專利名稱：一種可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型有關(guān)一種可邏輯組合的多相多回路電力測量裝置，主要是一種集合且小型化多個電力測量單元，并能結(jié)合各單元做邏輯化的配置，可規(guī)劃成任意的組合型態(tài)，來完成復(fù)雜不可預(yù)知的電力監(jiān)測需求的可邏輯組合的多相多回路電力測量裝置。
技術(shù)背景現(xiàn)在公知的電力監(jiān)測裝置，都是以單獨的電表或電力計組合而成，或者將多個單相或三相電力測量集合而成，但不具彈性。換言之，是把多個單相表或多個三相表集合在一個外殼內(nèi)，仍然是單純的單相表或單純的三相表，并不能任意的改變組合和混搭，使用上較不方便，很多組件重復(fù)不能共享，容易造成浪費。以往一般的配電盤在設(shè)計規(guī)劃時并未預(yù)留導(dǎo)入電力監(jiān)控所需的空間，因此如何在剩余有限的空間布置電力測量系統(tǒng)，一直是現(xiàn)有市售產(chǎn)品挑戰(zhàn)之一；因電力設(shè)備型態(tài)復(fù)雜且無法預(yù)期，業(yè)界解決方式是以單一功能產(chǎn)品再視用戶狀況組合，除了空間問題外還衍生通訊配線和電力測量接線復(fù)雜、耗用額外量測電力等問題，是現(xiàn)有市售產(chǎn)品挑戰(zhàn)之二；最后投資報酬率一直是能源管理應(yīng)用最大問題，如何不犧牲毛利率又能符合客戶期望，是現(xiàn)在市售產(chǎn)品挑戰(zhàn)之三。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的，在于提供一種能滿足配電盤上各種復(fù)雜的電力監(jiān)測需求的可邏輯組合配置的多相多回路電力監(jiān)測裝置。為達(dá)到上述目的，本實用新型提供一種可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置，其包含多個獨立的單相二線式電力測量模塊，以及對應(yīng)每個電力測量模塊的多組可卸式的變流器和三組能間接測量三相電壓的變壓器，每個所述電力測量模塊選擇任一相電壓作為測量輸入電壓，并搭配所對應(yīng)的所述變流器檢測任一回路電流作為測量輸入電流。每個所述電力測量模塊，包括有二組完整的且具有獨立的電力測量、校調(diào)和通訊功能的單相二線式的電力測量單元，同時每個所述電力測量單元都有專屬的所述變流器和共享三組能間接測量三相電壓的所述變壓器。每個所述電力測量單元都有能選擇任一相電壓作為測量輸入電壓的開關(guān)，同時該測量輸入電壓通過所述變壓器電氣隔離，間接感應(yīng)取得測量輸入電壓，其電壓值正比例于一次側(cè)的電壓，通過內(nèi)建的一只所述開關(guān)選擇三相三線或三相四線的電源供應(yīng)系統(tǒng)。該電力監(jiān)測裝置包括有通過RS-485通訊接口輪顯當(dāng)下各回路單相或三相的測量信息和各電力測量單元組合排列信息的一組LED指示燈及數(shù)值顯示器，配合操作觸控鍵能隨時改變各電力測量單元組合型態(tài)，所述RS-485通訊接口與中央搜集服務(wù)器聯(lián)機。本實用新型可邏輯組合配置的多相多回路電力監(jiān)測裝置，就是要以較小的體積和較便宜及簡單配線的方式去完成多相多回路的電力監(jiān)測目的，同時因采用多組電力測量但共享電源、通訊接口、操作接口、顯示接口及電壓測量處理等電路，使整體更簡化、更省材料，讓電力數(shù)據(jù)的搜集更具經(jīng)濟(jì)實用性。本實用新型是以間接方式測量被監(jiān)測的回路電力，其中電壓部分是以變壓器方式隔離取得輸入電壓，電流部分是以可卸式(可開口)變流器方式隔離取得輸入電流，故而在各回路電力監(jiān)測的信號取得都是以電氣隔離的方式，用很安全且不必斷電的情況下配線，獲得電力息。本實用新型是將各回路所測量的各項電力信息，包括電壓、電流、功率、消耗累積電能等等信息，直接在本裝置上的LED顯示屏輪流顯示，也能通過通訊接口和監(jiān)控系統(tǒng)完成聯(lián)機，達(dá)到高附加價值的云端能源管理服務(wù)。

