一种低压断路器的高精度采样方法与流程

1.本发明涉及断路器技术领域，特别是一种低压断路器的高精度采样方法。


背景技术：

2.传统的低压断路器中，一般是通过普通的电流互感器获取电流采样信号，然后进行计算，该类方式有两个问题：一是这类互感器线性度很差，精度很低，通常主要用于保护，只能满足保护功能的精度要求，远远无法达到计量标准的精度要求；二是采集的电流和电压信号，需要经过mcu的复杂计算才能得到功率、电能等更多的计量参数，并且还要增加相位补偿等各种复杂的处理，由于所涉及的硬件和软件影响因素较多，即使经过上述各种处理也仍然无法达到计量标准的精度要求，只能满足一般用途的电网参数测量要求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够在不影响保护功能的前提下，完成电网参数测量的低压断路器。
4.本发明通过以下方法来实现：一种低压断路器的高精度采样方法，包括以下步骤：
5.步骤s1、断路器输入的三相电压信号通过电阻分压方式将信号进行降压，传输到计量芯片；
6.步骤s2、将三相电流信号通过专用的计量互感器转换后，经过滤波电路后传输到计量芯片；
7.步骤s3、计量芯片根据采集到的三相电压和电流信号进行内部计算得到原始数据。
8.进一步的，所述步骤s1进一步具体为：将断路器上电，上电后断路器将输入的三相电压信号进行降压，降压后将电压、电流、功率和电能的测量值传输至计量芯片内，从而实现低压断路器的采样操作。
9.进一步的，所述步骤s3进一步具体为：计量芯片根据采集到的电压、电流、功率和电能测量参数进行读取，再乘以校准系数，从而校准计算出真实的电压、电流、功率和电能测量参数，所述校准是通过高精度标准源向断路器输出额定电压、额定电流，然后断路器的校准界面分别进入电压校准、电流校准、功率校准的校准界面，断路器即完成自动校准操作。
10.进一步的，所述断路器包括pcb板，所述pcb板上设置有单片机和计量芯片，所述单片机和计量芯片左右设置，所述pcb板上设置有用于为系统时钟供电的纽扣电池，所述pcb板上左右两端均设置有排母连接器，所述pcb板上端从左至右依次设置有光耦、接口芯片、插拔式接线端子。
11.进一步的，所述电阻分压方式包括电阻r57、电阻r58、电阻r59、电阻r60、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r66、电阻r67、电阻r68、电阻r69、电阻r70和电阻r71，所述电阻r57、电阻r58、电阻r59、电阻r60、电阻r61串联后一端与sam-va端口连接，另
pm0端口连接，所述电阻r106另一端与vcc端口连接，所述u15c芯片的17号引脚与电阻r81一端、电阻r82一端和电容c79一端串联，所述电阻r81另一端与所述u15c芯片的44号引脚连接，所述电阻r82另一端和所述电容c79另一端均与所述u15c芯片的43号引脚连接，所述电容c79的另一端与电容c59一端连接，所述电容c59另一端与电阻r81另一端连接，所述电容c59与所述电容c63并联设置，所述电容c63一端与vcc端口连接，所述电容c63另一端接地。
14.本发明的有益效果在于：本发明通过计量芯片能够实现在不影响保护功能的前提下，完成高精度电网参数测量。
附图说明
15.图1为本发明的方法流程示意图。
16.图2为本发明的结构示意图。
17.图3为电阻分压降压的电路原理图。
18.图4为滤波电路的电路原理图。
19.图5为所述计量芯片的电路原理图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步说明。
21.请参阅图1所示，本发明的一种低压断路器的高精度采样方法，包括以下步骤：
22.步骤s1、断路器输入的三相电压信号通过电阻分压方式将信号进行降压，传输到计量芯片；
23.步骤s2、将三相电流信号通过专用的计量互感器转换后，经过滤波电路后传输到计量芯片；
24.步骤s3、计量芯片(型号为v9203)根据采集到的三相电压和电流信号进行内部计算得到原始数据，由电压、电流的采集信号到电压、电流、功率等电网参数的计算过程均由计量芯片内部完成，计量芯片输出的就是各项电网参数的结果，读取这些数据并经过系数修正(与计量互感器的系数有关)后转换成真实的电压、电流、功率和电能测量参数。
