淺談電能表脈沖信號(hào)的分配
錢(qián)惠萍 北京供電局計(jì)量所 (100031)
1 前言
隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化設(shè)備必定取代原始的、古老的，采用更科學(xué)更先進(jìn)的設(shè)備。例如：電費(fèi)遠(yuǎn)程采集器、用戶負(fù)荷控制器、峰谷表，但都需要電能表中的脈沖源。合理使用信號(hào)分配器是當(dāng)前最為重要的研究課題。
2 信號(hào)分配器的由來(lái)
隨著電力事業(yè)的發(fā)展，用電、電費(fèi)也在改革，電費(fèi)收費(fèi)實(shí)行了三部電價(jià)即：峰、谷、平計(jì)費(fèi)方法。為了滿足電費(fèi)的需求，我局開(kāi)始安裝峰谷表，并為峰谷表配套運(yùn)行的有功電能表加裝脈沖信號(hào)，并現(xiàn)場(chǎng)安裝。同時(shí)開(kāi)始了利用音頻控制用戶及變電所的電量，使用了聲頻終端控制器。音頻控制器需要由電能表的脈沖源所發(fā)出的脈沖算出用戶的電量及功率因數(shù)，從而控制用戶的用電負(fù)荷，也需要脈沖源。由于用戶的需要，又委托機(jī)器人公司生產(chǎn)了自動(dòng)抄表儀(也叫電腦測(cè)通儀)，它同樣需要我們的電能表中的脈沖源來(lái)記每小時(shí)的電量。因此，脈沖表在運(yùn)行中連續(xù)出現(xiàn)問(wèn)題，不是信號(hào)不匹配，就是脈沖源的12V電壓被降得太低，信號(hào)不能翻轉(zhuǎn)及脈沖源的互相干擾造成現(xiàn)場(chǎng)不停地?fù)Q表，仍不能滿足脈沖源的使用。為此專(zhuān)門(mén)請(qǐng)北京新鴻基研制出了信號(hào)分配器，使脈沖源出來(lái)后分配到峰谷表、音頻定量器、采集器及自動(dòng)抄表儀，這就是信號(hào)分配器的產(chǎn)生。
3 信號(hào)分配器的發(fā)展及更新
(1) 用芯片4049構(gòu)成的信號(hào)分配器：
4049芯片是一個(gè)既能驅(qū)動(dòng)又能轉(zhuǎn)換的集成電路芯片，有一路輸入信號(hào)，可有六路反向輸出信號(hào)。其原理圖如圖1所示。
由于科技的發(fā)展和需要，負(fù)荷管理也由音頻定量器改為負(fù)荷控制器即負(fù)控機(jī)。而電費(fèi)管理也采用脈沖遠(yuǎn)程采集器采集數(shù)據(jù)從而達(dá)到統(tǒng)一管理的目的，而峰谷表也由半機(jī)械、半自動(dòng)轉(zhuǎn)為全電子式的峰谷表，所以分配器要有四路輸出供給四種儀器用，其余兩路可備用。此種分配器雖然線路簡(jiǎn)單，但不能實(shí)現(xiàn)四路信號(hào)互不干擾的要求，裝此分配器只能完成信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換，即高(低)電平轉(zhuǎn)換成低(高)電平，所以四路儀表都不能正常工作。
(2) 利用三片光耦器件組成的信號(hào)分配器：
其工作原理圖如圖2所示。
圖2
光耦器件由兩部分組成，輸入端是發(fā)光二極管，導(dǎo)通時(shí)發(fā)光；輸出部分是不帶基極的三極管有光照時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)電能表脈沖信號(hào)處于高電平時(shí)(12V)，三個(gè)發(fā)光二極管截止，不發(fā)光三極管截止。當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，三個(gè)發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)射光線使三極管導(dǎo)通，輸出高電平。此三路信號(hào)各用自己提供的+12V，與輸入端的+12V不是同一電源，互相獨(dú)立，互不干擾，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是缺點(diǎn)也十分突出，當(dāng)有一個(gè)光耦器壞了時(shí)，線路就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，影響四路儀器的正常工作。而且，該線路只有三路輸出，也不能滿足現(xiàn)有四種儀器的需求。
(3) 加有運(yùn)算放大器的脈沖信號(hào)分配器：
其原理圖如圖3所示。 
圖3
該分配器用一塊運(yùn)算放大器接成射極跟隨器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行電流放大，提高脈沖信號(hào)源的帶載能力，同時(shí)射極跟隨器對(duì)信號(hào)部分起到隔離和阻抗匹配作用，有四路輸出，各自獨(dú)立電源，信號(hào)幅度不被衰減，其抗干擾能力較強(qiáng)。總之，該信號(hào)分配器的優(yōu)點(diǎn)是：①帶載能力強(qiáng)；②抗干擾能力強(qiáng)；③運(yùn)算片和光耦片易拆裝，便于維修；④由于輸入端加有濾波電路，濾掉干擾信號(hào)。其缺點(diǎn)元件多，造價(jià)高。
(4) 用五個(gè)光耦器件做成的分配器：
圖4
其原理如圖4所示。該分配器現(xiàn)正在使用中，它是由第三種光耦分配器的基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，工作原理相近，就不再重述了。該分配器各路輸出幅度均低于12V，大約在7～8V左右，但基本上能保證各路負(fù)載的正常工作。
4 信號(hào)分配器存在的問(wèn)題
由于信號(hào)分配器的被采用，對(duì)帶信號(hào)源的各種型號(hào)電能表，即國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的電能表輸出脈沖的信號(hào)均被分成四路，各自獨(dú)立，互不干擾的脈沖信號(hào)。因此，信號(hào)分配器設(shè)計(jì)的好壞是直接關(guān)系到各種儀器設(shè)備的穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行和方便維修問(wèn)題，目前所使用的信號(hào)分配器雖然有抗干擾的能力，但光耦的二極管串聯(lián)的作法及易使某一光耦出問(wèn)題影響分配器的正常工作。而采集器及負(fù)控機(jī)是電流型負(fù)載，如光耦輸出沒(méi)有限流電阻(負(fù)載過(guò)重)可能出現(xiàn)某一路不能正常工作。不過(guò)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們相信今后會(huì)有更好的信號(hào)分配器研制出來(lái)，以滿足今后電能表脈沖信號(hào)源的使用需要。