圖I (a) (c)為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置的外形結(jié)構(gòu)圖，分別為正面、側(cè)面及背面圖； 圖2為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置的組配狀態(tài)示意圖；圖3為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置的分解狀態(tài)示意圖；圖4為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置的架構(gòu)方塊圖；圖5為本實用新型的測量電壓、電流及輸入電壓選擇接口電路圖；圖6為本實用新型的電力測量單元電路圖；圖7為本實用新型的微處理器及通訊接口電路圖；圖8為本實用新型的觸控操作接口及信息顯示器電路圖。附圖標(biāo)記說明I. I前面板外蓋及銘板I. 2信息顯示及觸控操作接口板I. 3觸控感知彈片I. 4固定鎖付掛勾座I. 5電力測量模塊1.6輸出入端口接口及控制主板I. 7可卸式變流器輸入部I. 8 RS-485 通訊端口1.9待測電壓及電源供應(yīng)輸入端口I. 10隔離式變壓器I. 11三相三線/四線選擇開關(guān)I. 12各回路測量輸入電壓選擇開關(guān)I. 13本體外殼I. 14可卸式鉚釘I. 15可卸式后銘板2.1測量電壓輸入接口2.2輸入電壓選擇接口2.3測量電流輸入接口2.4電力測量單元[0040]2. 5微處理器2.6 通訊接口2. 7電源轉(zhuǎn)換控制接口2. 8觸控操作接口2.9信息顯示器
具體實施方式
現(xiàn)依附圖實施例，將本實用新型的組成及其它作用、目的，詳細(xì)說明如下如圖I (a)至(C)所示，其為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置實施例的外形結(jié)構(gòu)圖，在此結(jié)構(gòu)體內(nèi)，裝設(shè)有12組獨立的單相二線最基本的電力測量單元，若全部設(shè)置為三相四線式電表，相當(dāng)于有4具邏輯三相四線電表，被裝置在此結(jié)構(gòu)內(nèi)。如圖2所示，為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置實施例的組配狀態(tài)示意圖，其所測量的信息可集中到服務(wù)器內(nèi)統(tǒng)一處理，達(dá)到云端能源管理服務(wù)的目的。如圖3所示，其為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置實施例的分解狀態(tài)示意圖，其組成依序包括前面板及銘板I. I、信息顯示及觸控操作接口板I. 2、觸控感知彈片I. 3、固定鎖付掛勾座I. 4、電力測量模塊I. 5、輸出入端口接口及控制主板I. 6、可卸式變流器輸入部I. 7、RS-485通訊端口 I. 8、待測電壓及電源供應(yīng)輸入端口 I. 9、隔離式變壓器I. 10、三相三線/四線選擇開關(guān)I. 11、各回路測量輸入電壓選擇開關(guān)I. 12、本體外殼I. 13、可卸式鉚釘I. 14及可卸式后銘板I. 15。如圖所示，其組成方式為將信息顯示及觸控操作接口板I. 2，鎖付在前面板外蓋及銘板I. I的后方，七段數(shù)字LED及各LED燈都在窗口內(nèi)，而觸控感知彈片I. 3則緊貼在銘板所標(biāo)示該按鍵符號的正下方。