25.所述步骤s1进一步具体为：将断路器上电，上电后断路器将输入的三相电压信号进行降压，降压后将电压、电流、功率和电能的测量值传输至计量芯片内，从而实现低压断路器的采样操作。
26.计量芯片根据采集到的电压、电流、功率和电能测量参数进行读取，再乘以校准系数，从而校准计算出真实的电压、电流、功率和电能测量参数，所述校准是通过高精度标准源向断路器输出额定电压、额定电流，然后断路器的校准界面分别进入电压校准、电流校准、功率校准的校准界面，断路器即完成自动校准操作。
27.请参阅图2所示，本发明一实施例中，所述断路器包括pcb板1，所述pcb板1上设置有单片机2和计量芯片3，所述单片机2和计量芯片3左右设置，单片机2用于实现数据存储、通信、人机交互、电压故障保护、电流故障保护等功能，计量芯片3用于实现计量用电压、电流的信号采集以及各项电网参数的计算。所述pcb板1上设置有用于为系统时钟供电的纽扣电池4，所述pcb板1上左右两端均设置有排母连接器5，用于连接从接口板传输进来的电压采样信号、电流采样信号以及保护动作控制信号，所述pcb板1上端从左至右依次设置有光
耦6、接口芯片7、插拔式接线端子8，用于实现外部通信功能。
28.请参阅图3所示，本发明一实施例中，所述电阻分压方式包括电阻r57、电阻r58、电阻r59、电阻r60、电阻r61、电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r66、电阻r67、电阻r68、电阻r69、电阻r70和电阻r71，所述电阻r57、电阻r58、电阻r59、电阻r60、电阻r61串联后一端与sam-va端口连接，另一端与vap端口连接，所述电阻r62、电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r66串联后一端与sam-vb端口连接，另一端与vbp端口连接，所述电阻r67、电阻r68、电阻r69、电阻r70和电阻r71串联后一端与sam-vc端口连接，另一端与vcp端口连接，用于实现电压信号采样，且能够使电阻分压降压的方式。
29.请参阅图4所示，本发明一实施例中，所述滤波电路包括电阻r97、电阻r90、电容c74、电容c64、电容c93、电阻r94、电阻r93、电阻r98和电容c65，所述电阻r97与所述电阻r90一端串联后与ct-iap端口连接，所述电阻r97另一端与所述电容c74一端串联后与iap端口连接，所述电阻r90另一端与所述电阻r94一端串联后接地，所述电阻r94另一端与所述电阻r93一端串联后与ct-ian端口连接，所述电阻r93另一端与所述电容c64一端串联后与ian端口连接，所述电容c64另一端与所述电容c74另一端串联后接地，所述电容c93一端与iap端口连接，所述电容c93另一端与ian端口连接；所述电阻r98一端与uap端口连接，所述电阻r98另一端与所述电容c65一端串联后接地，所述电容c65另一端与uap端口连接，用于对电流和电压的信号进行处理。
30.请参阅图5所示，本发明一实施例中，所述计量芯片电路包括u15a芯片、u15b芯片和u15c芯片，所述u15a芯片的4号引脚接入ian引线，所述u15a芯片的5号引脚接入iap引线连接，所述u15a芯片的6号引脚接入ibn引线，所述u15a芯片的7号引脚接入ibp引线连接，所述u15a芯片的8号引脚接入icn引线，所述u15a芯片的9号引脚接入icp引线连接，所述u15a芯片的10号引脚接入inn引线连接，所述u15a芯片的11号引脚接入inp引线连接，所述u15a芯片的13号引脚接入uap引线连接，所述u15a芯片的14号引脚接入ubp引线连接，所述u15a芯片的15号引脚接入ucp引线连接，所述u15a芯片的16号引脚与电容c81一端连接后与电阻r111一端连接，所述电容c81另一端与所述电阻r111另一端串联后接地；所述u15b芯片的30号引脚与电阻r123一端连接，所述电阻r123另一端与pmem-irq0端口连接，所述u15b芯