專利名稱：電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力測(cè)量裝置，尤其是涉及一種用于測(cè)量電功率的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器。
為得到電網(wǎng)中的電功率數(shù)值，包括有功功率數(shù)值及無功功率數(shù)值，現(xiàn)有功率因數(shù)表、功率表或現(xiàn)有的帶有脈沖輸出的電度表由于需要測(cè)量電網(wǎng)中的電流數(shù)據(jù)及電壓數(shù)據(jù)，有可能需要安裝電壓互感器及電流互感器，甚至?xí)和ｋ娏?yīng)，對(duì)于非長(zhǎng)期性測(cè)量任務(wù)極為不便。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為著得到更簡(jiǎn)便、較準(zhǔn)確、便宜的電功率測(cè)量裝置提出了本實(shí)用新型；因此，本實(shí)用新型的目的在于提出一種電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方式作出改良，而無需再安裝電壓互感器及電流互感器，亦無需對(duì)原有電度表進(jìn)行任何改動(dòng)及拆裝，只要簡(jiǎn)單地安裝上本電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，配合適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理裝置及電度表參數(shù)便可算出有功功率、無功功率及功率因數(shù)等等。
本實(shí)用新型的提出的測(cè)量電功率的裝置，其特征在于該裝置安裝于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的外部并包括一紅外線發(fā)射電路，該電路發(fā)射出的帶脈沖調(diào)制的紅外線通過所述轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的塑料殼外部，照射在所述轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的轉(zhuǎn)盤上；一基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路，該電路輸出的基本頻率脈沖經(jīng)一紅外線發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路送到所述紅外線發(fā)射電路；一光電接收及訊號(hào)檢出電路，用于接收經(jīng)所述轉(zhuǎn)盤反射的紅外線；一訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路，與所述光電接收及訊號(hào)檢出電路的輸出端相連，用于處理該輸出訊號(hào)，所述經(jīng)處理的訊號(hào)作為所述基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路的輸入。
以下結(jié)合附圖通過對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的描述，將使本實(shí)用新型的型的上述目的及其它優(yōu)點(diǎn)顯而易見。
附圖中

圖1是單向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的原理圖；圖2是單向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖3是雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的原理圖；圖4是雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的電路圖；圖5是功率因數(shù)表及電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用情況；圖6是功率因數(shù)表總框圖。
對(duì)于一般的電度表都有一鋁質(zhì)圓形轉(zhuǎn)盤，在這鋁圓轉(zhuǎn)盤上有一紅色或黑色的標(biāo)記，此標(biāo)記能方便人們從電度表外觀察到電度表的運(yùn)作情況。由于轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與被測(cè)功率有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要能測(cè)量出轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速便可計(jì)算出有功功率或無功功率。圖1單向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器框圖是組成本實(shí)用新型電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的基本部分，利用此單向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器檢測(cè)其射出的紅外線在轉(zhuǎn)盤上反射的變化，便可得出轉(zhuǎn)盤上標(biāo)記的位置而得到轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速。