電子式電能表的結構和工作原理

1、 電子式電能表的結構和工作原理第一節(jié) 機電式電能表的結構和工作原理機電式電能表主要由感應式測量機構、光電轉換器和分頻器、計數(shù)器三大部分組成，工作原理框圖如圖3-1所示。圖3-1 機電式電能表的工作原理框圖 感應式測量機構的主要作用是將電能信號轉變?yōu)檗D盤的轉數(shù)，具體的結構及工作原理已在第一章介紹。光電轉換器的作用是將正比于電能的轉盤轉數(shù)轉換為電脈沖，此脈沖數(shù)也正比于被測電能，即應滿足如下關系式中 W為被測電能，kW·h； m為轉換后輸出的總脈沖數(shù)，imp； n1代表每輸出一個脈沖轉盤應轉動的圈數(shù)，rimp； C電能表常數(shù)，r（kW·h）。例如，某種機電式電能表的轉盤每轉一圈發(fā)

2、出2個脈沖，即 n10.5rimp, 電能表常數(shù)C1500r（kW·h），則每輸出一個脈沖代表的電能數(shù)為（kW·h）即這種機電式電能表每輸出一個電脈沖代表負載耗電0.00033kW·h。 經(jīng)過簡單的光電轉換得到的初始電能脈沖信號，由于波形不理想不能直接送至計數(shù)器計數(shù)或微處理器處理，還必須先經(jīng)過整形放大、限幅限寬等一系列處理，如圖3-2所示。圖3-2 光電轉換器的工作原理圖 分頻器和計數(shù)器的主要作用是對經(jīng)光電轉換器轉換成的脈沖信號進行分頻、計數(shù)，從而得到所測量的電能。 由以上分析可以看出，光電轉換器是機電式電能表的關鍵部分。因此，下面將著重介紹光電轉換器的結構和工作

3、原理。 根據(jù)光電轉換器的不同，機電式電能表可分為單向脈沖式和雙向脈沖式兩種類型。 一、單向脈沖式電能表 單向脈沖式電能表的光電轉換器主要包括光電頭和光電轉換電路兩部分。 1光電頭 光電頭由發(fā)光器件和光敏器件組成。機電式電能表的光電頭多采用紅外發(fā)光二極管（簡稱“發(fā)光管”）和光敏三極管（簡稱“光敏管”），這樣，外界的電磁波、可見光等干擾都不會影響信號的檢測。具體的方法是通過在感應式測量機構的轉盤上進行分度并做標記，如打孔、銑槽或印上黑色分度線條等，用穿透式或反射式光電頭發(fā)射光束，采集轉盤旋轉時的標記得到初始脈沖。 兩種典型光電頭的安裝結構如圖3-3所示。圖3-3（）為穿透式光電頭，在轉盤上鉆有若干

4、個小孔，發(fā)光管和光敏管分別安裝在轉盤的上、下兩側，光敏管通過接收透射光產(chǎn)生脈沖輸出。圖3-3（b）是反射式光電頭，在轉盤邊緣均勻地印有黑色分度線，發(fā)光管和光敏管安裝在轉盤的同一側，光敏管通過接受反射光，產(chǎn)生脈沖輸出。() (b)圖3-3 光電頭安裝結構示意圖()穿透式；(b)反射式發(fā)光管和光敏管都是光電轉換器的主要器件，正確的選擇和使用它們是決定光電轉換器的質量及其實用性的關鍵。2光電轉換電路 一種最基本的光電轉換電路如圖3-4所示。當光敏管接收到較強的光照時，處于導通狀態(tài)，光電流增加，V1導通，作用到V2和V3組成的射極耦合放大器上，使輸出電壓呈高電平；反之，當光敏管接收到的光照較弱時，處于

5、截止狀態(tài)，相應的輸出電壓呈低電平。圖3-4 基本的光電轉換電路 實用的光電轉換電路還應具有誤動作判斷功能，以及將輸出初始脈沖整形、放大、限幅限寬等功能。圖3-5所示是一種常用光電轉換電路，JEC2是一個高輸入阻抗的低功耗射極耦合觸發(fā)器，按圖中的連接，即為施密特觸發(fā)電路。電路中除了加有積分電路外，R4、C1和R6還組成一限幅、微分電路，把寬度隨機的脈沖轉化為大小、寬度相等的窄脈沖，以便送給分頻器、計數(shù)器計數(shù)或給微機進行多功能化處理。圖3-5 常用光電轉換電路光電轉換器就其結構來說，一般分成兩部分，即光電頭和光電轉換電路。為調配好發(fā)光管與光敏管的機械位置，通常設計有固定式臺座，并整體地安裝在與轉動

6、部件配合的支架上。一種最常用的穿透式光電頭的機械安裝結構如圖3-6所示。圖中，1為轉盤；2為透光小孔，在轉盤上可有一個、兩個或多個小孔，透光小孔的直徑應與發(fā)光管外徑相當，不宜過大；支架5的作用是固定發(fā)光管3和光敏管4的相對位置。安裝時，要特別注意發(fā)光管、光敏管與透光小孔的配合。圖3-6 光電頭機械安裝結構圖1-轉盤；2-透光小孔；3-發(fā)光管；4-光敏管；5-支架 二、雙向脈沖式電能表 雙向脈沖式電能表具有雙向計度的功能，既能測量正向消耗電能，又能測量反向消耗電能。當負載呈感性時正轉，對應感性負載的耗能計量；負載呈容性時則反轉，用另一計數(shù)器對容性負載的耗能計量。另外，一些并網(wǎng)運行變電站使用的有功

