专利名称：非线性负荷电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量电变量的装置。
随着电力半导体技术的发展，各工业、交通部门及家电设备中都大量采用了硅整流和换流技术，从而产生了大批非线性负荷。上述非线性负荷的涌现，不仅给电力系统造成了严重的有害影响，还对目前用于计费的感应式电能表带来了不可忽略的误差。
中国实用新型专利申请90201330.0号曾公开了一种节能型单相电度表，该电度表主要由电流、电压取样电路、运算电路和计数显示电路构成。其计数显示电路包括计数器、数码显示器、齿轮系统和字轮。运算电路中含有脉冲转换器，利用取样电路将外电路的电流和电压输入运算电路，经运算处理得到与负载消耗功率成比例的电信号，再将该信号转换成脉冲信号后由计数显示电路进行计数、显示。另外，中国实用新型申请92205423.1号则公开了一种静止式电能表，该电能表除具有电流、电压采样电路和计数显示电路外，还以时分割模拟乘法器和电压／频率变换器构成采样信号处理电路，对采样信号进行处理和变换。上述两种电子式电能表虽然各有其优点，但若将其用于非线性负荷的计量，仍然将会产生较大的误差。其原因，就在于上述电子式电能表在计量非线性负荷之一基波功率的同时，还计入了本不应计入的谐波功率。
本实用新型的目的是对上述现有电子式电能表的采样信号处理电路进行改进，提供一种可准确计量非线性负荷所耗电能的电能表。
本实用新型的电能表具有电流采样电路、电压采样电路、采样信号处理电路和计数显示电路。其中，采样信号处理电路包括二个滤波器、时分割乘法器和电流／频率变换电路，电流采样电路和电压采样电路的输出端分别接二滤波器的输入端，二滤波器的输出端同接时分割乘法器的输入端，电流／频率变换电路的输入端和输出端分别接时分割乘法器的输出端和计数显示电路的输入端。在本实用新型中，由电流、电压采样电路采集的被测电流、电压信号分别送入二滤波器，经滤波器滤波后，在二滤波器输出端相应得到基波分量。上述基波分量加于时分割乘法器的输入端，被测电压用于调制脉冲宽度，被测电流用于控制脉冲幅度，则脉冲面积反应了电流和电压的瞬间积，其平均值和基波的有功功率成正比，即输出电流I＝KP。由时分割乘法器输出端输出的反映基波有功功率的电流信号输入电流／频率变换电路，经该电路变换后输至计数显示电路进行计数、显示，从而完成基波功率的计量。在本实用新型中，电流采样电路和电压采样电路均可沿用现有的结构形式。例如，电流采样电路可由分流电阻或电流互感器构成；电压采样电路则可由分压器、带电子补偿的互感器或霍尔元件构成。另外，计数显示电路中的显示器也可采用现有的多种显示器，如电磁计数器、译码显示器等。
本实用新型的电能表与前述现有电能表相比，由于其仅计量用户消耗的基波功率，对任何谐波分量所形成的功率均不予反映，从而有效地解决了长期以来不能正确计量非线性用户之电能消耗的问题，为合理负担电费提供了可能。
图1是实施例中电能表的电路框图。
图2～4是电原理图。
如图1所示，实施例中的电能表具有电流采样电路1、电压采样电路2、有源滤波器3、4、时分割乘法器5、积分器6、比较器7、计数器8和电磁计数器9。其中，电流、电压采样电路1、2的输出端分别接二有源滤波器3、4的输入端，二有源滤波器3、4的输出端同接时分割乘法器5的输入端。积分器6和比较器7构成电流／频率变换电路，积分器6的输入端和比较器7的输出端分别构成电流／频率变换电路的输入端和输出端，积分器的输出端与比较器的输入端相接。计数器8和电磁计数器9组成计数显示电路，计数器8的输出端接电磁计数器9的控制端。上述电流／频率变换电路的输入端和输出端分别与时分割乘法器5的输出端和计数器8的输入端相连通。
