電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

1、 電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié) 機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理機(jī)電式電能表主要由感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換器和分頻器、計(jì)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(jī)電式電能表的工作原理框圖 感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)的主要作用是將電能信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)，具體的結(jié)構(gòu)及工作原理已在第一章介紹。光電轉(zhuǎn)換器的作用是將正比于電能的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，此脈沖數(shù)也正比于被測(cè)電能，即應(yīng)滿足如下關(guān)系式中 W為被測(cè)電能，kW·h； m為轉(zhuǎn)換后輸出的總脈沖數(shù)，imp； n1代表每輸出一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，rimp； C電能表常數(shù)，r（kW·h）。例如，某種機(jī)電式電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈發(fā)

2、出2個(gè)脈沖，即 n10.5rimp, 電能表常數(shù)C1500r（kW·h），則每輸出一個(gè)脈沖代表的電能數(shù)為（kW·h）即這種機(jī)電式電能表每輸出一個(gè)電脈沖代表負(fù)載耗電0.00033kW·h。 經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的光電轉(zhuǎn)換得到的初始電能脈沖信號(hào)，由于波形不理想不能直接送至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或微處理器處理，還必須先經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)換器的工作原理圖 分頻器和計(jì)數(shù)器的主要作用是對(duì)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻、計(jì)數(shù)，從而得到所測(cè)量的電能。 由以上分析可以看出，光電轉(zhuǎn)換器是機(jī)電式電能表的關(guān)鍵部分。因此，下面將著重介紹光電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)和工作

3、原理。 根據(jù)光電轉(zhuǎn)換器的不同，機(jī)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(zhuǎn)換器主要包括光電頭和光電轉(zhuǎn)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(jī)電式電能表的光電頭多采用紅外發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱“發(fā)光管”）和光敏三極管（簡(jiǎn)稱“光敏管”），這樣，外界的電磁波、可見(jiàn)光等干擾都不會(huì)影響信號(hào)的檢測(cè)。具體的方法是通過(guò)在感應(yīng)式測(cè)量機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤(pán)上進(jìn)行分度并做標(biāo)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(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)的標(biāo)記得到初始脈沖。 兩種典型光電頭的安裝結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3（）為穿透式光電頭，在轉(zhuǎn)盤(pán)上鉆有若干

4、個(gè)小孔，發(fā)光管和光敏管分別安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的上、下兩側(cè)，光敏管通過(guò)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(zhuǎn)盤(pán)邊緣均勻地印有黑色分度線，發(fā)光管和光敏管安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)的同一側(cè)，光敏管通過(guò)接受反射光，產(chǎn)生脈沖輸出。() (b)圖3-3 光電頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖()穿透式；(b)反射式發(fā)光管和光敏管都是光電轉(zhuǎn)換器的主要器件，正確的選擇和使用它們是決定光電轉(zhuǎn)換器的質(zhì)量及其實(shí)用性的關(guān)鍵。2光電轉(zhuǎn)換電路 一種最基本的光電轉(zhuǎn)換電路如圖3-4所示。當(dāng)光敏管接收到較強(qiáng)的光照時(shí)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，光電流增加，V1導(dǎo)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(dāng)光敏管接收到的光照較弱時(shí)，處于

5、截止?fàn)顟B(tài)，相應(yīng)的輸出電壓呈低電平。圖3-4 基本的光電轉(zhuǎn)換電路 實(shí)用的光電轉(zhuǎn)換電路還應(yīng)具有誤動(dòng)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(zhuǎn)換電路，JEC2是一個(gè)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(jī)的脈沖轉(zhuǎn)化為大小、寬度相等的窄脈沖，以便送給分頻器、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或給微機(jī)進(jìn)行多功能化處理。圖3-5 常用光電轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換器就其結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一般分成兩部分，即光電頭和光電轉(zhuǎn)換電路。為調(diào)配好發(fā)光管與光敏管的機(jī)械位置，通常設(shè)計(jì)有固定式臺(tái)座，并整體地安裝在與轉(zhuǎn)動(dòng)

