专利名称：多功能单相电度表的制作方法
技术领域：
本发明属于电力计量技术领域，特别是一种多功能单相电度表。
目前，使用的单相电度表只有电度计量一种功能，并且存在易因过负荷而致电流线圈烧毁和便于不法用户窃电等缺点。
本实用新型的目的是提供一种既具有电度计量，又具有触(漏)电保安，限量供电，对抗窃电，过压保护等多种功能的电度表。
本实用新型是对现有单相电度表的改进，在现有单相电度表的基础止，增加了电子线路，它包括电源电路(1)，传感、放大，控制电路(2)，电子开关电路(3)，过压保护电路(4)，另外在单相电度表接线端钮盒处增设一上盖6，上盖6上设有与端钮盒接线孔7错开的穿线孔8(图3、图4)。
在电子线路中，单相220V交流电的火线HX接电度表的接线端钮1，零线OX接端钮4，进入过压保护电路(4)。通过保险丝BX1、BX2导线穿过传感、放大、控制电路(2)中的零序电流互感器LH后，火线接电度表的电流线圈L。电流线圈L以后分成两路，一路去为放大控制部分供电的电源电路(1)；另一路去电子开关电路(3)。零线则在穿过LH后直接接这两部分。火线经电子开关电路(3)中的BG6后到接线端钮3，然后通过导线接到用电器；零线则经电子开关电路(3)中的BG5后到接线端钮5，再通过导线到用电器。
为放大控制部分供电的电源电路(1)的输出，也就是电容器C8两端的电压，则接到传感放大控制电路(2)，为其供电。放大控制部分将接收到的信号进行一番处理后，由集成电路IC1的输出端去控制电子开关电路(3)。电子开关电路(3)的控制信号输入端与为放大控制部分供电的电源电路(1)的控制信号输入端相串联。其中，在为放大控制部分供电的电源电路(1)中，电阻R17、R18同时接于电度表电流线圈L的输出端。电阻R18另一端接三极管BG4的集电极，与BG4成一串联电路；电阻R17与稳压二极管DW2成为另一串联支路；在R17与DW2的连接点再引出又一串联支路，即光耦器GO1次级，电阻R15、电容C7。其中在GO1次级负端与R15间接一电阻R16到三极管BG4基极。上述三条串联支路的末端连在一起，共同接半波整流二极管D5的正极端。D5的负极端接滤波电容C8正极，C8负极接220V交流穿过零序互感器后零线。稳压二极管DW3并联在电容C8上，对C8上所充电压进行稳压。
光电耦合器GO1的初级，负端接零线，正端通过R23接电子开关电路(3)中的GO4。传感、放大、控制电路(2)内；数字集成电路IC1的VDD端和VSS端分别接为放大控制部分供电的电源电路(1)中的电容C8两端，以取得能源。C8上较为稳定的电压再经电阻R10、稳压二极管DW1组成的第二级串联稳压电路进一步稳压，这个更为稳定的电压从DW1上输出；供给由三极管BG1、BG2、BG3及其外围元件组成的放大电路使用。零序电流互感器LH的次级线圈接电容器C1，以接收信号并滤除干扰。箝位二极管D1、D2反向并联后与电阻R1串联接在LH次级两端。D1、D2热端经电容C2接到三极管BG1基极，电阻R3是BG1负载，R2从BG1集电极接到其基极提供电压负反馈型偏置。电容C3接在BG1集电极与BG2基极之间做耦合元件。热敏电阻R7与电阻R6并联后再与R5、R9相串联，构成温度补偿电路并联在电源(DW1)两端。电阻R4从R5、R9中间接到三极管BG2基极以提供偏流，并对BG2的穿透电流进行温度补偿。电阻R8一端接正电源，一端接BG2集电极，是BG2的负载，电容C4并联在R8两端。三极管BG3与BG2的导电类型正相反，BG3的基极与BG2的集电极直接相连。BG3的集电极接电位器W1，W1的中心滑臂接隔离二极管D3的正极，D3的负极接限流电阻R13，R13接到可控硅VS1的控制极。电阻R14与电容C6并联后接在可控硅的控制极与阴极之间，以消除干扰。可控硅VS1的阳极接数字集成电路IC1的输入端，阴极接IC1的VSS端。电阻R12与电容C5相串联后又并接在IC1的输入端与VSS端之间，为IC1输出低电位后开始提供延时时间。电阻R11接在集成电路IC1输入端与其VDD端之间，一方面将IC1输入端拉到高电位；另一方面又给C5提供充电通路。IC1的输出端接到电子开关电路(3)中的光电耦合器GO2的初级正端。
