电能表原理上课讲义.ppt

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1、电能表原理1.1感应式单相电能表的结构1、测量机构测量机构是电能表实现电能测量的核心部分。1.1驱动元件（电磁元件）驱动元件又分为电压元件与电流元件，其作用是将交变的电压和电流转变为穿过圆盘的交变磁通，与其在圆盘内产生的感应电流相互作用，进而产生驱动力矩，使圆盘转动。1）电压元件：电压元件由电压铁芯、电压线圈和回磁极12组成。和负载并联，把交流电压转变成交变的电压磁通。电压线圈由漆包线绕成，匝数多、线径细，能形成较大的阻抗，减少功率消耗，并使电压线圈中的电流滞后电压的相位角几乎达到90。回磁极固定在电压铁芯上，构成电压工作磁通的回路。电能表接入被测电路后，不论有无负载电流，电压线圈总是带电，成

2、年累月地消耗电能，一般要求功率消耗不超过1.5W1.5W。1.1感应式单相电能表的结构2）电流元件：电流元件由电流铁芯3、电流线圈4和磁分路组成。和负载串联，把交流电流转变成交变的电流磁通。因负荷电流是流过电流线圈的，所以要求电流线圈的阻抗小，即匝数少而且导线要粗。电流铁芯是由0.350.5mm厚优质硅钢片叠成“U”形，电流线圈通常分为匝数相等的两部分，分别绕在“U”形铁芯的两柱上，其绕向相反，以保证电流磁通在铁芯内的方向相同，如图1-3所示。1.1感应式单相电能表的结构3）驱动元件相对于圆盘的位置可分为切正式及辐轴射式两种。正切式是指电压元件平面在转盘上的投影线与转盘半径方向相垂直；辐射式是

3、指电压元件平面在转盘上的投影线与转盘半径方向一致。我国多采用正切式电磁元件。正切式电磁元件可分为封闭式铁芯、半封闭式铁芯、分离式铁芯三种。1.1感应式单相电能表的结构封闭式电磁元件：电压、电流铁芯一个整体。工作气隙固定，容易保持磁路对称，所以可得到良好的技术特性。缺点是在于制造工艺复杂，装套电压线圈的工艺工作量大，耗料较大。半封闭式电磁元件：电压、电流铁芯之一或两者可以拆卸，以利于套线圈，这种铁芯能简化制造工艺，并且能获得较好的技术特性。分离式电磁元件：电压、电流铁芯分开，套装电压、电流线圈方便简单快捷，但缺点是气隙较大，不易控制，很难保证磁路对称，对电能表工作性能有影响。1.1感应式单相电能

4、表的结构1.2 转动元件 转动元件由转盘5和转轴6用组成，能在驱动元件所建立的交变磁场作用下连续转动。转盘材料要求导电性能良好，质量轻，耐腐蚀，铝最符合要求。圆盘固定在转轴上，边缘涂有计读转数的有色标记，有的在背面喷有校正平衡的重质涂料，转轴上部套有蜗杆11以便和计度器的蜗轮10啮合。1.1感应式单相电能表的结构1.3制动元件（永久磁铁7）制动元件作用是产生与驱动力矩相反的制动力矩，以便使圆盘的转动速度与被测电路的功率成正比。永久磁铁是用具有较高矫顽力和剩磁感应强度的材料制成，如铝合金和铝镍钴合金等压铸而成。1.1感应式单相电能表的结构1.4轴承 轴承由上轴承9、下轴承8组成。上轴承位于转轴上

5、端，只起定位和导向作用。下轴承位于转轴下端，用以支撑转动元件的全部重量，下轴承的质量好坏对电能表的准确度和使用寿命有很大影响。1.1感应式单相电能表的结构现代电能表的轴承分为钢珠宝石结构和磁力结构两种。磁力结构主要有磁推轴承和磁悬轴承两种类型。磁力轴承由于减少了机械磨损，因而提高了电能表的灵敏度，延长了电能表的使用寿命。1.1感应式单相电能表的结构1.1感应式单相电能表的结构主动轮：蜗杆G、齿轮 B、齿轮D从动轮：蜗轮A、齿轮 C、齿轮E1.5计度器（积算机构）计度器用来积算转盘转数，以显示所测定的电能。主要有两种：指针式和字轮式。1.1感应式单相电能表的结构1.1感应式单相电能表的结构2、辅

