电子式电能表原理只是课件.ppt

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1、电子式电能表原理一、一、单单向脉冲式向脉冲式电电能表能表 单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和光电转换电路两部分。1 1光光电头电头 光电头由发光器件和光敏器件组成。两种典型光电头的安装结构如图3-3所示。图3-3（a）为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。2 2光光电转换电电转换电路路 一种最基本的光电转换电路如图3-4所示。当光敏管接收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，V1导通，作用到V2和V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电平；反之，当光敏管接收到的光照较弱时，处于截止状态，相应的输出电压呈低电平。一、一、单单向脉冲式向脉冲式电电能表能表 二、双向脉冲式电

2、能表 双向脉冲式电能表具有双向计度的功能，既能测量正向消耗电能，又能测量反向消耗电能。双向脉冲式电能表光电转换及双向脉冲输出控制电路如图3-8所示。第二第二节节 全全电电子式子式电电能表的能表的结结构和工构和工作原理作原理 全全电电子子电电能表的能表的优优点是准确点是准确度高、度高、频带宽频带宽、体、体积积小，适合小，适合遥控、遥遥控、遥测测功能。功能。缺点是缺点是结结构复构复杂杂、价格昂、价格昂贵贵。电子式电能表工作原理框图如图3-10所示 被测量的高电压u、大电流i经电压和电流变换器转换后送至乘法器，乘法器完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利

3、用电压频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。第二第二节节 全全电电子式子式电电能表的能表的结结构和工构和工作原理作原理 第二第二节节 全全电电子式子式电电能表的能表的结结构和工构和工作原理作原理 一、输入变换电路 二、乘法器电路 三、电压频率转换器 四、分频计数器 五、显示器 一、一、输输入入变换电变换电路路 输入电路的作用，一方面是将被测信号按一定的比例转换成低电压、小电流输入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电网隔离，减小干扰。一、一、输输入入变换电变换电路路 （一）（一）电电流流输输入入变换电变换电路路 1 1锰铜锰铜片分流器

4、片分流器 以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流i（t）流过时会产生相应的成正比的微弱电压 Ui（t），其数学表达式为 Ui（t）i（t）R 2 2电电流互感器流互感器 采用普通互感器（电磁式）的最大优点是电能表内主回路与二次回路、电压和电流回路可以隔离分开，实现供电主回路电流互感器二次侧不带强电，并可提高电子式电能表的抗干扰能 力。其原理框图如图3-12所示。其数学表达式为一、一、输输入入变换电变换电路路 一、一、输输入入变换电变换电路路 （二）（二）电压输电压输入入变换电变换电路路 1 1电电阻网阻网络络 采用电阻网络的最大优点是线性好、成本低，缺点是不能实现电气隔离。（二）（二）电压输电压输

5、入入变换电变换电路路 1 1电电阻网阻网络络 实用中，一般采用多级（如3级）分压，以便提高耐压和方便补偿与调试。典型接线如图3-13所示。一、一、输输入入变换电变换电路路 2 2电压电压互感器互感器 采用互感器的最大优点是可实现一次侧和二次侧的电气隔离，并可提高电能表的抗干扰能力，缺点是成本高。其电路图如图3-14所示。其数学表达式为u（t）KU uU（t）一、一、输输入入变换电变换电路路 二、乘法器二、乘法器电电路路 模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络，如图3-15所示。理想的

6、乘法器的输出特性方程式可表示为 （一）（一）时时分割乘法器分割乘法器 它在提供的节拍信号的周期T里，对被测电压信号ux作脉冲调宽式处理，调制出一正负宽度T1、T2之差（时间量）与ux成正比的不等宽方波脉冲，即T2T1K1ux；再以此脉冲宽度控制与ux同频的被测电压信号uy的正负极性持续时间，进行调幅处理，使uK2uy；最后将 调宽调幅波经滤波器输出，输出 电压U0为每个周期T内电压u的平 均值，它反映了ux、uy两同频电 压乘积的平均值，实现了两信号 的相乘，输出的调宽调幅方波如 图3-17所示。二、乘法器二、乘法器电电路路 （二）数字乘法器（二）数字乘法器 采用数字乘法器的全电子式电能表的基