电子开关电路(3)内D7、D8、D9、D10四只大功率二极管组成全波桥式整流电路。这个全桥的四个端点中，二极管D8、D10共阴极端接V-MOS场效应管BG5的漏极；二极管D7、D9共阳极端接取样电阻R25，R25的另一端接BG5的源极，其余两端点，也就是D7、D8及D9、D10各自的连接点分别接220V单相交流电的零线及接线端钮5。稳压二极管DW4两端接V-MOS管BG5的源极及栅极，以资保护。光电耦合器GO2的次级电容C9、电阻R22相并联，这个并联回路的负极接前述整流桥中D7、D9的共阳端，正极接BG5栅极。D6是一小功率整流二极管，它的正极接电度表电流线圈L的输出端，负极接电阻R21。D6、R21及R22相串联，R21与R22将D6整流后的正电压分压到合适的值，供给V-MOS管BG5的栅极做偏压。电子开关电路(3)中的另一路，二极管D12、D13、D14、D15及V-MOS管BG6等，与前述BG5等的电路组成完全相同。有别之处仅在于D12、D13及D14、D15各自的连接点，分别接电度表电流线圈L的输出端和接线端钮3；且偏压整流二极管D11正极则接零线。取样电阻R25及R29的两端，分另并联着光电耦合器GO3、GO5的初级，电阻R24、R28串联在光耦初级回路中以限流。GO3次级正极端与GO5次级正极端并联后接电阻R19，R19的另一端接电源电路(1)中滤波电容C8的正极；GO3、GO5各自次级的负极端并联后接电位器W2，以便监视电度表的负荷情况。输出的控制信号经W2的中心滑臂接隔离二极管D4正极，D4负极接限流电阻R13、R13接到可控硅VS1控制极。在额定电流较大的电度表中，电子开关电路(3)部分电路有所变化，(参考图2)在取样电阻R25(R29)与V-MOS管BG5(BG6)源极之间串入一电阻RY，RY与R25(R29)之间接入大功率可控硅VS2(VS3)的阴极，VS2(VS3)阳极接V-MOS管漏极，而电阻RK则一端接可控硅控制极，另一端接V-MOS管源极。当然，V-MOS管型号有变，可换用功率较小的。
光电耦合器GO2与GO4各自的初级相串联后，正端接放大、控制电路(2)中数字集成电路IC1的输出端；负端接R23。R23的另一端去电源电路(1)中的光电耦合器GO1的初级。
过压保护电路(4)中，220V单相交流电火线HX至接线端钮1，接到保险丝BX1；220V零线OX至接线端钮4，接到保险丝BX2。在保险丝BX1、BX2的另一端，接有压敏电阻YM2。压敏电阻对浪涌电压吸收好，响应时间极快，仅数十毫微秒，一旦有足以造成危害的过压出现，立即使保险丝熔断，保护了电度表。YM3接在端钮5及BX2、YM2连接点之间，而电子开关电路(3)中的D7-D10全桥及BG5等一路，也正是接在这两点上，实则与YM3并联，所以YM3对D7-D10、BG5等组成的这一路起保护作用。YM1接在端钮3及BX1、YM2连接头之间，实际上电子开关电路(3)中的D12-D15全桥也是接在这两点上(D12、D13端通过电度表电流线圈L至BX1、YM2连接点，L线径粗匝数少，影响可忽略不计)，所以，YM1对其起保护作用。另外，在干簧管GH两端还设有用来扩展功能的接线端子A和B。
由于本实用新型保留了原单相电度表的结构和性能，又增设了电子开关电路(3)，电源电路(1)，传感、放大、控制电路(2)，过压保护电路(4)及增加了上盖6，所以它不但具有电度计量功能，而且具有触(漏)电保安、限量供电，对抗窃电、过压保护等优点，是一种将多功能集于一身的新型电度表。
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型。