6、助部件它包括底座、表盖、基架、端钮盒和铭牌。1）底座：底座的作用是将电能表基架、端钮盒及表盖固定在它的上面，并供电能表安装固定用。2）表盖：表盖起密封和保护作用，通过透明部分可以看到转盘转动和计度器的示数。3）基架：基架的作用是用来支撑和固定测量机构及调整装置。4）端钮盒：它的作用是用来将测量机构的电流、电压线圈与被测电路相连接。5）铭牌：铭牌可以固定在计度器框架上，也可附在表盖上，示意图如下图所示。铭牌上标志的含义分别说明如下：1.1感应式单相电能表的结构1）准确度等级。将准确度等级的数字置于一个圆圈内，如图中则表示准确度等级为级。2）单位的名称或符号，有功电能表用kWh，无功电能表用kva

7、rh。3）电能表规格：参比电压：对于单相电能表以电压线路接线端上的电压表示如；对于三相四线电能表则以相数乘以相电压/线电压表示，如3220/380V；对于三相三线电能表则以相数乘以线电压表示，如3380V。如果电能表通过测量用互感器接入，并且在常数中已考虑互感器变比时，应标明互感器变比，如36000/100V。1.1感应式单相电能表的结构 基本电流及额定最大电流：如10（40）A。是基本电流，是确定电能表有关特性的电流值，以b表示；4是额定最大电流，既指电能表长期正常工作而误差和温升又能满足准确度要求的最大电流，以max表示。如果额定最大电流小于基本电流的2倍时，则只标明基本电流。对于三相电能

8、表还应在前面乘以相数，如（）A。若电能表常数中已考虑互感器变比时，应标明互感器变比，如0005A。电能表常数（C）：它是指电能表计量kwh电量时圆盘转过的转数。如600r/kWh，表示电能表计量kwh电量时圆盘转600转，0.1kwh，60 r；300 r，0.5kwh。N：圆盘转数，W：电能表计量电量。1.1感应式单相电能表的结构 电能表的型号 类别代号电能表。组别代号单相；三相三线有功；三相四线有功；B标准；D多功能；S全电子式；X无功；Z最大需量；Y预付费；F复费率。设计序号 用阿拉伯数字表示。派生号。T湿热、干燥两用；G高原用等。DD表示单相电能表，如DD702型，DD862型；DDY

9、表示单相预付费电能表，如DDY59型；DSSD表示三相三线全电子式多功能电能表，如DSSD-331型。制造厂的厂名、制造年份和该厂的本身编号。1.2感应式电能表的工作原理1、磁通的分布情况 根据右手螺旋定则右手螺旋定则，交变电流通过导线或线圈时会产生磁场，电能表内磁通分布如图所示。各部分：1电压铁芯；2电压线圈；3电流铁芯；4电流线圈；5圆盘；6回磁极 1.2感应式电能表的工作原理 电压线圈加上电压就有电流通过，该电流产生的磁通，一部分从电压铁芯中柱经回磁极穿过转盘回到铁芯中柱，叫做电压工作磁通 。另一部分不穿过转盘的磁通称为电压非工作磁通。电流线圈有负载电流通过时产生磁通，其中穿过转盘的叫做

10、电流工作磁通，它从不同位置两次穿过转盘，图中的 和 。由此可知有三束磁通 、从不同空间位置穿过转盘，所以我们把感应式电能表又称为“三磁通型”电能表。1.2感应式电能表的工作原理2、驱动力矩的产生 电压工作磁通和电流工作磁通是按正弦规律变化的。由楞次定律得知，当回路所包围的面积中的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生。这个感应电动势或感应电流所产生的磁通总是力图阻止原磁通的变化。这样就在圆盘中产生了涡流。原来通过闭合回路的磁通趋向增加时，回路中的涡流磁通方向和原来的磁通方向相反，原来通过闭合回路的磁通趋向减小时，回路中的涡流磁通方向和原来的磁通方向相同。根据楞次定律楞次定律和右手螺旋定则右