7、電能表也有反轉的可能，對此，過去一般都采用兩只有功電能表分別進行正、反向計量，現(xiàn)在僅用一只雙向脈沖式有功電能表即可實現(xiàn)有功電能的正、反轉計量。 在電路設計和制造上，雙向脈沖電能表比單向脈沖電能表復雜，它有兩套光電頭和轉換電路，分別輸出正轉和反轉電能脈沖。 雙向脈沖式電能表轉盤和光電頭安裝位置俯視圖如圖3-7所示。光電頭1、2的軸線不通過轉盤中心。當轉盤逆時針轉動（稱為正轉）時，光電頭1每次先接觸黑印，光電頭2遲后一些；若轉盤順時針轉動（稱為反轉），則光電頭2先接觸黑印，而光電頭1遲后。圖3-7 光電頭安裝位置俯視圖雙向脈沖式電能表光電轉換及雙向脈沖輸出控制電路如圖3-8所示。圖中，與非門a、c

8、（簡稱a、c）完成兩路光電轉換，雙向脈沖輸出則由雙D觸發(fā)器、和與非門b、d（簡稱b、d）控制。轉盤轉動時，經(jīng)兩光電頭檢測，與非門a、c輸出兩路脈沖在時間上有差異，使與非門b、d只有一路有輸出脈沖。下面結合脈沖時序圖說明其工作過程：若a的輸出超前c的輸出，則各與非門輸出時序如圖3-9所示。 a的第一個脈沖前沿觸發(fā)觸發(fā)器，此時因c遲后a，故D1端為低電平，輸出高電平，a和同時施加于與非門 b，使其輸出一低電平。而在c的第一個脈沖前沿觸發(fā)觸發(fā)器時，因a超前c，故D2為高電平，輸出低電平，將 d封鎖，因此 d沒有輸出，一直保持高電平。反之，若c超前a，則d有脈沖輸出，而b沒有。 由以上工作原理可知，光

9、電轉換器是機電式電能表的重要組成部分，成為連接電能計量功能單元與數(shù)據(jù)處理單元的紐帶。光電轉換器是機電式電能表的關鍵部件，其性能好壞直接影響整個表計的運行質量。進一步提高光電轉換器的抗干擾能力和準確度，延長其使用壽命，降低功耗，并使其便于調整，是機電式電能表的發(fā)展方向。圖3-8 雙向脈沖輸出控制電路圖3-9 雙向脈沖輸出控制電路波形圖第二節(jié) 全電子式電能表的結構和工作原理 近年來，進入我國電力系統(tǒng)的電子式電能表逐年增多，并廣泛應用在電能計量和計費工作中。電子式電能表有較好的線性度和穩(wěn)定度，具有功耗小，電壓和頻率的響應速度快，測量精度高等諸多優(yōu)點。電子式電能表是怎樣來計量電能的呢？電子式電能表是在

10、數(shù)字功率表的基礎上發(fā)展起來的，采用乘法器實現(xiàn)對電功率的測量，其工作原理框圖如圖3-10所示。被測量的高電壓u、大電流i經(jīng)電壓變換器和電流變換器轉換后送至乘法器M，乘法器M完成電壓和電流瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內的平均功率成正比的直流電壓U，然后再利用電壓頻率轉換器，U被轉換成相應的脈沖頻率f，將該頻率分頻，并通過一段時間內計數(shù)器的計數(shù)，顯示出相應的電能。圖3-10 電子式電能表工作原理框圖 一、輸入變換電路 電子式電能計量儀表中必須有電壓和電流輸入電路。輸入電路的作用，一方面是將被測信號按一定的比例轉換成低電壓、小電流輸入到乘法器中；另一方面是使乘法器和電網(wǎng)隔離，減小干擾。（一）電流輸入

11、變換電路 要測量幾安培乃至幾十安培的交流電流，必須要將其轉變?yōu)榈刃У男⌒盘柦涣麟妷海ɑ螂娏鳎駝t無法測量。直接接入式電子式電能表一般采用錳銅分流片；經(jīng)互感器接入式電子式電能表內部一般采用二次側互感器級聯(lián)，以達到前級互感器二次側不帶強電的要求。 1錳銅片分流器 以錳銅片作為分流電阻RS，當大電流i（t）流過時會產(chǎn)生相應的成正比的微弱電壓 Ui（t），其數(shù)學表達式為Ui（t）i（t）R該小信號Ui（t）送入乘法器，作為測量流過電能表的電流i（t）。其原理圖如3-11所示。 錳銅分流器和普通電流互感器相比，具有線性好和溫度系數(shù)小等優(yōu)點。錳銅分流器A選用F2錳銅片，厚度2mm，取樣電阻Rs選175，

12、則當基本電流為5A時，1、2之間的取樣信號Ui0.875mV。圖3-11 錳銅分流器測量電器原理圖2電流互感器 采用普通互感器（電磁式）的最大優(yōu)點是電能表內主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開，實現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側不帶強電，并可提高電子式電能表的抗干擾能力。其原理框圖如圖3-12所示。 （） （b）圖3-12 電流互感器電氣原理圖（）穿線式；（b）接入式i（t）KI iT（t）式中 i（t）流過電能表主回路的電流； iT（t）流過電流互感器二次側的電流； KI電流互感器的變比。式中 u（t）送往電能計量裝置的電流等效電壓； RL負載電阻。 （二）電壓輸入變換電路 和被測電流一

13、樣，上百伏（100V或220V）的被測電壓也必須經(jīng)分壓器或電壓互感器轉變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘?，方可送入乘法器。電子式電能表內使用的分壓器一般為電阻網(wǎng)絡或電壓互感器。 1電阻網(wǎng)絡 采用電阻網(wǎng)絡的最大優(yōu)點是線性好、成本低，缺點是不能實現(xiàn)電氣隔離。 實用中，一般采用多級（如3級）分壓，以便提高耐壓和方便補償與調試。典型接線如圖3-13所示。圖3-13 典型電阻網(wǎng)絡線路圖 2電壓互感器 采用互感器的最大優(yōu)點是可實現(xiàn)一次側和二次側的電氣隔離，并可提高電能表的抗干擾能力，缺點是成本高。其電路圖如圖3-14所示。u（t）KU uU（t）式中 u（t）被測電壓； uU（t）送給乘法器的等效電壓。圖3-14 電壓

