專利名稱：三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，尤其涉及三相三線和三相四線兼容式三相 電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
三相交流電參數(shù)測(cè)量儀表分為三相三線制和三相四線制兩種類型。這兩種類型的 儀表的接線方式、信號(hào)處理方法都不相同，因此在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用時(shí)是需要明確區(qū)分的， 二者不能兼容，必須分別銷售或購買、分別保管、分別取用，給生產(chǎn)銷售和使用的管理帶來 很多不便。在三相交流電參數(shù)測(cè)量的信號(hào)處理技術(shù)中，典型的技術(shù)方案是采用三相電參數(shù)測(cè) 量的專用芯片如ADE7758、ATT7026A和ATT7022A等作為信號(hào)的核心處理器件，但這些芯片 價(jià)格不菲，占器件總成本的較大比例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述不足而提出一種采用價(jià)格低廉的單相電參數(shù)測(cè)量 芯片實(shí)現(xiàn)測(cè)量三相電參數(shù)的信號(hào)處理系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)可以兼容三相三線制和三相四線制 兩種接線方式。采用本發(fā)明的技術(shù)方案可以大幅降低制造成本，簡化生產(chǎn)倉儲(chǔ)和銷售的管 理、方便用戶購買選型。實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是一種兼容式三相電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，由 電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號(hào)處理電路和微控制器MCU 組成；電壓接線端子外連電網(wǎng)線，內(nèi)連方式為通過分壓電阻并聯(lián)接線方式切換開關(guān)后依次 連至電壓互感器、電壓通道濾波器、單相電參數(shù)測(cè)量芯片；電流接線端子外連方式為按對(duì)串 聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依次連接至電流互感器、電流通道濾波器、單相電參數(shù)測(cè)量芯片；電 壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號(hào)處理電路，將信號(hào)處理電路的測(cè)量參數(shù) 值讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合 運(yùn)算處理，計(jì)算得到三相電參數(shù)。所述電壓接線端子有4個(gè)，即為UA、UB、UC和UN，UA、UB和UC，分別外接于電網(wǎng)A、 B、C三根相線或儀表外電壓互感器的二次側(cè)的A、B、C相引出端，UN連接三相四線制電網(wǎng)中 線，或連接三相三線制UB。所述電流接線端子有6個(gè)，兩個(gè)一對(duì)，具體為IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，IA/IAR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IB/IBR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IC/ICR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端。所述的信號(hào)處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾 波器和單相電參數(shù)測(cè)量芯片依次串連構(gòu)成，本系統(tǒng)中共有3套獨(dú)立的信號(hào)處理電路，其中 電壓互感器是二端口網(wǎng)絡(luò)，其二次側(cè)連接至電壓通道濾波器作為電壓通道濾波器的輸入，
4電壓通道濾波器的輸出連接至單相電參數(shù)測(cè)量芯片的電壓通道輸入端；電流互感器是二端 口網(wǎng)絡(luò)，其一次側(cè)按信號(hào)處理電路分別連接至各相電流接線端子IA/IAN、IB/IBN、IC/ICN， 二次側(cè)連接至電流通道濾波器作為電流通道濾波器的輸入；電流通道濾波器的輸出連接至 單相電參數(shù)測(cè)量芯片的電流通道輸入端；分壓電阻RA的一端與電壓接線端子UA連接，另一 端與電壓互感器1A的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RB的一端與接線方式切換開關(guān)接線端 子X連接，另一端與與電壓互感器1B的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RC的一端與電壓接線 端子UC連接，另一端與電壓互感器1C的一次側(cè)的上端連接。采用分壓電阻對(duì)被測(cè)電壓進(jìn) 行分壓，使加在電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減以便所述的電壓通道濾波器和單相電參數(shù) 測(cè)量芯片進(jìn)行信號(hào)處理；所述的接線方式切換開關(guān)是一個(gè)具有SA、SB、SC、SN、X和Y的6個(gè)接線端子的雙 刀雙擲撥動(dòng)開關(guān)，接線端子SA與電壓接線端子UA連接；接線端子SB與電壓接線端子UB相 連；接線端子SC與電壓接線端子UC連接；接線端子SN與電壓接線端子UN連接，還與電壓 互感器1A的一次側(cè)的下端及電壓互感器1C的一次側(cè)的下端連接；接線端子X與分壓電阻 RB連接；接線端子Y與電壓互感器1B的一次側(cè)的下端連接。