如图2～4所示，实施例中的电流采样电路1包括采样接点a、b和电流互感器L1；电压采样电路包括采样接点c、d和分压电阻R1、R2；线性运算放大器(LM324)IC1、IC2及外电路分别构成两个结构相似的有源滤波器3、4；时分割乘法器5由运算放大器(OP07)IC3、反向器(4069)IC4、四与非门电路(4001)IC5及外电路构成；积分器6为由运算放大器(OP07)IC6、电容C8及外电路构成的线性积分器；比较器7则由电压比较器(082)IC7及外电路构成。另外，计数器8包括IC8(4013)、IC9(4013)和IC10(4518)，电磁计数器9包括电磁计数器电磁线圈L2和主要由BG5构成的功放电路。在本实施例中，由电流互感器L1和分压电阻R1、R2采集的电流、电压信号分别输入无限大增益、多路反馈的二阶有源滤波器3、4后，经滤波器滤波，电流、电压信号的基波分量输至时分割乘法器5。时分割乘法器对二输入量在时间上进行微分取值，再把所取瞬间值相乘，从而产生一个方波电流系列i。在一个周期中，i的幅度与电流成正比，i的正负部分的宽度差与电压成正比，则其平均值与输入电流和输入电压的瞬间积成正比，亦即与被测基波功率成正比。上述反映基波功率的方波电流输入由积分器6和比较器7构成的电流／频率变换电路后，由其输出端输出计数脉冲至计数器8，并由此驱动电磁计数器9完成计数显示。本实施例中采用的有源滤波器3、4也可由无源滤波器代替。另外，由积分器6和比较器7构成的电流／频率变换电路也可采用其它现有电路结构形式。例如，可采用由积分器和标准伏－－秒发生器构成的电流／频率变换电路。在此电路中，积分器的输出端接伏－－秒发生器的输入端，伏－－秒发生器的输出端接积分器一输入端和计数显示电路中计数器的输入端。
权利要求1.一种非线性负荷电能表，具有电流采样电路(1)、电压采样电路(2)、采样信号处理电路和计数显示电路(8、9)，其特征是采样信号处理电路包括二个滤波器(3、4)、时分割乘法器(5)和电流/频率变换电路(6、7)，电流采样电路(1)和电压采样电路(2)的输出端分别接二滤波器(3、4)的输入端，二滤波器(3、4)的输出端同接时分割乘法器(5)的输入端，电流/频率变换电路(6、7)的输入端和输出端分别接时分割乘法器(5)的输出端和计数显示电路(8、9)的输入端。
2.如权利要求1所述的电能表，其特征是所述电流／频率变换电路由积分器(6)和比较器(7)构成，积分器(6)的输入端和比较器(7)的输出端分别构成电流／频率变换电路的输入端和输出端，积分器(6)的输出端与比较器(7)的输入端相接。
3.如权利要求1或2所述的电能表，其特征是所述二滤波器(3、4)为结构相似的滤波器。
4.如权利要求3所述的电能表，其特征是所述二滤波器(3、4)为有源滤波器。
5.如权利要求4所述的电能表，其特征是所述计数显示电路由计数器(8)和电磁计数器(9)构成，计数器(8)的输出端接电磁计数器(9)的控制端。
专利摘要本实用新型涉及一种电能表。该电能表具有电流采样电路、电压采样电路、采样信号处理电路和计数显示电路。采样信号处理电路特别地包括二个滤波器、时分割乘法器和电流/频率变换电路。该电能表有效地解决了正确计量非线性用户之电能消耗的问题，为合理分担电费提供了可能。
文档编号G01R22/00GK2188777SQ9422733
公开日1995年2月1日 申请日期1994年3月22日 优先权日1994年3月22日
发明者杨明耻, 杨志清, 张亦鸣, 邓步才, 陈厚珍, 夏明英 申请人:四川电力科学试验研究所