11、手螺旋定则可以判断出工作磁通在圆盘中产生涡流的方向。电压工作磁通产生的涡流和电流工作磁通，电流工作磁通产生的涡流和电压工作磁通相互作用便产生电磁力，方向可用左手定则左手定则判断。1.2感应式电能表的工作原理总结：*电流线圈：通电流 I产生电流工作磁通 ，（右手螺旋定则），变化产生感应电流（楞次定律和右手螺旋定则），*电压线圈：加电压U电流产生电压工作磁通 （右手螺旋定则）变化产生感应电流 （楞次定律和右手螺旋定则）、；、；、；、相互作用电磁力（左手定则）1.2感应式电能表的工作原理 虽然在正弦变化的一个周期内，某些时刻产生的四个电磁力方向不一致，但是由于圆盘转动是有惯性的，圆盘的转动方向由一个

12、周期内的平均电磁力方向决定，即取决于多数时刻电磁力的方向，所以电能表的圆盘始终朝一个方向转动。驱动力矩：式中，-驱动力矩常数,决定于电能表的结构。-电压工作磁通 -电流工作磁通 -、的夹角1.2感应式电能表的工作原理结论：两个以上相位不同（）、空间位置又不重合的交变磁通，是产生驱动力的必要条件；驱动力矩的方向总是由相位越前的磁通所在的空间位置，指向相位滞后的磁通所在的空间位置；驱动力矩的大小是正比于两个磁通（）与两个磁通相位差的正弦之积。1.2感应式电能表的工作原理3、驱动力矩与单相负载有功功率的关系 电能表产生的平均转矩 。当电能表接入被测电路后，若电流、电压铁芯不饱和，便可认为磁通 正比于

13、外加电压 ，磁通 正比于负载电流 ，可分别表示为 ，由于 ，则 假设电能表所接负载为感性，则阻抗角0 时，则 等，这时计度器累积的电量应为计度器示数乘以10、100、1000等，电能表的铭牌上应相应标出10、100、1000的字样。1.2感应式电能表的工作原理当 时，则 等。这时，计度器累积的电量应为计度器示数乘.、.、.等。象这种情况，计度器的窗口都设置了小数位，并用不同的颜色与整数位相区别。一般小数涂成红色，整数位是黑色。当 时，计度器的示数就是以“千瓦时”为单位的电量数，铭牌上可不作标记。1.2感应式电能表的工作原理6.2计度器的计时容量计度器翻转一次所需时间的长短是用计度器的计时容量来

14、表示的。计度器的计时容量的定义，是电能表在额定最大功率下运行时，计度器各位字轮的示数都从“”到“”所需要的时间，称为计度器的计时容量（用Tz表示）。计度器的计时容量的单位为h。我国规定计度器的计时容量应不小于h。2电子式电能表电子式电能表也称静止式电能表电子式电能表至少应具备以下功能：1、与U、I成一定比例的输入功能2、乘法功能3、积分功能4、输出功能（脉冲输出或显示等）5、工作电源为什么现在都用电子表迄今为止感应式电能表已使用了近100年，随着电力事业的发展和电力自动化技术的提高，其功能已越来越受到限制，更不能满足如自动抄表、负荷控制和分时计量等近年来发展起来的新技术的需要，这样一来，电子式

15、电能表就应运而生。电子式电能表的优点电子式电能表的优点 1)1)测量特性好：宽的动态范围、温度特性等；测量特性好：宽的动态范围、温度特性等；2)2)校验方便，减少生产厂家和供电企业成本；校验方便，减少生产厂家和供电企业成本；3)3)系统成本低；系统成本低；4)4)很方便增加功能，如：很方便增加功能，如：-通讯功能通讯功能 -IC -IC卡预付费卡预付费 -复费率复费率 -多费率多费率 5 5）高可靠性；受外磁场影响小；过载能力大）高可靠性；受外磁场影响小；过载能力大 6)6)便于安装使用，防窃电能力更强便于安装使用，防窃电能力更强单向脉冲式电能表单向脉冲式电能表 单向脉冲式电能表的光电转换器主