當(dāng)接線方式切換開關(guān)向上撥 時(shí)，接線端子X與接線端子SA閉合導(dǎo)通、與接線端子SB斷開，接線端子Y與端子SC閉合導(dǎo) 通、與接線端子SN斷開，當(dāng)開關(guān)向下?lián)軙r(shí)，接線端子X與接線端子SB閉合導(dǎo)通、與接線端子 SA斷開，接線端子Y與接線端子SN閉合導(dǎo)通、與接線端子SC斷開。所述的單相電參數(shù)測(cè)量芯片，具有單相電參數(shù)測(cè)量功能，可以測(cè)量單相交流的電 流有效值、電壓有效值、電流瞬時(shí)值、電壓瞬時(shí)值，可以對(duì)短時(shí)間內(nèi)的有功電能進(jìn)行累積，并 且這些參數(shù)值可通過串行通信方式送到微控制器MCU ；上述3套信號(hào)處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個(gè)單相電參數(shù)測(cè)量芯片的測(cè)量參 數(shù)值分別讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn) 行綜合運(yùn)算處理，計(jì)算得到三相電參數(shù)。本發(fā)明具有如下有益效果可以利用三塊單相電參數(shù)測(cè)量芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)三相交流電 參數(shù)測(cè)量的信號(hào)處理，可以測(cè)量計(jì)算分相和合相的電參數(shù)如線電流、線電壓、相電壓、有功 功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、零序電流、有功電能、無功電能等等，接線方式 切換開關(guān)的使用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)三相三線制和三相四線制接線方式下的電參數(shù)測(cè)量的信號(hào)處理。


圖1是兼容式三相電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)2是兼容式三相電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)的電路連接圖。圖2中，6的虛線框內(nèi)為電壓接線端子組，包含有4個(gè)電壓接線端子UA、UB、UC和 UN，三相四線制時(shí)用連線分別連接電網(wǎng)的A、B、C三根相線和電網(wǎng)中線；三相三線制時(shí)電網(wǎng) 無中線，用連線將UN連接至UB，并分別用連線將UA、UB、UC連接至電網(wǎng)的A、B、C三根相線； 7的虛線框內(nèi)為電流接線端子組，包含有6個(gè)共三對(duì)的電流接線端子IA/IAR、IB/IBR、IC/ ICR, IA/IAR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引 出端，IB/IBR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引 出端，IC/ICR用于串聯(lián)連接電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端；8的虛線框表示為接線方式切換開關(guān)，它是具有6個(gè)接線端子的雙刀雙擲撥動(dòng)開關(guān)， 三相四線制時(shí)開關(guān)向下?lián)?，三相三線制時(shí)開關(guān)向上撥；RA、RB、RC是3個(gè)分壓電阻，用于對(duì)被 測(cè)電壓進(jìn)行分壓，使加在電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減。9為微控制器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖2對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步描述，一種兼容式三相電參數(shù)信號(hào)測(cè)量 處理系統(tǒng)，由電壓接線端子UA、UB、UC和UN，三對(duì)電流接線端子IA/IAR、B/IBR和IC/ICR， 接線方式切換開關(guān)中的接線端子SA、SB、SC、SN、X和Y，3個(gè)電壓互感器1A、1B和1C，3個(gè)分 壓電阻RA、RB和RC，3個(gè)電壓通道濾波器2A、2B、和2C，3個(gè)電流互感器5A、5B、和5C，3個(gè)電 流通道濾波器4A、4B、和4C，3個(gè)單相電參數(shù)測(cè)量芯片3A、3B和3C，1個(gè)微控制器(9)組成；電壓接線端子組(6)共包含4個(gè)電壓接線端子即UA、UB、UC和UN，電流接線端子組 (7)共包含6個(gè)組成3對(duì)電流接線端子即IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，接線方式切換開關(guān)(8) 是一個(gè)具有6個(gè)接線端子的雙刀雙擲撥動(dòng)開關(guān)，其6個(gè)端子分別為SA、SB、SC、SN、X和Y，用 于三相三線制時(shí)開關(guān)向上撥，端子X與端子SA閉合導(dǎo)通、與端子SB斷開，端子Y與端子SC 閉合導(dǎo)通、與端子SN斷開，用于三相四線制時(shí)開關(guān)向下?lián)?