电能计量课件一一

电能计量技术

第三章第三章电子式电能表的结构和原理第一节机电式电能表的结构和工作原理第二节全电子式电能表的结构和工作原理第三节单相电子式复费率电能表第四节单相预付费电能表第五节三相三线电子式多功能电能表

第一节机电式电能表的结构和工作原理

一、单向脉冲式电能表二、双向脉冲式电能表

机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器四大部分组成，工作原理框图如图3-1所示。感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。显示器的作用是把电能表所测量的电能用电子器件显示出来，以方便读取数据。第一节机电式电能表的结构和工作原理

一、单向脉冲式电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．光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（α）为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。

2．光电转换电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、单向脉冲式电能表

二、双向脉冲式电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。

第二节全电子式电能表的结构和工作原理

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

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经电压变换器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。

一、输入变换电路

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）电流输入变换电路1．锰铜片分流器

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．电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、输入变换电路

（二）电压输入变换电路1．电阻网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。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、输入变换电路

2．电压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）＝KUuU（t）

一、输入变换电路

二、乘法器电路

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。理想的乘法器的输出特性方程式可表示为

（一）时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T2－T1＝K1ux；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u＝K2uy；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、乘法器电路

（二）数字乘法器采用数字乘法器的全电子式电能表的基本结构框图如图3-20所示。微处理器控制双通道A／D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、乘法器电路

三、电压／频率转换器

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、分频计数器

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、显示器

目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（LCD）、发光二极管（LED）、荧光管（FIP）。液晶显示器（LCD）是利用液晶在一定电场下发生光学偏振而产生不同透光率来实现显示功能的。液晶显示器在静态直流电场下寿命很短（一般为几千小时），而在动态交变电场下寿命很长（可达20万h）；除具有长寿命的优点之外，还具有功耗小（小于10µA），在有一定采光度时显示对比强等优点。发光二极管（LED）是利用特殊结构和材质的二极管在施加正向工作电压、具有一定工作电流时，发出某一特定波长的可见光来实现显示功能的。具有温度范围宽（﹣40～85℃）、在弱光背景下显示醒目和低成本等优点；缺点是寿命短（一般为3万～5万h）、耗电大（一般5～10mA）、露天下显示不清等。荧光显示板（FIP）是利用特种荧光物质在一定电场和一定红外线热能下产生一定亮度的可见荧光来实现显示功能的。除成本高缺点外，其优缺点和发光二极管基本相同。

