CN113466540A - 总线式电量采集装置及采用互感器总线式电量采集的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了总线式电量采集装置及采用互感器总线式电量采集的方法，主要涉及总线电量采集技术领域。一种总线式电量采集装置，包括变压整流模块总成，所述变压整流模块总成的二次侧输出电路上并联设有多个U计量模块，每个U计量模块包括相位开关、采样电阻R1和MCU单片机。一种采用PT电流型电压互感器进行总线式电量采集的方法，使一次侧输入电路经过限流电阻R0限流后一次侧输入电路电流为I0等于二次侧输出电路电流I01；U计量模块个数为n，每个MCU单片机对相应采样电阻R1两侧的电压值采样，计算得出电压变比B。本发明的有益效果在于：该方式将电压信号由高压信号变成了低电压信号，避免了交流高压信号带来一系列不足和安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及总线电量采集技术领域，具体是一种总线式电量采集装置、一种采用PT电流型电压互感器进行总线式电量采集的方法。
背景技术
在目前电量采集实现过程中，总线长期提供AC220V/380V电压信号，通过限流电阻和采样电阻共同作用下，电压信号接入计量芯片相应引脚，这种总线提供AC220V/380V电压信号方式，在现场制作总线时，必须保证排线(间距1.27mm或2.54mm)之间不能短路，如果短路，可能会造成火线和零线或是相间短路造成该回路跳闸或总闸跳闸，影响其他回路用电设备供电；该方式的总线末端必须进行绝缘封堵，不能裸露，排线接头裸露可能会给安装、调试、维修人员造成人身伤害。该方式的安装对安装调试人员操作技能要求过高，且该方案存在一定的缺陷，如果出现排线压接短路时，会烧坏板子上的其他器件，烧坏该采集模块，甚至影响其他采集模块工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种总线式电量采集装置、一种采用PT电流型电压互感器进行总线式电量采集的方法，该方式将电压信号由AC220/380V高压信号变成了低电压信号，避免了交流高压信号带来的供电电路和采样电路隔离成本增加；杜绝了交流高压信号可能带来的人身安全隐患。节省了生产成本，降低了安装、调试、维修人员的要求。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种总线式电量采集装置，如下：
总体结构原理概述：包括变压整流模块总成，所述变压整流模块总成包括闭合导磁芯体、一次侧输入电路和二次侧输出电路；所述一次侧输入电路的N1匝数线圈、二次侧输出电路的N2匝数线圈缠绕在闭合导磁芯体上；所述一次侧输入电路设有限流电阻R0，所述二次侧输出电路设有整流电阻R01；所述变压整流模块总成的二次侧输出电路上并联设有多个U计量模块，每个U计量模块包括相位开关、采样电阻R1和MCU单片机，所述相位开关控制三相电路的通断，每个所述MCU单片机对相应采样电阻R1两侧的电压值进行采样。
对上述装置进一步技术限定：所述闭合导磁芯体为闭合铁芯。
对上述装置进一步技术限定：所述变压整流模块总成为PT电流型电压互感器，所述PT电流型电压互感器是一次侧输入电路电流大小与二次侧输出电路电流大小一致。
对上述装置进一步技术限定：所述MCU单片机采用有线信号或无线信号进行信号传输。
对上述装置进一步技术限定：所述U计量模块上还设有测量流过外围用电设备实际用电回路电流大小的CT电流互感器。
对上述装置进一步技术限定：所述CT电流互感器为微型开口互感器。
对上述装置的电路元件等进一步进行数值限定：所述限流电阻R0为110千欧，一次侧输入电路电流为I0＝220V/R0＝2mA，二次侧输出电路电流同为2mA；
所述U计量模块个数为20，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝2mA/20＝0.1mA；
所述采样电阻R10为10欧，每个MCU单片机对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝1mV；
电压变比B＝220V/1mV＝220000；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’，
则推算出一次侧输入电路电压为U0＝220000×U1’。
U计量模块上实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝220000×U1’×I1’。
一种采用PT电流型电压互感器进行总线式电量采集的方法，如下：
总体方法原理概述：一次侧输入电路接入AC220V电压，经过限流电阻R0后一次侧输入电路电流为I0＝220V/R0；二次侧输出电路电流为I01＝I0＝220V/R0；
U计量模块个数为n，相位开关控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝220V/R0/n；
每个MCU单片机对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝I1×R1；