14、互感器電路圖 二、乘法器電路模擬乘法器是一種完成兩個互不相關的模擬信號（如輸入電能表內連續(xù)變化的電壓和電流）進行相乘作用的電子電路，通常具有兩個輸入端和一個輸出端，是一個三端網(wǎng)絡，如圖3-15所示。理想的乘法器的輸出特性方程式可表示為U0（t）KUX（t）UY（t），式中 K是乘法器的增益。圖3-15 乘法器表示方式 從乘法的代數(shù)概念出發(fā)，乘法器具有四個工作區(qū)域，由它的兩個輸入電壓極性來確定。根據(jù)兩個輸入電壓的不同極性，乘積輸出的極性有四種組合，可以用圖3-16平面中的四個象限來具體說明。凡是能夠適應兩個輸入電壓極性的四種組合的乘法器，稱為四象限乘法器。若一個輸入端能夠適應正、負兩極性電壓，而

15、另一個輸入端只能適應單一極性電壓的乘法器，則稱為二象限乘法器。若乘法器在兩個輸入端分別限定為某一種極性的電壓能正常工作，它就是單象限乘法器。圖3-16 模擬乘法器的工作象限圖 實現(xiàn)兩個輸入模擬量相乘的方法有多種多樣。乘法器是電子式電能表的核心部分，并非每一種乘法器電路都能適用電子式電能表，下面介紹電子式電能表中常用的乘法器。 （一）時分割乘法器 時分割模擬乘法器的工作過程實質上是一個對被測對象進行調寬調幅的工作過程。它在提供的節(jié)拍信號的周期T里，對被測電壓信號ux作脈沖調寬式處理，調制出一正負寬度T1、T2之差（時間量）與ux成正比的不等寬方波脈沖，即T2T1K1ux；再以此脈沖寬度控制與ux

16、同頻的被測電壓信號uy的正負極性持續(xù)時間，進行調幅處理，使uK2uy；最后將調寬調幅波經(jīng)濾波器輸出，輸出電壓U0為每個周期T內電壓u的平均值，它反映了ux、uy兩同頻電壓乘積的平均值，實現(xiàn)了兩信號的相乘，輸出的調寬調幅方波如圖3-17所示。圖3-17 調寬調幅波示意圖 也有的時分割乘法器對電流信號ix、iy進行調寬調幅處理，輸出的直流電流信號I0表示電流ix、iy乘積的平均值。前者稱為電壓平衡型時分割乘法器，后者稱為電流平衡型時分割乘法器。采用三角波作為節(jié)拍信號的電壓型時分割乘法器的電路原理如圖3-18所示。被測電壓轉換為ux，被測電流轉換成電壓uy。圖中電路的上半部分是調寬功能單元，下半部分

17、是調幅功能單元。由運算放大器N1和電容C1組成積分器，對經(jīng)R1、R2輸入的電流作求和積分；UN和UN是正、負基準電壓，在電路的設計中，基準電壓UN的幅值應比輸入電壓ux大得多；S1、S2為兩個受電平比較器控制并同時動作的開關；電平比較器是具有兩個穩(wěn)態(tài)的直流觸發(fā)器；運算放大器N2、電阻R4和電容C2組成了濾波器。積分輸出電壓u1和三角波發(fā)生器產(chǎn)生的節(jié)拍三角波電壓u2都加到電平比較器上，當u1u2時，電平比較器輸出低電平，S1、S2分別接UN、uy；當u1u2時，電平比較器輸出高電平，S1、S2分別接UN、uy；當u1u2時，為比較器轉換狀態(tài)。乘法器的輸出電壓U0就是由S2的動作所得到的幅度為士u

18、y的不等寬方波電壓經(jīng)濾波后的直流成分。該乘法器電路若干單元輸出電壓的波形如圖 3-19所示。圖3-18 三角波信號的時分割乘發(fā)器電路原理圖1調寬功能單元假定輸入電壓ux為正值，積分器接通ux和UN，輸出電壓u1從a點（見圖3-19）逐漸向下變化（a b段），在a b段內，u1u2，達到b點時，u1u2。由于三角波電壓繼續(xù)向上變化，致使u1u2，于是電平比較器輸出高電平，S1接通UN，積分器輸出電壓u1轉而逐漸向上變化（bc段），達到c點時，u1u2，緊接著三角波電壓繼續(xù)下降，u1u2，電平比較器輸出低電平，S1接通UN，電壓u1再次向下變化。如此反復，積分器輸出電壓u1呈鋸齒波形。設開關S1接

19、通UN的時間為T1，接通UN的時間為T2，且T1T2T。當系統(tǒng)達穩(wěn)態(tài)時，積分器在T1、T2時間段內的總積分電荷量應為零，即即開關S1接通UN、UN的時間差（T2T1）與輸入電壓ux成正比。圖3-19 三角波信號的時分割乘發(fā)器波形圖2調幅功能單元開關S2在比較器的控制下與S1同時動作，在T1期間接通uy，輸出電壓u為uy，在T2期間接通uy，輸出電壓u變?yōu)閡y。經(jīng)濾波器輸出后，得到電壓U0為u的反向平均值即輸出電壓U0與ui成正比，因此整個電路是一個實現(xiàn)了u、i乘積運算的乘法器，它的輸出相應于ui乘積的平均值，亦即平均功率。在調寬電路中，受積分器積分電荷總量平衡條件的約束，對ux的最大幅值有一定

20、限制，它的正邊界是當T10、T2T時UN所能平衡的ux值，負邊界是當T1T、T20時UN所能平衡的ux值，因此ux的幅值應滿足條件至于uy，其輸入幅值僅受為獲取uy的倒相器的動態(tài)范圍所限制。 目前在全電子式電能表制造業(yè)中，采用時分割模擬乘法器的占有相當大比例。與其他類型的模擬乘法器相比，時分割模擬乘法器的制造技術比較成熟且工藝性好，原理較為先進，具有更好的線性度，其最突出的優(yōu)點是具有較高的準確度級別，可達到0.01級，基本上解決了如何提高準確度的問題。其主要缺點是帶寬較窄，僅為數(shù)百赫茲。 （二）數(shù)字乘法器 微處理器在全電子式電能表中主要用于數(shù)據(jù)處理，而在其測量機構中的應用并不多。隨著芯片速度的