，端子X與端子SB閉合導(dǎo)通、與端 子SA斷開，端子Y與端子SN閉合導(dǎo)通、與端子SC斷開；對(duì)電壓互感器(1A、1B、1C)、電壓通道濾波器(2A、2B、2C)、電流互感器(5A、5B、 5C)、電流通道濾波器(4A、4B、4C)、單相電參數(shù)測(cè)量芯片(3A、3B、3C)共5種器件分為A、B、 C 3組，同組的器件標(biāo)識(shí)的最后字母相同，即標(biāo)識(shí)為1A、2A、3A、4A、5A的器件為A組，標(biāo)識(shí)為 1B、2B、3B、4B、5B的器件為B組，標(biāo)識(shí)為1C、2C、3C、4C、5C的器件為C組，每組的5種器件進(jìn) 行互連構(gòu)成3套獨(dú)立的信號(hào)處理電路，分別為A相序信號(hào)處理電路、B相序信號(hào)處理電路和 C相序信號(hào)處理電路，3套信號(hào)處理電路的內(nèi)連接方式相同，其內(nèi)連接方式為電壓互感器 (1A、1B、1C)的二次側(cè)連接至電壓通道濾波器(2A、2B、2C)作為電壓通道濾波器(2A、2B、2C) 的輸入，電壓通道濾波器(2A、2B、2C)的輸出連接至單相電參數(shù)測(cè)量芯片(3A、3B、3C)的電 壓通道輸入端，電流互感器(5A、5B、5C)的二次側(cè)連接至電流通道濾波器(4A、4B、4C)作為 電流通道濾波器(4A、4B、4C)的輸入，電流通道濾波器(4A、4B、4C)的輸出連接至單相電參 數(shù)測(cè)量芯片(3A、3B、3C)的電流通道輸入端；3個(gè)電流互感器(5A、5B、5C)的一次側(cè)按信號(hào)處理電路的相序即A相序、B相序、 C相序分別連接至所述的各相電流接線端子，即電流互感器(5A)的一次側(cè)連接電流接線端 子IA/IAN、電流互感器(5B)的一次側(cè)連接電流接線端子IB/IBN、電流互感器(5C)的一次 側(cè)連接電流接線端子IC/ICN;A相序電壓互感器(1A)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RA的一端，分壓電阻RA的 另一端連接電壓接線端子UA，A相序電壓互感器(1A)的一次側(cè)的下端連接電壓接線端子 UN ;B相序電壓互感器(1B)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RB的一端，分壓電阻RB的另一 端連接接線方式切換開關(guān)(8)的端子X，B相序電壓互感器(1B)的一次側(cè)的下端連接接線 方式切換開關(guān)(8)的端子Y ;C相序電壓互感器(1C)的一次側(cè)的上端連接分壓電阻RC的一 端，分壓電阻RC的另一端連接電壓接線端子UC，C相序電壓互感器(1C)的一次側(cè)的下端連 接電壓接線端子UN;接線方式切換開關(guān)(8)的端子SA連接電壓接線端子UA，接線方式切換 開關(guān)(8)的端子SB連接電壓接線端子UB，接線方式切換開關(guān)(8)的端子SC連接電壓接線
6端子UC，接線方式切換開關(guān)(8)的端子SN連接電壓接線端子UN ；3個(gè)單相電參數(shù)測(cè)量芯片(3A、3B、3C)具有單相電參數(shù)測(cè)量功能，可以測(cè)量單相交 流的電流有效值、電壓有效值、電流瞬時(shí)值、電壓瞬時(shí)值，可以對(duì)短時(shí)間內(nèi)的有功電能進(jìn)行 累積，并且這些參數(shù)值可通過串行通信方式送到微控制器MCU (9)；上述3套信號(hào)處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個(gè)單相電參數(shù)測(cè)量芯片(3A、3B、 3C)的測(cè)量參數(shù)值分別讀取到微控制器MCU(9)，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確 定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，計(jì)算得到三相電參數(shù)。以上技術(shù)方案所用的術(shù)語，符號(hào)和例子不對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用構(gòu)成限制，只是為了便 于說明。
權(quán)利要求
一種三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號(hào)處理電路和微控制器MCU組成；電壓接線端子外連電網(wǎng)線，內(nèi)連方式為通過分壓電阻并聯(lián)接線方式切換開關(guān)后依次連至電壓互感器、電壓通道濾波器、單相電參數(shù)測(cè)量芯片；電流接線端子外連方式為按對(duì)串聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依次連接至電流互感器、電流通道濾波器、單相電參數(shù)測(cè)量芯片；電壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號(hào)處理電路，將信號(hào)處理電路的測(cè)量參數(shù)值讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，計(jì)算得到三相電參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特 征在于所述的電壓接線端子有4個(gè)，即為UA、UB、UC和UN，UA、UB和UC，分別外接于電網(wǎng)A、 B、C三根相線或儀表外電壓互感器的二次側(cè)的A、B、C相引出端，UN連接三相四線制電網(wǎng)中 線，或連接三相三線制UB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特 征在于所述的電流接線端子有6個(gè)，兩個(gè)一對(duì)，具體為IA/IAR、IB/IBR、IC/ICR，IA/IAR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)A相線或者連接儀表外A相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IB/IBR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)B相線或者連接儀表外B相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端，IC/ICR用 