7、本结构框图如图3-20所示。微处理器控制双通道AD转换，同时对电压、电流进行采样，由微处理器完成相乘功能并累计电能。平均功率表示为 以t为时间间隔将上式中的积分做离散化处理，即对电压、电流同时进行采样，则 二、乘法器二、乘法器电电路路 三、三、电压电压频频率率转换转换器器 电子式电能表常用的双向积分式电压频率转换器的原理电路如图3-21所示。输出电压U0的频率 四、分四、分频计频计数器数器 所谓分频，就是使输出信号的频率分为输入信号频率的整数分之一；所谓计数，就是对输入的频率信号累计脉冲个数。图3-23为分频计数器原理框图和脉冲波形。五、五、显显示器示器 目前常目前常目前常目前常见见见见的的的

8、的电电电电子式子式子式子式电电电电能表能表能表能表显显显显示器件有三种：示器件有三种：示器件有三种：示器件有三种：液晶（液晶（液晶（液晶（LCDLCDLCDLCD）、）、）、）、发发发发光二极管（光二极管（光二极管（光二极管（LEDLEDLEDLED）、）、）、）、荧荧荧荧光管光管光管光管（FIPFIPFIPFIP）。）。）。）。液晶液晶显显示器（示器（LCDLCD）是利用液晶在一定）是利用液晶在一定电场电场下下发发生生光学偏振而光学偏振而产产生不同透光率来生不同透光率来实现显实现显示功能的。液示功能的。液晶晶显显示器在静示器在静态态直流直流电场电场下寿命很短（一般下寿命很短（一般为为几千几千

9、小小时时），而在），而在动态动态交交变电场变电场下寿命很下寿命很长长（可达（可达2020万万h h）；除具有）；除具有长长寿命的寿命的优优点之外，点之外，还还具有功耗小具有功耗小（小于（小于10A10A），在有一定采光度），在有一定采光度时显时显示示对对比比强强等等优优点。点。发发光二极管（光二极管（LEDLED）是利用特殊）是利用特殊结结构和材构和材质质的二极的二极管在施加正向工作管在施加正向工作电压电压、具有一定工作、具有一定工作电电流流时时，发发出某一特定波出某一特定波长长的可的可见见光来光来实现显实现显示功能的。具有示功能的。具有温度范温度范围宽围宽（404085 85）、在弱光背景下

10、）、在弱光背景下显显示醒示醒目和低成本等目和低成本等优优点；缺点是寿命短（一般点；缺点是寿命短（一般为为3 3万万5 5万万h h）、耗）、耗电电大（一般大（一般5 510mA10mA）、露天下）、露天下显显示不清示不清等。等。荧荧光光显显示板（示板（FIPFIP）是利用特种）是利用特种荧荧光物光物质质在一定在一定电电场场和一定和一定红红外外线热线热能下能下产产生一定亮度的可生一定亮度的可见荧见荧光来光来实现显实现显示功能的。除成本高缺点外，其示功能的。除成本高缺点外，其优优缺点和缺点和发发光二极管基本相同。光二极管基本相同。第三第三节节 单单相相电电子式复子式复费费率率电电能表能表 一、常用

11、术语 二、工作原理 三、主要功能特点 四、规格 五、基本误差 六、主要技术指标 七、显示功能 八、遥控器功能 九、遥控器编程 十、读表 一、常用一、常用术语术语 1 1复复费费率率电电能表能表 有多个有多个计计度器分度器分别别在在规规定的不同定的不同费费率率时时段内段内记录记录交流有功或无功交流有功或无功电电能的能的电电能表。能表。2 2费费率率计计度器度器 由贮存器（用作贮存信息）和显示器（用作显示信息）二者构成的电-机械装置或电子装置，能记录不同费率的有功或无功电能量。3 3电电能能测测量量单单元元 由被测量输入回路、测量等部分构成，进行有功或无功电能计量的单元。一、常用一、常用术语术语

12、4 4费费率率时时段控制段控制单单元元 由费率计度器（含驱动电路）、时间开关及逻辑电路等构成，进行费率时段电能测量和显示的单元。5 5峰、平、谷峰、平、谷电电量量 电电力系力系统统日日负负荷曲荷曲线线高峰高峰时时段段电电能量称能量称峰峰电电量，低谷量，低谷时时段的段的电电能量称谷能量称谷电电量，量，计计量量峰、谷峰、谷时时段以外的段以外的电电能量称平能量称平电电量，三者之量，三者之和和为总电为总电量。量。单相电子式复费率电能表的工作原理框图如图3-24所示。二、工作原理二、工作原理工作原工作原理理:二、工作原理二、工作原理 电电流、流、电压电压采采样电样电路是将流路是将流过线过线路的大路的大电