為了得到可靠的、無抖動(dòng)的輸出信號(hào)，并能在陽(yáng)光下、日光燈下或閃光下仍然能穩(wěn)定地工作，檢測(cè)器是采用了圖2中所描述的電路來實(shí)現(xiàn)。由于有需要測(cè)量一部份可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的無功電度表，于是從圖1及圖2中設(shè)計(jì)出圖3及圖4的雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器。
在圖3中，基準(zhǔn)頻率脈沖由基準(zhǔn)頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路5送到紅外線發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路2，經(jīng)該紅外線發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路2驅(qū)動(dòng)再送到紅外線發(fā)射電路1發(fā)射出帶脈沖調(diào)制的紅外線，經(jīng)轉(zhuǎn)盤反射到光電接收及訊號(hào)檢出電路3及8，光電接收及訊號(hào)檢出電路3的輸出訊號(hào)再送到訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路4進(jìn)行訊號(hào)靈敏度調(diào)節(jié)及反饋量調(diào)節(jié)。該訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路4亦受到正反饋電路6的反饋訊號(hào)而影響。該訊號(hào)經(jīng)訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路4處理后便作為基準(zhǔn)頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路5的輸入，該基準(zhǔn)頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路5對(duì)訊號(hào)進(jìn)行檢測(cè)后的輸出分別送到光電隔離及電流環(huán)輸出電路7作為輸出的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)及正反饋電路6作為反饋的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，至于反射到光電接收及訊號(hào)檢出電路8的脈沖調(diào)制的紅外線訊號(hào)經(jīng)該光電接收及訊號(hào)檢出電路8接收及檢測(cè)后，其輸出訊號(hào)再送到訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路9進(jìn)行訊號(hào)靈敏度調(diào)節(jié)及反饋量調(diào)節(jié)。該訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路9亦受到正反饋電路11的反饋訊號(hào)而影響。訊號(hào)經(jīng)訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路9處理后便作為基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路10的輸入，該基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路10對(duì)訊號(hào)檢測(cè)后的輸出分別送到光電隔離及電流環(huán)輸出電路12作為輸出的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)及正反饋電路11作為反饋的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)。為避免由電源線引入干擾及電源電壓變化的影響，框圖中所有部分的電源，都經(jīng)穩(wěn)壓電路13穩(wěn)壓后供給。