得出电压变比B＝220V/U1；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’，则推算出一次侧输入电路电压为U0＝B×U1’；U计量模块上实测电量值为P1＝B×U1’×I1’。
对上述方法的电路元件等进一步进行数值限定：
所述限流电阻R0为110千欧，则I0＝2mA；
U计量模块个数为n＝20，相位开关控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝0.1mA；
采样电阻R10为10欧，每个MCU单片机对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝1mV；
电压变比B＝220V/1mV＝220000；
设电压值采样值实测为U1’，外围用电设备实际用电回路实测电流为I1’，则推算出一次侧输入电路电压为U0＝220000×U1’；U计量模块上实测电量值为P1＝220000×U1’×I1’。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
本技术所述的总线式电量采集装置、采用PT电流型电压互感器进行总线式电量采集的方法，通过清点安装U计量模块数量，计算出每个U计量模块R1采样电阻的电流，经过每个U计量模块的电流×采样电阻R1＝标定采样电压U1。通过对每个U计量模块的采样电阻R1两侧电压进行标定，让每个U计量模块上采样电阻R1两侧电压U1’＝标定采样电压U1时，一次侧输入电路电压信号为AC220V。U计量模块上采样电阻R1两侧电压U1’结合电压变比B、CT电流互感器测得的流经外围用电设备实际用电回路电流数值I1’，得出实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝B×U1’×I1’。避免了交流高压信号带来的供电电路和采样电路隔离成本增加，杜绝了交流高压信号可能带来的人身安全隐患。替代了前期单独使用AC220V/380V供电的模块，进一步优化了电量采集方案，降低了产品成本。降低了场所内现场勘查过程中的工作量；采用总线式电量采集方式配合微型开口互感器，微型开口互感器可以在不停电的情况下带电安装，大大缩短了施工和维修过程中的作业时间，实现了不停电进行各项电参数数据采集。整个采集装置和过程节省了生产成本，降低了安装、调试、维修人员的要求。
附图说明
附图1是本发明电路总图。
附图2是本发明中U计量模块部分电路图。
附图中所示标号：
1、变压整流模块总成；2、U计量模块；3、相位开关；4、MCU单片机；5、PT电流型电压互感器；6、CT电流互感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明所述是一种总线式电量采集装置、一种采用PT电流型电压互感器5进行总线式电量采集的方法。
首先对总线式电量采集装置的技术实现电路结构进行详述，如下：
一种总线式电量采集装置，如下：
实施方案1：包括变压整流模块总成1，所述变压整流模块总成1包括闭合导磁芯体、一次侧输入电路和二次侧输出电路，所述闭合导磁芯体为闭合铁芯。所述一次侧输入电路的N1匝数线圈、二次侧输出电路的N2匝数线圈缠绕在闭合导磁芯体上；
所述一次侧输入电路设有限流电阻R0，那么在一次侧输入电路电流为220/R0＝I0，
所述二次侧输出电路设有整流电阻R01，设二次侧输出电路电流为I01，
根据R01 I01/R0I0＝N2/N1，则I01＝220N2/R01 N1；
所述变压整流模块总成1的二次侧输出电路上并联设有多个U计量模块2，每个U计量模块2包括相位开关3、采样电阻R1和MCU单片机4，所述相位开关3控制三相电路的通断，每个所述MCU单片机4对相应采样电阻R1两侧的电压值进行采样；所述MCU单片机4采用有线信号或无线信号进行信号传输。
相位开关3控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝I01/20＝220N2/R01 N1/20＝11N2/R01 N1；所述U计量模块2上还设有测量流过外围用电设备实际用电回路的CT电流互感器6；
每个MCU单片机4对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值U1为：
U1＝I1*R1＝11N2/R01 N1*R1＝11N2 R1/R01 N1；
电压变比B＝220/U1；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’；则推算出一次侧输入电路电压为U0＝220/U1*U1’＝220U1’/U1。U计量模块2上实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝220U1’/U1×I1’＝＝220U1’I1’/U1。
附：本装置的实际线路简述，如下：
本装置线路为ZX总线，ZX总线分别包括485A(电源+)、485B(电源-)、A相信号、B相信号、C相信号、N零线信号。ZX总线可以根据每个U计量模块2具体位置，压接LJQ连接器。
ZX总线中的485A(电源+)、485B(电源-)采用集供电和通讯一体的芯片，例如M-bus总线，给U计量模块2的MCU单片机4进行电源提供和通讯。
ZX总线可以是排线总线方式，也可以是汇流排总线方式。
ZX总线采用排线时，排线线径必须采用AWG26以上规格，间距2.54mm。