6、部件配合的支架上。一種最常用的穿透式光電頭的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖中，1為轉(zhuǎn)盤(pán)；2為透光小孔，在轉(zhuǎn)盤(pán)上可有一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)小孔，透光小孔的直徑應(yīng)與發(fā)光管外徑相當(dāng)，不宜過(guò)大；支架5的作用是固定發(fā)光管3和光敏管4的相對(duì)位置。安裝時(shí)，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(jī)械安裝結(jié)構(gòu)圖1-轉(zhuǎn)盤(pán)；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(jì)度的功能，既能測(cè)量正向消耗電能，又能測(cè)量反向消耗電能。當(dāng)負(fù)載呈感性時(shí)正轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)感性負(fù)載的耗能計(jì)量；負(fù)載呈容性時(shí)則反轉(zhuǎn)，用另一計(jì)數(shù)器對(duì)容性負(fù)載的耗能計(jì)量。另外，一些并網(wǎng)運(yùn)行變電站使用的有功

7、電能表也有反轉(zhuǎn)的可能，對(duì)此，過(guò)去一般都采用兩只有功電能表分別進(jìn)行正、反向計(jì)量，現(xiàn)在僅用一只雙向脈沖式有功電能表即可實(shí)現(xiàn)有功電能的正、反轉(zhuǎn)計(jì)量。 在電路設(shè)計(jì)和制造上，雙向脈沖電能表比單向脈沖電能表復(fù)雜，它有兩套光電頭和轉(zhuǎn)換電路，分別輸出正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電能脈沖。 雙向脈沖式電能表轉(zhuǎn)盤(pán)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(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)中心。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（稱為正轉(zhuǎn)）時(shí)，光電頭1每次先接觸黑印，光電頭2遲后一些；若轉(zhuǎn)盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（稱為反轉(zhuǎn)），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(zhuǎn)換及雙向脈沖輸出控制電路如圖3-8所示。圖中，與非門(mén)a、c

8、（簡(jiǎn)稱a、c）完成兩路光電轉(zhuǎn)換，雙向脈沖輸出則由雙D觸發(fā)器、和與非門(mén)b、d（簡(jiǎn)稱b、d）控制。轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)兩光電頭檢測(cè)，與非門(mén)a、c輸出兩路脈沖在時(shí)間上有差異，使與非門(mén)b、d只有一路有輸出脈沖。下面結(jié)合脈沖時(shí)序圖說(shuō)明其工作過(guò)程：若a的輸出超前c的輸出，則各與非門(mén)輸出時(shí)序如圖3-9所示。 a的第一個(gè)脈沖前沿觸發(fā)觸發(fā)器，此時(shí)因c遲后a，故D1端為低電平，輸出高電平，a和同時(shí)施加于與非門(mén) b，使其輸出一低電平。而在c的第一個(gè)脈沖前沿觸發(fā)觸發(fā)器時(shí)，因a超前c，故D2為高電平，輸出低電平，將 d封鎖，因此 d沒(méi)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(méi)有。 由以上工作原理可知，光

9、電轉(zhuǎn)換器是機(jī)電式電能表的重要組成部分，成為連接電能計(jì)量功能單元與數(shù)據(jù)處理單元的紐帶。光電轉(zhuǎn)換器是機(jī)電式電能表的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接影響整個(gè)表計(jì)的運(yùn)行質(zhì)量。進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換器的抗干擾能力和準(zhǔn)確度，延長(zhǎng)其使用壽命，降低功耗，并使其便于調(diào)整，是機(jī)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(jié)構(gòu)和工作原理 近年來(lái)，進(jìn)入我國(guó)電力系統(tǒng)的電子式電能表逐年增多，并廣泛應(yīng)用在電能計(jì)量和計(jì)費(fèi)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(yīng)速度快，測(cè)量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。電子式電能表是怎樣來(lái)計(jì)量電能的呢？電子式電能表是在