21、提高和外部接口電路的更加成熟，微處理器的功能將得到充分發(fā)揮和擴展。可以預計，應用數(shù)字乘法器技術來完成功率電能測量的前景十分廣闊。采用數(shù)字乘法器，由計算機軟件來完成乘法運算，可以在功率因數(shù)為01的全范圍內保證電能表的測量準確度。這是多種模擬乘法器難以勝任的。采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的基本結構框圖如圖3-20所示。 微處理器控制雙通道AD轉換，同時對電壓、電流進行采樣，由微處理器完成相乘功能并累計電能。平均功率表示為式中 T交流電壓、電流的周期。圖3-20 數(shù)字乘法器的電能表結構框圖以t為時間間隔將上式中的積分做離散化處理，即對電壓、電流同時進行采樣，則這就是用軟件計算被測平均功率即有功功率

22、的數(shù)學模型。從上式可以看出，平均功率的計算與功率求解過程與功率因數(shù)無關，因此，可以得出采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的電能測量與功率因數(shù)無關的結論，這是這類電能表的一個重要特點。 AD轉換器的準確度一般較高，其轉換誤差可以忽略。通過軟件來完成采樣及乘法計算的準確度與t的選取有關。t越小，準確度越高，但計算量將增加，且會使實時性變差。由采樣理論可知，連續(xù)信號離散后得到的時間序列不丟失原信號的信息，不僅采樣頻率要滿足奈奎斯特定律，而且必須等分連續(xù)的信號周期，否則會產(chǎn)生測量誤差。為此采用軟件鎖相技術將采樣頻率自動地鎖定在輸入信號頻率的N倍上，這樣可以在輸入頻率發(fā)生變化時自動調整采樣間隔，使時鐘的漂移

23、變化也不會給測量帶來誤差。使用微處理器技術制造全電子式電能表的前景十分看好，但成本高是其商品化的一個主要障礙；數(shù)字乘法器的發(fā)展還要依靠于電路的集成和芯片價格的降低，但其功能強大、性能優(yōu)越，在未來先進的電能管理領域中一定會廣為應用。 三、電壓頻率轉換器目前采用的電壓頻率轉換器，大多是利用積分方式實現(xiàn)轉換。電子式電能表常用的雙向積分式電壓頻率轉換器的原理電路如圖3-21所示。運放N和電容C組成積分器，上下電平比較器有兩個比較電平U1、U2。輸出電壓波形如圖3-22所示。當開關S接通U1時，電容C充電，輸出電壓U0往負向變化（ab段）；當達到比較器的下限電平U2時，比較器控制開關S接通U1，C放電，

24、電壓U0往正向變化；當達到比較器的上限電平U1時，S再次接通十U1，如此反復，達穩(wěn)態(tài)后，便得到了周期為 T的三角波。由于ab段和 cd段的積分斜率是一樣的，故積分時間也相等，均為T/2。根據(jù)積分器輸入、輸出電壓關系得到輸出電壓U0的頻率即輸出頻率f與輸入電壓U1成正比。圖3-21 雙向積分式電壓頻率轉換器的原理電路圖圖3-22 雙向積分式電壓頻率轉換器的波形圖這種電壓頻率轉換器的主要特點是輸出頻率較低，選擇高穩(wěn)定性的R、C元件，可使其準確度長期保持在±0.1的水平。四、分頻計數(shù)器 在機電式電能表中，由光電轉換器將電能信號轉換成脈沖信號；而在電子式電能表中，電能信號轉化成相應脈沖信號的

25、工作是由乘法器及電壓頻率轉換器完成的。這兩種脈沖信號在送入計數(shù)器計數(shù)之前，需要先送入分頻器進行分頻，以降低脈沖頻率。這樣做，一方面是為了便于取出電能計量單位的位數(shù)（如百分之一度位）；另一方面是考慮到計數(shù)器長期計數(shù)的容量問題。 所謂分頻，就是使輸出信號的頻率分為輸入信號頻率的整數(shù)分之一；所謂計數(shù)，就是對輸入的頻率信號累計脈沖個數(shù)。在電子式電能表中，分頻器和計數(shù)器一般采用CMOS集成電路器件。這是因為集成電路器件工作可靠性、抗干擾能力、功率消耗、電路保安和機械尺寸等一系列指標均優(yōu)于分立元器件組成的電路。圖3-23為分頻計數(shù)器原理框圖和脈沖波形。圖中電壓頻率轉換器送來的脈沖信號fx經(jīng)整形電路整形后，

26、可輸出一系列規(guī)則的矩形波，并輸入到控制門，A點的波形如圖3-23（b）所示。把由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的標準時鐘脈沖信號經(jīng)分頻后作為時間基準。分頻后的標準時鐘脈沖信號，如圖3-23（b）B點的波形也送至控制門，于是控制門打開，將計數(shù)脈沖輸出，得到如圖3-23（b）C點的波形。計數(shù)器可記錄時間T內通過控制門的脈沖數(shù)，每一個脈沖所代表的電量數(shù)經(jīng)計算確定后，便可經(jīng)譯碼電路由顯示器顯示出來。（a） （b）圖3-23 分頻計數(shù)器原理框圖（a）框圖；（b）脈沖波形五、顯示器 目前常見的電子式電能表顯示器件有三種：液晶（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、熒光管（FIP）。 液晶顯示器（LCD）是利用液晶在一定電場

27、下發(fā)生光學偏振而產(chǎn)生不同透光率來實現(xiàn)顯示功能的。它根據(jù)光學原理可分為透射式、反射式和半透半反射式；根據(jù)視角大小可分為TN型（視角為 90o）和STN型（視角可達 160o）兩種；根據(jù)工作溫度范圍可分為普遍型（065 oC）和寬溫型（3085 oC）。液晶顯示器在靜態(tài)直流電場下壽命很短（一般為幾千小時），而在動態(tài)交變電場下壽命很長（可達20萬h）；除具有長壽命的優(yōu)點之外，還具有功耗小（小于10µA），在有一定采光度時顯示對比強等優(yōu)點。 發(fā)光二極管（LED）是利用特殊結構和材質的二極管在施加正向工作電壓、具有一定工作電流時，發(fā)出某一特定波長的可見光來實現(xiàn)顯示功能的。根據(jù)同一正向工作電流下