電力測量模塊I. 5共6片，每片模塊內(nèi)有二組測量單元，被插接在輸出入端口接口及控制主板I. 6上，該輸出入端口接口及控制主板I. 6被鎖付固定在本體外殼I. 13上，可卸式后銘板I. 15則由四只可卸式鉚釘I. 14固定在后殼上，當(dāng)需要時可拆下搬動各回路測量輸入電壓選擇開關(guān)I. 12，達(dá)到變更或重設(shè)定的目的，最后再利用左右兩邊的固定鎖付掛勾座I. 4，將本實用新型鎖付固定在已開有孔的配電箱外蓋上，其組成后的實施例，即形成如圖I所示的外型結(jié)構(gòu)。如圖4所示，其為本實用新型可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置實施例的架構(gòu)方塊圖，其中待測量的三相電壓R、S、T、接至方塊2. I測量電壓輸入接口，可從內(nèi)建的三組變壓器取得各相電壓，然后再由方塊2. 2輸入電壓選擇接口來決定方塊2. 4電力測量單元中每個單元的輸入電壓，是選擇測量R相、S相或T相的電壓，并且每個電力測量單元通過程序的設(shè)定可邏輯組合規(guī)劃成多組的單相二線或單相三線或三相三線或三相四線或其中的混搭組合。方塊2. 3測量電流輸入接口，主要是由12個可卸式變流器和對應(yīng)的轉(zhuǎn)換檢知電阻所組成，其電阻上的電壓正比例于該回路的電流，于是方塊2. 4電力測量單元中每個單元都有各自的量測電壓和電流輸入信號，其電力測量單元的測量信息輸出，是通過方塊2. 5微處理器的多任務(wù)切換電路輪流讀取，并且也能將所測量的信息，通過方塊2. 6通訊接口以RS-485串行信號和外部的數(shù)據(jù)控制搜集中心連結(jié)，另外為提高信賴性，微處理器也能經(jīng)由方塊2. 7電源轉(zhuǎn)換控制接口的監(jiān)督及控制，達(dá)到異常時能自我恢復(fù)重新啟動的機制。[0052]方塊2. 8觸控操作接口，微處理器能借由此接口感知人手的觸控操作信號，將所欲顯示的信息和指示燈號，由方塊2. 9信息顯示器來顯示，使能在現(xiàn)場就能輪顯各回路的實時信息。以下說明本實用新型控制器的各方塊動作原理及其作用，圖5 圖8為本實用新型的各方塊電路圖，說明如后。圖5中的方塊2. I為本實用新型的測量電壓輸入接口電路圖，圖中JP2為本實用新型對外的接線端子座，待測量的電壓R、S、T及地線N分別接到JP2-1、3、5、7腳，另外通訊RS-485-A、RS-485-B 及 DC (直流)電源輸入 24V 和 24-OV (GND)則分別接在 JP2-11、12、13、14腳。待測量的R相電壓通過電阻R32、R33及變壓器Tl在電阻R34可得到隔離的VA電壓，并且正比例于R相電壓；S相電壓通過電阻R35、R36及變壓器T2在電阻R37可得到隔離的VB電壓，并且正比例于S相電壓；T相電壓通過電阻R38、R39及變壓器T3在電阻R40可得到隔離的VC電壓，并且正比例于T相電壓。 Sffl為一 3組連動的開關(guān)，可切換T1、T2、T3的參考電壓，如圖中所示的位置，為R相是指R-S之間的電壓，S相是指S-T之間的電壓，T相是指T-R之間的電壓，即一般俗稱的三相三線(Λ型接線)電源供應(yīng)系統(tǒng)，若把SWl扳到另一位置，則R相是指R-N之間的電壓，S相是指S-N之間的電壓，T相是指T-N之間的電壓，即一般俗稱的三相四線(Y型接線)電源供應(yīng)系統(tǒng)。換言之，本實用新型可通過一只開關(guān)來選擇三相三線或三相四線的電源供應(yīng)系統(tǒng)，而其檢知的測量電壓VA、VB、VC，都與待測電源端隔離，并且共享參考零電位(AGND)。圖5中的方塊2. 2為本實用新型的輸入電壓選擇接口電路圖，在本實用新型實施例中是內(nèi)建12組獨立的小型化電力測量單元，每一個量測單元都可按當(dāng)下的需求，選擇所欲測量的輸入電壓，即如圖中的V-IN1、V-IN2……到V-IN12，其選擇方式是通過指撥開關(guān)SI S6。