16、要包括光电头和光电转换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。电路两部分。1 1光电头光电头 光电头由发光器件和光敏器件组成。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两种典型光电头的安装结构如图3-33-3所示。图所示。图3-33-3（a a）为穿透式光电头，图为穿透式光电头，图3-33-3（b b）是反射式光电头。）是反射式光电头。2 2光电转换电路光电转换电路 一种最基本的光电转换电路如图一种最基本的光电转换电路如图3-43-4所示。当光敏管接所示。当光敏管接收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，

17、V1V1导通，导通，作用到作用到V2V2和和V3V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电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，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。相应的输出电压呈低电平。双向脉冲式电能表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。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3-83-8所示。所示。

18、全电子式电能表全电子式电能表 全电子电能表的优点是准确度高、全电子电能表的优点是准确度高、频带宽、体积小，适合遥控、遥频带宽、体积小，适合遥控、遥测功能。测功能。缺点是结构复杂、价格昂贵。缺点是结构复杂、价格昂贵。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。全电子式电能表的结构和工作原理全电子式电能表的结构和工作原理全全电子式电能表的结构和

19、工作原理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、显示器一、输入变换电路一、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、输入变换电路一、输入变换电路 （一）电流输入变换电路（一）电流输入变换电路 1 1锰铜片分流器锰铜片分流器 以锰铜片作为分流电阻以锰铜片作为分流电阻R RS S，当大电流，当大电流i i（t t）流过）流过时会产生相应的成正比的微弱电压时会产生相应的成正比的微弱电压 U Ui i（t t），其数学），其数学表达式为表达式为 U

20、 Ui i（t t）i i（t t）R R 2 2电流互感器电流互感器 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、输入变换电路一、输入变换电路一、输入变换电路一、输入变换电路 （二）电压输入变换电路（二）电压输入变换电路 1 1电阻网络电阻网络 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。（二）电压输入变换电路（二）电压输入变换电路 1 1电阻网络电阻网络 实用中，一般采用多级（如3级）分压，以便提高耐压和

21、方便补偿与调试。典型接线如图3-13所示。一、输入变换电路一、输入变换电路 2 2电压互感器电压互感器 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）KU uU（t）一、输入变换电路一、输入变换电路二、乘法器电路二、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（一）时分割乘法器 它在提供的节拍信号的周期T里

22、，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、乘法器电路二、乘法器电路 （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

23、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、乘法器电路二、乘法器电路三、电压频率转换器三、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、显示器五、显示器 目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（LCDLCD）、发光二极）、发光二极管（管（LE

24、DLED）、荧光管（）、荧光管（FIPFIP）。）。液晶显示器（液晶显示器（LCDLCD）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10A），在有一定采光度时显示对比强等优点。发光二极管（发光二极管（LEDLED）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（4085）、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

25、510mA）、露天下显示不清等。荧光显示板（荧光显示板（FIPFIP）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。第三节第三节 单相电子式复费率电能表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、常用术语一、常用术语 1 1复费率电能表复费率电能表 有多个计度器分别在规定的不同费率时段内记录交流有功或无功电能的电能表。2 2费率计度器费率计度器 由贮存器（用作贮存信息）和显示器（用作显

26、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电能测量单元电能测量单元 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、常用术语一、常用术语 4 4费率时段控制单元费率时段控制单元 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、谷电量峰、平、谷电量 电力系统日负荷曲线高峰时段电能量称峰电量，低谷时段的电能量称谷电量，计量峰、谷时段以外的电能量称平电量，三者之和为总电量。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、工作原理工作原理工作原理:二、工作原理二、工作

