物聯網系統中為什么要使用電量計量模塊

物聯網系統中使用電量計量模塊的原因主要體現在以下幾個方面：

1、精確計量與監控

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，為物聯網系統提供準確的電量數據。

實時監控：通過電量計量模塊，物聯網系統可以實時監控電力使用情況，及時發現異常或故障，提高電力系統的穩定性和可靠性。

2、能源管理與優化

能耗分析：電量計量模塊提供的數據是能耗分析的基礎，通過數據分析，可以了解各設備的能耗情況，找出節能潛力，制定節能措施。

負載管理：根據電量計量模塊的反饋，物聯網系統可以智能調整負載分配，避免過載導致的能源浪費和設備損壞，實現能源的優化利用。

3、合理計費與收費

公共事業計費：對于公共事業單位而言，電量計量模塊提供的數據是合理計費的重要依據，確保用戶按照實際用電量支付費用，維護公共事業的正常運營。

用戶費用管理：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，合理規劃用電，避免不必要的浪費和額外費用。

4、智能家居與工業自動化

智能家居：在智能家居系統中，電量計量模塊可集成在各類家電中，實現電能的計量、統計和監測等功能，提高家居生活的智能化水平。

工業自動化：在工業生產中，電量計量模塊可用于監測和控制電力消耗，實現電能的準確計量和分析，為企業節能降耗提供參考依據。

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備得到了廣泛應用。政府制定的階梯定價策略等政策措施也促進了電量計量模塊在物聯網系統中的普及。

市場需求：物聯網技術的快速發展和普及使得電量計量模塊在電力信息化、智能電網、工業自動化等領域的應用需求不斷增加。

6、具體應用場景

單向低壓電量計量模塊在多個領域都有廣泛的應用，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用場景：

居民家庭用電計量：

單向低壓電量計量模塊能夠準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，從而節約能源和降低電費支出。

商業場所用電監測：

在商店、餐廳、辦公樓等商業場所，單向低壓電量計量模塊可以實時監測用電情況，為管理者提供數據支持，便于制定節能措施和優化能源使用。

工業設備用電統計：

在工業生產線上，單向低壓電量計量模塊可用于統計設備的電能消耗情況，幫助企業掌握生產過程中的能源消耗，優化生產流程和降低生產成本。

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據，為能源管理系統提供基礎數據。通過對這些數據的分析，可以找出能源消耗的高峰期和低谷期，為能源規劃和調度提供依據。

電力需求側管理：

在電力需求側管理中，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，減輕電網負荷，提高電力系統的運行效率。

智能電網建設：

隨著智能電網的發展，單向低壓電量計量模塊作為智能電網的重要組成部分，可以實現遠程抄表、實時監測、數據分析等功能，為電網的智能化管理提供有力支持。

綜上所述，物聯網系統中使用電量計量模塊的原因主要包括精確計量與監控、能源管理與優化、合理計費與收費、智能家居與工業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網系統中的廣泛應用和發展。

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。它能夠將電能轉換成數字信號輸出，并可通過數據接口上傳到上位機進行數據分析和處理等操作。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成。此模塊的核心功能是將低壓電能轉換成數字信號輸出，這樣就可以通過數據接口上傳到上位機，方便進行后續的數據分析和處理等操作。

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品由計量芯片、高速數據處理器、實時時鐘、數據接口等設備組成。在高速數據處理器的控制下，通過計量芯片準確獲得電網運行各實時參數，并依據相應費率等要求對數據進行處理，其結果保存在數據存儲器中，并隨時向外部接口提供信息和進行數據交換，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化成可測量的信號。CT和VT分別將高電流和高電壓轉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過轉化，它們將被輸入到計量芯片或電能表芯片中進行電能的計量。計量芯片通過在一定時間內測量電流和電壓信號的波形和數值，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，并用于計量和統計電能的使用情況。

電量計量模塊準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”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴大儀表量程。）

