专利名称：一种三相四线电子式分相计量电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能表，尤其是一种三相四线电子式分相计 量电能表。
背景技术：
目前市场上所使用的三相电子式电能表，参考图1可知，由电流 和电压采样单元、专用计量集成电路、计度器、电能脉冲输出指示灯、
测试输出端口、远动脉冲输出和辅助电源等构成；被测三相电压和三 相电流经各自的采样单元电路变换成适当的信号，输入到专用计量集 成电路，经过一系列运算，转换为与被测三相功率成比例的频率脉冲 信号，经分频后驱动步进电机计度器，从而实现三相电能计量。
上述的三相电子式电能表，由于结构上和计量原理的限制，只能 显示三相的总电量之和，不能分别计量分相(每一相)电量及其分相 (每一相)的反向电量，不能计量缺相时间，不能进行远程通讯，功 能也很单一，而且容易被窃电(电流反向窃电)。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能分别计量和显示三相的正向 总电量、三相的反向总电量、正向的分相电量、反向的分相电量，能 显示每一相的缺相时间，总的缺相时间具有通讯功能又能防窃电的三 相四线电子式分相计量电能表。
本实用新型是通过如下方案实现的 一种三相四线电子式分相计 量电能表，包括电流采样单元、电压采样单元、LED显示单元，其 特征在于所述的三相四线电子式分相计量电能表还包括三组信号采 样处理通道和中央处理器，每组信号采样处理通道包括单相电流采样 单元、单相电压采样单元、电流差分放大单元、电流A/D转换单元、 电压差分放大单元、电压A/D转换单元、相位校正单元、高通滤波单元、乘法器、低通滤波单元和数字/频率转换器，中央处理器包括 存储器和通讯接口，单相电流采样单元的输出端与电流差分放大单元
的输入端连接，电流差分放大单元的输出端与电流A/D转换单元的 输入端连接，电流A/D转换单元的输出端与相位校正单元的输入端 连接，相位校正单元的输出端与高通滤波单元的输入端连接，高通滤 波单元的输出端与乘法器的输入端连接，单相电压采样单元的输出端
与电压差分放大单元的输入端连接，电压差分放大单元的输出端与电 压A/D转换单元的输入端连接，电压A/D转换单元的输出端与乘法 器的输入端连接，乘法器的输出端与低通滤波单元的输入端连接，低 通滤波单元的输出端与数字/频率转换器的输入端连接，数字/频率转 换器的输出端作为信号采样处理通道的输出端，三组采样处理通道的 输出端分别与中央处理器的输入端连接，存储器与通讯接口连接， LED显示单元的输入端与中央处理器的输出端连接，单相电流采样 单元采样得到的电流信号在信号采样处理通道内依次经过差分放大、 A/D转换、相位校正和高通滤波处理后输出至乘法器，单相电压采样 单元采样得到的电压信号在信号采样处理通道内经过依次经过差分 放大、A/D转换后输出至乘法器，并与处理后的电流信号通过乘法器 进行乘法运算，完成瞬时功率的的测量，相乘后的信号经过低通滤波 输出至数字/频率转换器，转换成频率脉冲信号，高频脉冲信号输出 至中央处理器，低频脉冲信号不处理，高频脉冲信号经中央处理器处 理输出至LED显示单元，数据存储到存储器并通过通讯接口完成远 程通讯。此项设置利用信号采样处理通道的差分放大、A/D转换、乘 法器等功能，对采样单元得到的电压和电流信号进行处理，实现了对 正向和反向分相电能瞬时功率的测量，并输出至中央处理器，由中央 处理器进行处理输出，显示在LED显示屏上，并通过逋讯接口完成 远程通讯功能。
本实用新型的进一步设计为三路电能计量由三个ADE7755电 能计量IC来完成，由于单相电能计量芯片ADE7755本身具有防窃电 功能，而且具有差分放大、A/D转换、相位校正、乘法器、相位校正、 高通滤波、低通滤波、数字/频率转换功能，不需要再设置其他的电路组合，此款计量芯片组成的三相电表，结构简单，同时实现了三相 电表防窃电功能，分相电能计量功能，反向电能计量功能。
本实用新型的更进一步设置为所述的通讯接口由红外接口和
RS485接口构成。此项设置把通讯接口分为红外接口和RS485接口 ， 既可以远程抄表又可以与计算机联网进行数据传输，完成自动抄表等 功能，操作使用方便。
