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专利名称：单相复费率有功电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型与单相复费率有功电能表有关，特别与用于分时计量居 民用户的有功电量的感性负载与纯阻负载误差特性一致的单相复费率 有功电能表有关。
技术背景
单相复费率有功电能表是电力部门广泛使用的一种电能表，用于对 普通用户用电量的分时段计量。
但是这些己使用的单相复费率有功电能表都存在一个问题，就是在
功率因数为1. 0时和功率因数为0. 5L或0. 8C时(即负载为纯阻性和感 性或容性时)，其测量误差存在明显的区别，生产时要照顾各种功率因 数下的误差不越限，只能将功率因数为1.0的误差调到一个并不理想的 数值，因此生产时误差调校困难、费时，影响生产效率。同时这个何题 也使得电能表误差特性不好，出厂后容易随时间和温度漂移造成测量误 差越限，使电量计量不准确。
查其原因是用作电能表电流信号采样元件的锰铜分流器，通常被看 作纯电阻元件，但实际上它存在很小的寄生电感。当分流器的阻值非常 低时，这个寄生电感引起的电流信号相角偏移会对测量误差产生明显的 影响，从而导致在功率因数为1.0时和功率因数为0.5L或0.8C时(即 负载为纯阻性和感性或容性时)，其测量误差存在明显的区别。 实用新型内容
本实用新型的目的是为了提供一种在各种功率因数下的测量误差 一致，提高用电计量准确度，促进更有效地进行用电管理的单向复费率 有功电能表。
本实用新型单相复费率有功电能表，包括有单片机U13的控制电路， 分别与控制电路连接的计量电路、时钟电路，LCD显示电路、系统监测 电路、红外通讯电路、RS485通讯电路、数据存储电路、与计量电路连 接的电源电路，计量电路中有计量芯片U5、输出端分别与计量芯片U5 的7、 8脚连接的信号分压和抗混滤波处理电路，其特征是计量电路中 设有第一 RC 二级网络电路、第二RC二级网络电路，第一RC二级网络 电路的输出信号IIA、第二 RC 二级网络电路的输出信号I2A分别输入计 量芯片U5的5脚、6脚，计量电路完成电能表输入信号(电压信号和电 流信号)的调理，将输入信号转换成计量芯片要求的形式；同时送来的 调理后的电压信号和电流信号进行采样，并完成电能参数计量，采样和 计量工作由计量芯片U5完成；电能表电源系统电路提供电表电路所需 的直流电源；控制电路的核心器件是单片机U13，它的主要作用是完成 电能表控制软件的运行，并与外部设备和其它器件进行通讯和数据交 换。带温度补偿的时钟电路是电表完成电量的复费率计算的时间来源， 它具有温度补偿功能；LCD显示电路是用于显示各种数据的人机交互的 界面；系统监测电路完成电表电路的自监测任务；红外通讯电路和RS485 通讯电路用以实现电能表与外部的数据通讯，它提供了红外线通讯和 RS485 口通讯两种方式；数据存储电路是计算数据的存储的地方。
上述的第一 RC 二级网络电路中有由R51、 C31并联组成的第一 RC 电路，由R49、 R47、 R9依次串联后与C10并联组成的第二RC电路，第 一 RC电路与第二 RC电路串联。第二 RC网络电路中有由R52、 C32并联 组成的第三RC电路、由R50、 R48、 R8依次串联后与C9并联组成的第 四RC电路，第三RC电路与第四RC电路串联，每个电阻上都配有用于 调节RC电路的R的大小的短接开关。
上述的单片机U13型号为P89LP C9401,计量芯片U5的型号为 ADE7755。
本单相复费率有功电能表主要完成单相用户的有功用电量计量，并 具有分时计量、显示、通讯、存储、时钟等功能，而最关键的工作是准 确计量。有功用电量计量的输入信号是进入用户的电压信号u和电流信 号i，电能表通过信号调理电路对输入信号进行调理，使之转换成计量 芯片要求的形式，然后送至以计量芯片进行采样和电能计量，计量芯片 是计量电路的核心，计量电路的计量结果是有功电能量，以电量脉冲的 形式输出至以单片机(CPU)为核心的控制电路，控制电路在时钟电路、 数据存储电路、LCD显示电路、红外和RS485通讯电路等的支持下完成 分时计量、显示、通讯、存储等功能。
本实用新型具有如下优点
1，在不同功率因数负载下测量误差趋于一致(同一测量点误差差
异小于0.05%),明显提高了单相复费率有功电能表的误差特性，提高了 和电计量准确度，促进更有效地进行用电管理。
2，计量正反向有功电量，正反向电量采用绝对值计量。
3，四费率、 一天内有10个任意设置的"尖"、"峰"、"平"、"谷"时段。
4,存储本月、上月、上上月电量数据。
