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      淺談智能電表中繼電器分流器改進方案和檢測方法

      集成電路應用雜志 ? 2018-10-31 15:35 ? 次閱讀

      1 ?引言

      應用在智能電表[1]上的磁保持繼電器分流片與接線端子的連接,均是依靠在分流片和接線端子打一個直徑為 4~5 mm 的螺絲孔,然后靠螺絲和彈性金屬墊片進行物理鏈接。但眾所周知的是,金屬導體因為打孔的存在,通電截面積下降,內部的導電性能必然下降,電阻變大;即使連接時所使用螺絲和墊片也是金屬的,但由于金屬材質的不同,加之螺絲表面不可能加工的十分光滑,所以很難保證其導電性良好;并且在運輸的過程中,由于顛簸震動等因素的存在,螺絲接觸很有可能變松,松動后,分流片和端子之間就變成了不良接觸,這些原因,都會導致連接處的電阻變大[2-5]。

      對于電表而言,通電端子會在使用中會傳導比較大的電流,而根據電能產生熱能的公式(1)。

      Q = I2×R×t(1)

      其中,I 為電流,R 為導體電阻,t 為通電時間。由于螺絲連接處的電阻變大,那么此處的發熱也十分嚴重。給一只電表輸入 60 A 的通電電流時,在室溫 21 ℃ 的情況下,15 分鐘后,螺絲的點的溫度可以升高到 43 ℃。這個熱能由于在電表殼體內密封,很難通過熱導將其向外傳遞,因此,極大的會影響電表內部元件的正常使用。而如果用焊接方法解決的話,也會帶來兩個問題:

      (1)繼電器分流片與表殼所帶端子通常為兩個生產廠家,對于安裝調試來說幾乎是不可調和的,不論讓哪一方完成焊接都難以實現,如果焊接,分流片出現問題則無法更換。

      (2)即使是焊接,但是由于助焊劑、焊接工藝的問題,在長期的電流發熱狀況下,其焊接處會出現異常狀況,這種狀況既不可逆,又無法處理。

      2 ?改進方案

      為了解決智能電表上的磁保持繼電器分流片與接線端子的連接發熱問題,本方案改進現有的繼電器分流片和端子的形狀,并提供一種易行可靠的連接方法,使得繼電器分流片和通電端子良好連接,不會因為連接問題而增加額外的阻抗,從而避免額外的發熱。

      2.1 方案構成

      這種用于智能電表上分流片與接線端子的連接結構,其特征如圖 1 所示,圖 1(a)為彈性鋼卡夾,其卡夾具有夾持部和接線端;圖 1(b)為分流片的連接端子具有齒條結構,與所述端子連接圖 1(c),接線端子具有齒條結構,連接端子的齒條結構與接線端子的齒條結構嚙合連接,嚙合連接處夾持所述卡夾的夾持部;圖 1(d)為各主要結構原件組裝完成后的效果圖。

      2.2 檢測方法

      以檢測一只 5(60) A 使用 300 μΩ 繼電器分流片的電表為例,結合圖 1 中的(d)圖。

      (1)先安裝在彈性鋼卡上的檢測線連接至電表MCU 的電壓檢測或者獨立的 AD 檢測處。

      (2)通過實際測量,當一只電表選用一個 300 μΩ 繼電器分流片時,與接線端子可靠連接后(我們選擇焊接時測量的值作為參考量),從接線端子最下端(即接線端子 2 中的下方螺絲孔處)測量,其總電阻最大阻值不超過 500 μΩ。那么就說明,如果使用彈性鋼卡將繼電器分流片和接線端子連接后,其最大阻值應該在 500 μΩ 左右。

      (3)在電表校驗時需要接入最大電流 Imax =60 A 時,檢測安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測線之間的電壓,計算過程如下。

      一個 300 μΩ 的繼電器分流片在 60 A 電流時分壓的電壓應該為(2)。

      V1=(300×10-6 Ω)×60 A=0.018 V(2)