以V-INl為例，可扳動指撥開關(guān)SI內(nèi)的I或2或3，便能使V-INl的輸入電壓是選擇VA (R相)或VB (S相)或VC (T相),換言之,每個電力測量單元都有可通過對應(yīng)專屬的指撥開關(guān)，選擇所要的量測輸入電，即VA或VB或VC (三選一)。圖5中的方塊2. 3為本實用新型的測量電流輸入接口電路圖，圖中J4、J5、J7、J8共有4個對外配線可卸式變流器(可開口)的接線座，如J4的1、2腳，本實施例12個變流器中第一組為外接可卸式變流器的端子，由此端子所接的變流器，先把變流器口打開，然后將待測回路的電線經(jīng)過此變流器后再緊閉開口，此時該回路的電流便感應(yīng)此變流器，其二次測的感應(yīng)電流經(jīng)過J4的1、2腳，即VlP-I和V1N-1，便在電力測量單元的電流檢知電阻上，可得到轉(zhuǎn)換的檢測電壓，其電壓正比例于該變流器所監(jiān)測回路上的電流，換言之每個電力測量單元都可通過其所對應(yīng)的外接可卸式變流器，可獲得所要量測的電流所轉(zhuǎn)換出來的電壓信號。在方塊2. 3圖中見1、見3、見4、見5、見6、見7共有六個？08板插座，每個插座上都有二組獨立的電力測量單元，如JPl的2、4腳為第一組電流信號輸入接腳，JP1-8為其電壓信號輸入接腳，JPl的14、16腳為第二組電流信號輸入接腳，JP1-20為其電壓信號輸入接腳，其余類推。圖6中的方塊2. 4為本實用新型的電力測量單元電路圖，圖中所示為二組電力測量單元，本實用新型共有12個電力測量單元，故需要有6片如方塊2. 4的測量板，才能組成本實用新型實施例的需求。以其中一組為例說明，每一組電力測量單元由三個集成電路(IC)所組成，即U19專用的微處理器，U20內(nèi)存及U21電力測量1C，圖中被選擇的量測輸入電壓信號是由V-INl腳輸入到U21測量IC的PIN-7腳，并以AGND為共同的參考零電位，量測的電流信號VlP-I及VlN-I在電流檢知電阻R53上可獲得轉(zhuǎn)換電壓，其電壓正比例于待量測的電流。U21電力量測IC便根據(jù)所輸入的電壓和電流信號，可得到真正待量測的電壓值、電流值、功率值、累計電能值和功率因子、頻率等電力信息，圖中U19為該模塊專用的微處理器，能讀取U21所測量的值，并根據(jù)U20所儲存的修正參數(shù)加以修正處理，使得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，其計算的結(jié)果儲存于U20內(nèi)存中，U20同時也存有修正參數(shù)，關(guān)機時仍保有記憶，另外可控制電力測量IC (U21)的電源，當(dāng)微處理器U19發(fā)現(xiàn)與U21通訊或測量值異常時，可借由控制Ql來重啟電源，以提高使用的信賴性，每個專屬的電力測量單元是通過TXD及RXD信號于方塊2. 5的微處理器溝通，以取得每個電力測量單元的測量信息。圖7的方塊2. 5為本實用新型的微處理器電路圖，U5微處理器規(guī)劃二組串行通信接口(UART)，分別為對每一個測量單元的MTXD和MRXD信號，以及對外部通訊的STXD和SRXD信號。其中MTXD因為要連結(jié)到電力測量單元的TXDl TXD12，在此是通過U15和U16 切換1C，即微處理器U5經(jīng)由ADDRO ADDR4的地址線譯碼成讓MTXD可對應(yīng)連結(jié)到與每一個電力測量單元的TXD信號，也同時通過U17和U18切換1C，使MRXD可對應(yīng)連結(jié)到每一個電力測量單元的RXD信號。換言之，U5微處理器IC可通過多任務(wù)掃描輪流和每一個測量單元通訊，設(shè)定或讀取數(shù)據(jù)，然后通過STXD和SRXD和方塊2. 