在附圖4中，U1是一片頻率檢測(cè)器集成電路，本電路選用集成電路型號(hào)LM567，電阻R4一端接到U1的管腳5，R4的另一端接U1的管腳6及電容C4的正端，C4的負(fù)端接地。R4及C4的電阻值及電容值組成控制RC震蕩電路的震蕩頻率，該頻率將作為U1的檢測(cè)頻率基準(zhǔn)值及送到Q1作為驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管D1的脈沖頻率。其連接方式為U1的管腳5接R2一端，R2另一端接Q1的基極，Q1的發(fā)射極接地，集電極作為輸出，集電極負(fù)載為D1及R1，D1的陽(yáng)極接正9V電源，陰極接電阻R1，R1另一端接Q1的集電極。電容C2的正端接U1的管腳1，負(fù)端接地，C2的數(shù)值可控制U1的震蕩頻率對(duì)輸入頻率的追隨速度。電容C3的正端接U1的管腳2，負(fù)端接地，C3作為U1輸出訊號(hào)的低通濾波電容。至于光電接收電路方面，光電二極管D2的陽(yáng)極接正9V電源，陰極接它的負(fù)載，包括L1及D3，L1與D3并聯(lián)，D3的陰極接D2的陰極，D3的陽(yáng)極接地。L1兩端的訊號(hào)因其與VR2及VR1并聯(lián)而送到VR2及VR1，VR2與VR1串聯(lián)，VR1的滑動(dòng)端輸出訊號(hào)已經(jīng)過靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)，經(jīng)電容C1送到U1的輸入端管腳3，只有當(dāng)U1的輸入端3號(hào)引腳有足夠強(qiáng)的而且與基準(zhǔn)頻率相同的訊號(hào)存在，U1的輸出端8號(hào)引腳才有下拉輸出，至于U1的輸出腳管腳8與串聯(lián)連接的R3，D4，ISO1初側(cè)及ISO2初側(cè)連接，ISO1及ISO2為光電隔離耦合器芯片，ISO1及ISO2在本電路中選用芯片型號(hào)為4N33，其初側(cè)陽(yáng)極為1腳，陰極為2腳，R5及R6分別接到ISO1及ISO2的次側(cè)4腳及6腳，用作穩(wěn)定其工作點(diǎn)。ISO1及ISO2的次側(cè)輸出為4腳及5腳，4腳為射極5腳為集極。整個(gè)線路的輸出經(jīng)光電耦合器ISO2隔離并在次側(cè)4腳和5腳以開關(guān)方式輸出，方便其他儀器以高抗干擾性的電流環(huán)方式取得脈沖信號(hào)。U3是一片穩(wěn)壓集成電路，輸出正9V，選用集成電路型號(hào)為7809。圖4上下部分大體上為相同的連接，在這不再重覆。
在光電二極管D2尚未收到由D1發(fā)出的反射光時(shí)，由于電感L1的直流電壓降很少，電源電壓主要集中在D2上，使它有良好的工作狀態(tài)并且外界光的強(qiáng)度對(duì)于它的工作狀態(tài)影響很少。
在光電二極管D2接收到足夠強(qiáng)的由D1發(fā)出的反射光時(shí)，由于反射光為脈沖形式，并由于電感對(duì)于高頻率的交流訊號(hào)呈現(xiàn)高的交流阻抗，所以電脈沖訊號(hào)便能在L1兩端形成。訊號(hào)經(jīng)過可變電阻VR2及電位器VR1分壓后再經(jīng)C1送到U1的輸入端管腳3，由于脈沖訊號(hào)頻率與基準(zhǔn)頻率相同，在U1的輸出端管腳8便產(chǎn)生下拉的輸出，于是便有電流流經(jīng)R3、D4、ISO1、ISO2，于是D4發(fā)光、ISO1的次側(cè)導(dǎo)通使VR2兩端短路、ISO2的次側(cè)導(dǎo)通使形成電流環(huán)輸出閉路。VR2兩端的短路與否的控制將是產(chǎn)生準(zhǔn)確的脈沖數(shù)目輸出的關(guān)鍵，由下文繼續(xù)說明。
當(dāng)光電二極管D2從接收到微弱的由D1發(fā)出的反射光變?yōu)榻拥阶銐驈?qiáng)的由D1發(fā)出的反射光時(shí)，訊號(hào)經(jīng)過VR2及VR1分壓后再送到U1的輸入端管腳3，由于有足夠強(qiáng)的訊號(hào)經(jīng)U1的輸入端，在U1的輸出端管腳8便產(chǎn)生下拉的輸出，與上段同理，于是D4發(fā)光、ISO1的次側(cè)導(dǎo)通VR2兩端短路、ISO2的次側(cè)導(dǎo)通使形成電流環(huán)輸出閉路。VR2兩端短路使U1的輸入訊號(hào)分壓進(jìn)一步加強(qiáng)，形成了一個(gè)正反饋回路，反饋量與VR2的阻值成正比，該一正反饋回路使U1的輸入訊號(hào)和輸出訊號(hào)形成遲滯環(huán)特性，即使輸入訊號(hào)緩慢上升并且波動(dòng)，亦能正確檢測(cè)到增強(qiáng)的反射光，并能輸出邊緣陡直的、無抖動(dòng)的閉路電流環(huán)。
當(dāng)光電二極管D2從接收到足夠強(qiáng)的由D1發(fā)出的反射光變?yōu)榻邮盏轿⑷醯挠蒁1發(fā)出的反射光時(shí)，由于VR2兩端被ISO1的次側(cè)短路，訊號(hào)只經(jīng)過VR1分壓便送到U1的輸入端管腳3，由于不能維持足夠強(qiáng)的訊號(hào)給U1的輸入端管腳3，在U1的輸出端管腳8便不能再產(chǎn)生下拉的輸出，于是流經(jīng)R3、D4、ISO1、ISO2的電流便消失，D4不再發(fā)光、ISO1的次側(cè)不再導(dǎo)通不再使VR2兩端短路、ISO2的次側(cè)亦不再導(dǎo)通，電流環(huán)輸出開路。由于VR2兩端不再被短路，使U1的輸入訊號(hào)分壓進(jìn)一步減弱，形成了一個(gè)正反饋回路。與上段同理，即使輸入訊號(hào)緩慢下降并且波動(dòng)，亦能正確檢測(cè)到減弱的反射光，并能輸出邊緣陡直的、無抖動(dòng)的開路電流環(huán)。