      而其在最下端時,繼電器分流片在 60 A 電流時分壓的電壓應該為(3)。

      V2=(500×10-6 Ω)×60 A=0.030 V(3)

      檢測安裝在兩只彈性鋼卡上的檢測線之間,通過 MCU 或者獨立的 AD 檢測處,實際測量的電壓為 V。

      通過比較這三個量之間的關系得到以下關系。

      當 V>V2 時,則說明繼電器分流片的連接端子和接線端子沒有可靠連接,因而阻值超過正常值,電表會有發熱異常的隱患,應當重新連接或更換部件。

      當 V1<V<V2,則繼電器分流片的連接端子和接線端子連接可靠,彈性鋼卡處的分壓正常。

      當 V3<V1 時,則繼電器分流片的阻值偏小,為不合格產品。

      通過實驗,如果還按照原有的打孔螺絲鏈接,還在電表接入 60 A 時電流時,經測量最下端的電壓可以達到 VL=0.092 V。通過和本方案的比較可以看出,如果用螺絲鏈接,發熱量將是本方案的 VL/V2=0.092 V / 0.030 V=3.06 倍,可見,本方案是有效可以降低電表發熱的一種方式。

      2.3 方案變形

      如果在 DRAM 中存在超標情況,例如:內部不論是否通過彈性鋼卡連接,凡是通過測量繼電器分流片兩端電壓而對繼電器分流片連接異常進行判斷的。本文檔給出的是火線處繼電器分流片的檢測,對于零線處同樣可以按此方式檢測。結合圖 2,即使在不適用繼電器的分流器連接檢測中,也同樣可以采用這種方法。

      3 ?結語

      本方案與現有技術相比具有如下優點:(1)連接可靠,接觸面積大,并且不需要打孔,不改變導體形狀,不會因為生產安裝的原因帶來其接觸部位的電阻變大,導致發熱。(2)彈性鋼卡為彈性材料,不會因為顛簸、震動等原因松動。(3)安裝便捷,出現故障維修方便。(4)可以在校表過程中,檢測出繼電器分流片和端子連接的異常,從而判斷出電表是否會在此處發熱。(5)通過該方式,使得在生產過程中就能通過校表等過程直接篩選出可能會出現發熱的表計,從而保證產品質量的穩定。

      參考文獻

      [1] 王思彤,周暉,袁瑞銘,易忠林.智能電表的概念及應用[J].電網技術,2010,34(04):17-23.

      [2] 王甲,阮頤,宋文博,楊興智.一種基于M-BUS通信技術和圖像識別算法的攝像式水表設計[J].儀表技術,2017(06):5-8.

      [3] 王甲,阮頤.一種簡化型M-BUS通信芯片設計[J].集成電路應用,2017,34(01):33-35.

      [4] 王甲,宋文博,阮頤,宋清亮.磁阻傳感器在電子式水表、氣表中的應用研究[J].集成電路應用,2017,34(04):40-42.

      [5] 王甲,傅代軍,阮頤,宋文博.一種單IO口控制的繼電器驅動芯片設計思路[J].集成電路應用,2017,34(05):27-29.

      原文標題:智能電表中繼電器分流器的改進設計

      文章出處:【微信號:appic-cn,微信公眾號:集成電路應用雜志】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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      今天為大家介紹一項國家發明授權專利——一種便攜式智能電表充值故障檢測系統。該專利由國網四川省電力公司....

      發表于 11-29 14:29 ? 107次 閱讀
      便攜式智能電表充值故障檢測系統的原理及設計

      為智能電網應用設計制造的自供電繼電器Fanox

      Fanox專門為智能電網應用設計和制造自供電繼電器和高級通信解決方案,其中安全性,性能和可擴展性至關....

      的頭像 Xilinx視頻 發表于 11-29 06:03 ? 224次 觀看
      為智能電網應用設計制造的自供電繼電器Fanox

      具備開蓋告警功能的智能電表和開蓋告警方法

      今天為大家介紹一項國家發明授權專利——具備開蓋告警功能的智能電表和開蓋告警方法。該專利由國家電網公司....

