专利名称：电子数字式电力自动化组合仪表的制作方法
技术领域：
本发明属于电子数字式自动化仪表技术领域。
在本发明作出以前，国外一些发达国家每年都有很多关于电子数字式自动化仪表的专利文献报导及各种研制报告，例如Jp72862、166046号专利申请中公开的电子式电力量计、电子式多相电力量计、JP13263、8755、164372号专利申请中公开的有效电流检出装置，实效值测定装置、三相平衡无效电力检出回路;SU-80518213号专利中公开的三相电功率表;DE-2919694-A号专利中公开的电功率测量装置;RO-6932A号专利中公开的交流有功功率表;GB-1551211-A号专利中公开的多量程电测量指示仪;SU-789786-B号专利中公开的数字式有效电压表等。国内每年也有很多有关的专利申请及研制报告，如CN87209290号专利申请中公布的多功能真有效值电压表，CN85205057号专利申请中公布的数字式电度遥测送变器，CN89206239.8号专利中公布的多功能数字式高压表;以及“数字式高压表的抗干扰特性”(《电子技术应用》82年，4期P21)，有功功率测量变换器(《江西电力》84年1期P20);单相电子电度表的研制(《宁夏大学学报》81年，2期P84)，一种有效值电压表的电路设计(《电测与仪表》86年、4期P62)模拟式电子电压表的现状与发展(《上海计量测试》88年3期P4)，三相三线电子式有功电度表(《电测与仪表》84年1期P23)等等，类似的发明创造及研制报告举不胜举。
终上所列，都说明了电子数字式自动化仪表是一个非常活跃的技术领域。这种仪表在电力微波、遥信系统的应用，则更显示出其强大的生命力。但是，尽管国外很多发达国家中早已开始实现电子系统的运动自动化工程，可至今为止，大多数还都停留在单项功能的测试上。国内虽然每年也都出现一些电子数字式自动化仪表的专利申请和研制报告，但目前实施率很低或仍旧处于理论研究阶段，而且同样都是停留在单项功能或2～3项功能的水平上，尤其是在电力系统中的应用，我国还比较落后，目前广泛应用的仍旧是一些功耗大，精度差的指针式交流电参量送变器。
针对上述情况，本发明提出了一种新型的电子数字式自动化组合仪表，该组合仪表不仅具有精度高、寿命长、性能稳定，直读准确、清晰醒目等特点，而且对调荷节能，增强系统运行可靠性，可一次提供较为全面的电参量参数，从而可为实现电力系统的远动自动化工程提供坚实的技术理论依据，节约了人力、物力，提高电力能源的经济效益。本电子数字式自动化组合仪表，采用一个电子智能运算电路系统来完成整机功能，现代技术中的各种智能模块，如A/D转换模块，D/A转换模块，模拟加减器、比例器、乘除器、积分器、对数、反对数放大器以及计算机集成电路模块的应用，使得本发明得以在一个系统电路中同时对14个电参量进行测试计算。14种电参量的表头全部采用数字显示，同时由于采用了模拟数字计算，模拟转换集成电路，使得本发明得以向一些较发达国家的高精度，高稳定性能的自动化仪表方面看齐。
现将本发明构思及技术解决方案叙述如下本发明根据电工原理中有关电参量计量的规定，通过电子智能运算电路，共可测量、计算、显示出14种电参量，这14种电参量是1.A相电压有效值，2.B相电压有效值。3.C相电压有效值。4 A相电流有效值。5.B相电流有效值。6.C相电流有效值。7A相功率因数值。8.B相功率因数值。9.C相功率因数值。10.三相视在总功率。11.三相无功总功率。12.三相有功总功率。13.三相无功总电能。14三相有功总电能A、B、C三相电压的有效值分别通过场效应管采样电路单元和交流电压有效值计算单元来完成。
A、B、C三相的电流有效值分别通过霍尔效应采样电路单元和有效值计算单元来完成。
A、B、C三相功率因数值分别通过电压、电流模拟相乘电路和视在功率、功率因数相乘电路以及功率因数值三角级数解计算电路，电压超前，滞后分辨电路来完成。
三相有功总功率通过分别将A、B、C各相视在功率、功率因数相乘电路中输出的有功功率值，经三相有功功率相加电路单元后来完成。
三相无功总功率是将三相视在功率值。通过模拟相减电路，减去三相有功功率值后完成。
三相无功总电能是将无功总功率输出值，通过A/D转换，时积、全全加、集存、译码、驱动电路后来完成。
三相有功总电能是将有功总功率输出值通过A/D转换，时积、全加、集存、译码、驱动电路后来完成。
下面再结合附图作进一步说明
图1电子数字式电力自动化组合仪表原理框图。
图2场效应管、电压采样电路单元线路图。
图3交流电压电流有效值运算电路线路图。
图4交流电压、电流、三相视在总功率有效值显示电路单元原理图。