图1为本实用新型的电路图；图2为5安以上电子开关电路局部电路图3为本实用新型端钮盒结构图；图4为图3A-A剖视图。
附图所示的实施例的结构及工作原理为交流220V单相电经R17、DW2被D5半波整流对C8充电，再由DW3稳压后给BG1、BG2、BG3、IC1等放大、控制部分供电。由于光电耦合器GO1尚未工作，BG4无偏流，故呈截止状态，R18不参与导电。在一切正常的情况下，放大、控制部分工作在静态，耗电极微，不足3毫安，R17就限制其电流在这个数值上，以确保整个电路低的功耗。
同时，IC1的输入端被R11拉到高电位，因而其输出为低电平，故光电耦合器GO2、GO4、GO1均不工作。GO1不工作，电源部分的情况仍如前所述；GO2、GO4不工作，次级呈开路状态，220V交流电被D6、D11半波整流分别经R21、R26对C9、C10充电，C9、C10上的正电位使V-MOS场效应管BG5、BG6等组成的电子开关导通。DW4、DW5起保护作用，防止BG5、BG6的栅、源极间被可能出现的高电压击穿。
在整个电度表电路中，电流按下述路线构成回路220V单相交流电火线HX经接线端钮1→保险丝BX1→零序电流互感器LH→电度表电流线圈L→ →端钮3→用电器；交交流电零线OX经端钮4→保险丝BX2→零序电流互感器LH→ →端钮5→用电器；就这样，火线与零线各自通过自己的渠道将电压加在用电器上。正常情况下，穿过零序互感器的火线、零线中的电流相等，方向相反，磁力线相互抵消，故LH次级无信号输出，放大与控制部分仍在静态，对供电没有任何影响。
但在某些情况下，火线、零线中的电流不相等，这时磁力线不能抵消，LH次级将输出交流信号，经R1、C2送到BG1的基极。这里，D1、D2起箝位作用，使加到BG1基极的信号无论如何都不超过0.6V，以免BG1损坏。C3将BG1放大后的信号送给BG2，因BG2被偏置在特性曲线的起始部分，集电极电流极小，信号负半周到来时BG2截止，电流变化极微；正半周到来时，集电极电流大幅度增加。C4滤除交流成分，直流成分在R8上形成电压降，再被BG3放大后，在W1上输出作为控制信号。R5、R6、R7进行温度补偿，以抑制因BG2穿透电流随温度变化而造成的BG3输出的不稳定。W1中心滑臂输出的控制信号经隔离二极管D3以及R13，送到可控硅VS1的控制极，令VS1导通。R14、C6可消除干扰。VS1导通后，一方面将C5储存的电能通过R12放尽；以保证延时的准确性；另一方面使IC1输入端成为低电平。因而IC1的输出端立即跃升为高电平，GO2、GO4、GO1马上工作，这三个光电耦合器的次级均导通。GO2、GO4次级的导通，使BG5、BG6失去正偏置而截止，切断电流通路停止对用电器供电。停止供电时间的长短，取决于R11、C5的时间常数。
另外，GO1次级的导通，将R17提供的电流分成了三路第一路仍通过DW2向D5、C8供电；第二路通过R15对C7充电；第三路通过R16为BG4提供偏流，BG4导通，于是，R18便与R17、DW2回路并联，对C8的充电电流大增。这样做的目的在于IC1静态时，也就是输出为低电平时耗电极微，R17提供的微弱电流足够应用；而当IC1输出为高电平时，耗电增大数倍，一开始的瞬间C8上储存的电能释放还可应付，随即电压便迅速下降，造成工作不稳定，这是不能充许的。而R18的参与导电从根本上改善了这一状况，使供电电压基本没有变化。随着R11对C5的充电过程即将结束，也就是延时时间的终结，IC1输入端又恢复高电平，其输出端又跃变为低电平，GO1等又要停止工作，而这时C8上的额定工作电压还未建立起来。这里巧妙的利用C7上所充有的电荷，通过R15、R16向BG4提供偏流，使BG4再维持导通一段时间。不过，这个导通不是恒定的，而是随着C7放电的减弱，由导通逐渐向截止转化，对C8的充电电流逐渐减小。这种变化正迎合了IC1输出端由高电平转化为低电平，放大控制部分由动态转变为静态时耗电逐渐减少的趋向，而使C8上的工作电压始终保持稳定。简而立之，当不需要较大工作电流时便只提供微弱电流以降低功耗；而需要较大工作电流时又毫不吝啬的满足供应，上述就是本电源电路的别具一格之处。