27、原理 电流、电压采样电路是将流过线路的大电流和外部电流、电压采样电路是将流过线路的大电流和外部220V220V交流电压变换为合适的小电流、小电压信号，经电交流电压变换为合适的小电流、小电压信号，经电能专用集成电路转换成随功率变化的脉冲信号。单片微能专用集成电路转换成随功率变化的脉冲信号。单片微处理器接收到功率脉冲信号后进行电能累计，数据存入处理器接收到功率脉冲信号后进行电能累计，数据存入存储器中，同时读取时钟信号，按照预先设定好的时段存储器中，同时读取时钟信号，按照预先设定好的时段分时计量，将数据输出到显示器中显示，并且随时接收分时计量，将数据输出到显示器中显示，并且随时接收串行通信口的通信信

28、号进行数据处理。串行通信口的通信信号进行数据处理。三、主要功能特点三、主要功能特点 （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、规格四、规格五、基本误差五、基本误差六、主要技术指标六、主要技术指标（1）时钟准确

29、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：99999.9 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、显示功能七、显示功能 （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

30、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、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

31、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，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、遥控器编程九、遥控器编程 （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。（

32、5）编程结束：按“复位”键结束编程。十、读表十、读表 1 1直接读表直接读表 表内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。第四节第四节 单相预付费电能表单相预付费电能表一、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

33、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：工作原理：测量模块为表计核心，它和普通电子式单相电能表采测量模块为表计核心，它和普通电子式单相电能表采用相同技术输出功率脉冲到微处理器。微处理器接收到测用相同技术输出功率脉冲到微处理器。微处理器接收到测量部分的功率脉冲进行电能累计，并且存入存储器中，同量部分的功率脉冲进行电能累计，并且存入存储器中，同时进行剩余电费递减，在欠费时给出报警信号并控制跳闸。时进行剩余电费递减，在欠费时给出报警信号并控制跳闸。它随时监测它随时监测ICIC卡接口，判断插入卡的有效性以及购电数据卡接口，判断插入卡的有效性以及购电数据的合法性，将购电数

34、据进行读入和处理。它还将数据输出的合法性，将购电数据进行读入和处理。它还将数据输出到相应的显示器中显示。到相应的显示器中显示。二、二、IC卡技术卡技术 IC IC卡是集成电路卡（卡是集成电路卡（Intergrated Circuit GardIntergrated Circuit Gard）的简称。）的简称。它将集成电路镶在塑料卡片上。它将集成电路镶在塑料卡片上。它与磁卡比较有接口电路简单、保密性好、不易损坏、存储它与磁卡比较有接口电路简单、保密性好、不易损坏、存储容量大、寿命长等特点。容量大、寿命长等特点。ICIC卡中的芯片分为不挥发的存储器（也称存储卡）、保护逻卡中的芯片分为不挥发的存储器

35、（也称存储卡）、保护逻辑电路（也称加密卡）和微处理单元（也称辑电路（也称加密卡）和微处理单元（也称CPUCPU卡）卡）三种三种 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接触式卡。的接触式卡。三、主要性能指标及功能三、主要性能指标及功能 1 1主要参数主要参数（1 1）准确等级：）准确等级：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

36、动电流：0.4%Ib；（7）卡类型：加密卡；（8）设计寿命：15年 2主要功能主要功能 （1）计量功能。）计量功能。计量有功电量，有功正向有功十反向有功。（2）功率脉冲输出。）功率脉冲输出。脉冲宽度805ms，空触点输出，同时有脉冲LED指示。（3）负荷控制。）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、主要性能指标及功能三、主要性能指标及功能三、主要性能指标及

37、功能三、主要性能指标及功能（4）防窃电功能。）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）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。）报警显示。当电能表自检出现故障时，显示故障。（7）预付费功能。）预付费功能。使用购电卡将购电量送入电能表，电能表按设定的费率递减，当剩余电费小于设定的报警门限时，电能表跳闸，提醒用户去购电；此时插入购电卡可恢复供电。当剩余电费小于零后，电能表将跳闸，直到购电后才能恢复供电。第五节第五节 三相三线电子式多功能电能表三相三线电子式多功能电能表一、常用术语 二、工作原理 三、