10、數(shù)字功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，采用乘法器實(shí)現(xiàn)對(duì)電功率的測(cè)量，其工作原理框圖如圖3-10所示。被測(cè)量的高電壓u、大電流i經(jīng)電壓變換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器M，乘法器M完成電壓和電流瞬時(shí)值相乘，輸出一個(gè)與一段時(shí)間內(nèi)的平均功率成正比的直流電壓U，然后再利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器，U被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率f，將該頻率分頻，并通過(guò)一段時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，顯示出相應(yīng)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(jì)量?jī)x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(cè)信號(hào)按一定的比例轉(zhuǎn)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(cè)量幾安培乃至幾十安培的交流電流，必須要將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男⌒盘?hào)交流電壓（或電流），否則無(wú)法測(cè)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(nèi)部一般采用二次側(cè)互感器級(jí)聯(lián)，以達(dá)到前級(jí)互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)電的要求。 1錳銅片分流器 以錳銅片作為分流電阻RS，當(dāng)大電流i（t）流過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱電壓 Ui（t），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Ui（t）i（t）R該小信號(hào)Ui（t）送入乘法器，作為測(cè)量流過(guò)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(diǎn)。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(dāng)基本電流為5A時(shí)，1、2之間的取樣信號(hào)Ui0.875mV。圖3-11 錳銅分流器測(cè)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(diǎn)是電能表內(nèi)主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)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(guò)電能表主回路的電流； iT（t）流過(guò)電流互感器二次側(cè)的電流； KI電流互感器的變比。式中 u（t）送往電能計(jì)量裝置的電流等效電壓； RL負(fù)載電阻。 （二）電壓輸入變換電路 和被測(cè)電流一

13、樣，上百伏（100V或220V）的被測(cè)電壓也必須經(jīng)分壓器或電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘?hào)，方可送入乘法器。電子式電能表內(nèi)使用的分壓器一般為電阻網(wǎng)絡(luò)或電壓互感器。 1電阻網(wǎng)絡(luò) 采用電阻網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點(diǎn)是線性好、成本低，缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)電氣隔離。 實(shí)用中，一般采用多級(jí)（如3級(jí)）分壓，以便提高耐壓和方便補(bǔ)償與調(diào)試。典型接線如圖3-13所示。圖3-13 典型電阻網(wǎng)絡(luò)線路圖 2電壓互感器 采用互感器的最大優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)一次側(cè)和二次側(cè)的電氣隔離，并可提高電能表的抗干擾能力，缺點(diǎn)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(cè)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(gè)互不相關(guān)的模擬信號(hào)（如輸入電能表內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流）進(jìn)行相乘作用的電子電路，通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)，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(gè)工作區(qū)域，由它的兩個(gè)輸入電壓極性來(lái)確定。根據(jù)兩個(gè)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(gè)象限來(lái)具體說(shuō)明。凡是能夠適應(yīng)兩個(gè)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(gè)輸入端能夠適應(yīng)正、負(fù)兩極性電壓，而

15、另一個(gè)輸入端只能適應(yīng)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(gè)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(shí)分割乘法器 時(shí)分割模擬乘法器的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行調(diào)寬調(diào)幅的工作過(guò)程。它在提供的節(jié)拍信號(hào)的周期T里，對(duì)被測(cè)電壓信號(hào)ux作脈沖調(diào)寬式處理，調(diào)制出一正負(fù)寬度T1、T2之差（時(shí)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(cè)電壓信號(hào)uy的正負(fù)極性持續(xù)時(shí)間，進(jìn)行調(diào)幅處理，使uK2uy；最后將調(diào)寬調(diào)幅波經(jīng)濾波器輸出，輸出電壓U0為每個(gè)周期T內(nèi)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(shí)現(xiàn)了兩信號(hào)的相乘，輸出的調(diào)寬調(diào)幅方波如圖3-17所示。圖3-17 調(diào)寬調(diào)幅波示意圖 也有的時(shí)分割乘法器對(duì)電流信號(hào)ix、iy進(jìn)行調(diào)寬調(diào)幅處理，輸出的直流電流信號(hào)I0表示電流ix、iy乘積的平均值。前者稱為電壓平衡型時(shí)分割乘法器，后者稱為電流平衡型時(shí)分割乘法器。采用三角波作為節(jié)拍信號(hào)的電壓型時(shí)分割乘法器的電路原理如圖3-18所示。被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為ux，被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成電壓uy。圖中電路的上半部分是調(diào)寬功能單元，下半部分