13、电流和外部流和外部220V交流交流电压变换为电压变换为合适的小合适的小电电流、小流、小电压电压信号，信号，经电经电能能专专用集成用集成电电路路转换转换成随功率成随功率变变化的脉冲信号。化的脉冲信号。单单片微片微处处理器接收到功率脉冲信号后理器接收到功率脉冲信号后进进行行电电能累能累计计，数据存入，数据存入存存储储器中，同器中，同时读时读取取时钟时钟信号，按照信号，按照预预先先设设定好的定好的时时段段分分时计时计量，将数据量，将数据输输出到出到显显示器中示器中显显示，并且随示，并且随时时接收接收串行通信口的通信信号串行通信口的通信信号进进行数据行数据处处理。理。三、主要功能特点三、主要功能特点

14、（1）4种费率、10个时段 （2）最大需量计算采用滑差式 （3）当前一分钟平均功率的显示 （4）5V80ms有源或无源光电隔离电能脉冲输出 （5）停电时间累计 （6）具有红外遥控编程、RS485通信接口 （7）可用12V外接电源掌上电脑红外抄表 （8）可设固定显示和循环显示方式 （9）可记录3个月（本月、上月、上上月）的有功总电能、各费率电能、最大需量及需量发生的时间等信息。（10）遥控器可全面显示所有功能项，并可方便编程。四、四、规规格格 五、基本五、基本误误差差 六、主要技六、主要技术术指指标标（1）时钟准确度：日误差 土0.5S天（2）停电后数据保持时间：10年（3）电能计度器容量：99

15、999.9 kWh（4）需量计度器容量：99.9999kW（5）绝缘耐压：2000V(AC)（6）功耗（LCD显示）：2VA（7）启动电流：0.4Ib（8）电池功耗（停电不显示时）：0.4A（9）工作温度：2050（10）存储和运输温度：2550（11）湿度：75。七、七、显显示功能示功能 （1）数码管显示。左边2位指示功能序号，右边6位指示内容 （2）峰平谷指示灯。峰、平、谷指示灯中的一个亮依次代表右边6位显示为峰电量、平电量、谷电量；峰、平两灯齐亮表示尖峰电量；三灯全亮表示总电量。（3）欠压指示灯。内部电池欠压时此灯常亮显示 （4）电能脉冲指示灯。用于指示用户用电负载情况 八、遥控器功能八

16、、遥控器功能 （1）记忆键：编程时，将调整正确的数据记忆，同时功能号递增一位；读表时，显示“00”项功能序号。（2）右移键。编程时循环移动要调整的数据位；在正常工作状态下，该键为循环显示和固定显示转换开关。（3）上移及下移键。编程时，用以增、减闪烁位的数值；正常工作时，用以增、减显示项功能序号。（4）编程键：在需要对电能表进行编程时按此键2秒钟便可进入编程状态。八、遥控器功能八、遥控器功能 （5）清零键：在电能表最大需量需要清零时按此键可将最大需量值清零。（6）复位键：编程状态时按此键退出编程，正常工作时按此键显示功能序号00项。（7）数字键。数字键09在编程状态时用于修改数码管闪烁位的数值，

17、正常工作时用于查看功能序号项数据。（8）自检键。用于检查数码管各段显示是否正常。九、遥控器九、遥控器编编程程 （1）进入编程状态。按“编程”键，此时显示“99-0”，依次在数码管闪烁位输入6位密码，密码正确后进入编程状态。（2）选定编程项。进入编程状态后，左边两位数码管显示编程项目号，用遥控器上的数字键“09”或者按“上移”或“下移”键，改变到要编程的项目号。（3）输入数据。按“右移”键选择数据位，其闪烁位可用数字键“09”或“上移”“下移”键输入数字。(4）记忆数据：确认输入数据正确后，按记忆键保存该项数据。（5）编程结束：按“复位”键结束编程。十、十、读读表表 1 1直接直接读读表表 表内