在圖4的雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器線路中，U1和U2的震蕩頻率以脈沖方式各自經(jīng)Q1和Q2同時(shí)驅(qū)動(dòng)D1，使D1同時(shí)發(fā)出兩頻率的光脈沖，此舉既可節(jié)省元件，更重要的是減少安裝的空間，使反光部分更加集中，即使鋁圓轉(zhuǎn)盤上的標(biāo)記較短，亦能正常地被檢測(cè)出來。其余部份的工作情況與圖2相同。在功能上，圖4的雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器比圖2的單向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器在鋁圓轉(zhuǎn)盤上原反光測(cè)量點(diǎn)相鄰再加多一反光測(cè)量點(diǎn)，來完成雙向檢測(cè)功能。無功電度表使用了雙向電度表脈沖轉(zhuǎn)換器后由于擁有轉(zhuǎn)盤上兩相鄰位置的反射光情況輸出，便可得到由這兩輸出組成的4個(gè)組合的變化序列。以0作為無反射光，1作為有反射光，當(dāng)轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)則有11、01、00、10的組合輸出，而反轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)則有11、10、00、01的組合輸出。
這些組合經(jīng)由一有限狀態(tài)機(jī)處理后可得到正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的輸出，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的輸出便可對(duì)容性無功及感性無功分別作出處理。
由于有限狀態(tài)機(jī)以軟件完成較為適當(dāng)，而配合電度表脈沖轉(zhuǎn)換器使用的后續(xù)處理部分主要由微處理器組成，有限狀態(tài)機(jī)功能設(shè)于后續(xù)部分更為適合。在后續(xù)處理中，對(duì)脈沖進(jìn)行累積便可得到電能的消耗量，再作對(duì)時(shí)間取微分則可得到當(dāng)時(shí)的功率(或無功功率)。在建議處理中，以時(shí)段的累積除以該時(shí)段的時(shí)間長(zhǎng)度來得到該時(shí)段的平均功率，當(dāng)時(shí)段取較短時(shí)，在一定條件下可作為瞬時(shí)功率值，處理后的數(shù)值可按需要直接由液晶顯示器顯示或經(jīng)串行接口送到微機(jī)或其他數(shù)值運(yùn)算儀器上。
采用本實(shí)用新型的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量應(yīng)用時(shí)，在正常情況下，二分鐘內(nèi)便可安裝妥當(dāng)進(jìn)行測(cè)量。而且本電度表脈沖轉(zhuǎn)換器在正常使用中只需作首次調(diào)整，首次調(diào)整在生產(chǎn)過程中進(jìn)行，以后無需調(diào)整。若在特別情況下需要進(jìn)行調(diào)整亦非常簡(jiǎn)便，即使粗略的調(diào)整亦可得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。在本電度表脈沖轉(zhuǎn)換器上設(shè)有發(fā)光二極管，能顯示轉(zhuǎn)盤的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，一目了然。至于與其他儀器連接應(yīng)用方面，使用光電隔離集成電路作輸出元件，與其他儀器裝置以電流環(huán)脈沖形式作訊號(hào)傳輸，抗干擾能力極強(qiáng)。
采用本實(shí)用新型的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，便可以很方便地測(cè)量得到電網(wǎng)中電功率的數(shù)值。例如，如果在一種新的功率因數(shù)表(包括測(cè)量有功功率及無功功率)內(nèi)設(shè)置使用如上所描述的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，直接測(cè)量有功電度表及無功電度表，得到有功功率及無功功率，經(jīng)處理后得到視在功率，計(jì)算有功功率與視在功率的比率，便得出功率因數(shù)。該功率因數(shù)表是針對(duì)工廠、醫(yī)院及酒店等單位而設(shè)計(jì)，因計(jì)量電能消耗的需要，電力供應(yīng)單位都在上述地點(diǎn)安裝了有功電度表及無功電度表，對(duì)于該功率因數(shù)表來說，由于應(yīng)用了本電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，無需與其他功率因數(shù)表一樣需要安裝電壓互感器及電流互感器，亦無需對(duì)原有電度表進(jìn)行任何改動(dòng)及拆裝，只要簡(jiǎn)單地在原有轉(zhuǎn)盤式電度表外殼上安裝上本文所講述的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器，根據(jù)電度表的參數(shù)及算式便可得出瞬時(shí)有功功率、瞬時(shí)無功功率及瞬時(shí)功率因數(shù)，因此安裝接線極為方便。