專利名稱：一種電能質量監測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電能檢測相關技術，尤其是涉及一種電能質量監測儀。
背景技術：
電能質量(Power Quality),從嚴格意思上講,衡量電能質量的主要指標有電壓、頻率和波形。從普遍意義上講是指優質供電，包括電壓質量、電流質量、供電質量和用電質量。其可以定義為導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、暫時或瞬態過電壓、波形畸變(諧波)、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續性等。隨著國民經濟的發展和人民生活的提高，對電能質量的要求不斷提高，對電能質量標準的要求也在不斷提高。近年來，國家發布了一批電能質量標準，基本適應了供需雙方 在生產運行中的要求。之前，行業中的電力表計主要測量的都是電壓、電流這些基本數據，不能有效的監測電力系統中三相不平衡、系統諧波分析、電壓波動與閃變等電能質量數據。因此不能對電網中的系統情況做一個完善的分析。
實用新型內容本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種數據監測精度高、適應能力強、功能強大、功耗低、安裝方便的電能質量監測儀。本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現—種電能質量監測儀，其特征在于，包括電源模塊、數據采集模塊、運算放大器、A/D轉換芯片、控制芯片和顯示屏；所述的數據采集模塊的輸出端與運算放大器連接，所述的運算放大器通過A/D轉換芯片與控制芯片連接，所述的控制芯片與顯示屏連接；所述的數據采集模塊采集外部電流和電壓數據，經運算放大器信號調理后傳輸給A/D轉換芯片，該A/D轉換芯片將其轉換成數字信號后傳輸給控制芯片，控制芯片對接收到的數據繼續計算得到電能質量數據，顯示屏需要顯示時，控制芯片將相應電能質量數據發送給顯示屏進行顯示。所述的電源模塊包括AC/DC轉換器和DC/DC轉換器，所述的AC/DC轉換器的輸入端與外部交流電源連接，所述的AC/DC轉換器的輸出端分別與DC/DC轉換器的輸入端、顯示屏連接，所述的DC/DC轉換器的輸出端分別與運算放大器、A/D轉換芯片連接。所述的數據采集模塊包括電壓互感器和電流互感器。所述的控制芯片包括DSP、ARM、存儲器和外擴通訊接口，所述的DSP的電源輸入端與AC/DC轉換器連接，所述的DSP的信號輸出端與ARM連接，所述的ARM分別與存儲器、夕卜擴通訊接口連接；所述的DSP將接收到的電壓電流數字信號轉換成各種電能質量數據，并將數據發送給ARM，所述的ARM將接收到的數據進行打包、分包、存儲，并將處理后的數據通過外擴通訊接口上傳。所述的外擴通訊接口包括232通信接口、485通信接口、CAN總線接口、USB接口和以太網接口，所述的232通信接口與顯示屏連接。所述的電能質量數據包括三相不平衡數據、諧波分析數據和電壓波動與閃變數據。所述的存儲器包括Flash存儲器和外部直插的SD卡存儲器。所述的顯示屏為觸摸液晶顯示屏，該觸摸液晶顯示屏可顯示實時數據界面、諧波分析界面、電能質量數界面、波形顯示界面、柱狀圖顯示界面、數據下載界面和參數設置界面。所述的電壓互感器為隔離電壓互感器，所述的電流互感器為隔離電流互感器。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點I、高精度的數據轉換，本實用新型采用16位6通道的A/D轉換器芯片和誤差僅為千分之幾的運算放大器，數據采集通過運算放大器，再傳傳輸到到高精度的A/D轉換芯片，并由控制芯片最終通過計算精確的數據；2、適應現場環境的能力強，本實用新型的電流采樣通過外部外接互感器的方式進行數據的采集，具有很高的可變性和適應性，根據現場環境的不同情況，配以不同的外部互感器；3、擁有大容量的存儲功能和保存數據下載功能，本實用新型內部配有大容量的數據存儲芯片，可供存儲幾個月之久的歷史數據，這類歷史數據都是測量現場電力系統中的各類電能質量，并且所保存的各種歷史數據均可通過USB端口下載到U盤中；4、豐富的數據及圖形顯示，本實用新型可以顯示大量的電能質量數據，例如電壓、電流畸變率、I 50次諧波、電壓不平衡以及電流不平衡等，這些都是傳統電力表計所不具有的電能質量數據，并且本實用新型采用了高分辨率的觸摸式液晶顯示屏，使用更便捷，顯示的界面更友好，不用界面間的切換操作更流暢；5、多種參數可設，本實用新型提供了種類繁多的參數，可供用戶針對不用的測量對象進行相應的設置，大大增加了監測儀使用的靈活性，相對于傳統電力表計，在使用上更便捷；6、豐富的外部通訊端口，組網輕松，本實用新型采用了總線結構，可擴展各種通訊接口，與電腦以及其他多種上位機平臺進行通訊，使用戶不在設備安裝現場即可通過上位機平臺觀察數據，方便用戶使用；7、核心芯片的功能強大，本實用新型采用最現代的微處理器和和數字信號處理技術，DSP芯片的數據處理功能強大，能迅速的對所采樣的數據進行計算和分析，并且能同時處理大批量數據，而ARM芯片在硬件的控制上很有優勢，響應速度很快，能夠很流暢的響應觸摸屏的按鍵操作，并且有豐富的外擴功能；8、更先進，更有效的算法，本實用新型采用新型的快速傅里葉分析與瞬時無功相結合，能夠快速準確的提取芯片采樣的所得到的諧波含量的數據，達到準確的諧波分析的效果。