28、的發(fā)光強度可將其分為普亮、高亮和超高亮3種。發(fā)光二極管顏色有紅、綠、黃等多種，具有溫度范圍寬（4085 o C）、在弱光背景下顯示醒目和低成本等優(yōu)點；缺點是壽命短（一般為3萬5萬h）、耗電大（一般510mA）、露天下顯示不清等。熒光顯示板（FIP）是利用特種熒光物質在一定電場和一定紅外線熱能下產(chǎn)生一定亮度的可見熒光來實現(xiàn)顯示功能的。除成本高缺點外，其優(yōu)缺點和發(fā)光二極管基本相同。第三節(jié) 單相電子式復費率電能表單相電子式復費率電能表能精確地計量有功電能、最大需量等數(shù)據(jù)。該表集有功、分時計費于一體，表中設有4種費率、10個時段；具有遙控器紅外編程、掌上電腦紅外抄表及RS485通信接口有線抄表功能，是

29、電力部門進行現(xiàn)代化電能測量的理想計量儀表。 一、常用術語（1）復費率電能表。有多個計度器分別在規(guī)定的不同費率時段內記錄交流有功或無功電能的電能表。（2）費率計度器。由貯存器（用作貯存信息）和顯示器（用作顯示信息）二者構成的電機械裝置或電子裝置，能記錄不同費率的有功或無功的電能量。（3）電能測量單元。由被測量輸入回路、測量等部分構成，進行有功或無功電能計量的單元。（4）費率時段控制單元。由費率計度器（含驅動電路）、時間開關及邏輯電路等構成，進行費率時段電能測量和顯示的單元。（5）峰、平、谷電量。電力系統(tǒng)日負荷曲線高峰時段的電量稱峰電量，低谷時段的電能量稱谷電量，計量峰、谷時段以外的電能量稱平電量

30、，三者之和為總電量。二、工作原理單相電子式復費率電能表的工作原理框圖如圖3-24所示。電流、電壓采樣電路是將流過線路的大電流和外部220V交流電壓變換為合適的小電流、小電壓信號，經(jīng)電能專用集成電路轉換成隨功率變化的脈沖信號。單片微處理器接收到功率脈沖信號后進行電能累計，并且存入存儲器中，同時讀取時鐘信號，按照預先設定好的時段分時計量，并將數(shù)據(jù)輸出到顯示器中顯示，并且隨時接收串行通信口的通信信號進行數(shù)據(jù)處理。圖3-24 單相電子式復費率電能表能的工作原理框圖三、主要功能特點 （1）4種費率、10個時段。 （2）最大需量計算采用滑差式。滑差時間為l、3、5、15min。 （3）當前一分鐘平均功率的

31、顯示。 （4）5V80ms有源或無源光電隔離電能脈沖輸出。 （5）停電時間累計。 （6）具有紅外遙控編程、RS485通信接口。 （7）可用12V外接電源掌上電腦紅外抄表。 （8）可設固定顯示和循環(huán)顯示方式。 （9）可記錄3個月（本月、上月、上上月）的有功總電能、各費率電能、最大需量及需量發(fā)生的時間等信息。 （10）遙控器可全面顯示所有功能項，并可方便編程。四、規(guī)格規(guī)格見表3-1。 表3-1 單相電子式復費率電能表能規(guī)格準確度等級額定電壓Ue（V）基本電流Ib（A）表殼類型1.02205(6) 2.5(10)5(20)5(30)10(40)1型 15(60)20(80)20(100)2型五、基本

32、誤差基本誤差見表3-1。表3-1 單相電子式復費率電能表能基本誤差基本電流功率因數(shù)cos基本誤差（%）0.05Ib1.0±1.50.1 IbImax1.0、0.5L、0.8C±1.00.1 Ib0.5L0.8C±1.5六、主要技術指標（1）時鐘準確度：日誤差 土0.5S天。（2）停電后數(shù)據(jù)保持時間：10年。（3）電能計度器容量：99999.9 kW·h。（4）需量計度器容量：99.999kW。（5）絕緣耐壓：2000 VAC。（6）功耗（LED顯示）：2VA。（7）啟動電流：0.4Ib。（8）電池功耗（停電不顯示時）：0.4A。（9）工作溫度：2050

33、oC。（10）存儲和運輸溫度：2550 oC。（11）濕度：75。七、顯示功能 （1）數(shù)碼管顯示。左邊2位指示功能序號，右邊6位指示內容。 （2）峰平谷指示燈。峰、平、谷指示燈中的一個亮依次代表右邊6位顯示為峰電量、平電量、谷電量；峰、平兩燈齊亮表示尖峰電量；三燈全亮表示總電量。當功能序號顯示00號時，峰、平、谷指示燈指示當前時段的費率，便于用戶監(jiān)視時段的正常切換。 （3）欠壓指示燈。內部電池欠壓時此燈常亮顯示。 （4）電能脈沖燈。用于指示用戶用電負載情況。 八、遙控器功能 （1）記憶鍵：編程時，將調整正確的數(shù)據(jù)記憶，同時功能號遞增一位；讀表時，顯示“ 00”項功能序號。 （2）右移鍵。編程時

34、循環(huán)移動要調整的數(shù)據(jù)位；在正常工作狀態(tài)下，該鍵為循環(huán)顯示和固定顯示轉換開關。 （3）上移及下移鍵。編程時，用以增、減閃爍位的數(shù)值；正常工作時，用以增、減顯示項功能序號。 （4）編程鍵：在需要對電能表進行編程時按此鍵2s鐘便可進入編程狀態(tài)。 （5）清零鍵：在電能表最大需量需要清零時按此鍵可將最大需量值清零。 （6）復位鍵：編程狀態(tài)時按此鍵退出編程，正常工作時按此鍵顯示功能序號00項。 （7）數(shù)字鍵。數(shù)字鍵09在編程狀態(tài)時用于修改數(shù)碼管閃爍位的數(shù)值，正常工作時用于查看功序號項數(shù)據(jù)。 （8）自檢鍵。用于檢查數(shù)碼管各段顯示是否正常。九、遙控器編程 出廠后第一次編程時務必進行總清操作（用遙控器清零鍵操作