6通訊接口電路的UlO RS-485轉(zhuǎn)換IC連結(jié)，UlO RS-485轉(zhuǎn)換IC能將STXD和SRXD數(shù)字信號，變成具有差動性質(zhì)的RS-485-A和RS-485-B信號，能和遠(yuǎn)處的中央搜集服務(wù)器聯(lián)機，達(dá)到遠(yuǎn)地監(jiān)測配電箱各回路用電信息的目的。U5微處理器尚有一個重要的任務(wù)，即是將各個回路所測量的信息，搭配各回路設(shè)定的內(nèi)容可以做必要的程序運算，如相量相加、代數(shù)相加等以便達(dá)到能將各電力測量單元規(guī)劃成單、三相電力監(jiān)測功能，可多組任意組合來完成復(fù)雜不可預(yù)知的電力監(jiān)測需求。另外在方塊2. 6的J3_7、8腳也提供本實用新型所需的電源，如圖所示為24V和24-0V，此外部供應(yīng)的DC電源，須先經(jīng)由方塊2. 7圖中U13電源穩(wěn)壓IC的轉(zhuǎn)換，可得到穩(wěn)定的5V工作電源，另外為求提高整體監(jiān)測的信賴性，特別設(shè)置一個電源監(jiān)測用IC U14，該電源監(jiān)測IC能隨時檢測所使用的5V電源，當(dāng)5V電源瞬間或緩慢低落到約只剩下3V左右時，便會在PWR腳產(chǎn)生一個正脈沖，該正脈沖信號將使U13電源穩(wěn)壓IC關(guān)掉5V電源，等正脈沖信號消失后再重新啟動電源。另外U14的WDI腳接到U5的微處理器的一個輸出腳，必須通過程序定時產(chǎn)生脈沖信號輸入，因此若U5的微處理器程序當(dāng)機，或U5讀取到各電力測量單元異常，都可通過WDI的接腳來使脈沖信號暫停，可促使PWR產(chǎn)生正脈沖信號重啟電源，增加使用的信賴性。圖8的方塊2. 8為本實用新型的觸控操作接口電路圖，Ull為電容式觸控檢知1C，其中KEYl KEY4為4個觸控片，裝設(shè)在外殼下方，借由人手靠近KEY-I KEY-4的觸控片產(chǎn)生電容變化，使Ull分辨出當(dāng)下所欲操作的按鍵信號，再以數(shù)字的方式輸出告知方塊2. 5的微處理IC U5,即電路圖中的KEY-UP、KEY-DOWN、KEY-CYCLE及KEY-SET四個數(shù)字邏輯信號，U5便能按此輸入的信息執(zhí)行欲顯示的信息和欲設(shè)定的內(nèi)容。圖中與觸控片并聯(lián)的電容CU、C12、C14、C15能夠為觸控靈敏度進(jìn)行調(diào)整，電容愈少靈敏度愈高。方塊2. 9為本實用新型的信息顯示器電路圖，圖中LD1、LD10、LD15、LD23、LD24、LD25為6個LED七段顯示器，能顯示數(shù)字和簡易的英文字母AB⑶，其各段LED的明滅是受Ul、U3、U6、U8、U9、U12的串行轉(zhuǎn)并列IC來驅(qū)動；換言之，方塊2. 5的微處理器IC U5能通過DATA、STR、CLK及PWM等四條信號線，再通過串行轉(zhuǎn)并列IC逐一點亮所欲點亮的七段LED的內(nèi)容，用以呈現(xiàn)所欲顯示的信息內(nèi)容，及PWM腳能控制所點亮的LED驅(qū)動電源的ON/OFF比例，達(dá)到控制亮度的目的。另外U2、U4、U7也同樣是串行轉(zhuǎn)并列的1C，一樣受前所述的四條信號線控制，唯所點亮的LED為單獨的指示燈，如LD2 LD9、LD11 LD14、LD16 LD22等，這些指示燈是用以讓使用者更明了所顯示的項目和回路關(guān)系，以及所設(shè)定的項目內(nèi)容。[0064]上述實施例，僅為本實用新型主要技術(shù)的例舉說明，并非用以限定本實用新型保護(hù)范圍，凡是涉及等效應(yīng)用或基于前項技術(shù)手段為簡易變更或置換，均應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種可邏輯組合的多相多回路電カ監(jiān)測裝置，其特征在于，其包含多個獨立的単相ニ線式電力測量模塊，以及對應(yīng)每個電カ測量模塊的多組可卸式的變流器和三組能間接測量三相電壓的變壓器，每個所述電カ測量模塊選擇任ー相電壓作為測量輸入電壓，并搭配所對應(yīng)的所述變流器檢測任一回路電流作為測量輸入電流。