并且本實用新型采用全數字化的閃變與波動分析，較之傳統的模擬量分析更有效，更快速，集成化更高；9、功耗非常低，正常工作時，功耗小于5VA ；[0028]10、安裝方便，只需要與被測設備的三相電壓、以及與外界互感器的連接，即可正常工作，無須再外設其他設備連接
圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的數據流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。實施例如圖I、圖2所示，一種電能質量監測儀，包括電源模塊、數據采集模塊3、運算放大器4、A/D轉換芯片5、控制芯片6和顯示屏7 ;所述的數據采集模塊3的輸出端與運算放大器4連接，所述的運算放大器4通過A/D轉換芯片5與控制芯片6連接，所述的控制芯片6與顯示屏7連接；所述的數據采集模塊2采集外部電流和電壓數據，經運算放大器4信號調理后傳輸給A/D轉換芯片5，該A/D轉換芯片5將其轉換成數字信號后傳輸給控制芯片6，控制芯片6對接收到的數據繼續計算得到電能質量數據，顯示屏7需要顯示時，控制芯片6將相應電能質量數據發送給顯示屏7進行顯示。所述的電源模塊包括AC/DC轉換器I和DC/DC轉換器2，所述的AC/DC轉換器I的輸入端與外部交流電源連接，所述的AC/DC轉換器I的輸出端分別與DC/DC轉換器2的輸入端、顯示屏7連接，所述的DC/DC轉換器2的輸出端分別與運算放大器4、A/D轉換芯片5連接。AC/DC轉換器I將外部輸入交流220V電壓轉換為直流5V和12V，直流12V電壓給顯示屏7作為工作電壓。而DC/DC轉換器2將AC/DC轉換器I的輸出的直流5V電壓換成A/D轉換芯片5、運算放大器4的工作電壓。從電源著手我們采用了近端供電的DC/DC轉換器2，這樣可以大大的提高設備的現場適應性與工作穩定性。上述DC/DC轉換器2采用隔離穩壓雙路輸出，上述AC/DC轉換器I為小體積開關模塊電源。所述的數據采集模塊3包括電壓互感器和電流互感器。所述的電壓互感器為隔離電壓互感器，所述的電流互感器為隔離電流互感器。所述的控制芯片6包括DSP61、ARM62、存儲器63和外擴通訊接口 64，所述的DSP61的輸入端與AC/DC轉換器5連接，所述的DSP61的輸出端與ARM62連接，所述的ARM62分別與存儲器63、外擴通訊接口 64連接；所述的DSP61將接收到的電壓電流數字信號轉換成各種電能質量數據，并將數據發送給ARM62，所述的ARM62將接收到的數據進行打包、分包、存儲，并將處理后的數據通過外擴通訊接口上傳。所述的電能質量數據包括三相不平衡數據、諧波分析數據和電壓波動與閃變數據。所述的外擴通訊接口 64包括232通信接口、485通信接口、CAN總線接口、USB接口和以太網接口，所述的232通信接口與顯示屏連接。所述的存儲器63包括Flash存儲器和外部直插的SD卡存儲器。其中Flash存儲具有存儲芯片的體積小、結構簡單的優點，但是其所能擴展的存儲容量較小。而SD卡存儲的存儲容量比較大，可以達到幾G的存儲量，但是其器件的所占用的空間比較大。本實用新型的擴展的數據存儲功能中所保存的數據均可通過USB接口下載至U盤中。[0039]所述的顯示屏7為觸摸液晶顯示屏，該觸摸液晶顯示屏可顯示實時數據界面、諧波分析界面、電能質量數界面、波形顯示界面、柱狀圖顯示界面、數據下載界面和參數設置界面。如圖2所示，為本實用新型的工作流程。設備開機后，數據采集模塊3即開始通過外部互感器進行數據采集，經過運算放大器4和A/D轉換芯片5后將數字信號傳輸給控制芯片6，控制芯片6采集一個周波的數據后開始進行數據的計算，這就是默認工作狀態下表計的數據采集和計算流程。 在進行觸摸液晶顯示屏的翻頁操作后，程序開始判斷按鍵的功能。當程序判斷按鍵操作為進入實時數據界面、諧波分析界面、電能質量數界面時，觸摸液晶顯示屏翻頁至上述3種數據顯示的頁面，并同時向控制芯片6讀取該數據頁面所需要的數據然后進行顯示。當程序判斷按鍵操作為波形顯示界面、柱狀圖顯示界面時，觸摸液晶顯示屏翻頁至上該圖形顯示的頁面；在波形顯示界面，觸摸液晶顯示屏向控制芯片6讀取實時的波形點位，將三相電壓、三相電流的波形顯示在屏幕上；在柱狀圖顯示界面時，觸摸液晶顯示屏向控制芯片6讀取各次諧波含量的數據，并參照基波的數據，將各次諧波表的大小以一個百分比的形式通過柱狀圖直觀的顯示在屏幕上。