35、）。 （1）進入編程狀態(tài)。按“編程”鍵，此時顯示“ 990”，依次在數(shù)碼管閃爍位輸入6位密碼，密碼正確后進入編程狀態(tài)，顯示編程首項內容“00 X X X X X X”。若輸入密碼有誤，則顯示錯誤次數(shù)提示“99X”，若連續(xù)錯誤超過10次，電能表將自動鎖定當日編程功能。次日可再進行編程，其他功能不受影響。電能總清后密碼為“000000”。 （2）選定編程項。進入編程狀態(tài)后，左邊兩位數(shù)碼管顯示編程項目號，用遙控器上的數(shù)字鍵“09”或者按“上移”或“下移”鍵，改變到要編程的項目號。 （3）輸入數(shù)據(jù)。按“右移”鍵選擇數(shù)據(jù)位，其閃爍位可用數(shù)字鍵“09”或“上移”“下移”鍵輸入數(shù)字。 （4）記憶數(shù)據(jù)：確認輸

36、入數(shù)據(jù)正確后，按記憶鍵保存該項數(shù)據(jù)。如果需要對其他項編程，重復（2）、（3）、（4）操作步驟。 （5）編程結束：按“復位”鍵結束編程。 （6）時段設置說明。時段總清后為00點00分，費率為l（1、23、4分別表示費率尖、峰、平、谷）。編程時各時段按24h制從早到晚排列。 （7）分時電量預置說明。只要將尖、峰、平、谷電量進行預置，系統(tǒng)會將4個電量自動累加寫入總電量，而對總電量預置時各分時電量不受影響。 十、讀表 表內存貯3個月的電量、最大需量，即當月、上月、上上月數(shù)據(jù)。新的一月數(shù)據(jù)以最大需量清零時刻起保存。 1直接讀表 表內顯示可以設定為固定項目顯示或循環(huán)顯示。固定顯示時，用戶只要按遙控器上的“

37、數(shù)字鍵”、“上移”或“下移”鍵顯示相應功能順序號項內容，按復位或記憶鍵顯示回到“00 X X X X X X”項。2最大需量清零 最大需量清零是將當前電能表內電量、最大需量凍結保存。按清零鍵后電能表自動將上月電量、需量等數(shù)據(jù)存入上上月保存，將當前電量、需量等數(shù)據(jù)存入上月保存，當前需量置0，以后依次類推。 最大需量清零有自動和手動兩種方式。當設置為自動方式時，必須設定用電結算日（0128），電能表在該日的0時自動需量清零。若該日停電、則電能表在該日后的第一次通電時首先進行自動需量清零。當設置為手動方式時，按遙控器上的“清零”鍵，顯示“ 980”，在數(shù)碼管閃爍位輸入6位密碼，密碼正確后，電能表自動

38、進行需量清零，電能表總清后的最大需量清零密碼為“000000”。注意：編程密碼與最大需量清零密碼是相互獨立的，為防止誤操作，電能表每天只允許需量清零一次，第二次需量清零操作無效（且電能表顯示NO）。第四節(jié) 單相預付費電能表 單相預付費電能表是在普通單相電子式電能表基礎上增加了微處理器、IC卡接口和表內跳閘繼電器構成的。它通過IC卡進行電能表電量數(shù)據(jù)以及預購電費數(shù)據(jù)的傳輸，通過繼電器自動實現(xiàn)欠費跳閘功能，為解決抄表收費問題提供了有效的手段。 一、基本原理 單相預付費電能表原理框圖如圖3-25所示。測量模塊為表計核心，它和普通電子式單相電能表采用相同技術輸出功率脈沖到微處理器。微處理器接收到測量部

39、分的功率脈沖進行電能累計，并且存入存儲器中，同時進行剩余電費遞減，在欠費時給出報警信號并控制跳閘。它隨時監(jiān)測IC卡接口，判斷插入卡的有效性以及購電數(shù)據(jù)的合法性，將購電數(shù)據(jù)進行讀入和處理。它還將數(shù)據(jù)輸出到相應的顯示器中顯示。圖3-25 單相預付費電能表原理框圖 顯示采用液晶顯示器（LCD）或數(shù)碼管顯示（LED）。繼電器一般為磁保持繼電器，可以通斷較大的電流。電能表中可擴展 RS485接口，進行數(shù)據(jù)抄讀。 二、IC卡技術 在預付費電能表中IC卡技術是一個關鍵技術。IC卡是集成電路卡（Intergrated Circuit Gard）的簡稱。它將集成電路鑲在塑料卡片上。它與磁卡比較有接口電路簡單、保

40、密性好、不易損壞、存儲容量大、壽命長等特點。IC卡中的芯片分為不揮發(fā)的存儲器（也稱存儲卡）、保護邏輯電路（也稱加密卡）和微處理單元（也稱CPU卡）三種。在電能表上使用的卡，這三種都有，接口往往采用串行方式的接觸式卡。 下面對各種卡的構成特點及使用特點作簡單介紹。 1存儲卡 在目前大量使用的存儲卡中，可以分為以下3種。 （1）只讀型。數(shù)據(jù)一次性寫入存儲器不可更改，往往由ROM或PROM存儲器構成，其價格非常低廉，但數(shù)據(jù)內容不可改變，適用于游戲卡、特定標識卡等。 （2）計數(shù)型。芯片采用熔絲式的電路或存儲單元鎖死的電路，單元初始狀態(tài)為1（未熔斷或未鎖死），當需要改寫時，把相關單元熔絲燒斷，單元狀態(tài)變