5，通讯协议符合DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》。
6，计量性能符合GB/T17215-2002《1和2级静止式交流有功电能表》。
7，其他要求符合GB/T15284-2002《多费率电能表特殊要求》的相 关要求。


图1为本实用新型工作原理框图。
图2为计量电路1图。
图3为计量电路2图。
图4为电源电路图。
图5为电源电路图。
图6为带度温度补偿的时钟电路图。
图7为LCD显示电路图。
图8为系统监测电路图。
图9为红外通讯和R5485通讯电路图。
图10为数据存储电路图。
图11为分流器分流原理图。
具体实施方式
参见图1 图10，本实用新型单相复费率有功电能表，包括有型号 为P89LPC9401的单片机U13的控制电路，分别与控制电路连接的计量 电路、时钟电路、LCD显示电路、系统监测电路、红外通讯电路、RS485 通讯电路、数据存储电路，与计量电路连接的电源电路，计量电路中有 型号为P89LPC9401的计量芯片U5、由R14、 R20、 R19、 Rll、 R24、 R12、 R13、 R15、 R16、 R17、 R18、 R7、 R62，和R5、 C8组成的信号分压和抗 混滤波处理电路的输出端分别与计量芯片U5的7、 8脚连接，计量电路 中设有第一 RC 二级网络电路、第二RC二级网络电路，第一RC二级网
络电路的输出信号IIA、第二 RC 二级网络电路的输出I2A分别输入计量 芯片U5的5脚、6脚。
参见图2，第一RC二级网络电路中有由R51、 C31并联组成的第一 RC电路，由R49、 R47、 R9依次串联后与C10并联组成的第二级RC电路。 第一 RC电路与第二 RC电路串联。第二 RC网络电路中有R52、 C32并联 组成的第三RC电路，由R50、 R48、 R8依次串联后与C9并联组成的第 四RC电路。第三RC电路与第四RC电路串联。每个电阻上都配有用于 调节RC电路的R的大小的短接开关。
目前广泛使用的单相复费率有功电能表都存在一个问题，其测量误 差在功率因数为1. 0和功率因数为0. 5L或0. 8C时(即负载为感性或容 性时)存在明显的区别，生产时要照顾功率因数为0.5L和0.8C时的误 差不越限，只能将功率因数为1.0的误差调到一个并不理想的数值，生 产时误差调校困难、又费时，影响生产效率。同时这个问题也使得电能 表误差特性不好，出厂后可能误差容易随时间和温度漂移造成测量误差 增大，造成电量计量的不准确。查其原因是用作电能表电流信号采样元 件的锰铜分流器(参见图il)，通常被看作纯电阻元件，但实际上它存 在很小的寄生电感。当分流器的阻值非常低时(200 ix Q数量级)，这个 寄生电感引起的电流信号相角偏移会对测量误差产生明显的影响，而以 往的单相复费率有功电能表在进行信号调理时并未对这个影响做任何 处理。
例如当分流器的阻值^350 u Q，寄生电感二2nH时，在50Hz工频情 况下会造成0.103°的信号相角偏移；而当分流器的阻值二120u Q，寄 生电感二2nH时，在50Hz工频情况下会造成0.299f的信号相角偏移。 同时，在功率因数二士0.5时，0. 1°的相位失配就会产生0.3%的测量误 差。所以在设计中应该对分流器寄生电感进行补偿，特别是使用的分流 器阻值很小的时候(例如使用120u Q的分流器时，在功率因数二土0.5 时，0.3°的相位失配将会产生0.9%的测量误差)，所以必须进行补偿。
本实用新型计量中设置了二级RC网络电路，用以对分流器寄生电 感进行补偿，从而使电能表在功率因数为1.0时和功率因数为0.5L或 0.8C时测量误差一致。
分流器寄生电感会造成信号相角偏移，其本质是寄生电感在测量电 路网络的S平面上增加了一个零点。此零点为
<formula>formula see original document page 7</formula>
式中RSH是分流器的阻值，LsH是分流器寄生电感,
<formula>formula see original document page 7</formula>抵消此零点作用的一种方法是在s平面上同一位置(或附近)增加
一个附加极点。在模拟输入端外部增加一个RC电路就可产生一个所需 要的极点。连同电流信号通道的抗混叠滤波器一起考虑，分流器与计量 芯片电流信号端之间的电路是一个二级RC网络电路，这个网络在S平 面上将有二个极点， 一个极点用于抵消寄生电感产生的零点的作用，另 --个极点将起到抗混叠滤波器的作用，而且这个极点应该与电压通道的 抗混叠滤波器极点相匹配。
为了简单起见，设定二级RC网络电路的两个电阻和两个电容相同， 为R和C，那么二级RC电路的阻抗的拉普拉斯变换表达式为