當程序判斷需要進入數據下載界面時，觸摸液晶顯示屏翻頁至該界面。在該頁面中用戶可選擇當前實時數據的下載以及一個歷史數據的下載。當用戶選擇實時數據下載時，U盤中將生成一個實時數據的文本文檔，控制芯片6將當前計算出的實時數據通過USB接口傳輸到U盤內的實時數據文本文檔中。當用戶選擇歷史數據的下載時，程序會根據存儲芯片中保存的數據的日期，在U盤中生成相應日期的文本文檔，并且控制芯片6讀取存儲芯片中保存的歷史數據，并將這些數據根據日期保存到U盤中相應的文本文檔中。當程序判斷需要進入參數設置界面時，觸摸液晶顯示屏翻頁至該界面。此時用戶可根據不同需要修改和設置參數，在點擊保存按鈕后，電能質量監測儀回到初始界面的顯示，程序回到主程序的開頭，根據參數設置的值重新開始一個流程的運行。現場應用本實用新型應用靈活多變，它可以作為儀表單獨使用，亦可作為智能電網監控系統的前端原件，用以實現遠程數據采集和信息匯總。工業標準的RS-485通訊接口和Modbus通訊協議，使得組網輕松便捷，并且通過USB現場數據下載功能、讓您更方便的分析了解現場電能狀況。不論應用于何種現場環境，電能質量監測儀只許從被采樣端引入三相電壓、三相電流的采樣線，以及一組交流220V的供電線路，即可正常進行工作。本實用新型作為一種先進的智能化、數字化的電網前端采集原件，可以應用于各種控制系統，能源管理系統，變電自動化，配電網自動化，小區電力監控監控，工業自動化，智能建筑，智能配電盤，開關柜。具有安裝方便，接線簡單，維護方便，工程量小，數據采集精度高，數據處理迅速，控制系統穩定，組網輕松，抗干擾性強，現場USB數據下載等特點。并且由于本實用新型采用了先進的數字化系統，因此產品的結構較由模擬器件組成的傳統表計更精簡，整體產品的成本控制機更合理，造價更便宜。產品的使用群體和適用面更廣。
權利要求1.一種電能質量監測儀，其特征在于，包括電源模塊、數據采集模塊、運算放大器、A/D轉換芯片、控制芯片和顯示屏；所述的數據采集模塊的輸出端與運算放大器連接，所述的運算放大器通過A/D轉換芯片與控制芯片連接，所述的控制芯片與顯示屏連接。
2.根據權利要求I所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的電源模塊包括AC/DC轉換器和DC/DC轉換器，所述的AC/DC轉換器的輸入端與外部交流電源連接，所述的AC/DC轉換器的輸出端分別與DC/DC轉換器的輸入端、顯示屏連接，所述的DC/DC轉換器的輸出端分別與運算放大器、A/D轉換芯片連接。
3.根據權利要求I所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的數據采集模塊包括電壓互感器和電流互感器。
4.根據權利要求I所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的控制芯片包括DSP、ARM、存儲器和外擴通訊接口，所述的DSP的電源輸入端與AC/DC轉換器連接，所述的DSP的信號輸出端與ARM連接，所述的ARM分別與存儲器、外擴通訊接口連接。
5.根據權利要求4所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的外擴通訊接口包括232通信接口、485通信接口、CAN總線接口、USB接口和以太網接口，所述的232通信接口與顯示屏連接。
6.根據權利要求4所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的存儲器包括Flash存儲器和外部直插的SD卡存儲器。
7.根據權利要求I所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的顯示屏為觸摸液晶顯示屏。
8.根據權利要求3所述的一種電能質量監測儀，其特征在于，所述的電壓互感器為隔離電壓互感器，所述的電流互感器為隔離電流互感器。
專利摘要本實用新型涉及一種電能質量監測儀，包括電源模塊、數據采集模塊、運算放大器、A/D轉換芯片、控制芯片和顯示屏；所述的數據采集模塊的輸出端與運算放大器連接，所述的運算放大器通過A/D轉換芯片與控制芯片連接，所述的控制芯片與顯示屏連接。與現有技術相比，本實用新型具有數據監測精度高、適應能力強、功能強大、功耗低、安裝方便等優點。
文檔編號G01R31/00GK202372592SQ20112054150
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者戴維, 曹有富, 楊新弟, 楊瑛, 舒榮勇, 舒觀瀾, 陳秀娟 申請人:上海利思電氣有限公司