電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作，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）的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉變為5A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，當通過將電流時，會在兩端產生的壓降般在額定輸入時一般標準化為75MV，這一數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,路中需要進行其他電路部分的隔離外理，由干材料具有低溫度系數，減少了環境溫度變化引起精度變化。

電子工程師在計量芯片設計計量產品的時候，經常會碰到要為不同的電流規格產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（避免發熱）。

舉例說明：

設計一款新的單相計量產品，選用了銳能微的RN8209CDG計量芯片，產品設計電流量程為5（60）A，采用錳銅分流器取樣，取樣設計在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

單相電量計量模塊的選型參數主要包括以下幾個方面：

電壓量程：一般單相電是民用電220V，所以電壓量程應選擇適合220V的規格。一些產品可能還提供100V、380V等可選量程，以適應不同的應用需求。

電流量程：電流量程的選擇取決于實際電流的大小。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：模塊應采用專用計量芯片進行信號處理，以確保測量的準確性和穩定性。

過載能力：模塊應具有一定的過載能力，以應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，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，應確保符合實際應用的需求。

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，以滿足數據傳輸和遠程控制的需求。

通訊協議和數據格式：確保所選模塊支持常用的通訊協議和數據格式，以便于數據的讀取和處理。

計量數據輸出：模塊應能夠輸出電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電量等多個電參量，以滿足不同應用場景的需求。

最后，還需要考慮模塊的穩定性和可靠性，包括準確度等級、抗電磁干擾能力、環境工作條件等因素。

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，并結合實際應用需求進行選擇。同時，還需關注模塊的通訊接口、通訊協議、數據格式以及穩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，以確保其準確、穩定地運行，并滿足實際應用需求：

安裝與接線：

嚴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。

工作環境：

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

避免模塊受到機械沖擊和振動，以免影響其正常工作和測量精度。

電源供應：

確保模塊的電源供應穩定可靠，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安全事故。

參數設置與校準：

根據實際應用需求，正確設置模塊的參數，如電壓量程、電流量程、通訊協議等。

定期對模塊進行校準，確保其測量精度符合標準要求。使用標準設備和方法進行校準，并記錄校準結果。

通訊與數據傳輸：

確保模塊的通訊接口與上位機或數據采集系統兼容，正確配置通訊參數。

在數據傳輸過程中，注意數據的完整性和準確性，避免數據丟失或錯誤。

維護與保養：

定期對模塊進行清潔和維護，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、接線和維護過程中，務必遵守安全操作規程，避免觸電或其他安全事故的發生。

注意模塊的絕緣性能，確保設備外殼接地，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，確保計量準確性和系統穩定運行。

供應商A：艾銳達光電

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

1、產品能力

（1）選型手冊

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

（2）主推型號1：IM1253B

對應的產品詳情介紹

產品概述

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

通信規約采用電力行業通用標準 DL/T 645-2007 以及標準 Modbus-RTU 規約(二選一)，兼容性好，更方便通訊及開發；

電能數據掉電保護；

三防漆涂覆，無鉛加工工藝。

電量存儲空間大，電量存滿后翻轉重新開始計量；

產品已取得 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程》中相關計量要求。

滿足《QZTT2301.4-2018 基站智能動態監控單元（FSU）技術要求第 4 部分：微站型》中相關計量要求。

技術參數

目前，公司 IM 系列交直流計量模塊已經在交直流充電樁、智能家居、動環監控 FSU、智能安防、照明監控、智能園區、數字機房、能耗管理、電池監控等領域廣泛應用，得到各行業標桿企業的采用和認可。此模塊可方便嵌入應用于路燈監控、智能家居、智能家電、節能改造、智能用電管理、安防監控、設備能耗監測等諸多行業，是邁入物聯網時代的重要配套模塊。

硬件參考設計

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

IM1253B電能計量模塊技術手冊V2.0.pdf

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審核編輯 黃宇