测量仪表领域。它是用运算放大器等电子器件组成n个相电压、电流采样电路；n个基波选通输入电路；n个信号模拟乘电路；1个求和积分电路，再经数码显示器上直读被测电能。取n＝3或1时，可制成三相或单相工频基波电能表。它是一种在有高次谐波污染、波形畸变情况下，能准确计量出其工频基波电量的电能表。此表的综合误差≤±0.5％。
文档编号G01R22/00GK2164053SQ9320636
公开日1994年5月4日 申请日期1993年3月19日 优先权日1993年3月19日
发明者裴学元 申请人:湖北省电力试验研究所