本实用新型的更进一步设置为电流采样单元通过电流互感器进 行实现，电压采样单元通过电阻分压网络实现。此项设置采用简单可 靠的采样单元方式，降低了成本。
上述的三相四线电子式分相计量电能表，利用电能计量芯片 ADt:7755和中央处理器的存储器与通讯接口的配合，对三相的正向 总电量、三相的反向总电量、正向的分相电量、反向的分相电量、每 一相的缺相时间、总的缺相时间进行计量和显示，又同时具有通讯功 能和功能，结构简单，操作方便又实用，而且大大的节省了人力资源 和费用。
图1为背景技术的电路框图； 图2为本实施例的电路框图3为本实施例中信号采样处理通道的电路框图； 图4a-图4c分别为本实施例中a、 b、 c三相信号采样处理通道的 具体电路具体实施方式
参考图2、图3可知，电压采样单元和电流采样单元，分别对电 压信号和电流信号进行采样，采样单元得到的电流信号在信号采样处 理通道内经过差分放大、A/D转换、相位校正和高通滤波处理，采样 单元得到的电压信号在信号采样处理通道内经过差分放大、A/D转换 后，与处理后的电流信号通过乘法器电路进行乘法运算，完成瞬时功 率的的测量，相乘后的信号经过低通滤波输出至数字/频率转换器， 转换成频率脉冲信号，高频脉冲信号输出至中央处理器，低频脉冲信 号不处理，高频脉冲信号经中央处理器处理后，转换为电能，送到 LED显示单元显示，分相正向和反向电能以及三相的正向和反向的总电能也可以由中央处理器计算得到，并在LED显示器上显示，计 算数据存储到存储器中，通过通讯接口进行远程通讯。由于三个分相 电路是相互独立的，原理相同。电能计量原理如下，以一路分相计量 处理电路为例。
每一相电源经过降压及整流，分压，再送到各自的电压比较器线 路，产生各相的缺相信号，并送给中央处理器检测单元，进行缺相时 间记录，同时用发光管进行缺相指示。
中央处理器将计量得到的数据，通过RS485或红外通讯接口电 路和计算机联网，送到电能管理中心，实现电量自动抄读，及管理工 作，简化了人工定时抄表收取电费的麻烦，节省了人力资源和费用。
参考图3可知，电感Lll、电感L12、电阻R101、电阻R102、 电阻R103、电阻R104、电阻R105、电阻R106、电阻R107、电阻 R108、电阻R113、电容CIOI、电容C102、电容C105、电容C106 连接构成电流采样单元电路，电阻R109、电阻RllO、电阻Rlll、电 阻R112、电阻R114、电阻R115、电阻R116、电阻R118、电阻R119、 电阻R120、电阻R121、电阻R122、电阻R123、电阻R124、电阻 R125、电阻R126、电阻R127、电阻R129、电容C103、电容C104、 电容C107、电容C108连接构成电阻分压网络式的电压采样单元电 路，ADE7755电能计量芯片的瞬时有功功率脉冲信号输出端CF与 电阻R128连接，电阻R128的另一端作为分相的脉冲输出端，石英 晶体X1、电容CllO、电容Clll串联构成时钟脉冲源电路，两输出 端分别与ADE7755电能计量芯片的CLKIN管脚和CLKOUT管脚连 接，ADE7755电能计量芯片的GO管脚和Gl管脚接地，电阻R117 一端与电源VDD连接，另一端分别与ADE7755电能计量芯片的SO 管脚和S1管脚连接，电阻R331、光藕SA、电阻R442、电阻R408 连接，输入端FA与ADE7755电能计量芯片的REVP管脚连接，光 藕SA作为反向电能指示灯。
本实用新型中产品信号采样处理通道可由独立的差分放大、A/D 转换、相位校正、乘法器、相位校正、高通滤波、低通滤波、数字/ 频率转换和辅助电路构成，可以用AD7755电能计量芯片，由于ADE7755电能计量芯片是一种用于功率测量和电能计算的专用集成 电路芯片，它可直接与不同程量的传感器相连，从而达到简化接口设 计，并提高功率测量精确度和稳定性的目的，因此本实施例优选 AD7755电能计量芯片。
ADE7755电能计量芯片各管脚介绍如下
*IP， IN:模拟输入通道l，用于电流信号输入，最大差分输入信 号为士470mV，该通道同时具有输入过电压保护电路；
參VP， VN:模拟输入通道2，用于电压信号输入，最大差分输 入信号为士660mV，该路同时具有输入过电压保护电路r
*F1， F2:低频逻辑脉冲信号输出端口，可用来提供平均有功 功率信息；
