物聯(lián)網(wǎng)智能家居行業(yè)節(jié)能方案分享_單相電電量計量模塊分析

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用電量計量模塊

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用電量計量模塊的原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、精確計量與監(jiān)控

精確計量：電量計量模塊能夠精確測量電力消耗，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、電能等參數(shù)，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的電量數(shù)據(jù)。

實(shí)時監(jiān)控：通過電量計量模塊，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)控電力使用情況，及時發(fā)現(xiàn)異?；蚬收?，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2、能源管理與優(yōu)化

能耗分析：電量計量模塊提供的數(shù)據(jù)是能耗分析的基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)分析，可以了解各設(shè)備的能耗情況，找出節(jié)能潛力，制定節(jié)能措施。

負(fù)載管理：根據(jù)電量計量模塊的反饋，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以智能調(diào)整負(fù)載分配，避免過載導(dǎo)致的能源浪費(fèi)和設(shè)備損壞，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。

3、合理計費(fèi)與收費(fèi)

公共事業(yè)計費(fèi)：對于公共事業(yè)單位而言，電量計量模塊提供的數(shù)據(jù)是合理計費(fèi)的重要依據(jù)，確保用戶按照實(shí)際用電量支付費(fèi)用，維護(hù)公共事業(yè)的正常運(yùn)營。

用戶費(fèi)用管理：對于用戶而言，電量計量模塊使他們能夠清晰了解自己的用電情況，合理規(guī)劃用電，避免不必要的浪費(fèi)和額外費(fèi)用。

4、智能家居與工業(yè)自動化

智能家居：在智能家居系統(tǒng)中，電量計量模塊可集成在各類家電中，實(shí)現(xiàn)電能的計量、統(tǒng)計和監(jiān)測等功能，提高家居生活的智能化水平。

工業(yè)自動化：在工業(yè)生產(chǎn)中，電量計量模塊可用于監(jiān)測和控制電力消耗，實(shí)現(xiàn)電能的準(zhǔn)確計量和分析，為企業(yè)節(jié)能降耗提供參考依據(jù)。

5、政策支持與市場需求

政策支持：隨著智能化生活的需求增加以及政策的推動，智能電表和電量計量模塊等智能設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。政府制定的階梯定價策略等政策措施也促進(jìn)了電量計量模塊在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的普及。

市場需求：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和普及使得電量計量模塊在電力信息化、智能電網(wǎng)、工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用需求不斷增加。

6、具體應(yīng)用場景

單向低壓電量計量模塊在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，特別是在需要精確計量低壓電能的情況下。以下是幾個主要的應(yīng)用場景：

居民家庭用電計量：

單向低壓電量計量模塊能夠準(zhǔn)確計量家庭用電的消耗情況，幫助居民了解和控制自己的用電行為，從而節(jié)約能源和降低電費(fèi)支出。

商業(yè)場所用電監(jiān)測：

在商店、餐廳、辦公樓等商業(yè)場所，單向低壓電量計量模塊可以實(shí)時監(jiān)測用電情況，為管理者提供數(shù)據(jù)支持，便于制定節(jié)能措施和優(yōu)化能源使用。

工業(yè)設(shè)備用電統(tǒng)計：

在工業(yè)生產(chǎn)線上，單向低壓電量計量模塊可用于統(tǒng)計設(shè)備的電能消耗情況，幫助企業(yè)掌握生產(chǎn)過程中的能源消耗，優(yōu)化生產(chǎn)流程和降低生產(chǎn)成本。

能源管理與分析：

單向低壓電量計量模塊可以收集大量的電能數(shù)據(jù)，為能源管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以找出能源消耗的高峰期和低谷期，為能源規(guī)劃和調(diào)度提供依據(jù)。

電力需求側(cè)管理：

在電力需求側(cè)管理中，單向低壓電量計量模塊可以幫助用戶了解自身的用電模式和需求，從而合理安排用電計劃，減輕電網(wǎng)負(fù)荷，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

智能電網(wǎng)建設(shè)：

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，單向低壓電量計量模塊作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析等功能，為電網(wǎng)的智能化管理提供有力支持。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用電量計量模塊的原因主要包括精確計量與監(jiān)控、能源管理與優(yōu)化、合理計費(fèi)與收費(fèi)、智能家居與工業(yè)自動化以及政策支持與市場需求等方面。這些原因共同推動了電量計量模塊在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

本文會再為大家詳解電量計量器件家族中的一員——電量計量模塊

電量計量模塊的定義

單相電能計量模塊是用于測量單相交流電能的一種電子設(shè)備，通常由電能表、電壓互感器、電流互感器、采集模塊等組成。它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，并可通過數(shù)據(jù)接口上傳到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理等操作。單向低壓電量計量模塊是一種專門用于測量低壓交流電能的電子設(shè)備。它主要由電能表、電壓互感器、電流互感器以及采集模塊等核心組件構(gòu)成。此模塊的核心功能是將低壓電能轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出，這樣就可以通過數(shù)據(jù)接口上傳到上位機(jī)，方便進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理等操作。