在电子开关电路中，具有防过负荷功能。R25、R29上的电压降反映了用电器的负荷情况，一旦超过额定值，便通过R24、R28令GO3、GO5开始工作。GO3、GO5次级的输出反映在W2上，通过隔离二极管D4、R13令可控硅VS1导通，又如前述导致电子开关BG5、BG6关闭。不但限制了负荷，减低到规定用电量，而且保护了电度表电流线圈免遭焚毁。
当有人将入表外线改接，即将正规的入表火线、零线对调，另设窃电用地线进行窃电时，只要企图窃电者将外线做完手脚，刚要开始窃电的一瞬间，零序电流互感器LH的次级就感应出信号，又如前所述，通过各单元之间的连锁动作，立即将电源切断，使其阴谋落空。由于本实用新型内部所用都是电子元件，不象机电开关那样有惰性，动作时间仅为几到十几毫秒，可以说窃电者一点油水也揩不到。
与上述情况相似，若有人不慎触电或家用电气设备发生漏电，本实用新型也会把电源切断，免遭危险。动作灵敏度由W1调整，可使动作起始值为30毫安或更低，甚至只有几个毫安，可远优于国际电工委员会(IEC)规定的触保器动作特性不劣于30MA秒的标准。
若有人将电度表的进线与出线对调，企图使电度表反转以行窃电，在本实用新型中也不能如愿以偿，因为那样做电路不通。
再有一种窃电方式是在电度表外置一强磁场，干扰电度表的工作使之运转不正常而窃电。可是本实用新型亦设有磁敏感触发元件，只要窃电者将强磁场靠近电度表，干簧管GH1-GH4就吸合，触发可控硅，同样引致电子开关切断电源。
还有一种令人恼火的窃电方式是将一小段硬质导线弯成“U”形，插入电度表的1、3接线孔，其实质就是将电度表的电流线圈短路，使电流不通过或只有少部分通过电流线圈，引致转盘不转或跑慢而行窃电；当无需窃电时将“U”形短路线拔除。可这一伎俩在本实用新型中也不能得逞，因为这样火线、零线在零序电流互感器中电流不等，磁力线不能抵消而引致电子开关切断电源。为了双重保险，本实用新型在外壳结构上特殊设计，使在电度表端钮盒上增设上盖6，上盖6的穿线孔8与接线孔7错开，因此，“U”形短路线根本无法插入。另外，功能扩展端子A和B，可用来扩展其他功能。若在此处接入遥控元件，即可对停、供电实现遥控；若接入烟雾敏感元件，在发生火灾时便自动切断电源……最后，为了防止偶然因素造成的过电压损坏电度表及家用电器，本实用新型设有过电压保护元件，YM1、YM2、YM3及保险丝BX1、BX2(参见图1)若有足以造成危害的过电压出现时，保险丝即行熔断，只要更换保险丝即可。
由于本实用新型是在原电度表基础上改进的，所以仍保持原有的计量功能和该部分原有的性能。
主要元器件型号、规格(不同额定电流的电度表，其部分元件有所不同，现以2.5A电度表为例)BG1、BG2 9013 0.625W 0.5A.30VBG39012 0.625W 0.5A.30VBG4BF4691W250VBG5、BG6 IRF840N 8A500V 0.85Ω125WVS1MCR100-61A400VGO1-GO54N25IC1CD4069
权利要求1.