一種基于壓控振蕩器的電能計量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電能計量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓控振蕩器的電能計量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國各行各業(yè)自動化工控設(shè)備及礦山井下饋電保護(hù)控制設(shè)備當(dāng)中，電能計量儀表非常重要，實(shí)時為控制中心提供基準(zhǔn)的電能量數(shù)據(jù)，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)各種復(fù)雜的故障時，控制中心精準(zhǔn)快速的作出切斷故障的反應(yīng)。
[0003]隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對電能的需求越來越大，在此大環(huán)境下，電子式電能表技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步。為緩解日趨尖銳的電力供需矛盾，電能表也由之前的感應(yīng)計量方式發(fā)展為現(xiàn)在的電子計量方式，采用專業(yè)的計量芯片實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的合成，配合單片機(jī)的控制與調(diào)度，改善了用電量不均衡的現(xiàn)象，全面實(shí)行峰、平、谷分時電價制度，“削峰填谷”，提高全國的用電效率，合理利用電力資源。但以計量芯片為核心的電能計量方式，采用的是離散數(shù)字化的運(yùn)算方式，要經(jīng)過采樣、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字乘法運(yùn)算、格式存儲，最后通過傳輸總線到達(dá)單片機(jī)。為了得出計量結(jié)果，計量芯片需要對電流、電壓信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字乘法運(yùn)算后得出電能計量結(jié)果，這個過程因環(huán)節(jié)過多而使得電能計量速度過慢，在像電表這樣對數(shù)據(jù)實(shí)時性要求不高的計費(fèi)儀表中使用是可以的，但是在像自動化控制的對數(shù)據(jù)實(shí)時性要求較高的過程中，以專用電能計量芯片為核心的數(shù)據(jù)采樣方式很難滿足控制要求，并且專用計量芯片的價格都比較高，很難滿足電氣饋電保護(hù)控制等方面的電能數(shù)據(jù)采樣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種基于壓控振蕩器的電能計量電路，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在電能計算過程因環(huán)節(jié)過多而使得電能計量速度過慢問題。
[0005]—種基于壓控振蕩器的電能計量電路，該電能計量電路為:將差分放大模塊、巴特沃茲濾波模塊、功率合成模塊、精密整流模塊以及壓控振蕩模塊順序連接；
[0006]其中，差分放大模塊，用于采集用戶電網(wǎng)中的電流信號和電壓信號，并將電流信號通過電流互感器生成弱電電流信號，以及將電壓信號通過電壓互感器生成弱電電壓信號，再將弱電電流信號經(jīng)過差分放大，以及將弱電電壓信號經(jīng)過差分放大；
[0007]巴特沃茲濾波模塊，用于將經(jīng)過差分放大后的弱電電流信號進(jìn)行低通濾波，以及將經(jīng)過差分放大后的弱電電壓信號進(jìn)行低通濾波；
[0008]功率合成模塊，用于將進(jìn)行低通濾波后的弱電電流信號和進(jìn)行低通濾波后的弱電電壓信號輸入模擬乘法器合成功率信號；
[0009]精密整流模塊，用于將功率信號經(jīng)過精密整流處理生成功率直流信號；
[0010]壓控振蕩模塊，用于將功率直流信號輸入壓控振蕩器，生成電能脈沖信號，并根據(jù)電能脈沖信號的頻率計算電能數(shù)據(jù)。
[0011]本實(shí)用新型有益效果包括:由純硬件電路實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)的運(yùn)算和實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)相應(yīng)實(shí)時快速，沒有現(xiàn)有技術(shù)中的A/D轉(zhuǎn)換過程，也不存在數(shù)字乘法運(yùn)算軟件環(huán)節(jié)，由于數(shù)字乘法運(yùn)算軟件環(huán)節(jié)求電能數(shù)據(jù)，是通過求功率函數(shù)在時間上的積分得到的，因此整個運(yùn)算環(huán)節(jié)復(fù)雜，用時較長，而本實(shí)用新型實(shí)施例中通過模擬乘法器直接計算功率信號的模擬信號，以壓控脈沖形式實(shí)現(xiàn)功率直流信號以不同頻率的電能脈沖輸出，將電能數(shù)據(jù)進(jìn)行了量化，通過對每個單位時間內(nèi)的電能脈沖計數(shù)獲得電能數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時運(yùn)算與輸出，為實(shí)時性要求較高的自動化電氣控制設(shè)備提供了一種低成本電能數(shù)據(jù)計量方案。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種基于壓控振蕩器的電能計量方法的流程圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種基于壓控振蕩器的電能計量電路的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了給出提高電能數(shù)據(jù)計算效率的實(shí)現(xiàn)方案，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種基于壓控振蕩器的電能計量電路，以下結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0015]本實(shí)用新型提供的一種基于壓控振蕩器的電能計量方法及電能計量電路，利用低成本的集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)將從用戶處采集的模擬電流信號和模擬電壓信號的放大和濾波，再通過模擬乘法器實(shí)時合成功率信號，經(jīng)過精密整流處理后，生成功率直流信號，功率直流信號控制壓控振蕩器輸出電能脈沖，為控制系統(tǒng)微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)提供精確的實(shí)時電能量數(shù)據(jù)。
[0016]參閱圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例對這種基于壓控振蕩器的電能計量方法進(jìn)行介紹，該方法為:
[0017]步驟100:采集用戶電網(wǎng)中的電流信號和電壓信號，并將電流信號通過電流互感器生成弱電電流信號，以及將電壓信號通過電壓互感器生成弱電電壓信號，再將弱電電流信號經(jīng)過差分放大，以及將弱電電壓信號經(jīng)過差分放大。
[0018]具體的，用戶電網(wǎng)中的電流信號和電壓信號屬于強(qiáng)電信號，不能直接用于本實(shí)用新型實(shí)施例中提供的電能計量電路，因此，先通過互感器，將用戶電網(wǎng)中的強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換為弱電信號，將弱電電流信號以及弱電電壓信號經(jīng)過差分放大，可以有效抑制零點(diǎn)漂移，放大輸出信號為對地的單端信號。
[0019]步驟110:將經(jīng)過差分放大后的弱電電流信號進(jìn)行低通濾波，以及將經(jīng)過差分放大后的弱電電壓信號進(jìn)行低通濾波。
[0020]具體的，將經(jīng)過差分放大的弱電電流信號和弱電電壓信號，分別輸入四階巴特沃茲低通濾波電路，四階巴特沃茲低通濾波電路的截止頻率設(shè)置為200赫茲(Hz)，由于前段輸出的信號為交流電模擬信號，我國電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，因此可以保留原始信號，且濾除了截止頻率外的高頻噪聲，具備了信號運(yùn)算級別的要求，為后續(xù)電能計量提供更加精確的原始信號數(shù)據(jù)。
[0021]步驟120:將進(jìn)行低通濾波后的弱電電流信號和進(jìn)行低通濾波后的弱電電壓信號輸入模擬乘法器合成功率信號。
[0022]具體的，將進(jìn)行低通濾波后的弱電電流信號和進(jìn)行低通濾波后的弱電電壓信號輸入模擬乘法器，通過一級運(yùn)算放大器對低通濾波后的弱電電流信號和低通濾波后的弱電電壓信號進(jìn)行乘法運(yùn)算，合成功率信號，功率信號為正弦波信號。
[0023]步驟130:將功率信號經(jīng)過精密整流處理生成功率直流信號。
[0024]具體的，將功率信號經(jīng)過精密整流，獲得合成功率信號的有效直流信號，即功率直流?目號Ο
[0025]步驟140:將功率