18、显示可以设定为固定项目显示或循环显示。固定显示时，用户只要按遥控器上的“数字键”、“上移”或“下移”键显示相应功能顺序号项内容，按复位或记忆键显示回到“00 X X X X X X”项 2 2最大需量清零最大需量清零 最大需量清零是将当前电能表内电量、最大需量冻结保存。按清零键后电能表自动将上月电量、需量等数据存入上上月保存，将当前电量、需量等数据存入上月保存，当前需量清零，以后依次类推 第四第四节节 单单相相预预付付费电费电能表能表一、基本原理 二、IC卡技术 三、主要性能指标及功能 一、基本原理一、基本原理 单相预付费电能表原理框图如图3-25所示。一、基本原理一、基本原理 工作原理：工作

19、原理：测测量模量模块为块为表表计计核心，它和普通核心，它和普通电电子子式式单单相相电电能表采用相同技能表采用相同技术输术输出功率脉冲出功率脉冲到微到微处处理器。微理器。微处处理器接收到理器接收到测测量部分的量部分的功率脉冲功率脉冲进进行行电电能累能累计计，并且存入存，并且存入存储储器器中，同中，同时进时进行剩余行剩余电费递电费递减，在欠减，在欠费时给费时给出出报报警信号并控制跳警信号并控制跳闸闸。它随。它随时监测时监测ICIC卡卡接口，判断插入卡的有效性以及接口，判断插入卡的有效性以及购电购电数据数据的合法性，将的合法性，将购电购电数据数据进进行行读读入和入和处处理。理。它它还还将数据将数据输

20、输出到相出到相应应的的显显示器中示器中显显示。示。二、二、ICIC卡技卡技术术 IC卡是集成电路卡（Intergrated Circuit Gard）的简称。它将集成电路镶在塑料卡片上。它与磁卡比它与磁卡比较较有接口有接口电电路路简单简单、保密性好、保密性好、不易不易损损坏、存坏、存储储容量大、寿命容量大、寿命长长等特点。等特点。ICIC卡中的芯片分卡中的芯片分为为不不挥发挥发的存的存储储器（也称器（也称存存储储卡）、保卡）、保护逻辑电护逻辑电路（也称加密卡）路（也称加密卡）和微和微处处理理单单元（也称元（也称CPUCPU卡）三种卡）三种 在电能表上使用的卡，这三种都有，接口往往采用串行方式的

21、接触式卡。三、主要性能指三、主要性能指标标及功能及功能 1 1主要参数主要参数（1 1）准确等）准确等级级：1.01.0级级；（2）电流规格：5（20），10（40）A；（3）电压回路功耗：2W；（4）工作电压范围：（70%130%）Ue；（5）脉冲常数：5（20）A，3200imp/（kWh）；10（40）A，1600imp/（kWh）；（6）起动电流：0.4%Ib；（7）卡类型：加密卡；（8）设计寿命：15年 2 2主要功能主要功能 （1 1）计计量功能。量功能。计计量有功量有功电电量，有功正向有量，有功正向有功十反向有功。功十反向有功。（2）功率脉冲输出。脉冲宽度805ms，空触点输出，

22、同时有脉冲LED指示。（3）负荷控制。具有超功率自动断电的负荷控制功能，可以设置功率限额以及允许次数，当平均功率大于限额后，电能表跳闸并显示当时的功率。使用用户购电卡插入电能表可以恢复供电。但当超功率跳闸次数超过设定的允许次数时，电能表将不可恢复供电，只有使用了参数设置卡改变了功率限额后，才能恢复供电。三、主要性能指三、主要性能指标标及功能及功能 三、主要性能指三、主要性能指标标及功能及功能 （4）防窃电功能。具有自动检测短接电流回路的防窃电功能，当短接进出线时，电能表显示“O”并且记录窃电次数。（5）显示。LCD显示可以设置自动及手动（按钮切换）方式，（6）报警显示。当电能表自检出现故障时，

23、显示故障。（7 7）预预付付费费功能。使用功能。使用购电购电卡将卡将购电购电量送量送入入电电能表，能表，电电能表按能表按设设定的定的费费率率递递减，当剩减，当剩余余电费电费小于小于设设定的定的报报警警门门限限时时，电电能表跳能表跳闸闸，提醒用提醒用户户去去购电购电；此；此时时插入插入购电购电卡可恢复供卡可恢复供电电。当剩余。当剩余电费电费小于零后，小于零后，电电能表将跳能表将跳闸闸，直到直到购电购电后才能恢复供后才能恢复供电电。第五第五节节 三相三三相三线电线电子式多功能子式多功能电电能能表表 一、常用术语 二、工作原理 三、主要性能 四、规格和主要技术参数 五、主要功能 六、显示功能 一、常