17、是調(diào)幅功能單元。由運(yùn)算放大器N1和電容C1組成積分器，對(duì)經(jīng)R1、R2輸入的電流作求和積分；UN和UN是正、負(fù)基準(zhǔn)電壓，在電路的設(shè)計(jì)中，基準(zhǔn)電壓UN的幅值應(yīng)比輸入電壓ux大得多；S1、S2為兩個(gè)受電平比較器控制并同時(shí)動(dòng)作的開(kāi)關(guān)；電平比較器是具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的直流觸發(fā)器；運(yùn)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(dāng)u1u2時(shí)，電平比較器輸出低電平，S1、S2分別接UN、uy；當(dāng)u1u2時(shí)，電平比較器輸出高電平，S1、S2分別接UN、uy；當(dāng)u1u2時(shí)，為比較器轉(zhuǎn)換狀態(tài)。乘法器的輸出電壓U0就是由S2的動(dòng)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(hào)的時(shí)分割乘發(fā)器電路原理圖1調(diào)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(diǎn)（見(jiàn)圖3-19）逐漸向下變化（a b段），在a b段內(nèi)，u1u2，達(dá)到b點(diǎn)時(shí)，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(zhuǎn)而逐漸向上變化（bc段），達(dá)到c點(diǎn)時(shí)，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(fù)，積分器輸出電壓u1呈鋸齒波形。設(shè)開(kāi)關(guān)S1接

19、通UN的時(shí)間為T(mén)1，接通UN的時(shí)間為T(mén)2，且T1T2T。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，積分器在T1、T2時(shí)間段內(nèi)的總積分電荷量應(yīng)為零，即即開(kāi)關(guān)S1接通UN、UN的時(shí)間差（T2T1）與輸入電壓ux成正比。圖3-19 三角波信號(hào)的時(shí)分割乘發(fā)器波形圖2調(diào)幅功能單元開(kāi)關(guān)S2在比較器的控制下與S1同時(shí)動(dòng)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(gè)電路是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了u、i乘積運(yùn)算的乘法器，它的輸出相應(yīng)于ui乘積的平均值，亦即平均功率。在調(diào)寬電路中，受積分器積分電荷總量平衡條件的約束，對(duì)ux的最大幅值有一定

20、限制，它的正邊界是當(dāng)T10、T2T時(shí)UN所能平衡的ux值，負(fù)邊界是當(dāng)T1T、T20時(shí)UN所能平衡的ux值，因此ux的幅值應(yīng)滿足條件至于uy，其輸入幅值僅受為獲取uy的倒相器的動(dòng)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(shí)分割模擬乘法器的占有相當(dāng)大比例。與其他類型的模擬乘法器相比，時(shí)分割模擬乘法器的制造技術(shù)比較成熟且工藝性好，原理較為先進(jìn)，具有更好的線性度，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的準(zhǔn)確度級(jí)別，可達(dá)到0.01級(jí)，基本上解決了如何提高準(zhǔn)確度的問(wèn)題。其主要缺點(diǎn)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(cè)量機(jī)構(gòu)中的應(yīng)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(kuò)展?？梢灶A(yù)計(jì)，應(yīng)用數(shù)字乘法器技術(shù)來(lái)完成功率電能測(cè)量的前景十分廣闊。采用數(shù)字乘法器，由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成乘法運(yùn)算，可以在功率因數(shù)為01的全范圍內(nèi)保證電能表的測(cè)量準(zhǔn)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(jié)構(gòu)框圖如圖3-20所示。 微處理器控制雙通道AD轉(zhuǎn)換，同時(shí)對(duì)電壓、電流進(jìn)行采樣，由微處理器完成相乘功能并累計(jì)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(jié)構(gòu)框圖以t為時(shí)間間隔將上式中的積分做離散化處理，即對(duì)電壓、電流同時(shí)進(jìn)行采樣，則這就是用軟件計(jì)算被測(cè)平均功率即有功功率

