專利名稱：電子數字式電力自動化組合儀表的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子數字式自動化儀表技術領域。
在本發明作出以前，國外一些發達國家每年都有很多關于電子數字式自動化儀表的專利文獻報導及各種研制報告，例如Jp72862、166046號專利申請中公開的電子式電力量計、電子式多相電力量計、JP13263、8755、164372號專利申請中公開的有效電流檢出裝置，實效值測定裝置、三相平衡無效電力檢出回路;SU-80518213號專利中公開的三相電功率表;DE-2919694-A號專利中公開的電功率測量裝置;RO-6932A號專利中公開的交流有功功率表;GB-1551211-A號專利中公開的多量程電測量指示儀;SU-789786-B號專利中公開的數字式有效電壓表等。國內每年也有很多有關的專利申請及研制報告，如CN87209290號專利申請中公布的多功能真有效值電壓表，CN85205057號專利申請中公布的數字式電度遙測送變器，CN89206239.8號專利中公布的多功能數字式高壓表;以及“數字式高壓表的抗干擾特性”(《電子技術應用》82年，4期P21)，有功功率測量變換器(《江西電力》84年1期P20);單相電子電度表的研制(《寧夏大學學報》81年，2期P84)，一種有效值電壓表的電路設計(《電測與儀表》86年、4期P62)模擬式電子電壓表的現狀與發展(《上海計量測試》88年3期P4)，三相三線電子式有功電度表(《電測與儀表》84年1期P23)等等，類似的發明創造及研制報告舉不勝舉。
終上所列，都說明了電子數字式自動化儀表是一個非常活躍的技術領域。這種儀表在電力微波、遙信系統的應用，則更顯示出其強大的生命力。但是，盡管國外很多發達國家中早已開始實現電子系統的運動自動化工程，可至今為止，大多數還都停留在單項功能的測試上。國內雖然每年也都出現一些電子數字式自動化儀表的專利申請和研制報告，但目前實施率很低或仍舊處于理論研究階段，而且同樣都是停留在單項功能或2～3項功能的水平上，尤其是在電力系統中的應用，我國還比較落后，目前廣泛應用的仍舊是一些功耗大，精度差的指針式交流電參量送變器。
針對上述情況，本發明提出了一種新型的電子數字式自動化組合儀表，該組合儀表不僅具有精度高、壽命長、性能穩定，直讀準確、清晰醒目等特點，而且對調荷節能，增強系統運行可靠性，可一次提供較為全面的電參量參數，從而可為實現電力系統的遠動自動化工程提供堅實的技術理論依據，節約了人力、物力，提高電力能源的經濟效益。本電子數字式自動化組合儀表，采用一個電子智能運算電路系統來完成整機功能，現代技術中的各種智能模塊，如A/D轉換模塊，D/A轉換模塊，模擬加減器、比例器、乘除器、積分器、對數、反對數放大器以及計算機集成電路模塊的應用，使得本發明得以在一個系統電路中同時對14個電參量進行測試計算。14種電參量的表頭全部采用數字顯示，同時由于采用了模擬數字計算，模擬轉換集成電路，使得本發明得以向一些較發達國家的高精度，高穩定性能的自動化儀表方面看齊。
現將本發明構思及技術解決方案敘述如下本發明根據電工原理中有關電參量計量的規定，通過電子智能運算電路，共可測量、計算、顯示出14種電參量，這14種電參量是1.A相電壓有效值，2.B相電壓有效值。3.C相電壓有效值。4 A相電流有效值。5.B相電流有效值。6.C相電流有效值。7A相功率因數值。8.B相功率因數值。9.C相功率因數值。10.三相視在總功率。11.三相無功總功率。12.三相有功總功率。13.三相無功總電能。14三相有功總電能A、B、C三相電壓的有效值分別通過場效應管采樣電路單元和交流電壓有效值計算單元來完成。
A、B、C三相的電流有效值分別通過霍爾效應采樣電路單元和有效值計算單元來完成。
A、B、C三相功率因數值分別通過電壓、電流模擬相乘電路和視在功率、功率因數相乘電路以及功率因數值三角級數解計算電路，電壓超前，滯后分辨電路來完成。
三相有功總功率通過分別將A、B、C各相視在功率、功率因數相乘電路中輸出的有功功率值，經三相有功功率相加電路單元后來完成。
三相無功總功率是將三相視在功率值。通過模擬相減電路，減去三相有功功率值后完成。
三相無功總電能是將無功總功率輸出值，通過A/D轉換，時積、全全加、集存、譯碼、驅動電路后來完成。
三相有功總電能是將有功總功率輸出值通過A/D轉換，時積、全加、集存、譯碼、驅動電路后來完成。
下面再結合附圖作進一步說明
圖1電子數字式電力自動化組合儀表原理框圖。
圖2場效應管、電壓采樣電路單元線路圖。
圖3交流電壓電流有效值運算電路線路圖。