電量計量模塊的工作原理

單相智能電表工作原理簡述本產(chǎn)品由計量芯片、高速數(shù)據(jù)處理器、實(shí)時時鐘、數(shù)據(jù)接口等設(shè)備組成。在高速數(shù)據(jù)處理器的控制下，通過計量芯片準(zhǔn)確獲得電網(wǎng)運(yùn)行各實(shí)時參數(shù)，并依據(jù)相應(yīng)費(fèi)率等要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲器中，并隨時向外部接口提供信息和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其原理框圖如下圖所示。

電能計量模塊通常包括電流互感器（CT）和電壓互感器（VT），它們用于將電流和電壓轉(zhuǎn)化成可測量的信號。CT和VT分別將高電流和高電壓轉(zhuǎn)化成適合測量的低電流和低電壓。這樣可以使得電能計量模塊能夠處理和測量這些信號。

一旦電流和電壓信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化，它們將被輸入到計量芯片或電能表芯片中進(jìn)行電能的計量。計量芯片通過在一定時間內(nèi)測量電流和電壓信號的波形和數(shù)值，可以計算出電能的消耗。

具體來說，電流和電壓信號將被用于計算功率（P），功率即為電流乘以電壓。然后，這些功率值會被積分，即在一定時間內(nèi)將功率值相加，從而得到消耗的電能。此積分值將以特定的單位（一般為kWh）記錄下來，并用于計量和統(tǒng)計電能的使用情況。

電量計量模塊準(zhǔn)品如需要測試超過額度電流的更大電流量程的直流或交流電流或功率，此模塊可以外置各種量程的直流錳銅（100A/75mv，200A/75mv，300A/75mv）或者交流開口互感器（150A，250A，500A等）。電流的采樣原理一般采用電流互感器與錳銅分流器兩種方式，其中：

電流互感器：

對于數(shù)字化儀表，采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器與采樣之間的橋梁作用。

微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實(shí)驗(yàn)室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴(kuò)大儀表量程。）

電流互感器與變壓器類似也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，變壓器變換的是電壓而電流互感器變換的是電流罷了。電流互感器接被測電流的繞組（匝數(shù)為N1），稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；接測量儀表的繞組（匝數(shù)為N2）稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。

電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實(shí)際電流比K。電流互感器在額定電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。

Kn=I1n/I2n

電流互感器（Current transformer 簡稱CT）的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實(shí)際為400A的電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A的電流。

錳銅分流器：

錳銅分流器就是采用錳銅材料制作的一個小電阻，該電阻用于電流信號的取樣，當(dāng)通過將電流時，會在兩端產(chǎn)生的壓降般在額定輸入時一般標(biāo)準(zhǔn)化為75MV，這一數(shù)值的壓降大小可由歐姆定律表示。壓降信號就可以作為采樣小信號通過放大電路等處理之后送入ADC、計量芯片等器件進(jìn)行采樣。

但不同于互感器的間接采樣，由于是直接采樣，在很多電,路中需要進(jìn)行其他電路部分的隔離外理，由干材料具有低溫度系數(shù)，減少了環(huán)境溫度變化引起精度變化。

電子工程師在計量芯片設(shè)計計量產(chǎn)品的時候，經(jīng)常會碰到要為不同的電流規(guī)格產(chǎn)品選取不同的取樣電阻的情況，針對這些需求，特整理出以下計算方法，方便大家根據(jù)需要自己計算需要的值。以下計算僅適用于使用錳銅分流器作為電流采樣器件的產(chǎn)品，

錳銅采樣電阻的確定必須同時遵循兩個條件：

條件1：R(錳銅)的選擇必須確保1.5倍I(max)條件下，功率不超過2W（避免發(fā)熱）。

舉例說明：

設(shè)計一款新的單相計量產(chǎn)品，選用了銳能微的RN8209CDG計量芯片，產(chǎn)品設(shè)計電流量程為5（60）A，采用錳銅分流器取樣，取樣設(shè)計在A通道PGAIA[1:0]，則錳銅分流器取樣電阻的阻值計算如下：

接線示意圖：

電量計量模塊的選型參數(shù)

單相電量計量模塊的選型參數(shù)主要包括以下幾個方面：

電壓量程：一般單相電是民用電220V，所以電壓量程應(yīng)選擇適合220V的規(guī)格。一些產(chǎn)品可能還提供100V、380V等可選量程，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

電流量程：電流量程的選擇取決于實(shí)際電流的大小。常見的電流量程有5A、50A、100A等可選，外接開口電流互感器型號也可選。

信號處理：模塊應(yīng)采用專用計量芯片進(jìn)行信號處理，以確保測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

過載能力：模塊應(yīng)具有一定的過載能力，以應(yīng)對可能的瞬間電流或電壓過載情況。例如，過載能力為1.2倍量程可持續(xù)，瞬間(<20ms)電流5倍，電壓1.5倍量程不損壞。