41、為0。計數(shù)卡簡單可靠，數(shù)據(jù)內容不可改寫，有很高的安全性，成本也較低；缺點是卡不可以改寫，不能重復充值使用。它適用于電話卡、加油收費卡等。 （3）充值型。芯片采用電可擦除的存儲電路，可以重復改寫多次（一般為1萬次以上），數(shù)據(jù)保持時間一般大于10年。它適用于卡的數(shù)據(jù)需要反復改寫的場合，如收費卡、公路卡等。2加密卡加密卡由電可擦除存儲單元和密碼控制邏輯單元構成，對于存儲區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫受到邏輯單元的控制不能任意進行，必須先核對密碼后才可以操作，否則卡將被鎖死。這樣可以大大提高卡的安全保密性能。 加密卡中分主存儲區(qū)、保護存儲區(qū)、加密存儲區(qū)三部分。其中主存儲區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀寫。保護存儲區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀出，但

42、改寫需要先送“檢驗字”，芯片將檢驗字與存在加密存儲區(qū)的密碼比較，當檢驗結果一致時，控制邏輯打開存儲器，可以進行寫入。檢驗字比較次數(shù)限定4次，如果連續(xù)4次檢驗出錯，芯片將鎖死，整個芯片只能讀出，不能再使用。加密存儲區(qū)為存放密碼和比較計數(shù)值的區(qū)域，此區(qū)域在校驗字未比較成功前不能讀寫。 3CPU卡 在卡上集成了存儲器及微處理器。由于有了微處理器，CPU卡可以進行各種較為復雜的運算，而且從總線上直接進行檢驗字比較變?yōu)殚g接的卡的認證和識別，排除了從總線上破譯密碼的可能，安全性能有了很大提高。目前CPU卡已在金融卡中廣泛使用。IEC7S16國際標準中，對CPU卡的結構、數(shù)據(jù)接口都有規(guī)定。 三、主要性能指標

43、及功能 1主要參數(shù)（1）準確等級：1.0級；（2）電流規(guī)格：5（20），10（40）A； （3）電壓回路功耗：2W；（4）工作電壓范圍：（70%130%）Ue；（5）脈沖常數(shù)：5（20）A，3200imp/（kWh）；10（40）A，1600imp/（kWh）； （6）起動電流：4%Ib；（7）卡類型：加密卡；（8）設計壽命：15年。 2主要功能 （1）計量功能。計量有功電量，有功正向有功十反向有功。 （2）功率脈沖輸出。脈沖寬度80±5ms，空觸點輸出，同時有脈沖LED指示。 （3）負荷控制。具有超功率自動斷電的負荷控制功能，可以設置功率限額以及允許次數(shù)，當平均功率大于限額后，電能

44、表跳閘并顯示當時的功率。使用用戶購電卡插入電能表可以恢復供電。但當超功率跳閘次數(shù)超過設定的允許次數(shù)時，電能表將不可恢復供電，只有使用了參數(shù)設置卡改變了功率限額后，才恢復供電。 （4）防竊電功能。具有自動檢測短接電流回路的防竊電功能，當短接進出線時，電能表顯示“O”并且記錄竊電次數(shù)。 （5）顯示。LCD顯示可以設置自動及手動（按鈕切換）方式顯示如下幾項數(shù)據(jù)：01：有功總電量；02：剩余電費；03：費率；04：剩余電費報警限額；05：功率限額；06：允許過載跳閘次數(shù)； 07：電能表常數(shù)；08：電能表編號。 （6）報警顯示。當電能表自檢出現(xiàn)故障時，顯示： E1X X X X X存儲器故障； E2X

45、X X X X繼電器故障； E3X X X X X時鐘故障。 （7）預付費功能。使用購電卡可購電量送入電能表，電能表按設定的費率遞減，當剩余電費小于設定的報警門限時，電能表跳閘，提醒用戶去購電；此時插入購電卡可以恢復供電。當剩余電費小于0后，電能表將跳閘，直到購電后才恢復供電。第五節(jié) 三相三線電子式多功能電能表多功能電能表采用了當今世界上最先進的電能表專用集成電路、永久保存信息的不揮發(fā)性存貯器、標準RS485通信接口、紅外通信、漢字大畫面超扭曲寬溫液晶顯示、國際標準IC卡等先進技術，采用了當代SMT電子裝配新工藝，是按IEC標準制造的換代型電能表。 多功能電能表實現(xiàn)了有功雙向分時電能計量、需量

46、計量、正弦式無功計量、功率因數(shù)計量、顯示和遠傳實時電壓、電流、功率、負載曲線等，且可按電力部門標準實現(xiàn)全部失壓、失流、電壓合格率記錄、報警、顯示功能，可有效地杜絕竊電行為，從而滿足了對用戶進行現(xiàn)代化科學管理的要求。 該電能表可根據(jù)用戶需求安裝GPRS模塊（內置或外配），無線模塊，GSM模塊，解決遠程抄表通道，以擴展其功能。一、常用術語1測量單元它是產(chǎn)生與被計量的電能量成正比例輸出的電能表部件。2數(shù)據(jù)處理單元 它是對輸入信息進行數(shù)據(jù)處理的電能表部件。3多功能電能表它是由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，除計量有功（無功）電能外，還具有分時、測量需量等兩種以上功能，并能顯示、儲存和輸出數(shù)據(jù)的電能表。4

47、顯示器它是顯示存儲器內容的裝置。5需量周期測量平均功率的連續(xù)相等的時間間隔。6最大需量在指定的時間區(qū)間內，需量周期中測得的平均功率最大值。7滑差（窗）時間依次遞推來測量最大需量的小于需量周期的時間間隔。8額定最大脈沖頻率多功能電能表在參比電壓、參比頻率、額定最大電流及cos=1.0條件下，單位時間發(fā)出的脈沖數(shù)。 9常數(shù)表示多功能電能表計量到的電量與其相應的輸出值之間關系的數(shù)。如輸出值是脈沖數(shù)，則常數(shù)以imp/（kW·h）imp/（kvar·h）或imp /W·himp /（var·h）表示。二、工作原理A、B、C三相電壓、電流信號經(jīng)電能表采樣電路和功率計