一种多功能单相电度表，它包括现有的单相电度表的结构构造，其特征在于它增设了电源电路(1)，传感、放大、控制电路(2)，电子开关电路(3)，过压保护电路(4)，及单相电度表接线端钮盒的上盖(6)；其中，电源电路(1)中，电阻R17、R18同时接于电度表电流线圈L的输出端，电阻R18另一端接三极管BG4集电极，与三极管BG4成一串联支路；电阻R17与稳压二极管DW2为另一串联支路；在电阻R17与稳压二极管DW2连接点再引出光电耦合器GO1次级、电阻R15、电容C7又一串联支路，其中光电耦合器GO1次级负端接一电阻R16到三极管BG4基极，以上三条串联支路未端连在一起共同接二极管D5正极，D5负极接滤波电容C8正极，电容C8负极接零线，稳压二极管DW3与电容C8并联，光电耦合器GO1初级负端接零线，正端接电子开关电路(3)中光电耦合器GO4；在传感、放大、控制电路(2)内，数字集成电路IC1的VDD和VSS端分别接电源电路(1)中的电容C8两端，输出端接电子开关电路(3)中光电耦合器GO2初级的正端，可控硅VS1的阳极接集成电路IC1输入端，阴极接VSS端，电阻R14与电容C6并联后接在可控硅VS1控制极与阴极之间，电阻R12、电容C5串联后并联在集成电路IC1输入端与VSS端之间，电阻R11下接集成电路IC1输入端，上接VDD端；电子开关电路(3)内，其中一路的整流全桥的共阴极端接V-MOS管BG5漏极；共阳极端接取样电阻R25，电阻R25另一端接V-MOS管BG5源极；其余两端点分别接零线及接线端钮5，稳压二极管DW4两端接V-MOS管BG5源极及栅极，光耦器GO2的次级、电容C9、电阻R22相并联，该并联回路负极接整流全桥共阳极端，正极接V-MOS管BG5栅极，二极管D6正极接电度表电流线圈L输出端，负极接电阻R21，电阻R21另一端接V-MOS管BG5栅极，电子开关电路(3)中的另一路与前一路的电路组成完全相同，有别之处仅在于全桥共阴、共阳之外的其余两端点，分别接电度表电流线圈L输出端和接线端钮3，且偏压整流二极管D11正极接零线，光耦器GO3、光耦器GO5初级各自串联一限流电阻后分别并联在取样电阻R25及取样电阻R29两端，该两光耦器次级同极性并联后，正极端接电阻R19，电阻R19另一端接电源电路(1)中电容C8正极，负极端接电位器W2，电位器W2另一端接零线，中心滑臂接隔离二极管D4正极，二极管D4负极接限流电阻R13，电阻R13另一端接可控硅VS1控制极，在额定电流较大的电度表中，电子开关电路(3)的部分电路改变为在取样电阻与V-MOS管源极之间串入一电阻RY，电阻RY与取样电阻的连接点接入大功率可控硅阴极，该可控硅阳极接V-MOS管漏极，可控硅控制极接一电阻RK，电阻RK另一端接V-MOS管源极；光耦器GO2与光耦器GO4的初级相串联后，正端接放大控制电路(2)中的集成电路IC1输出端；负端去电源电路(1)中的光耦器GO1初级，压敏电阻YM3接在端钮5及保险丝BX2、压敏电阻YM2连接点之间，实则与D7-D10全桥并联，压敏电阻YM1接在端钮3及保险丝BX1、压敏电阻YM2连接点之间，实则通过电度表电流圈L与D12-D15全桥并联，在过压保护电路(4)中，220V单相交流电火线HX至接线端钮1，再接保险丝BX1，零线OX至接线端钮4，再接保险丝BX2，在保险丝BX1、保险丝BX2的另一端接有压敏电阻YM2，压敏电阻YM3接在端钮5及保险丝BX2，压敏电阻YM2连接点之间，压敏电阻YM1接在端钮3及保险丝BX1、压敏电阻YM2连接点之间。
2.根据权利要求1所述的多功能单相电度表，其特征在于上述的单相电度表接线端钮盒上盖(6)，在上盖(6)上，设有与端钮接线孔(7)错开的穿线孔(8)。
3.根据权利要求1所述的多功能单相电度表，其特征在于干簧管GH两端还设有扩展功能的接线端子A和B。
专利摘要一种多功能单相电度表，它是对现有单相电度表的改进，增设了电源电路，传感、放大、控制电路，电子开关电路，过压保护电路以及增加了电度表接线端钮盒的上盖，这样，本实用新型不但具有电度计量的功能，而且具有触(漏)电保安，限量供电，对抗窃电，过压保护等多种功能，本装置还设有扩展功能的接线端子A和B，是一种理想的单相电度表。
文档编号G01R11/24GK2237245SQ9523354
公开日1996年10月9日 申请日期1995年3月30日 优先权日1995年3月30日
发明者杨锡福, 张贵岚, 杨兴旺, 杨繁荣 申请人:杨锡福