22、的數(shù)學(xué)模型。從上式可以看出，平均功率的計(jì)算與功率求解過(guò)程與功率因數(shù)無(wú)關(guān)，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(cè)量與功率因數(shù)無(wú)關(guān)的結(jié)論，這是這類電能表的一個(gè)重要特點(diǎn)。 AD轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度一般較高，其轉(zhuǎn)換誤差可以忽略。通過(guò)軟件來(lái)完成采樣及乘法計(jì)算的準(zhǔn)確度與t的選取有關(guān)。t越小，準(zhǔn)確度越高，但計(jì)算量將增加，且會(huì)使實(shí)時(shí)性變差。由采樣理論可知，連續(xù)信號(hào)離散后得到的時(shí)間序列不丟失原信號(hào)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(hào)周期，否則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。為此采用軟件鎖相技術(shù)將采樣頻率自動(dòng)地鎖定在輸入信號(hào)頻率的N倍上，這樣可以在輸入頻率發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)調(diào)整采樣間隔，使時(shí)鐘的漂移

23、變化也不會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。使用微處理器技術(shù)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(gè)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(jià)格的降低，但其功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越，在未來(lái)先進(jìn)的電能管理領(lǐng)域中一定會(huì)廣為應(yīng)用。 三、電壓頻率轉(zhuǎn)換器目前采用的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，大多是利用積分方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。電子式電能表常用的雙向積分式電壓頻率轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖3-21所示。運(yùn)放N和電容C組成積分器，上下電平比較器有兩個(gè)比較電平U1、U2。輸出電壓波形如圖3-22所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通U1時(shí)，電容C充電，輸出電壓U0往負(fù)向變化（ab段）；當(dāng)達(dá)到比較器的下限電平U2時(shí)，比較器控制開(kāi)關(guān)S接通U1，C放電，

24、電壓U0往正向變化；當(dāng)達(dá)到比較器的上限電平U1時(shí)，S再次接通十U1，如此反復(fù)，達(dá)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(shí)間也相等，均為T(mén)/2。根據(jù)積分器輸入、輸出電壓關(guān)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(zhuǎn)換器的原理電路圖圖3-22 雙向積分式電壓頻率轉(zhuǎn)換器的波形圖這種電壓頻率轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是輸出頻率較低，選擇高穩(wěn)定性的R、C元件，可使其準(zhǔn)確度長(zhǎng)期保持在±0.1的水平。四、分頻計(jì)數(shù)器 在機(jī)電式電能表中，由光電轉(zhuǎn)換器將電能信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)；而在電子式電能表中，電能信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)脈沖信號(hào)的

25、工作是由乘法器及電壓頻率轉(zhuǎn)換器完成的。這兩種脈沖信號(hào)在送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)之前，需要先送入分頻器進(jìn)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(jì)量單位的位數(shù)（如百分之一度位）；另一方面是考慮到計(jì)數(shù)器長(zhǎng)期計(jì)數(shù)的容量問(wèn)題。 所謂分頻，就是使輸出信號(hào)的頻率分為輸入信號(hào)頻率的整數(shù)分之一；所謂計(jì)數(shù)，就是對(duì)輸入的頻率信號(hào)累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)。在電子式電能表中，分頻器和計(jì)數(shù)器一般采用CMOS集成電路器件。這是因?yàn)榧呻娐菲骷ぷ骺煽啃浴⒖垢蓴_能力、功率消耗、電路保安和機(jī)械尺寸等一系列指標(biāo)均優(yōu)于分立元器件組成的電路。圖3-23為分頻計(jì)數(shù)器原理框圖和脈沖波形。圖中電壓頻率轉(zhuǎn)換器送來(lái)的脈沖信號(hào)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(mén)，A點(diǎn)的波形如圖3-23（b）所示。把由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)經(jīng)分頻后作為時(shí)間基準(zhǔn)。分頻后的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，如圖3-23（b）B點(diǎn)的波形也送至控制門(mén)，于是控制門(mén)打開(kāi)，將計(jì)數(shù)脈沖輸出，得到如圖3-23（b）C點(diǎn)的波形。計(jì)數(shù)器可記錄時(shí)間T內(nèi)通過(guò)控制門(mén)的脈沖數(shù)，每一個(gè)脈沖所代表的電量數(shù)經(jīng)計(jì)算確定后，便可經(jīng)譯碼電路由顯示器顯示出來(lái)。（a） （b）圖3-23 分頻計(jì)數(shù)器原理框圖（a）框圖；（b）脈沖波形五、顯示器 目前常見(jiàn)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(chǎng)