圖4交流電壓、電流、三相視在總功率有效值顯示電路單元原理圖。
圖5霍爾效應電流采樣單元線路圖。
圖6電壓、電流模擬相乘電路單元線路圖。
圖7三相視在功率模擬相加單元線路圖。
圖8相位鑒別單元線路圖。
圖9功率因數值計算單元線路圖。
圖10A、B、C各相視在功率乘以各自功率因數值運算單元線路圖。
圖11三相有功功率相加單元線路圖。
圖12三相有功功率顯示單元線路圖。
圖13三相有功總功率、A/D轉換，時積單元原理框圖。
圖14視在總功率與有功總功率模擬相減單元線路圖。
其中
1、A相電壓場效應管采樣電路單元，2、交流電壓有效值計算單元，3、A相電壓有效值數字顯示單元，4、A相電流霍爾效應采樣電路，5、A相電流有效值計算電路，6、A相電流有效值數字顯示，7、A相電壓、電流模擬相乘電路，8、A相視在功率、功率因數模擬相乘電路，9、A相功率因數值三角級數解計算電路，10、A相電流電壓相位鑒別電路，11、L、C顯示單元，12、功率因數顯示單元，13、B相電壓場效應管采樣電路單元，14、交流電壓有效值計算單元，15、B相電壓有效值數字顯示單元。16.B相電流霍爾效應采樣單元。17.B相電流有效值計算電路單元。18.B相電流有效值顯示。19.三相有功功率相加電路單元。20.有功總功率顯示。21.B相電壓、電流相位鑒別電路。22.B相功率因數、三角級數解計算電路。23.B相電流、電壓模擬相乘電路。24.B相視在功率、功率因數模擬相乘電路。25.L.C顯示單元。26.功率因數顯示單元。27.三相視在功率模擬相加電路單元。28.視在總功率與有功總功率相減電路單元。29.無功總功率顯示單元。30.模數轉換電路。31.數字全加電路。32.譯碼驅動無功電能量數字顯示單元。33.視在總功率顯示34.三相總功率單位時積電路。35.模數轉換電路。36.數字全加電路。37.譯碼驅動，有功電能數字顯示。38.數據存貯庫。39.C相電壓場效應管采樣電路。40.交流電壓有效值計算單元。41.C相電壓有效值數字顯示。42.C相電壓、電流模擬相乘電路。43.C相電流霍爾效應采樣電路。44.交流電壓有效值計算電路。45.C相電流有效值數字顯示。46.C相電壓電流相位鑒別電路。47.C相功率因數三角級數解計算電路。48.L.C數字顯示單元。49.功率因數數字顯示。50.C相功率因數，視在功率模擬相乘電路。51.場效應管。52.放大器。53.平方電路54.積分電路。55.開方電路。56.A/D轉換器。57.計數器。58.譯碼驅動器。59.液晶顯示器。60.霍爾元件。61.A/D轉換器。62.計數器。63.譯碼驅動器。64.液晶顯示器。65.模擬乘法器。66.模擬加法器。67.相位鑒別電路。68.三角級數解電路。69.模擬乘法器。70.模擬加法器。71.BCD全加電路。72.電能顯示電路。73.模擬減法器。74.BCD轉換器本發明的A、B、C三相電壓場效應管采樣電路單元1，13，39是根據電力線，電壓高低變化引起其導線周圍空間一定距離場強相應變化的原理，采用了場強效應管51來完成采樣功能的，采樣信號經場效應管51及放大器52兩級放大后(見圖2)輸入到交流有效值計算單元2、14、40(見圖3)經過平方電路53、積分電路54，開方電路55，把交流電壓信號處理成有效值直流信號，該直流電壓信號分成兩路，分別送到顯示電路單元3、15、41(見圖4)和視在功率相乘電路單元，經過顯示單元上的A/D轉換器56、計數器57、譯碼驅動器58，在液晶顯示器59上顯示其電壓有效值。
本發明的A、B、C三相電流霍爾效應采樣電路4、16、43是根據電工原理中的有關電流強度變化引起其導線周圍磁場強度相應變化的原理，采用磁效應半導體集成電路-霍爾元件60(見圖5)來采取交流電流信號，經過平方電路53，積分電路54，開方電路55，把交流電流信號處理成有效值直流電流信號(見圖4)，分別送到顯示單元電路和視在功率相乘電路，經過顯示單元上的A/D轉換器61，計數器62，譯碼驅動器63，在液晶顯示器64上顯示電流流有效值。將輸入到視在功率相乘電路上的電壓有效值按模擬乘法器上的X端，將電流有效值按模擬乘法器65的y端，得出A相視在功率值(見圖6)。B相、C相的電壓、電流及視在功率的運算辦法，電路原理與A相完全相同。上述A、B、C各相視在功率值輸入到模擬加法器66的相應輸入端(見圖7)進行模擬量相加，輸出三相視在總功率值，送入到A/D轉換器，經計數器、譯碼器，在液晶顯示器上進行數字顯示(見圖4)。