综上所述：
采样电阻R1两侧电压U1’＝标定采样电压U1时，一次侧输入电路电压信号为AC220V，U计量模块2上采样电阻R1两侧电压U1’结合电压变比B、CT电流互感器测得的流经外围用电设备实际用电回路电流数值I1’，得出实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝B×U1’×I1’。MCU单片机4采用有线信号或无线信号进行信号传输至上位机。避免了交流高压信号带来的供电电路和采样电路隔离成本增加，杜绝了交流高压信号可能带来的人身安全隐患。替代了前期单独使用AC220V/380V供电的模块，进一步优化了电量采集方案，降低了产品成本。降低了场所内现场勘查过程中的工作量。整个采集装置和过程节省了生产成本，降低了安装、调试、维修人员的要求。
实施方案2：
对实施方案1装置进一步技术限定：所述变压整流模块总成1为PT电流型电压互感器5，通过合理设置R01阻值，所述述PT电流型电压互感器5是一次侧输入电路电流大小与二次侧输出电路电流大小一致，即I01＝I0＝220/R0；
则：所述限流电阻R0为110千欧，一次侧输入电路电流为I0＝220V/R0＝2mA，二次侧输出电路电流同为2mA；
所述U计量模块2个数为20，相位开关3控制选择其中一相电路接通；
则：经过每个采样电阻R1的电流为I1＝2mA/20＝0.1mA；
采样电阻R10为10欧；
则：每个MCU单片机4对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝0.1mA×10＝1mV；
则：电压变比B＝220V/1mV＝220000；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’；
则：推算出一次侧输入电路电压为U0＝220000×U1’；U计量模块2上实测电量值为P1＝220000×U1’×I1’。
对上述装置进一步技术限定：所述CT电流互感器6为微型开口互感器。微型开口互感器外宽小于17mm，内宽10mm，厚度小于12mm。
综上所述：
通过上述技术改进，能实现对比采样电阻R1两侧电压U1’是否定值等于标定采样电压U1(1mV),来判断一次侧输入电路电压信号是否为AC220V稳定，若需计算实际一次侧输入电路电压为U0，侧根据公式U0＝220000×U1’来进行标准计算即可，U计量模块2上采样电阻R1两侧电压U1’结合电压变比B、CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流数值I1’，得出实测电量值为P1＝220000×U1’×I1’。MCU单片机4将结果采用有线信号或无线信号进行信号传输至上位机。
通过上述方法实现了1mV表征一次侧输入电路电压AC220V，避免了交流高压信号带来的供电电路和采样电路隔离成本增加，杜绝了交流高压信号可能带来的人身安全隐患。替代了前期单独使用AC220V/380V供电的模块，进一步优化了电量采集方案，降低了产品成本。降低了场所内现场勘查过程中的工作量。
此外，采用总线式电量采集方式配合微型开口互感器，微型开口互感器可以在不停电的情况下带电安装，大大缩短了施工和维修过程中的作业时间，实现了不停电进行各项电参数数据采集。整个采集装置和过程节省了生产成本，降低了安装、调试、维修人员的要求。
其次，对采用PT电流型电压互感器5进行总线式电量采集的方法进行详述，如下：
实施方案1：一次侧输入电路接入AC220V电压，经过限流电阻R0后一次侧输入电路电流为I0＝220V/R0；二次侧输出电路电流为I01＝I0＝220V/R0；
U计量模块2个数为n，相位开关3控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝220V/R0/n；
每个MCU单片机4对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝I1×R1；
得出电压变比B＝220V/U1；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’,则推算出一次侧输入电路电压U0为：U0＝B×U1’＝220*U1’/U1；U计量模块2上实测电量值为P1＝220*U1’/U1×I1’＝220*U1’I1’/U1。
实施方案2：对实施方案1装置进一步技术限定：
所述限流电阻R0为110千欧，则I0＝2mA；
U计量模块2个数为n＝20，相位开关3控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝0.1mA；
采样电阻R10为10欧，每个MCU单片机4对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝1mV；
电压变比B＝220V/1mV＝220000；
设电压值采样值实测为U1’，通过CT电流互感器6测得流过外围用电设备实际用电回路的电流为I1’，则推算出一次侧输入电路电压为U0＝220000×U1’；U计量模块2上实测电量值为P1＝220000×U1’×I1’。
综合上述具体实施方式内容所述：