第三节单相电子式复费率电能表

一、常用术语二、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、三常用三术语1．复三费率三电能三表有多三个计三度器三分别三在规三定的三不同三费率三时段三内记三录交三流有三功或三无功三电能三的电三能表2．费三率计三度器由贮三存器三（用三作贮三存信三息）三和显三示器三（用三作显三示信三息）三二者三构成三的电——机械三装置三或电三子装三置，三能记三录不三同费三率的三有功三或无三功电三能量三。3．电三能测三量单三元由被三测量三输入三回路三、测三量等三部分三构成三，进三行有三功或三无功三电能三计量三的单三元4．费三率时三段控三制单三元由费三率计三度器三（含三驱动三电路三）、三时间三开关三及逻三辑电三路等三构成三，进三行费三率时三段电三能测三量和三显示三的单三元5．峰三、平三、谷三电量电力三系统三日负三荷曲三线高三峰时三段的三电能三量称三峰电三量，三低谷三时段三的电三能量三称谷三电量三，计三量峰三、谷三时段三以外三的电三能量三称平三电量三，三三者之三和为三总电三量单相三电子三式复三费率三电能三表的三工作三原理三框图三如图3-三24所示三。二、三工作三原理工作三原理:二、三工作三原理电流三、电三压采三样电三路是三将流三过线三路的三大电三流和三外部22三0V交流三电压三变换三为合三适的三小电三流、三小电三压信三号，三经电三能专三用集三成电三路转三换成三随功三率变三化的三脉冲三信号三。单三片微三处理三器接三收到三功率三脉冲三信号三后进三行电三能累三计，三数据三存入三存储三器中三，同三时读三取时三钟信三号，三按照三预先三设定三好的三时段三分时三计量三，将三数据三输出三到显三示器三中显三示，三并且三随时三接收三串行三通信三口的三通信三信号三进行三数据三处理三。三、三主要三功能三特点（1）4种费三率、10个时三段（2）最三大需三量计三算采三用滑三差式（3）当三前一三分钟三平均三功率三的显三示（4）5V／80三ms有源三或无三源光三电隔三离电三能脉三冲输三出（5）停三电时三间累三计（6）具三有红三外遥三控编三程、RS三48三5通信三接口（7）可三用12三V外接三电源三掌上三电脑三红外三抄表（8）可三设固三定显三示和三循环三显示三方式（9）可三记录3个月三（本三月、三上月三、上三上月三）的三有功三总电三能、三各费三率电三能、三最大三需量三及需三量发三生的三时间三等信三息（10）遥三控器三可全三面显三示所三有功三能项三，并三可方三便编三程四、三规格五、三基本三误差六、三主要三技术三指标（1）时三钟准三确度三：日三误差三≤三土0.三5S／天（2）停三电后三数据三保持三时间三：≥10年（3）电三能计三度器三容量三：99三99三9.三9kW三·h（4）需三量计三度器三容量三：99三.9三99三9k三W（5）绝三缘耐三压：三≥20三00三V三AC（6）功三耗（LC三D显示三）：三≤2V三A（7）启三动电三流：0.三4％Ib（8）电三池功三耗（三停电三不显三示时三）：三≤0.三4μ三A（9）工三作温三度：﹣2三0～﹢50℃（10）存三储和三运输三温度三：﹣2三5～﹢50℃（11）湿三度：三≤75％。七、三显示三功能（1）数三码管三显示三。左三边2位指三示功三能序三号，三右边6位指三示内三容（2）峰三平谷三指示三灯。三峰、三平、三谷指三示灯三中的三一个三亮依三次代三表右三边6位显三示为三峰电三量、三平电三量、三谷电三量；三峰、三平两三灯齐三亮表三示尖三峰电三量；三三灯三全亮三表示三总电三量。（3）欠三压指三示灯三。内三部电三池欠三压时三此灯三常亮三显示（4）电三能脉三冲指三示灯三。用三于指三示用三户用三电负三载情三况八、三遥控三器功三能（1）记三忆键三：编三程时三，将三调整三正确三的数三据记三忆，三同时三功能三号递三增一三位；三读表三时，三显示三“00三”项功三能序三号。（2）右三移键三。编三程时三循环三移动三要调三整的三数据三位；三在正三常工三作状三态下三，该三键为三循环三显示三和固三定显三示转三换开三关。（3）上三移及三下移三键。三编程三时，三用以三增、三减闪三烁位三的数三值；三正常三工作三时，三用以三增、三减显三示项三功能三序号三。（4）编三程键三：在三需要三对电三能表三进行三编程三时按三此键2秒钟三便可三进入三编程三状态三。（5）清三零键三：在三电能三表最三大需三量需三要清三零时三按此三键可三将最三大需三量值三清零三。（6）复三位键三：编三程状三态时三按此三键退三出编三程，三正常三工作三时按三此键三显示三功能三序号00项。（7）数三字键三。数三字键0～9在编三程状三态时三用于三修改三数码三管闪三烁位三的数三值，三正常三工作三时用三于查三看功三能序三号项三数据三。（8）自三检键三。用三于检三查数三码管三各段三显示三是否三正常三。九、三遥控三器编三程（1）进三入编三程状三态。三按“三编程三”键三，此三时显三示“99三——三0”，依三次在三数码三管闪三烁位三输入6位密三码，三密码三正确三后进三入编三程状三态（2）选三定编三程项三。进三入编三程状三态后三，左三边两三位数三码管三显示三编程三项目三号，三用遥三控器三上的三数字三键“0～9”或者三按“三上移三”或三“下三移”三键，三改变三到要三编程三的项三目号（3）输三入数三据。三按“三右移三”键三选择三数据三位，三其闪三烁位三可用三数字三键“0～9”或“三上移三”“三下移三”键三输入三数字(4）记三忆数三据：三确认三输入三数据三正确三后，三按记三忆键三保存三该项三数据三。（5）编三程结三束：三按“三复位三”键三结束三编程三。十、三读表1．直三接读三表表内三显示三可以三设定三为固三定项三目显三示或三循环三显示三。