2.如權(quán)利要求I所述的可邏輯組合的多相多回路電カ監(jiān)測裝置，其特征在于，每個所述電カ測量模塊，包括有ニ組完整的且具有獨立的電カ測量、校調(diào)和通訊功能的単相ニ線式的電カ測量単元，同時每個所述電カ測量單元都有專屬的所述變流器和共享三組能間接測量三相電壓的所述變壓器。
3.如權(quán)利要求2所述的可邏輯組合的多相多回路電カ監(jiān)測裝置，其特征在于，每個所述電カ測量單元都有能選擇任ー相電壓作為測量輸入電壓的開關(guān)，同時該測量輸入電壓通過所述變壓器電氣隔離，間接感應(yīng)取得測量輸入電壓，其電壓值正比例于一次側(cè)的電壓，通過內(nèi)建的一只所述開關(guān)選擇三相三線或三相四線的電源供應(yīng)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求2所述的可邏輯組合的多相多回路電カ監(jiān)測裝置，其特征在干，每個電力測量單元選擇任一相電壓來當(dāng)作測量輸入電壓，再搭配所對應(yīng)的變流器檢測任一回路電流來當(dāng)作測量輸入電流，并且通過程序的設(shè)定可邏輯組合規(guī)劃成多組的單相ニ線或單相三線或三相三線或三相四線或其中的混搭組合，以滿足實際電力監(jiān)測所需的各種狀況，每個電カ測量単元都可按照實際現(xiàn)場配電箱的回路需求，每個電力測量單元的測量輸入電壓，通過專屬的開關(guān)來選擇，測量輸入電流也通過專屬對應(yīng)的變流器來配合接線，然后再通過現(xiàn)場的操作設(shè)定，通過程序邏輯運算，相量相加及代數(shù)相加，將各電力測量單元按實際配線，規(guī)劃成具単相或三相電カ監(jiān)測功能，可多組任意組合來滿足復(fù)雜不可預(yù)知的電カ監(jiān)測需求。
5.如權(quán)利要求I所述的可邏輯組合的多相多回路電カ監(jiān)測裝置，其特征在于，該電力監(jiān)測裝置包括有通過RS-485通訊接ロ輪顯當(dāng)下各回路単相或三相的測量信息和各電カ測量單元組合排列信息的ー組LED指示燈及數(shù)值顯示器，配合操作觸控鍵能隨時改變各電力測量單元組合型態(tài)，所述RS-485通訊接ロ與中央搜集服務(wù)器聯(lián)機。
專利摘要本實用新型公開了一種可邏輯組合的多相多回路電力監(jiān)測裝置，其包含多個小型化且獨立的單相二線式電力測量模塊，以及對應(yīng)每個電力測量模塊的多組可卸式的變流器和三組可間接測量三相電壓的變壓器。每個電力測量模塊可選擇任一相電壓來當(dāng)作測量輸入電壓，再搭配所對應(yīng)的變流器檢測任一回路電流來當(dāng)作測量輸入電流，并且通過程序的設(shè)定可邏輯組合規(guī)劃成多組的單相二線或單相三線或三相三線或三相四線或其中的混搭組合，以滿足實際電力監(jiān)測所需的各種狀況，具有豐富的應(yīng)用彈性。最后再將其測量結(jié)果用輪巡顯示出來，或經(jīng)由通訊接口與中央監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)機，達(dá)到遙讀配電箱各回路用電信息的目的。
文檔編號G01R15/12GK202421266SQ20112037959
公開日2012年9月5日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者李家榮, 李政良, 郭立宏 申請人:齊碩科技股份有限公司