      發表于 11-28 10:21 ? 381次 閱讀
      具備開蓋告警功能的智能電表和開蓋告警方法

      Vishay推出兩款光可控硅輸出光耦,兩款器件均采用緊湊型扁平SOP-4封裝

      日前推出的光耦隔離120 VAC、240 VAC和 380 VAC線路低電壓邏輯,控制電阻、電感或電....

      的頭像 寬禁帶半導體技術創新聯盟 發表于 11-27 16:50 ? 1345次 閱讀
      Vishay推出兩款光可控硅輸出光耦,兩款器件均采用緊湊型扁平SOP-4封裝

      電力活塞式電動機電磁驅動系統數學模型及特性分析

      為了研究電力活塞式電動機電磁驅動系統電磁轉換特性,基于電磁場相關理論,采用磁路分析法,建立了電磁驅動....

      發表于 11-26 08:00 ? 76次 閱讀
      電力活塞式電動機電磁驅動系統數學模型及特性分析

      多功能電子密碼鎖系統設計資料說明免費下載

      多功能密碼系統只有輸入正確的密碼后(即按要求按下按鍵),NE555電路才能正常工作,繼電器吸合,發光....

      發表于 11-23 08:00 ? 114次 閱讀
      多功能電子密碼鎖系統設計資料說明免費下載

      為什么單片機不能直接驅動繼電器和電磁閥?

      比如我這個繼電器線圈的電阻,大概是71.7歐姆,加5V電壓的話,電流就是5除以71.7約等于0.07....

      的頭像 電子工程技術 發表于 11-22 10:33 ? 683次 閱讀
      為什么單片機不能直接驅動繼電器和電磁閥?

      ETA416數字IO擴展與控制模塊使用手冊的詳細資料免費下載

      ETA416 通過精簡 ISA 總線擴展出四路繼電器單元、四路帶光電隔離的輸入和 8 位數字 IO。....

      發表于 11-21 08:00 ? 69次 閱讀
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      如何檢查儀表故障工業儀表故障分析判斷十種方法

      儀表故障是我們工作中經常會遇到的問題,那么判斷故障,找出問題都有哪些好方法呢?下面小編為大家整理了工....

      的頭像 工控資料窩 發表于 11-17 10:22 ? 571次 閱讀
      如何檢查儀表故障工業儀表故障分析判斷十種方法

      光電傳感器設計與應用DIY實例的介紹

      本電路由光控比較電路(2只光敏電阻,LM358等)、繼電器驅動電路(2只9014,2只5V繼電器等)....

      發表于 11-15 17:10 ? 191次 閱讀
      光電傳感器設計與應用DIY實例的介紹

      51單片機時間控繼電器開關資料合集程序和原理圖PCB等免費下載

      本文檔的主要內容詳細介紹的是51單片機時間控繼電器開關資料合集程序和原理圖PCB等免費下載。

      發表于 11-15 17:10 ? 138次 閱讀
      51單片機時間控繼電器開關資料合集程序和原理圖PCB等免費下載

      淺談電流互感器的倍率如何計算

      電流互感器是一種專用于將大電流變換成標準小電流的變換設備,它被廣泛應用于供電系統中的測量儀表與繼電器....

      發表于 11-15 15:30 ? 761次 閱讀
      淺談電流互感器的倍率如何計算

      直流繼電器與交流繼電器的原理介紹和有什么區別

      繼電器(英文名稱: relay )是一種電控制器件,是當輸入量(激勵量)的變化達到規定要求時, 在電....

      發表于 11-14 17:59 ? 266次 閱讀
      直流繼電器與交流繼電器的原理介紹和有什么區別

      STM32F103試用體驗:繼電器控制實驗

      中秋假期抽空做了下用STM32通過繼電器控制其他電器的實驗. 用到的材料工具如下: 1.精英STM3....

      發表于 11-13 13:59 ? 581次 閱讀
      STM32F103試用體驗:繼電器控制實驗
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