固三定显三示时三，用三户只三要按三遥控三器上三的“三数字三键”三、“三上移三”或三“下三移”三键显三示相三应功三能顺三序号三项内三容，三按复三位或三记忆三键显三示回三到“00三X三X三X三X三X三X三”项2．最三大需三量清三零最大三需量三清零三是将三当前三电能三表内三电量三、最三大需三量冻三结保三存。三按清三零键三后电三能表三自动三将上三月电三量、三需量三等数三据存三入上三上月三保存三，将三当前三电量三、需三量等三数据三存入三上月三保存三，当三前需三量清三零，三以后三依次三类推第四三节三单三相预三付费三电能三表一、基本三原理二、IC卡技三术三、主要三性能三指标三及功三能一、三基本三原理单相三预付三费电三能表三原理三框图三如图3-三25所示三。二、IC卡技三术IC卡是三集成三电路三卡（In三te三rg三ra三te三dCi三rc三ui三tGa三rd）的三简称三。它三将集三成电三路镶三在塑三料卡三片上三。它与三磁卡三比较三有接三口电三路简三单、三保密三性好三、不三易损三坏、三存储三容量三大、三寿命三长等三特点三。IC卡中三的芯三片分三为不三挥发三的存三储器三（也三称存三储卡三）、三保护三逻辑三电路三（也三称加三密卡三）和三微处三理单三元（三也称CP三U卡）三三种在电三能表三上使三用的三卡，三这三三种都三有，三接口三往往三采用三串行三方式三的接三触式三卡。三、三主要三性能三指标三及功三能1．主三要参三数（1）准三确等三级：1.三0级；（2）电三流规三格：5（20），10（40）A；（3）电三压回三路功三耗：三＜2W；（4）工三作电三压范三围：三（70三%～13三0%）Ue；（5）脉三冲常三数：5（20）A，32三00三im三p/（kW三h）；10（40）A，16三00三im三p/（kW三h）；（6）起三动电三流：0.三4%三Ib；（7）卡三类型三：加三密卡三；（8）设三计寿三命：15年2．主三要功三能（1）计三量功三能。三计量三有功三电量三，有三功＝三正向三有功三十反三向有三功。（2）功三率脉三冲输三出。三脉冲三宽度80三±5三ms，空三触点三输出三，同三时有三脉冲LE三D指示三。（3）负三荷控三制。三具有三超功三率自三动断三电的三负荷三控制三功能三，可三以设三置功三率限三额以三及允三许次三数，三当平三均功三率大三于限三额后三，电三能表三跳闸三并显三示当三时的三功率三。使三用用三户购三电卡三插入三电能三表可三以恢三复供三电。三但当三超功三率跳三闸次三数超三过设三定的三允许三次数三时，三电能三表将三不可三恢复三供电三，只三有使三用了三参数三设置三卡改三变了三功率三限额三后，三才能三恢复三供电三。（4）防三窃电三功能三。具三有自三动检三测短三接电三流回三路的三防窃三电功三能，三当短三接进三出线三时，三电能三表显三示“O”并且三记录三窃电三次数三。（5）显三示。LC三D显示三可以三设置三自动三及手三动（三按钮三切换三）方三式，（6）报三警显三示。三当电三能表三自检三出现三故障三时，三显示三故障（7）预三付费三功能三。使三用购三电卡三可将三购电三量送三入电三能表三，电三能表三按设三定的三费率三递减三，当三剩余三电费三小于三设定三的报三警门三限时三，电三能表三跳闸三，提三醒用三户去三购电三；此三时插三入购三电卡三可以三恢复三供电三。当三剩余三电费三小于三零后三，电三能表三将跳三闸，三直到三购电三后才三能恢三复供三电。三、三主要三性能三指标三及功三能第五三节三三三相三三线电三子式三多功三能电三能表一、常用三术语二、工作三原理三、主要三性能四、规格三和主三要技三术参三数五、主要三功能六、显示三功能一、三常用三术语1．测三量单三元产生三与被三计量三的电三能量三成正三比例三输出三的电三能表三部件三。2．数三据处三理单三元对输三入信三息进三行数三据处三理的三电能三表部三件。3．多三功能三电能三表由测三量单三元和三数据三处理三单元三等组三成，三除计三量有三功（三无功三）电三能外三，还三具有三分时三、测三量需三量等三两种三以上三功能三，并三能显三示、三储存三和输三出数三据的三电能三表。4．显三示器显示三存储三器内三容的三装置三。5．需三量周三期测量三平均三功率三的连三续相三等的三时间三间隔三。6．最三大需三量在指三定的三时间三区间三内，三需量三周期三中测三得的三平均三功率三最大三值。7．滑三差（三窗）三时间依次三递推三来测三量最三大需三量的三小于三需量三周期三的时三间间三隔。8．额三定最三大脉三冲频三率多功三能电三能表三在额三定电三压、三额定三频率三、额三定最三大电三流及co三sφ=1三.0条件三下，三单位三时间三发出三的脉三冲数三。9．常三数表示三多功三能电三能表三计量三到的三电能三量与三其相三应的三输出三值之三间关三系的三数。二、三工作三原理工作三原理三框图三如图3-三26所示三。工作三原理:二、三工作三原理A、B、C三相三电压三、电三流信三号经三电能三表采三样电三路和三功率三计量三处理三器变三换成三相应三的数三字信三息后三，传三送给三数据三处理三中心三，并三通过三程序三处理三求出三各相三电压三、电三流、三功率三、电三量、三需量三、功三率因三数等三各项三参数三；同三时识三别各三相电三压、三电流三有无三异常三并记三录相三应的三失压三、失三流状三态。三、三主要三性能（1）保三证整三机长三期稳三定工三作；三精度三基本三不受三频率三、温三度、三电压三变化三影响三；整三机体三积小三，重三量轻三，密三封性三能好三，可三靠性三较其三他同三类产三品有三明显三提高（2）当三电网三停电三后，三锂电三池作三为后三备电三源，三提供三停电三后表三内电三量的三显示三读取三，并三保证三内部三数据三不丢三失，三日历三、时三钟、三时段三程序三控制三功能三正常三运行三，来三电后三自动三投入三运行三。（3）电三能表三运行三信息三可由三