本技术所述的总线式电量采集装置、采用PT电流型电压互感器5进行总线式电量采集的方法，通过清点安装U计量模块2数量，计算出每个U计量模块2R1采样电阻的电流，经过每个U计量模块2的电流×采样电阻R1＝标定采样电压U1。通过对每个U计量模块2的采样电阻R1两侧电压进行标定，让每个U计量模块2上采样电阻R1两侧电压U1’＝标定采样电压U1时，一次侧输入电路电压信号为AC220V。U计量模块2上采样电阻R1两侧电压U1’结合电压变比B、CT电流互感器测得的流经外围用电设备实际用电回路电流数值I1’，得出实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝B×U1’×I1’。避免了交流高压信号带来的供电电路和采样电路隔离成本增加，杜绝了交流高压信号可能带来的人身安全隐患。替代了前期单独使用AC220V/380V供电的模块，进一步优化了电量采集方案，降低了产品成本。降低了场所内现场勘查过程中的工作量。
采用总线式电量采集方式配合CT电流互感器6为微型开口互感器，微型开口互感器可以在不停电的情况下带电安装，大大缩短了施工和维修过程中的作业时间，实现了不停电进行各项电参数数据采集。整个采集装置和过程节省了生产成本，降低了安装、调试、维修人员的要求。
Claims (10)
1.一种总线式电量采集装置，其特征在于：包括变压整流模块总成(1)，所述变压整流模块总成(1)包括闭合导磁芯体、一次侧输入电路和二次侧输出电路；所述一次侧输入电路的N1匝数线圈、二次侧输出电路的N2匝数线圈缠绕在闭合导磁芯体上；所述一次侧输入电路设有限流电阻R0，所述二次侧输出电路设有整流电阻R01；
所述变压整流模块总成(1)的二次侧输出电路上并联设有多个U计量模块(2)，每个U计量模块(2)包括相位开关(3)、采样电阻R1和MCU单片机(4)，所述相位开关(3)控制三相电路的通断，每个所述MCU单片机(4)对相应采样电阻R1两侧的电压值进行采样。
2.根据权利要求1所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述闭合导磁芯体为闭合铁芯。
3.根据权利要求2所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述变压整流模块总成(1)为PT电流型电压互感器(5)，所述PT电流型电压互感器(5)是一次侧输入电路电流大小与二次侧输出电路电流大小一致。
4.根据权利要求3所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述U计量模块(2)上还设有测量流过外围用电设备实际用电回路电流大小的CT电流互感器(6)。
5.根据权利要求4所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述CT电流互感器(6)为微型开口互感器。
6.根据权利要求5所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述MCU单片机(4)采用有线信号或无线信号进行信号传输。
7.根据权利要求6所述一种总线式电量采集装置，其特征在于：所述限流电阻R0为110千欧，所述U计量模块(2)个数为20，所述采样电阻R10为10欧。
8.一种采用PT电流型电压互感器(5)进行总线式电量采集的方法，其特征在于：
一次侧输入电路接入AC220V电压，经过限流电阻R0后一次侧输入电路电流为I0＝220V/R0；二次侧输出电路电流为I01＝I0＝220V/R0；
U计量模块(2)个数为n，相位开关(3)控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝220V/R0/n；
每个MCU单片机(4)对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝I1×R1；
得出电压变比B＝220V/U1；
设电压值采样值实测为U1’，外围用电设备实际用电回路实测电流为I1’，则推算出一次侧输入电路电压为U0＝B×U1’；U计量模块(2)上实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝B×U1’×I1’。
9.根据权利要求8所述一种采用PT电流型电压互感器(5)进行总线式电量采集的方法，其特征在于：
所述限流电阻R0为110千欧，则I0＝2mA；
U计量模块(2)个数为n＝20，相位开关(3)控制选择其中一相电路接通，经过每个采样电阻R1的电流为I1＝0.1mA；
采样电阻R10为10欧，每个MCU单片机(4)对相应采样电阻R1两侧的电压值采样值为U1＝1mV；
电压变比B＝220V/1mV＝220000；
设电压值采样值实测为U1’，外围用电设备实际用电回路实测电流为I1’，则推算出一次侧输入电路电压为U0＝220000×U1’；U计量模块(2)上实测外围用电设备实际用电回路电量值为P1＝220000×U1’×I1’。
10.根据权利要求8或9所述一种采用PT电流型电压互感器(5)进行总线式电量采集的方法，其特征在于：所述U计量模块(2)上设有测量外围用电设备实际用电回路电流大小的CT电流互感器(6)；流过外围用电设备实际用电回路的实测电流通过CT电流互感器(6)测得。
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