[发明专利]高精度三相电能表及其计量方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种三相电能表，尤其涉及一种采样点数高、测量实时性强、测量精度高的高精度三相电能表及其计量方法。

背景技术

目前国内使用的三相电能表的精度都在0.02级以下，精度不是很高。目前三相电能表中所用的电流互感器采用的是无源补偿互感器，电流采样的稳定度和线性度都不够好；另一方面，计量过程中，采样点数不够高，测量实时性相对较差，这是由采样计算的方式决定的。传统三相电能表的采样计算方式如下：根据捕获到的频率和采样点数发生采样时序脉冲；根据采样时序，在外部中断程序里将六路信号（三路电压和三路电流）的采样点数据分别存到六个数组中；

在主循环程序里，用六个数组的数据来分别计算三路电压、三路电流、三路有功功率、三相无功功率、相位及电压之间的角度等等所有的电量数据，这些计算需要花费大量的时间。假若采样点数为512点，每个数组中将有512个数据，每个电量的计算都需要进行512个数据的平方和开根号。所有电量计算完成，需要进行16次512个数据的平方和开根号，对于主频相对较低的微处理器来说，一个周波内根本没法完成，对于主频相对较高的微处理器来说，在信号频率为60Hz以上时，也很难计算完成，因此影响了测量的实时性。而要照顾实时性的话，就必须牺牲采样点数，这样就会影响采样精度，因此传统三相电能表的精度不是很高。

发明内容

本发明主要解决原有三相电能表采样点数不够高、测量实时性相对较差、测量精度不够高的技术问题；提供一种高精度三相电能表及其计量方法，其采样点数高、测量实时性强、测量精度高，精度能达到0.01%以内。

本发明同时解决原有三相电能表电流采样的稳定性和线性度都不是很好，影响测量精度的技术问题；提供一种高精度三相电能表，其电流采样有很好的稳定性和线性度，从而提高测量精度。

本发明另一目的是提供一种高精度三相电能表，其通过采用信号隔离和电源隔离技术，避免了各部分电路之间的相互干扰，为信号的稳定提供又一道保障，进一步提高测量精度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的高精度三相电能表，包括三相电压输入电路、三相电流输入电路、光耦隔离电路、串并行数据转换电路、微处理单元、采样时序控制电路、键盘单元和显示单元及提供给高精度三相电能表工作电压的电源变压器，三相电压输入电路、三相电流输入电路分别经光耦隔离电路和所述的串并行数据转换电路的输入端相连，串并行数据转换电路的输出端、采样时序控制电路、键盘单元及显示单元分别和所述的微处理单元相连，采样时序控制电路又分别和三相电压输入电路、三相电流输入电路的时序控制端相连。三相电压输入电路、三相电流输入电路采集到的电压、电流值经光耦隔离电路后汇集到串并行数据转换电路，转换成并行数据后再输送给微处理单元，微处理单元经内部程序的分析和运算，最终将计量结果送到显示单元显示。通过光耦隔离电路将数字信号和模拟信号进行隔离，避免相互干扰，影响信号的稳定性，从而提高测量精度。

作为优选，所述的三相电流输入电路中的每相电流输入电路包括有源补偿互感器、程控运放电路和AD转换电路，每相电流输入端子和有源补偿互感器的输入端相连，有源补偿互感器的输出端经程控运放电路和AD转换电路的输入端相连，AD转换电路的输出端和所述的光耦隔离电路的输入端相连，程控运放电路的控制端经所述的光耦隔离电路和所述的微处理单元相连，AD转换电路的时序控制端经所述的光耦隔离电路和所述的采样时序控制电路相连。通过有源补偿互感器进行电流取样，以提高电流采样的线性度和稳定度，同时控制信号又用光耦隔离电路进行隔离，进一步提高三相电能表的测量精度。

作为优选，所述的有源补偿互感器包括一次绕组N1、二次绕组N2、补偿绕组N3和励磁绕组N4及主铁芯和辅助铁芯，一次绕组N1和有源补偿互感器所属的该相电流输入端子相连，二次绕组N2上并接有一个取样电阻R，二次绕组N2和所述的程控运放电路相连，补偿绕组N3和励磁绕组N4之间连接有一个补偿电路。用励磁绕组提取励磁电流，经过补偿电路，产生适当的补偿电流，注入补偿绕组。补偿电流在辅助铁芯中产生磁通，使主铁芯达到零磁通，从而减小误差。