一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表的制作方法

1.本实用新型涉及电能表技术领域，具体涉及一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表。


背景技术：

2.电网供给的交流电压是50hz的工频周期正弦信号，但电力系统普遍存在非线性负载(如二极管、晶闸管等)，就形成了非正弦电流，即电路中普遍存在谐波和直流分量产生。
3.现有的电能表是通过电流互感器检测零线电流，并与相线电流比较以发现偷电情况的，互感器是基于电磁感应的原理，初级电流产生的磁场通过磁路耦合到次级线圈，次级会感应生成与两边匝数比相关的交流信号，能充分满足隔离测量的要求，但谐波和直流分量都会引起一定的信号失真，所以互感器的采样精度低，不能有效的检测、判断量值很小的偷电、漏电情况。
4.互感器采样电流在电力供电电路偶次谐波和直流分量较大时，由于磁路饱和，使零线电流的测量和指示不可靠，无法判断是否存在偷电，不利于及时制止非法偷电行为的发生。
5.传统的单相交流电路一般采用专用的漏电互感器检测漏电的，在单相电能表中增加漏电互感器，结构上不方便。
6.为此，我们提出一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表。


技术实现要素：

7.(一)解决的技术问题
8.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表，克服了现有技术的不足，解决了现有的单相电能表对零线电流采样精度低，不能有效的检测到少量漏电状态，对于供电电路偶次谐波和直流分量较大时，互感器磁饱和使零线电流的测量不正确，无法判断是否存在偷电的问题；本实用新型通过在电能表中设置相互隔离的相线检测电路、零线检测电路，采用相同的锰铜采样电阻、同等精度的计量芯片，工艺上进行对称化设计，采用相同的校正方法和换算系数，实现了相线、零线电流的测量精度和线性度完全一致；相线电流和零线电流采样后通过各自对应的计量芯片传输给主控mcu，主控mcu判别相线电流、零线电流的周期变化曲线以确定对应相位的相线、零线电流瞬时值，并计算漏电电流：i漏＝i相-i零，在非漏电的正常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值相等，即i漏为0；在发生漏电的异常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值发生偏差，即i漏不为0，mcu及时作出漏电判断，从而快速切断电能表的负荷开关k，实现漏电的可靠保护；如果i漏的数值较大，而且i相小于i零，判断为一种相线进线和出线之间人为短接(或旁路)的偷电情况。而且锰铜电阻采样不受电力电路谐波和频率特性影响，提高了对电路偷电、漏电的检测精确度和可靠性。
9.(二)技术方案
10.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
11.一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表，包括壳体，壳体中设置有主控mcu；
12.所述壳体中还设置有相线采样结构和零线采样结构，相线采样结构通过第一光耦组电性连接主控mcu，零线采样结构通过第二光耦组电性连接主控mcu；
13.所述相线采样结构包括相线锰铜电阻和相线计量芯片，相线锰铜电阻串连在相线上，相线计量芯片的两个输入引脚通过低通滤波连接在相线锰铜电阻的两端；相线计量芯片上设置有电压采样电路，电压采样电路通过电阻分压和低通滤波连接相线到零线；
14.所述零线采样结构包括零线锰铜电阻和零线计量芯片，零线锰铜电阻串连在零线上，零线计量芯片的两个输入引脚通过低通滤波连接在零线锰铜电阻的两端。
15.优选的，所述相线计量芯片上还设置有晶振电路，晶振电路由一个压电晶体和两个电容构成，两个接地的电容c并联在压电晶体x的两端。
16.优选的，所述主控mcu包括mcu控制器，以及电性连接mcu控制器的显示模块、存储模块、通信模块。
17.优选的，所述相线锰铜电阻和零线锰铜电阻为相同规格的采样电阻，相线计量芯片和零线计量芯片为相同精度规格的计量芯片。
18.(三)有益效果
19.本实用新型实施例提供了一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表。具备以下有益效果：
20.1、本实用新型通过在电能表中设置相线检测电路和零线检测电路，相线检测电路对相线(即火线)电流实时采样，零线检测电路对零线电流实时采样，相线电流和零线电流采样的瞬时值通过光电耦合传输给主控mcu，主控mcu判别相线电流、零线电流的周期变化曲线以确定对应相位的相线、零线电流瞬时值，并计算漏电电流：i漏＝i相-i零，在非漏电的正常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值相等，即i漏为0；在发生漏电的异常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值发生偏差，即i漏不为0，mcu及时作出漏电判断，从而快速切断电能表的负荷开关k，实现漏电的可靠保护；如果i漏的数值较大，而且i相小于i零，判断为一种相线进线和出线之间人为短接(或旁路)的偷电情况。