片的26号引脚与电阻r116一端连接，所述电阻r116另一端与cf1端口连接，所述u15b芯片的27号引脚u电阻r117一端连接，所述电阻r117另一端与cf2端口连接，所述u15b芯片的22号引脚与晶振y4一端连接，所述晶振y4一端与电容c77一端连接，所述晶振y4另一端与电容c76一端连接，所述电容c76另一端与所述电容c77另一端串联后接地，所述晶振y4的另一端接入所述u15b芯片的23号引脚，所述u15b芯片的38号引脚与电阻r119一端连接，所述电阻r119另一端与pmem-cs端口连接，所述u15b芯片的39号引脚与电阻r120一端连接，所述电阻r120的另一端与pmem-clk端口连接，所述u15b芯片的40号引脚与电阻r121一端连接，所述电阻r121的另一端与pmem-dout端口连接，所述u15b芯片的41号引脚与电阻r122一端连接，所述电阻r122的另一端与pmem-din端口连接；所述u15c芯片的19号引脚与电容c89一端连接，所述电容c89另一端接地，所述电容c89一端与电阻r124一端连接，所述电阻r124另一端与电阻r109一端串联后与pmem-slp端口连接，所述电阻r109另一端与vcc端口连接，所述u15c芯片的42号引脚与电容c80一端串联后与电阻r110一端连接，所述电阻r110另一端与vcc端口连接，所述u15c芯片的18号引脚与所述电容c80另一端串联后接地，所述u15c芯片的2号引
脚与电容c62一端串联后与vcc端口连接，所述u15c芯片的1号引脚与电容c78一端和电容c61一端串联，所述u15c芯片的12号引脚与电容c60一端连接，所述电容c60另一端、电容c61另一端、电容c62另一端和电容c78另一端串联后接地；所述u15c芯片的21号引脚与rst端口连接，所述u15c芯片的20号引脚接地，所述u15c芯片的25号引脚与电阻r107一端连接，所述电阻r107另一端与vcc端口连接，所述u15c芯片的24号引脚与电容c84一端连接，所述电容c84另一端接地，所述电容c84一端与电阻r118一端连接，所述电阻r118另一端与电阻r106串联后与pmem-pm0端口连接，所述电阻r106另一端与vcc端口连接，所述u15c芯片的17号引脚与电阻r81一端、电阻r82一端和电容c79一端串联，所述电阻r81另一端与所述u15c芯片的44号引脚连接，所述电阻r82另一端和所述电容c79另一端均与所述u15c芯片的43号引脚连接，所述电容c79的另一端与电容c59一端连接，所述电容c59另一端与电阻r81另一端连接，所述电容c59与所述电容c63并联设置，所述电容c63一端与vcc端口连接，所述电容c63另一端接地，断路器输入的三相电压信号通过电阻分压或变压器等方式将信号降到3.3v的范围内，传输到计量芯片；三相电流信号通过专用的计量互感器转换后传输到计量芯片。计量芯片根据采集的电压和电流信号进行内部计算得到原始数据，u15a芯片、u15b芯片和u15c芯片读取原始测量数据并经过系数修正以后转换为真实的电压、电流、功率、电能测量参数。
31.断路器上电以后，控制器启动，计量芯片接收到电压和电流信号后，进行内部处理，计算出电压、电流、功率、电能等原始测量值，u15a芯片、u15b芯片和u15c芯片读取这类原始数据，再乘以校准系数，就计算出真实的电压、电流、功率、电能等计量参数。各参数的系数与电路参数及所使用的互感器有关，例如，在本系统的硬件条件下，电压、电流、功率和电能的默认系数分别为：1.000、1.023、1.004、1.004。
32.校准条件是通过高精度标准源向断路器输出额定电压(三相均为220v)、额定电流(400a)，然后断路器的校准界面分别进入电压校准、电流校准、功率校准等校准界面，按约定方式(比如按确定键)操作，断路器即完成自动校准操作。
33.校准操作完成后，需进行校准效果验证，通常是将标准源的电压调整到200v，电流输出调整到0.5in，然后将断路器新测量的数据与标准源的显示数据进行对比，验证误差是否在预定的精度范围内。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。