瞬时有功功率脉冲信号输出端，该输出信号也可用于仪
表校准；
Sl， SO:逻辑信号输入，用于选择数字/频率转换器输出脉 冲信号的频率范围；
*G1， GO:逻辑信号输入端口，可用于选择输入通道1的放大 器增益；
CLKIN:外部时钟输入，也可通过在CLKIN引脚和CLKOUT 引脚之间连接石英晶体来为芯片提供时钟脉冲源；
CLKOUT: CLKIN为外部时钟输入时，该脚可驱动1个CMOS
负载；
*SCF:逻辑信号输入端口，可用于选择校准频率； REF:片内参考电压输出，如采用外部参考电压，也可由此引 脚输入；
REVF:逻辑信号输出端口，当芯片检测到功率因数超前时， 该引脚输出高电平，但不锁存，即当器件检测到功率滞后时复位；
权利要求1.一种三相四线电子式分相计量电能表，包括电流采样单元、电压采样单元、LED显示单元，其特征在于所述的三相四线电子式分相计量电能表还包括三组信号采样处理通道和中央处理器，每组信号采样处理通道包括单相电流采样单元、单相电压采样单元、电流差分放大单元、电流A/D转换单元、电压差分放大单元、电压A/D转换单元、相位校正单元、高通滤波单元、乘法器、低通滤波单元和数字/频率转换器，中央处理器包括存储器和通讯接口，单相电流采样单元的输出端与电流差分放大单元的输入端连接，电流差分放大单元的输出端与电流A/D转换单元的输入端连接，电流A/D转换单元的输出端与相位校正单元的输入端连接，相位校正单元的输出端与高通滤波单元的输入端连接，高通滤波单元的输出端与乘法器的输入端连接，单相电压采样单元的输出端与电压差分放大单元的输入端连接，电压差分放大单元的输出端与电压A/D转换单元的输入端连接，电压A/D转换单元的输出端与乘法器的输入端连接，乘法器的输出端与低通滤波单元的输入端连接，低通滤波单元的输出端与数字/频率转换器的输入端连接，数字/频率转换器的输出端作为信号采样处理通道的输出端，三组采样处理通道的输出端分别与中央处理器的输入端连接，存储器与通讯接口连接，LED显示单元的输入端与中央处理器的输出端连接，单相电流采样单元采样得到的电流信号在信号采样处理通道内依次经过差分放大、A/D转换、相位校正和高通滤波处理后输出至乘法器，单相电压采样单元采样得到的电压信号在信号采样处理通道内经过依次经过差分放大、A/D转换后输出至乘法器，并与处理后的电流信号通过乘法器进行乘法运算，完成瞬时功率的的测量，相乘后的信号经过低通滤波输出至数字/频率转换器，转换成频率脉冲信号，高频脉冲信号输出至中央处理器，低频脉冲信号不处理，高频脉冲信号经中央处理器处理输出至LED显示单元，数据存储到存储器并通过通讯接口完成远程通讯。
2. 按照权利要求1所述的三相四线电子式分相计量电能表，其特征在于信号采样处理通道内由ADE7755电能计量芯片 来完成差分放大、A/D转换、相位校正、高通滤波、乘法器、低 通滤波和数字/频率转换器功能。
3. 按照权利要求1或2所述的三相四线电子式分相计量电 能表，其特征在于所述的通讯接口由红外接口和RS485接口构 成。
4. 按照权利要求1或2所述的三相四线电子式分相计量电 能表，其特征在于电流采样单元通过电流互感器进行采样单元， 电压采样单元通过电阻分压网络进行采样单元。
5. 按照权利要求3所述的三相四线电子式分相计量电能 表，其特征在于电流采样单元通过电流互感器进行采样单元，电 压采样单元通过电阻分压网络进行采样单元。
专利摘要本实用新型涉及一种电能表，尤其是一种三相四线电子式分相计量电能表。包括电流采样单元、电压采样单元、LED显示单元，其特征在于所述的三相四线电子式分相计量电能表还包括三组信号采样处理通道和中央处理器，中央处理器包括存储器和通讯接口，信号采样处理通道输出端与中央处理器输入端连接，信号经过中央处理器处理后显示到LED显示单元上，数据存储在存储器内，通过通讯接口完成远程通讯。上述结构，利用信号采样处理通道和中央处理器及其存储器和通讯接口的配合，对三相的正向及反相总电量、正向及反相的分相电量、每相及总的缺相时间进行计量和显示，同时具有通讯功能，大大的节省了人力资源和费用。
文档编号G01R22/10GK201141892SQ20072004290
公开日2008年10月29日 申请日期2007年8月16日 优先权日2007年8月16日
发明者冀争锋, 张绍衡 申请人:天正集团有限公司