于串聯(lián)連接電網(wǎng)C相線或者連接儀表外C相線上的電流互感器的二次側(cè)引出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特 征在于所述的信號(hào)處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾波 器和單相電參數(shù)測(cè)量芯片依次串連構(gòu)成，本系統(tǒng)中共有3套獨(dú)立的信號(hào)處理電路，其中電 壓互感器是二端口網(wǎng)絡(luò)，其二次側(cè)連接至電壓通道濾波器作為電壓通道濾波器的輸入，電 壓通道濾波器的輸出連接至單相電參數(shù)測(cè)量芯片的電壓通道輸入端；電流互感器是二端口 網(wǎng)絡(luò)，其一次側(cè)按信號(hào)處理電路分別連接至各相電流接線端子IA/IAN、IB/IBN、IC/ICN，二 次側(cè)連接至電流通道濾波器作為電流通道濾波器的輸入；電流通道濾波器的輸出連接至單 相電參數(shù)測(cè)量芯片的電流通道輸入端；分壓電阻RA的一端與電壓接線端子UA連接，另一端 與電壓互感器1A的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RB的一端與接線方式切換開關(guān)接線端子 X連接，另一端與與電壓互感器1B的一次側(cè)的上端連接；分壓電阻RC的一端與電壓接線端 子UC連接，另一端與電壓互感器1C的一次側(cè)的上端連接。采用分壓電阻對(duì)被測(cè)電壓進(jìn)行 分壓，使加在電壓互感器的一次側(cè)的電壓衰減以便所述的電壓通道濾波器和單相電參數(shù)測(cè) 量芯片進(jìn)行信號(hào)處理；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特 征在于所述的接線方式切換開關(guān)是一個(gè)具有SA、SB、SC、SN、X和Y的6個(gè)接線端子的雙刀 雙擲撥動(dòng)開關(guān)，接線端子SA與電壓接線端子UA連接；接線端子SB與電壓接線端子UB相 連；接線端子SC與電壓接線端子UC連接；接線端子SN與電壓接線端子UN連接，還與電壓 互感器1A的一次側(cè)的下端及電壓互感器1C的一次側(cè)的下端連接；接線端子X與分壓電阻 RB連接；接線端子Y與電壓互感器1B的一次側(cè)的下端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)， 其特征在于所述的接線方式切換開關(guān)，當(dāng)接線方式切換開關(guān)向上撥時(shí)，接線端子X與接線 端子SA閉合導(dǎo)通、與接線端子SB斷開，接線端子Y與端子SC閉合導(dǎo)通、與接線端子SN斷開，當(dāng)開關(guān)向下?lián)軙r(shí)，接線端子X與接線端子SB閉合導(dǎo)通、與接線端子SA斷開，接線端子Y 與接線端子SN閉合導(dǎo)通、與接線端子SC斷開。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特 征在于所述的單相電參數(shù)測(cè)量芯片，具有單相電參數(shù)測(cè)量功能，可以測(cè)量單相交流的電流 有效值、電壓有效值、電流瞬時(shí)值、電壓瞬時(shí)值，可以對(duì)短時(shí)間內(nèi)的有功電能進(jìn)行累積，并且 這些參數(shù)值可通過串行通信方式送到微控制器MCU。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)， 其特征在于所述的3套信號(hào)處理電路之間的邏輯聯(lián)系是將3個(gè)單相電參數(shù)測(cè)量芯片的測(cè) 量參數(shù)值分別讀取到微控制器MCU，再根據(jù)三相三線或三相四線接線方式所確定的數(shù)學(xué)關(guān) 系進(jìn)行綜合運(yùn)算處理，計(jì)算得到三相電參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及三相三線和三相四線兼容式電參數(shù)信號(hào)測(cè)量處理系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由電壓接線端子、電流接線端子、接線方式切換開關(guān)、分壓電阻、信號(hào)處理電路和微控制器MCU組成；信號(hào)處理電路，由電壓互感器、電壓通道濾波器、電流互感器、電流通道濾波器和單相電參數(shù)測(cè)量芯片依次串連構(gòu)成，本裝置中共有3套獨(dú)立的信號(hào)處理電路。電壓接線端子外連電網(wǎng)，內(nèi)連電壓互感器；電流接線端子外連方式為串聯(lián)于電網(wǎng)相線，內(nèi)連為依序連接至電流互感器；電壓接線端子和電流接線端子按各自通路內(nèi)連至信號(hào)處理電路，將各電路的參數(shù)值讀取到微控制器，計(jì)算得到三相電參數(shù)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案可降低制造成本，簡化生產(chǎn)倉儲(chǔ)和銷售的管理、方便用戶購買選型。
文檔編號(hào)G01R31/00GK101893668SQ20101020852
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者廖曉東, 林瀟, 洪親, 蔡堅(jiān)勇, 陳金水 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)