至于準(zhǔn)確性方面，從電度表與電度表脈沖轉(zhuǎn)換器之間的測(cè)量方式，到參數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等，該功率因數(shù)表都是使用數(shù)字方式處理，處理過程中出現(xiàn)的誤差可以忽略。測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于電度表本身，而一般應(yīng)用的電度表都符合GB3924-83《交流有功和無功電能表》的2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，誤差在百分之三以內(nèi)。如圖5示出該功率因數(shù)表及電度表脈沖轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用情況；圖6示出了功率因數(shù)表總框圖，附圖中，有功電度表電度表脈沖轉(zhuǎn)換器及無功電度表電度表脈沖轉(zhuǎn)換器分別對(duì)有功電度表及無功電度表直接進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理部分而獲得功率因數(shù)。
本實(shí)用新型的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)有抗干擾電流環(huán)脈沖輸出，極容易與其他數(shù)字裝置配合使用，例如還可用作無功功率補(bǔ)償器、最高用電量控制器及用電量記錄儀等的檢測(cè)輸入部分。
綜上所述，采用本實(shí)用新型的電度表脈沖轉(zhuǎn)換器不但安裝容易，而且有著高抗干擾能力(包括光干擾、電磁場(chǎng)干擾及被測(cè)電網(wǎng)中的諧波電流干擾)，因此其讀數(shù)準(zhǔn)確；同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使得元件成本低廉并且容易與其他儀器結(jié)合使用等。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量電功率的裝置，其特征在于該裝置安裝于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的外部并包括一紅外線發(fā)射電路，該電路發(fā)射出的帶脈沖調(diào)制的紅外線通過所述轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的塑料殼外部，照射在所述轉(zhuǎn)盤式有功或無功電度表的轉(zhuǎn)盤上；一基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路，該電路輸出的基本頻率脈沖經(jīng)一紅外線發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路送到所述紅外線發(fā)射電路；一光電接收及訊號(hào)檢出電路，用于接收經(jīng)所述轉(zhuǎn)盤反射的紅外線；一訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路，與所述光電接收及訊號(hào)檢出電路的輸出端相連，用于處理該輸出訊號(hào)，所述經(jīng)處理的訊號(hào)作為所述基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量電功率的裝置，其特征在于所述裝置還包括一光電隔離及電流環(huán)輸出電路，接收經(jīng)所述基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路檢測(cè)的訊號(hào)作為輸出的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)；一正反饋電路，接收經(jīng)所述基本頻率震蕩及頻率檢測(cè)電路檢測(cè)的訊號(hào)作為反饋的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量電功率的裝置，其特征在于所述正反饋電路還同時(shí)與所述訊號(hào)靈敏度及反饋量調(diào)節(jié)電路相連。
專利摘要一種測(cè)量電功率的裝置,在原有轉(zhuǎn)盤式有功電度表或無功電度表外殼上安裝上本電度表脈沖轉(zhuǎn)換器,便可得到與電度表電度數(shù)相關(guān)的脈沖輸出,在配合適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理裝置后,根據(jù)電度表的參數(shù)便可測(cè)得有功功率、無功功率及功率因數(shù)等等,無需再安裝電壓互感器及電流互感器,亦無需對(duì)原有電度表進(jìn)行改動(dòng)及拆裝。
文檔編號(hào)G01R21/00GK2360856SQ9820408
公開日2000年1月26日 申請(qǐng)日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者陳偉基, 譚建成 申請(qǐng)人:陳偉基, 譚建成, 澳門大學(xué)