图5霍尔效应电流采样单元线路图。
图6电压、电流模拟相乘电路单元线路图。
图7三相视在功率模拟相加单元线路图。
图8相位鉴别单元线路图。
图9功率因数值计算单元线路图。
图10A、B、C各相视在功率乘以各自功率因数值运算单元线路图。
图11三相有功功率相加单元线路图。
图12三相有功功率显示单元线路图。
图13三相有功总功率、A/D转换，时积单元原理框图。
图14视在总功率与有功总功率模拟相减单元线路图。
其中
1、A相电压场效应管采样电路单元，2、交流电压有效值计算单元，3、A相电压有效值数字显示单元，4、A相电流霍尔效应采样电路，5、A相电流有效值计算电路，6、A相电流有效值数字显示，7、A相电压、电流模拟相乘电路，8、A相视在功率、功率因数模拟相乘电路，9、A相功率因数值三角级数解计算电路，10、A相电流电压相位鉴别电路，11、L、C显示单元，12、功率因数显示单元，13、B相电压场效应管采样电路单元，14、交流电压有效值计算单元，15、B相电压有效值数字显示单元。16.B相电流霍尔效应采样单元。17.B相电流有效值计算电路单元。18.B相电流有效值显示。19.三相有功功率相加电路单元。20.有功总功率显示。21.B相电压、电流相位鉴别电路。22.B相功率因数、三角级数解计算电路。23.B相电流、电压模拟相乘电路。24.B相视在功率、功率因数模拟相乘电路。25.L.C显示单元。26.功率因数显示单元。27.三相视在功率模拟相加电路单元。28.视在总功率与有功总功率相减电路单元。29.无功总功率显示单元。30.模数转换电路。31.数字全加电路。32.译码驱动无功电能量数字显示单元。33.视在总功率显示34.三相总功率单位时积电路。35.模数转换电路。36.数字全加电路。37.译码驱动，有功电能数字显示。38.数据存贮库。39.C相电压场效应管采样电路。40.交流电压有效值计算单元。41.C相电压有效值数字显示。42.C相电压、电流模拟相乘电路。43.C相电流霍尔效应采样电路。44.交流电压有效值计算电路。45.C相电流有效值数字显示。46.C相电压电流相位鉴别电路。47.C相功率因数三角级数解计算电路。48.L.C数字显示单元。49.功率因数数字显示。50.C相功率因数，视在功率模拟相乘电路。51.场效应管。52.放大器。53.平方电路54.积分电路。55.开方电路。56.A/D转换器。57.计数器。58.译码驱动器。59.液晶显示器。60.霍尔元件。61.A/D转换器。62.计数器。63.译码驱动器。64.液晶显示器。65.模拟乘法器。66.模拟加法器。67.相位鉴别电路。68.三角级数解电路。69.模拟乘法器。70.模拟加法器。71.BCD全加电路。72.电能显示电路。73.模拟减法器。74.BCD转换器本发明的A、B、C三相电压场效应管采样电路单元1，13，39是根据电力线，电压高低变化引起其导线周围空间一定距离场强相应变化的原理，采用了场强效应管51来完成采样功能的，采样信号经场效应管51及放大器52两级放大后(见图2)输入到交流有效值计算单元2、14、40(见图3)经过平方电路53、积分电路54，开方电路55，把交流电压信号处理成有效值直流信号，该直流电压信号分成两路，分别送到显示电路单元3、15、41(见图4)和视在功率相乘电路单元，经过显示单元上的A/D转换器56、计数器57、译码驱动器58，在液晶显示器59上显示其电压有效值。
本发明的A、B、C三相电流霍尔效应采样电路4、16、43是根据电工原理中的有关电流强度变化引起其导线周围磁场强度相应变化的原理，采用磁效应半导体集成电路-霍尔元件60(见图5)来采取交流电流信号，经过平方电路53，积分电路54，开方电路55，把交流电流信号处理成有效值直流电流信号(见图4)，分别送到显示单元电路和视在功率相乘电路，经过显示单元上的A/D转换器61，计数器62，译码驱动器63，在液晶显示器64上显示电流流有效值。将输入到视在功率相乘电路上的电压有效值按模拟乘法器上的X端，将电流有效值按模拟乘法器65的y端，得出A相视在功率值(见图6)。B相、C相的电压、电流及视在功率的运算办法，电路原理与A相完全相同。上述A、B、C各相视在功率值输入到模拟加法器66的相应输入端(见图7)进行模拟量相加，输出三相视在总功率值，送入到A/D转换器，经计数器、译码器，在液晶显示器上进行数字显示(见图4)。