38、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、常用术语一、常用术语 1测量单元测量单元产生与被计量的电能量成正比例输出的电能表部件。2数据处理单元数据处理单元对输入信息进行数据处理的电能表部件。3多功能电能表多功能电能表由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功（无功）电能外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表。4显示器显示器显示存储器内容的装置。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最大需量最大需量在指定的时间区间内，需量周期中测得的平均功率最大值。7滑差（窗）时间滑差（窗）时间依次递推来测量最大需量的小于需量周期的时间间

39、隔。8额定最大脉冲频率额定最大脉冲频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、常用术语一、常用术语二、工作原理二、工作原理工作原理框图如图3-26所示。工作原理工作原理:二、工作原理二、工作原理 A A、B B、C C三相电压、电流信号经电能表采样电路和功三相电压、电流信号经电能表采样电路和功率计量处理器变换成相应的数字信息后，传送给数据处理率计量处理器变换成相应的数字信息后，传送给数据处理中心，并通过程序处理求出各相电压、电流、功率、电量、中心，并通过程序处理求出各相

40、电压、电流、功率、电量、需量、功率因数等各项参数；同时识别各相电压、电流有需量、功率因数等各项参数；同时识别各相电压、电流有无异常并记录相应的失压、失流状态。无异常并记录相应的失压、失流状态。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。（

41、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、规格和主要技术参数四、规格和主要技术参数1规格规格 2 2主要技术参数主要技术参数 （1）时钟误差：0.5s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、1.2Ah。（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

42、。（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、显示功能六、显示功能全屏显示画面见图3-27所示DTSF54型电子式三相型电子式三相四线多费率电能表四线多费率电能表电能表工作时，用户消耗的电能转换为电压、电流信号，经取样电路分别取样后，由电能表专用集成

43、电路处理成为与消耗功率成正比的脉冲信号，MCU记录电量脉冲并存储。根据时钟和时段的内容分别处理和记录对应时间段内的电量，LCD循环显示用户选择的参数，存储信息数据可通过红外抄表机或RS485通讯接口进行信息数据传输。工作原理流程如图从计量方式及测量结果来讲并没有什么区别。但在内部结构上就有根本性区别，一个叫静止式（或电子式），一个叫感应式（或机械式）。感应式表顾名思义是利用电磁感应原理制造而成。静止式表是根据电能测量原理利用电子电路来实现计量的。从性能上比较，感应式表因为驱动力矩不大容易出现完全停走现象，电子表则往往会出现卡字现象，就是只发脉冲不计数；除此之外，电子表的其它性能都优于感应表，电

44、子表具有功能强大、误差特性好、过载能力强、电压适应范围宽、运行维护简单等特点。电子表与机械表有什么区别？电子表与机械表有什么区别？目前我国的电能表与国外的品牌的差距，主要表现在以下几个方面：一一致致性性：感应式电能表的自动化生产水平不高，加工方式大多还是以人工为主，由于在生产过程中人工的介入过多，产品性能难以保证高度一致性，同时也加大了生产管理的难度。材材料料和和关关键键工工艺艺：长寿命电能表必须解决关键元件的材料质量和关键工艺的控制，由于我国材料工业水平与发达国家仍有较大差距，因此企业如何检测、评价关键元器件（磁推轴承、阻尼磁钢等）的材料质量，电子表的早期失效问题，如何保证精密调整工艺的要求

45、是一个必须解决的课题。自自主主核核心心技技术术：静止式电能表的核心芯片的自主开发能力不足，缺少自主知识产权的创新技术。4集集约约化化和和生生产产集集中中度度：我国的电能表生产企业上规模的企业有限，生产集中不高，难以应付开放的市场竞争。随着我国加入WTO以后，以及全球电能表产业格局的变化，作为世界电能表生产大国，电能表产品出口量在逐年增加，出口地区不断扩大，目前已经辐射到东南亚、欧美等二十多个国家。无论从技术、质量层面上，还是生产能力上，完全可以参与国际市场的竞争，虽然从整体上看我国的电能表行业与国外的品牌还有一定的差距，但只要我们努力缩小差距，以新技术为平台，高起点、高标准打造世界级的中国电能