24、用一、常用术语术语 1 1测测量量单单元元 产生与被计量的电能量成正比例输出的电能表部件。2 2数据数据处处理理单单元元 对输入信息进行数据处理的电能表部件。3 3多功能多功能电电能表能表 由由测测量量单单元和数据元和数据处处理理单单元等元等组组成，除成，除计计量有功（无功）量有功（无功）电电能外，能外，还还具有分具有分时时、测测量需量等两种以上功能，并能量需量等两种以上功能，并能显显示、示、储储存和存和输输出数据的出数据的电电能表。能表。4 4显显示器示器 显示存储器内容的装置。5 5需量周期需量周期 测量平均功率的连续相等的时间间隔。6 6最大需量最大需量 在指定的在指定的时间时间区区间间

25、内，需量周期中内，需量周期中测测得得的平均功率最大的平均功率最大值值。7 7滑差（窗）滑差（窗）时间时间 依次递推来测量最大需量的小于需量周期的时间间隔。8 8额额定最大脉冲定最大脉冲频频率率 多功能电能表在额定电压、额定频率、额定最大电流及cos=1.0条件下，单位时间发出的脉冲数。9 9常数常数 表示多功能电能表计量到的电能量与其相应的输出值之间关系的数。一、常用一、常用术语术语 二、工作原理二、工作原理 工作原理框图如图3-26所示。工作原工作原理理:二、工作原理二、工作原理 A、B、C三相三相电压电压、电电流信号流信号经电经电能表采能表采样电样电路和功路和功率率计计量量处处理器理器变换

26、变换成相成相应应的数字信息后，的数字信息后，传传送送给给数据数据处处理理中心，并通中心，并通过过程序程序处处理求出各相理求出各相电压电压、电电流、功率、流、功率、电电量、量、需量、功率因数等各需量、功率因数等各项项参数；同参数；同时识别时识别各相各相电压电压、电电流有流有无异常并无异常并记录记录相相应应的失的失压压、失流状、失流状态态。三、主要性能三、主要性能 （1）保证整机长期稳定工作；精度基本不受频率、温度、电压变化影响；整机体积小，重量轻，密封性能好，可靠性较其他同类产品有明显提高。（2）当电网停电后，锂电池作为后备电源，提供停电后表内电量的显示读取，并保证内部数据不丢失，日历、时钟、时

27、段程序控制功能正常运行，来电后自动投入运行。三、主要性能三、主要性能 （3）电能表运行信息可由手持电脑、RS485接口、国际标准IC卡三种媒介传输。（4）为方便用户现场更换电能表，使用表中特有的复印功能，可以方便地将被更换表的所有信息复印至更换后的电能表上。（5）电能表适用于环境温度为2560，相对湿度不超过85的地区。四、四、规规格和主要技格和主要技术术参数参数 1 1规规格格 2 2主要技主要技术术参数参数 （1 1）时钟误时钟误差：差：0.5s0.5s天。天。（2）功耗：电压线路6VA，电流线路1VA。（3）电源工作电压范围：（2030）Ue。（4）后备电源采用双锂电池：3.6V、1.2

28、Ah。（5）电池工作寿命：10年。（6）准确度等级：有功0.5S1.0级，无功2.0级。（7）启动电流：0.1Ib（0.5S级），0.2Ib（1.0级）（8）潜动：具有逻辑防潜动电路。（9）费率时段：费率时间可分区、分段，时段设置后节假日可自动识别切换。四、规格和主要技术参数四、规格和主要技术参数五、主要功能五、主要功能（一）计量功能（二）失压、失流报警、显示、记录功能（三）电压越限报警、显示、记录功能（四）超负载报警功能（五）电网参数记录功能（六）事件记录功能（七）远方编程、抄表功能（八）停电抄表功能（九）复印功能（十）远方控制功能（仅适用于GPRS通信模块电能表）六、六、显显示功能示功能 全屏显示画面见图3-27所示 此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供供参参考！考！感感谢谢您您的支持，我的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