[发明专利]隔离SPI总线电能计量模块及多功能电表

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电压、电流及功率测量装置，尤其是一种多功能单相测量线电压、电流，并计算瞬时电压和电流有效值(RMS)，有功、无功和视在功率的隔离SPI总线电能计量模块;以及通过3个或4个相互独立的隔离SPI总线电能计量模块组成的三相三线制、三相四线制带零线电流测量的多功能电表。

背景技术

当前国内外已公知的三相四线制带零线电流测量的多功能电表，主要采用单片电计量电路芯片，采集各相电流互感器CT次级电压与经电阻分压的线电压，测量瞬时线电压、相电流，并进一步计算出电压、电流的相位差，及线电压和相电流的有效值(RMS)，有功、无功和视在功率，累计电量等。

特别指出的是：已公知的三相四线制带零线电流测量的多功能电表，区别于单功能采集线电压、相电流，只计算电功率累计电量的电表，是对这类电表的改进。但由于已公知的多功能三相四线制带零线电流测量的电表，是采用各相电流互感器CT及单片电计量电路芯片采集各相的线电压、电流，因此需要隔离各相线之间的高电压，并防止高电压损坏单片电计量电路芯片。一般采用电流互感器CT进行电气隔离相电压，以及采用零线（N）作为单片电计量电路芯片的参考电位地线，整个电表的电路板是以零线（N）为参照电位，不带相电压（高电压），便于电表电路板在生产过程中校表与维护。

已公知的采用电流互感器CT的三相四线制带零线电流测量的多功能电表主要构建结构，参看附图1。

其中：四只电流互感器CT的初级分别串接在三条相线及一条零线中，电流互感器CT初级一端与零线之间还设有电阻分压电路，互感器的次级及电阻分压电路与单片电计量电路芯片联接，由单片电计量电路芯片测量各相线电流、线电压等参数，并计算出瞬时线电压和相电流有效值(RMS)，有功、无功和视在功率等参数。

    上述已公知的三相四线制带零线电流测量的多功能电表，采用电流互感器CT、电阻分压电路测量各相电流、线电压。该电表的这种构建结构方式，无法进行大电流（尤其是50A以上）高精度的测量；且电流互感器CT自身是一个感性负载，其输出的电压、电流信号存在一定的相位差，影响测量精度；同时由于测量电路安装在一块电路板上，存在电气隔离不可靠、抗电磁干扰能力较弱等缺陷，并且不便于测试和维修。

 

发明内容

本发明提供一种单相隔离SPI总线电能计量模块，该模块是一种安全绝缘本体，本体内部具有电计量电路、光隔离SPI总线及接口电路、光隔离外接接口引脚，本体外安装电阻分流器，实现单相电参数的分流器采集与计量，简称：隔离SPI总线电能计量模块。并通过3个或4个单相隔离SPI总线电能计量模块与微处理电路，实现分流器电量采集的三相三线制、三相四线制带零线电流测量的多功能电表。

如图2所示，本发明所述的隔离SPI总线电能计量模块由电阻分流器Rg、电阻分压器、单相计量电路、SPI光隔离电路组成，所述电阻分流器Rg的两端分别与单相计量电路信号输入端V1p、V1n连接，电阻分压器由电阻R7和电阻Rn串接而成，电阻R7的一端与电阻分流器Rg的一端连接，并与单相计量电路的信号输入端V2n连接或通过电阻R8与单相计量电路的信号输入端V2n连接，电阻R7和电阻Rn的中间端与单相计量电路的信号输入端V2p连接，单相计量电路的信号输入、输出端与SPI光隔离电路连接，所述SPI光隔离电路将单相计量电量的输入、输出信号经过光隔离后接入SPI总线。

其中，电阻分流器Rg一般选用铜合金电阻，优选锰镍铜合金电阻。

隔离SPI总线电能计量模块的电原理示意图参见附图3，其中Rg为电阻分流器，电阻R7、R6、R5组成电阻分压器、其中R6、R5串接成Rn,IC1为单相计量电路,IC2为SPI光隔离电路。为了使隔离SPI总线电能计量模块既能测量相线上的电流、电压，又能测量零线上的电流，可以在电阻分压器中增加一个开关SW，开关SW与电阻Rn串联接W。开关SW闭合时用于测量相电流、电压，开关SW断开时用于测量零线电流。