48、量處理器變換成相應的數(shù)字信息后，傳送給數(shù)據(jù)處理中心，并通過程序處理求出各相電壓、電流、功率、電量、需量、功率因數(shù)等各項參數(shù)；同時識別各相電壓、電流有無異常并記錄相應的失壓、失流狀態(tài)。工作原理框圖如圖3-26所示。圖3-26 工作原理框圖三、主要性能 （1）電能表的線路設計和元器件的選擇以較大的環(huán)境允許誤差為依據(jù)，因此可保證整機長期穩(wěn)定工作；精度基本不受頻率、溫度、電壓變化影響；整機體積小，重量輕，密封性能好，可靠性較其他同類產(chǎn)品有明顯提高。 （2）當電網(wǎng)停電后，鋰電池作為后備電源，提供停電后表內電量的顯示讀取，并保證內部數(shù)據(jù)不丟失，日歷、時鐘、時段程序控制功能正常運行，來電后自動投入運行。在電

49、能表端鈕盒上設置有光電耦合脈沖輸出接口，以便于進行誤差測試和數(shù)據(jù)采集。 （3）電能表運行信息可由手持電腦、RS485接口、國際標準IC卡三種媒介傳輸，電力部門可根據(jù)本地區(qū)具體情況自行選擇一種或多種傳輸方式。 （4）為方便用戶現(xiàn)場更換電能表，使用表中特有的復印功能，可以方便地將被更換表的所有信息復印至更換后的電能表上，安全可靠，簡化了用戶更換電能表的工作程序，提高了工作效率。（5）電能表適用于環(huán)境溫度為2560oC，相對濕度不超過85的地區(qū)。四、規(guī)格和主要技術參數(shù)1規(guī)格規(guī)格見表3-3。表3-3 多功能電能表規(guī)格精度額定電壓(V)額定電流(A)有功0.5S/1.0無功2.03×1003&

50、#215;3800.3(1.2) ，1.5(6) ，3(6)，5(20) ，10(40)，20(80) ，30(100)2主要技術參數(shù)時鐘誤差：±0.5s天。功 耗：LCD顯示，電壓線路1.2W、6V·A，電流線路1V·A。電源工作電壓范圍：（2030）Ue。后備電源采用雙鋰電池：3.6V、1.2Ah，可保持數(shù)據(jù) 5年以上。電池工作壽命：10年。準確度等級：有功0.5S1.0級 無功2.0級。啟動電流：0.1Ib（0.5S級），0.2Ib（1.0級）。潛 動：具有邏輯防潛動電路。費率時段：費率時間可分區(qū)、分段，時段設置后節(jié)假日可自動識別切換。五、主要功能（一）計量

51、功能1電能計量 （1）記錄、顯示當前、上月及上上月的正反向有功、無功累計總電量。 （2）記錄、顯示當前、上月及上上月的正反向有功尖電量、峰電量、平電量。谷電量及用戶要求的更多費率電量。 （3）可分別記錄、顯示任意兩象限無功電量絕對值之和。 （4）可分別記錄、顯示當前、上月及上上月的A相、B相、C相正反向有功累計總電量。 （5）電量計量值為六位整數(shù)、兩位小數(shù)，單位為kW·h、kvar·h。2需量計量 （1）記錄、顯示本月、上月及上上月總的正反向有功、視在總最大需量及該需量出現(xiàn)的日期、時間。 （2）記錄本月、上月及上上月尖、峰、平、谷各時段的有功最大需量或用戶提出的更多費率需量

52、及該需量的出現(xiàn)日期、時間。 （3）隨機顯示當前需量，真實反映當前負載狀況。 （4）電能表運行到預置抄表日零點（可設為023點），最大需量自動抄表后清零，也可由授權人手動抄表后清零。 （5）需量計量值為二位整數(shù)，四位小數(shù)，單位為kW，kV·A。3電壓、電流、功率計量 （1）實時顯示A、B、C三相電壓、電流值。 （2）實時顯示總、A、B、C相有功、無功功率值。 （3）可記錄36天（整點記錄，時間間隔可設為1100min）負載曲線（A、B、C相電壓、電流和有功總功率），也可按用戶要求增加記錄天數(shù)。4功率因數(shù)計量 （1）記錄、顯示本月、上月及上上月的平均功率因數(shù)值。 （2）隨機顯示當前15

53、min的功率因數(shù)值。（二）失壓、失流報警、顯示、記錄功能（1）當電流I5Ib時，三相電壓中任意一相（兩相）失壓或低于額定電壓的78±2V時，電能表判定為故障失壓，電能表聲光報警、顯示故障相別、該相失壓累計時間（單位：h），連續(xù)失壓超過1 min，啟動內部失壓記錄程序，記錄本次失壓相別、失壓累計時間、失壓累積次數(shù)及故障期間失壓相的安培小時數(shù)與額定電壓乘積所得電量；當失壓電壓恢復到額定電壓的85±2V時撤除失壓報警，恢復正常顯示和計量。 當三相電壓失壓時，電能表無顯示，此時若電能表有電流信號且I10Ib時，電能表判定為故障失壓，電能表記錄本次失壓相別、失壓累計時間、失壓累積次數(shù)；當電壓恢復時可以顯示以上記錄。（2）失流。當DSSD22型三相三線電能表同時滿足： 實際電流不平衡率（最大相電流最小相電流）/最大相電流×100不平衡電流設定比值（用bph表示） 電流低限（任意相電流/In）×100設定比值（用dLd表示）式中 In互感器二次額定電流。以上二條件滿足時，電能表失流報警，同時記錄失流次數(shù)、時間、故障電量等。當bph設置為100時，不對失流進行考核。（三）電壓越限報警、顯示、記錄功能 可按月記錄電能表總運行時間以及A相、B相、C相電壓超越上限和下限時間。超限時電能表會聲光報警。（四）超負載報警功能該電能表具有預置超