輸入阻抗：電壓通道的輸入阻抗也是一個需要考慮的參數(shù)，應(yīng)確保符合實(shí)際應(yīng)用的需求。

此外，還需要考慮以下因素：

通訊接口：選擇適合的通訊接口類型，如RS485或Uart TTL串口輸出等，以滿足數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制的需求。

通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式：確保所選模塊支持常用的通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，以便于數(shù)據(jù)的讀取和處理。

計量數(shù)據(jù)輸出：模塊應(yīng)能夠輸出電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、電量等多個電參量，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

最后，還需要考慮模塊的穩(wěn)定性和可靠性，包括準(zhǔn)確度等級、抗電磁干擾能力、環(huán)境工作條件等因素。

綜上所述，在選擇單相電量計量模塊時，需要綜合考慮電壓量程、電流量程、信號處理、過載能力、輸入阻抗等選型參數(shù)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。同時，還需關(guān)注模塊的通訊接口、通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)格式以及穩(wěn)定性和可靠性等方面。

電量計量模塊的使用注意事項

單向低壓電量計量模塊在使用時需要注意以下事項，以確保其準(zhǔn)確、穩(wěn)定地運(yùn)行，并滿足實(shí)際應(yīng)用需求：

安裝與接線：

嚴(yán)格遵循模塊的安裝指南和接線圖，確保正確連接電壓和電流信號線，避免接錯相序。

使用合適的電纜和接線端子，確保接線牢固可靠，避免松動或接觸不良。

工作環(huán)境：

將模塊安裝在干燥、通風(fēng)、無腐蝕性氣體的環(huán)境中，避免暴露于高溫、高濕或強(qiáng)電磁干擾的場所。

避免模塊受到機(jī)械沖擊和振動，以免影響其正常工作和測量精度。

電源供應(yīng)：

確保模塊的電源供應(yīng)穩(wěn)定可靠，避免電源電壓波動或斷電對模塊造成影響。

注意模塊的電源接線，避免接反或短路，以免損壞模塊或引發(fā)安全事故。

參數(shù)設(shè)置與校準(zhǔn)：

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，正確設(shè)置模塊的參數(shù)，如電壓量程、電流量程、通訊協(xié)議等。

定期對模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，確保其測量精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和方法進(jìn)行校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)結(jié)果。

通訊與數(shù)據(jù)傳輸：

確保模塊的通訊接口與上位機(jī)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兼容，正確配置通訊參數(shù)。

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，注意數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，避免數(shù)據(jù)丟失或錯誤。

維護(hù)與保養(yǎng)：

定期對模塊進(jìn)行清潔和維護(hù)，保持其表面清潔無塵。

檢查模塊的散熱情況，確保其散熱良好，避免過熱影響性能。

安全注意事項：

在安裝、接線和維護(hù)過程中，務(wù)必遵守安全操作規(guī)程，避免觸電或其他安全事故的發(fā)生。

注意模塊的絕緣性能，確保設(shè)備外殼接地，防止電氣安全問題。

注意使用期限：

留意模塊的使用期限，及時更換老化的模塊，確保計量準(zhǔn)確性和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

供應(yīng)商A：艾銳達(dá)光電

https://www.ireader-opto.cn/

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊

https://www.ireader-opto.cn/dnjlfa.html

（2）主推型號1：IM1253B

對應(yīng)的產(chǎn)品詳情介紹

產(chǎn)品概述

采集單相交直流電參數(shù)，包括電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)（僅交流）、頻率（僅交流）、電能、溫度等多個電參量，信息全；

通信規(guī)約采用電力行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn) DL/T 645-2007 以及標(biāo)準(zhǔn) Modbus-RTU 規(guī)約(二選一)，兼容性好，更方便通訊及開發(fā)；

電能數(shù)據(jù)掉電保護(hù)；

三防漆涂覆，無鉛加工工藝。

電量存儲空間大，電量存滿后翻轉(zhuǎn)重新開始計量；

產(chǎn)品已取得 RoHS 報告、計量院測試報告。

滿足《JJG1148-2018 電動汽車交流充電樁計量檢定規(guī)程》中相關(guān)計量要求。

滿足《QZTT2301.4-2018 基站智能動態(tài)監(jiān)控單元（FSU）技術(shù)要求第 4 部分：微站型》中相關(guān)計量要求。

技術(shù)參數(shù)

目前，公司 IM 系列交直流計量模塊已經(jīng)在交直流充電樁、智能家居、動環(huán)監(jiān)控 FSU、智能安防、照明監(jiān)控、智能園區(qū)、數(shù)字機(jī)房、能耗管理、電池監(jiān)控等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，得到各行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)的采用和認(rèn)可。此模塊可方便嵌入應(yīng)用于路燈監(jiān)控、智能家居、智能家電、節(jié)能改造、智能用電管理、安防監(jiān)控、設(shè)備能耗監(jiān)測等諸多行業(yè)，是邁入物聯(lián)網(wǎng)時代的重要配套模塊。

硬件參考設(shè)計

2、支撐

（1）技術(shù)產(chǎn)品

技術(shù)資料

IM1253B電能計量模塊技術(shù)手冊V2.0.pdf

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審核編輯 黃宇