21.2、mcu控制器在电能表误差校正时，通过软件方法改变计量芯片中的校正系数，将相线电流、零线电流的测量值校正。软件校正采用相同的校正方法和换算系数，使相线、零线电流的测量精度完全一致；在软件校正的基础上，对零线电流校正系数做第二次精密校准，设置使零线电流与相线电流数值完全相等的漏电校验结构；
22.3、锰铜采样电阻受电路特性和环境条件影响很小，相线、零线检测电路采用相同的锰铜采样电阻、同等精度的计量芯片，工艺上进行对称化设计，后期的环境变化对两者的影响也相同，所以实际运行时误差影响也相同，防止检测误差使i漏(i漏＝i相-i零)不为零，避免产生检测误差的漏电判断，提高对电路偷电、漏电检测的可靠性。
附图说明
23.图1为本发明的方框图；
24.图2为本发明的计量原理图；
25.图3为本发明中主控mcu的方框图；
26.图4为本发明中相线检测电路的示意图；
27.图5为本发明中零线检测电路的示意图；
28.图6为本发明中电压采样电路的结构示意图；
29.图7为本发明中晶振电路的结构示意图；
30.图中：壳体1；第一光耦组2；第二光耦组3；相线锰铜电阻4；相线计量芯片5；零线锰铜电阻6；零线计量芯片7；mcu控制器8的显示模块9；存储模块10；通信模块11；相线l；零线n；电阻r；电容c；压电晶体x；主控mcuⅰ；相线采样结构ⅱ；零线采样结构ⅲ；电压采样电路ⅳ；晶振电路
ⅴ
。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.参照附图1-7，一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表，包括壳体1，壳体1中设置有主控mcuⅰ；
33.所述壳体1中还设置有相线采样结构ⅱ和零线采样结构ⅲ，相线采样结构ⅱ通过第一光耦组2电性连接主控mcuⅰ，零线采样结构ⅲ通过第二光耦组3电性连接主控mcu；
34.所述相线采样结构ⅱ包括相线锰铜电阻4和相线计量芯片5，相线锰铜电阻4串连在相线l上，相线锰铜电阻4的两端通过低通滤波连接到相线计量芯片5的两个输入引脚，用于实时采样相线电流；相线计量芯片5上设置有电压采样电路ⅳ，电压采样电路ⅳ由串联电阻r分压和并联电容滤波c构成；电压采样电路ⅳ连接相线l到零线n，用于采样相电压；由于电能表的主要功能是计量电能(电度表)，电能是功率的时间累积，功率是电压*电流得到的，所以必须同时测电压和电流；
35.所述零线采样结构ⅲ包括零线锰铜电阻6和零线计量芯片7，零线锰铜电阻6串连在零线n上，零线锰铜电阻6的两端通过低通滤波连接到零线计量芯片7的两个输入引脚，用于实时采样零线电流。
36.本实用新型通过设置相线采样结构ⅱ和零线采样结构ⅲ，相线采样结构ⅱ通过相线锰铜电阻4对相线l进行实时电流采样，零线采样结构ⅲ通过零线锰铜电阻6对零线n进行实时电流采样，锰铜电阻基本上属于纯电阻元件，因此，谐波和直流分量都不会引起信号失真，提高相线采样结构ⅱ和零线采样结构ⅲ的电流采样精度，提高漏电检测效果；相线电流和零线电流采样后通过各自对应的计量芯片传输个主控mcuⅰ，主控mcuⅰ判别相线电流、零线电流的周期变化曲线以确定对应相位的相线、零线电流瞬时值，并计算漏电电流：i漏＝i相-i零，在非漏电的正常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值相等，即i漏为0；在发生漏电的异常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值发生偏差，即i漏不为0，此时可作出漏电判断，提高了漏电检测准确度和快速性；如果i漏的数值较大，而且i相小于i零，判断为一种相线进线和出线之间人为短接(或旁路)的偷电情况。
37.本实施例中，所述相线计量芯片5上还设置有晶振电路
ⅴ
，晶振电路
ⅴ
由一个压电
晶体x和两个电容c构成，两个接地的电容c并联在压电晶体x的两端；晶振电路
ⅴ
可为相线计量芯片5提供基本的时钟信号，计量芯片是一个包含ad模数转换的高精度高速数字信号处理器，晶振电路提供系统运行所需的时钟频率信号，零线计量芯片7内置时钟电路。
38.本实施例中，所述主控mcuⅰ包括mcu控制器8，以及电性连接mcu控制器8的显示模块9、存储模块10、通信模块11，主控mcuⅰ通过mcu控制器8判别相线电流、零线电流的周期变化曲线以确定对应相位的相线、零线电流瞬时值，并计算漏电电流：i漏＝i相-i零，在非漏电的正常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值相等，即i漏为0；在发生漏电的异常工作情况下，相线、零线电流对应相位的瞬时值发生偏差，即i漏不为0，可及时作出漏电判断，提高漏电检测准确度和快速性；如果i漏的数值较大，而且i相小于i零，判断为一种相线进线和出线之间人为短接(或旁路)的偷电情况，主控mcuⅰ通过通信模块11通知相关人员，制止非法偷电行为的发生，存储模块10用于存储电能计量和监测数据，显示模块9便于工作人员方便直观的查看相关数据。
39.本实施例中，所述相线锰铜电阻4和零线锰铜电阻6为相同规格的采样电阻，相线计量芯片5和零线计量芯片7为相同精度规格的计量芯片，相线采样结构ⅱ和零线采样结构ⅲ的电路参数、工艺上进行对称化设计，后期的环境变化对两者的影响相同，所以实际运行时误差影响也相同，主控mcuⅰ对相线采样结构ⅱ和零线采样结构ⅲ校正时采用相同的校正方法和换算系数，设置对零线电流与相线电流做精密校准的漏电校正结构，避免产生检测误差的漏电判断，提高对电路偷电、漏电的检测精确度和可靠性。
40.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。