根據電工原理中有關功率因數值的計算規則，本發明采用數字式電路進行相位鑒別(見圖8)，將場效應管52漏板輸入端的電壓信號，送入相位鑒別電路的電壓輸入端(V)，將霍爾元件60輸出端的電流信號送入到相位鑒別電路的電流輸入端(I)，電相位鑒別電路分別輸出超前，滯后脈沖信號，驅動超前、滯后L.C顯示單元11、25及48，并將相位差送入到COSφ值計數電路(見圖9)。輸入端，經三角級數解電路68，得出瞬時A相功率因數值。B相、C相的功率因數值解法、電路原理與A相完全相同，將A相視在功率與A相功率因數值分別送入模擬乘法器69的X、y端，進行模擬相乘，輸出A相有功功率(見圖10)。B相、C相的有功功率計算電路與A相完全相同。
將A、B、C各相有功功率輸出值送入到模擬加法器70的相應端，進行模擬相加，輸出三相有功總功率電信號(見圖11)，然后將此信號分別送到電能表BCDA/D轉換器74的輸入端和有功總功率顯示單元(見圖12)，經有功總功率顯示單元中的A/D轉換器、計數器、譯碼驅動器，在液晶顯示器上進行數字顯示，輸入到電能表BCDA/D轉換器74輸入端的信號，再經BCD碼全加電路71譯碼驅動電路顯示電路72，顯示有功電能數值(見圖13)。
將圖7中模擬加法器66輸出的視在總功率S與圖11中模擬加法器70輸出的有功總功率P值，送入到模擬減法器73(見圖14)的相應輸入端，進行相減，輸出無功總功率電信號，其顯示單元及無功電能量運算顯示方法，電路原理與有功電能表完全相同。電壓、電流相位鑒別單元10、21、45采用了與非門電路，將電壓信號輸入到識別單元的V端，將電流信號輸入到識別單元的I端，當電壓超前于電流時，使識別單元L端輸出負脈沖，C端保持高電平不變，當電壓滯后于電流時，使識別單元C端輸出負脈沖，L端保持高電平不變。上述每個A/D轉換器輸出端均設有遙測發送設備。至此，本電子數字式自動化組合儀表便完成了設計要求的14種功能，其電力計量精度，均可將原來1.5級以外的測量精度，提高到1.0級以內，有的甚至可達0.5級以上。
本發明同現有技術相比，不僅具有精度高、壽命長、性能穩定，節約能源等優點，而且集多個儀表于一體，體積小，重量輕，生產設備要求簡單、投資少、見效快，利潤大，沒有污染，使用方便，功能齊全。本發明的實施，為完善我國電力系統遠動自動化控制工程的遙測子工程提供了先進產品、技術理論依據，使能源專家們傷腦筋的電表耗能問題得到徹底解決。可為國家節約大量的人力、物力、資金，提高電力能源的經濟效益。現在國家已經下令強制執行電網必須實行自動化控制，這就為電子數字式電力自動化組合儀表提供了廣闊的銷售市場，其技術和經濟效益是相當可觀的。
權利要求
1.一種電子數字式電力自動化儀表，采用了現代技術中的各種智能模塊，其特征在于1).采用一個電子智能運算電路系統來完成整機14種功能的測試，運算和顯示；2).A、B、C三相電壓值分別通過場效應管采樣電路單元和交流電壓有效值計算單元來完成；3).A、B、C三相電流值分別通過霍爾效應采樣電路單元和交流電流有效值計算單元來完成；4).A、B、C三相功率因數值分別通過電壓、電流模擬相乘電路和視在功率、功率因數相乘電路以及功率因數值三角級數計算電路、電壓電流超前、滯后分辯電路來完成；5).三相視在總功率通過分別將A、B、C各相電壓、電流模擬相乘電路中輸出的視在功率值，經三相功率模擬相加電路單元后完成；6).三相有功總功率通過分別將A、B、C各相視在功率，功率因數相乘電路中輸出的有功功率值，經三相有功功率相加電路單元之后完成；7).三相無功總功率是將三相視在總功率，通過模擬相減電路，減去三相有功總功率后完成；8).三相無功總電能是將無功總功率的輸出值，通過A/D轉換、時積、全加、集存、譯碼、驅動電路來完成；9).三相有功總電能是將有功總功率輸出值，通過A/D轉換、時積、全加、譯碼驅動電路來完成。
2.一種根據權利要求1所述的電子數字式電力自動化儀表，其特征在于1).電壓電流相位鑒別單元10、21、45采用了與非門電路，將電壓信號輸入到識別單元的V端，將電流信號輸入到識別單元的I端，當電壓超前于電流時，使識別單元L端輸入負脈沖，C端保持高電平不變，當電壓滯后于電流時，使識別單元C端輸出負脈沖，L端保持高電平不變;2).每個A/D轉換器輸出端均設有遙測發送端。3).14種表頭的顯示均經A/D轉換、計數、譯碼驅動，然后在液晶顯示器上顯示。
全文摘要
本發明為一種電子數字式電力自動化組合儀表，采用一個電子智能運算電路系統來完成整機14種功能的測試，運算和顯示。同現有技術相比，它集多個儀表于一體，功能齊全，使用方便。
文檔編號G01R15/12GK1055606SQ9010191
公開日1991年10月23日 申請日期1990年4月4日 優先權日1990年4月4日
發明者緱新國 申請人:緱新國