根据电工原理中有关功率因数值的计算规则，本发明采用数字式电路进行相位鉴别(见图8)，将场效应管52漏板输入端的电压信号，送入相位鉴别电路的电压输入端(V)，将霍尔元件60输出端的电流信号送入到相位鉴别电路的电流输入端(I)，电相位鉴别电路分别输出超前，滞后脉冲信号，驱动超前、滞后L.C显示单元11、25及48，并将相位差送入到COSφ值计数电路(见图9)。输入端，经三角级数解电路68，得出瞬时A相功率因数值。B相、C相的功率因数值解法、电路原理与A相完全相同，将A相视在功率与A相功率因数值分别送入模拟乘法器69的X、y端，进行模拟相乘，输出A相有功功率(见图10)。B相、C相的有功功率计算电路与A相完全相同。
将A、B、C各相有功功率输出值送入到模拟加法器70的相应端，进行模拟相加，输出三相有功总功率电信号(见图11)，然后将此信号分别送到电能表BCDA/D转换器74的输入端和有功总功率显示单元(见图12)，经有功总功率显示单元中的A/D转换器、计数器、译码驱动器，在液晶显示器上进行数字显示，输入到电能表BCDA/D转换器74输入端的信号，再经BCD码全加电路71译码驱动电路显示电路72，显示有功电能数值(见图13)。
将图7中模拟加法器66输出的视在总功率S与图11中模拟加法器70输出的有功总功率P值，送入到模拟减法器73(见图14)的相应输入端，进行相减，输出无功总功率电信号，其显示单元及无功电能量运算显示方法，电路原理与有功电能表完全相同。电压、电流相位鉴别单元10、21、45采用了与非门电路，将电压信号输入到识别单元的V端，将电流信号输入到识别单元的I端，当电压超前于电流时，使识别单元L端输出负脉冲，C端保持高电平不变，当电压滞后于电流时，使识别单元C端输出负脉冲，L端保持高电平不变。上述每个A/D转换器输出端均设有遥测发送设备。至此，本电子数字式自动化组合仪表便完成了设计要求的14种功能，其电力计量精度，均可将原来1.5级以外的测量精度，提高到1.0级以内，有的甚至可达0.5级以上。
本发明同现有技术相比，不仅具有精度高、寿命长、性能稳定，节约能源等优点，而且集多个仪表于一体，体积小，重量轻，生产设备要求简单、投资少、见效快，利润大，没有污染，使用方便，功能齐全。本发明的实施，为完善我国电力系统远动自动化控制工程的遥测子工程提供了先进产品、技术理论依据，使能源专家们伤脑筋的电表耗能问题得到彻底解决。可为国家节约大量的人力、物力、资金，提高电力能源的经济效益。现在国家已经下令强制执行电网必须实行自动化控制，这就为电子数字式电力自动化组合仪表提供了广阔的销售市场，其技术和经济效益是相当可观的。
权利要求
1.一种电子数字式电力自动化仪表，采用了现代技术中的各种智能模块，其特征在于1).采用一个电子智能运算电路系统来完成整机14种功能的测试，运算和显示；2).A、B、C三相电压值分别通过场效应管采样电路单元和交流电压有效值计算单元来完成；3).A、B、C三相电流值分别通过霍尔效应采样电路单元和交流电流有效值计算单元来完成；4).A、B、C三相功率因数值分别通过电压、电流模拟相乘电路和视在功率、功率因数相乘电路以及功率因数值三角级数计算电路、电压电流超前、滞后分辩电路来完成；5).三相视在总功率通过分别将A、B、C各相电压、电流模拟相乘电路中输出的视在功率值，经三相功率模拟相加电路单元后完成；6).三相有功总功率通过分别将A、B、C各相视在功率，功率因数相乘电路中输出的有功功率值，经三相有功功率相加电路单元之后完成；7).三相无功总功率是将三相视在总功率，通过模拟相减电路，减去三相有功总功率后完成；8).三相无功总电能是将无功总功率的输出值，通过A/D转换、时积、全加、集存、译码、驱动电路来完成；9).三相有功总电能是将有功总功率输出值，通过A/D转换、时积、全加、译码驱动电路来完成。
2.一种根据权利要求1所述的电子数字式电力自动化仪表，其特征在于1).电压电流相位鉴别单元10、21、45采用了与非门电路，将电压信号输入到识别单元的V端，将电流信号输入到识别单元的I端，当电压超前于电流时，使识别单元L端输入负脉冲，C端保持高电平不变，当电压滞后于电流时，使识别单元C端输出负脉冲，L端保持高电平不变;2).每个A/D转换器输出端均设有遥测发送端。3).14种表头的显示均经A/D转换、计数、译码驱动，然后在液晶显示器上显示。
全文摘要
本发明为一种电子数字式电力自动化组合仪表，采用一个电子智能运算电路系统来完成整机14种功能的测试，运算和显示。同现有技术相比，它集多个仪表于一体，功能齐全，使用方便。
文档编号G01R15/12GK1055606SQ9010191
公开日1991年10月23日 申请日期1990年4月4日 优先权日1990年4月4日
发明者缑新国 申请人:缑新国