<formula>formula see original document page 7</formula>式中s为拉普拉斯算子。可算得它的两个极点为<formula>formula see original document page 7</formula>
设电压通道RC抗混叠滤波器的参数为R2、C(与电流通道的C相同)，
那么它的阻抗的拉普拉斯变换表达式为 丄
<formula>formula see original document page 8</formula>1
可得它的极点为P' 二 -
使电压通道的抗混叠滤波器的极点与电流通道的一个级点P2相同，
即P， 二P2即可。
实际设计中，电流信号输入端的二级RC网络电路的两个电阻R不 一定完全相同，其中一个可以由若干个(比如3个)电阻构成，以便微 小调节，这样可适当放宽对元器件精度的要求；同样两个电容C也不一 定完全相同。如图2之R51、 C31为第一级RC， R49、 R47、 R9、 C10为 第二级RC，每个电阻都配有短接开关，用于调节RC电路的R的大小。 第一二级RC网络电路的输出信号I1A送至计量芯片ADE7755的电流信 号输入口的一端V1P(见图3)。图中之另一个第二二级RC网络电路(R52、 C32为第一级RC， R50、 R48、 R8、 C9为第二级RC)是与主电流信号通 道的二级RC网络完全一样的，它的输出信号I2A送至计量芯片ADE7755 电流信号输入口的另一端V1N，用来抵消电表内高频信号对电流信号的 干扰。图2中之R14、 R20、 R19、 Rll、 R24、 R12、 R13、 R15、 R16、 R17、 R18、 R7、 R62，和R5、 C8组成的RC网络是电压信号通道的信号分压和 抗混滤波处理电路，其中多个电阻配有短接开关是为调节电压信号的大 小(即调节电能表的计量精度卩，R5、 C8组成的抗混滤波电路的极点应 与电流信号通道的二级RC网络的第2个极点相匹配，电压信号通道的 输出信号V2N送至计量芯片ADE7755的第2个信号输入口的一端V2N， 电压信号通道的另一个抗混滤波电路R4、 C7与第一个抗混滤波电路R5、 C8参数完全一样，其输出信号V2P送至计量芯片ADE7755的第2个信号 输入口的另一端V2P (见图3)，也是抵消用来抵消电表内高频信号对电 压信号的干扰。图2中之R56、 R57、 R58的作用是取电压信号分压而获 得一微小的固定电流注入电流信号回路，以增大或减小(通过端接开关 Q2J1/QJ1)起动电流。
权利要求1、单相复费率有功电能表，包括有单片机U13的控制电路，分别与控制电路连接的计量电路、时钟电路、LCD显示电路、系统监测电路、红外通讯电路、RS485通讯电路，数据存储电路、与计量电路连接的电源电路，计量电路中有计量芯片U5、输出端分别与计量芯片U5的7、8脚连接的信号分压和抗混滤波处理电路，其特征在于计量电路中设有第一RC二级网络电路、第二RC二级网络电路，第一RC二级网络电路的输出信号I1A、第二RC二级网络电路的输出信号I2A分别输入计量芯片U5的5脚、6脚。
2、 如权利要求1所述的单相复费率有功电能表，其特征在于第一 RC二级网络电路中有由R51、C31并联组成的第一RC电路、由R49、R47、 R9依次串联后与C10并联组成的第二 RC电路，第一 RC电路与第二 RC 电路串联，第二RC网络电路中有由R52、 C32并联组成的第三RC电路、 由R50、 R48、 R8依次串联后与C9并联组成的第四RC电路，第三RC电 路与第四RC电路串联，每个电阻上都配有用于调节RC电路的R的大小 的短接开关。
3、 如权利要求1或2所述的单相复费率有功电能表，其特征在于 单片机LU3的型号为P89LP C9401，计量芯片U5的型号为ADE7755。
专利摘要本实用新型提供了一种单相复费率有功电能表，包括有单片机U13的控制电路，分别与控制电路连接的计量电路、时钟电路、LCD显示电路、系统监测电路、红外通讯电路，RS485通讯电路、数据存储电路，与计量电路连接的电源电路，计量电路中有计量芯片U5、输出端分别与计量芯片U5的7、8脚连接的信号分压和抗混滤波处理电路，其特征是计量电路中设有第一RC二级网络电路、第二RC二级网络电路，第一RC二级网络电路的输出信号I1A、第二RC二级网络电路的输出信号I2A分别输入计量芯片U5的5脚、6脚。本实用新型在各种功率因数下的测量误差一致，提高了用电计量准确度，促进更有效地进行用电管理。
文档编号G01R11/00GK201191301SQ200820063148
公开日2009年2月4日 申请日期2008年4月25日 优先权日2008年4月25日
发明者李志双, 黄恭亮 申请人:四川启明星蜀达电气有限公司