46、表品牌，参与全球的市场竞争，我们相信一定会使这一传统的民族工业焕发出新的活力。我国电能表与国外品牌的差距我国电能表与国外品牌的差距2 电能计量装置的接线测量单相电路有功电能的原理接线图和相量图如图6-1所示 电能表的电流线圈必须与电源相线串联，电压线圈应跨接在电电能表的电流线圈必须与电源相线串联，电压线圈应跨接在电源端的相线与零线之间，当负载电流和流经电压线圈的电流都源端的相线与零线之间，当负载电流和流经电压线圈的电流都由标有同名端标志的一端流入相应的线圈时，电能表才能正转由标有同名端标志的一端流入相应的线圈时，电能表才能正转（逆时针方向）。（逆时针方向）。单相有功电能表在不同负载性质下的相量

47、图电压、电流相量图（a）纯电阻负载；（b）纯电感负载（=+90）；（c）纯电容负载（=-90）；（d）电阻、电感混合负载（090）按图6-1所示的电能表接线，测得的有功功率为 而电能表的驱动力矩MQ由相量图得到 若有一个线圈极性接反，例如电流线圈（如图6-2（a）所示），则流入电能表电流线圈中的电流方向与图6-1中相反，故产生的电流磁通方向也相反，如图6-2（b）所示。在这种情况下，电能表的驱动力矩为驱动力矩为负值，导致电能表反转。应注意图6-3的接线方式是不正确的。电压线圈跨接在负载两端，电能表测量的电能包括负载和电压线圈消耗的电能，当用户不用电时，可能因电压线圈消耗电能，使电能表发生正向潜

48、动现象。国产直接接入式电能表应按单进双出方法接线，即国产直接接入式电能表应按单进双出方法接线，即单数接线柱接电源，偶数接线柱接负载，第一接线柱接相单数接线柱接电源，偶数接线柱接负载，第一接线柱接相线（火线）。单相电能表实际接线图如图线（火线）。单相电能表实际接线图如图6-46-4所示。所示。三相四线电路有功电能的测量三相四线电路有功电能的测量 三相四线电路可看成是由三个单相电路构成的，因此，可用一只三相四线有功电能表（即三个驱动元件）或三只相同规格的单相电能表来测量三相四线电路有功电能，原理接线图如图6-6所示，实际接线图如图6-7所示。三相四线有功电能表在感性负载时的相量图从相量图可看出，三

49、相四线有功电能表在感性负载时，元件1电压 与电流 夹角U，元件2电压 与电流 夹角为V，元件3电压 与电流 夹角为W，因此，三相四线有功电能表在常用正确接线时计量的功率为 计量的总功率为 因此三相四线有功电能表不论三相电压、电流是否平衡，均能正常计量其电能。当三相功率对称时，则则上式可写成:采用上述接线方式时应注意：（1）应按正相序（U、V、W）接线。反相序（W、V、U）接线时，有功电能表虽然不反转，但由于电能表的结构和检定时误差的调整，都是在正相序条件下确定的，若反相序运行，将产生相序附加误差。（2）电源中性线（N线）与L1、L2、L3三根相线不能接错位置。若接错了，不但错计电量，还会使其中

50、两个元件的电压线圈承受线电压，使电压线圈承受了相电压的倍电压，可能致使电压线圈烧坏。同时电源中性线与电能表电压线圈中性点应连接可靠，接触良好。否则，会因为线路电压不平衡而使中性点电压，造成某相电压过高，导致电能表产生计量不准。（3）当采用经互感器接入方式时，各元件的电压和电流应为同相，互感器极性不能接错，否则电能表计量不准，甚至反转。当为高压计量时电压互感器二次侧中性点必须接地。（二）三相三线电路有功电能的测量（二）三相三线电路有功电能的测量 1 1三相三线电路中的功率三相三线电路中的功率 为了统一接线，三相三线有功电能表把下式为了统一接线，三相三线有功电能表把下式 规定为标准接线，原理接线图