27、下發(fā)生光學(xué)偏振而產(chǎn)生不同透光率來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能的。它根據(jù)光學(xué)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T(mén)N型（視角為 90o）和STN型（視角可達(dá) 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(chǎng)下壽命很短（一般為幾千小時(shí)），而在動(dòng)態(tài)交變電場(chǎng)下壽命很長(zhǎng)（可達(dá)20萬(wàn)h）；除具有長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)之外，還具有功耗?。ㄐ∮?0µA），在有一定采光度時(shí)顯示對(duì)比強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)光二極管（LED）是利用特殊結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的二極管在施加正向工作電壓、具有一定工作電流時(shí)，發(fā)出某一特定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光來(lái)實(shí)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(qiáng)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(diǎn)；缺點(diǎn)是壽命短（一般為3萬(wàn)5萬(wàn)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(zhì)在一定電場(chǎng)和一定紅外線熱能下產(chǎn)生一定亮度的可見(jiàn)熒光來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能的。除成本高缺點(diǎn)外，其優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)光二極管基本相同。第三節(jié) 單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表能精確地計(jì)量有功電能、最大需量等數(shù)據(jù)。該表集有功、分時(shí)計(jì)費(fèi)于一體，表中設(shè)有4種費(fèi)率、10個(gè)時(shí)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(mén)進(jìn)行現(xiàn)代化電能測(cè)量的理想計(jì)量?jī)x表。 一、常用術(shù)語(yǔ)（1）復(fù)費(fèi)率電能表。有多個(gè)計(jì)度器分別在規(guī)定的不同費(fèi)率時(shí)段內(nèi)記錄交流有功或無(wú)功電能的電能表。（2）費(fèi)率計(jì)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(gòu)成的電機(jī)械裝置或電子裝置，能記錄不同費(fèi)率的有功或無(wú)功的電能量。（3）電能測(cè)量單元。由被測(cè)量輸入回路、測(cè)量等部分構(gòu)成，進(jìn)行有功或無(wú)功電能計(jì)量的單元。（4）費(fèi)率時(shí)段控制單元。由費(fèi)率計(jì)度器（含驅(qū)動(dòng)電路）、時(shí)間開(kāi)關(guān)及邏輯電路等構(gòu)成，進(jìn)行費(fèi)率時(shí)段電能測(cè)量和顯示的單元。（5）峰、平、谷電量。電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線高峰時(shí)段的電量稱峰電量，低谷時(shí)段的電能量稱谷電量，計(jì)量峰、谷時(shí)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(fù)費(fèi)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(guò)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(hào)，經(jīng)電能專用集成電路轉(zhuǎn)換成隨功率變化的脈沖信號(hào)。單片微處理器接收到功率脈沖信號(hào)后進(jìn)行電能累計(jì)，并且存入存儲(chǔ)器中，同時(shí)讀取時(shí)鐘信號(hào)，按照預(yù)先設(shè)定好的時(shí)段分時(shí)計(jì)量，并將數(shù)據(jù)輸出到顯示器中顯示，并且隨時(shí)接收串行通信口的通信信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。圖3-24 單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表能的工作原理框圖三、主要功能特點(diǎn) （1）4種費(fèi)率、10個(gè)時(shí)段。 （2）最大需量計(jì)算采用滑差式?；顣r(shí)間為l、3、5、15min。 （3）當(dāng)前一分鐘平均功率的

31、顯示。 （4）5V80ms有源或無(wú)源光電隔離電能脈沖輸出。 （5）停電時(shí)間累計(jì)。 （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(shè)固定顯示和循環(huán)顯示方式。 （9）可記錄3個(gè)月（本月、上月、上上月）的有功總電能、各費(fèi)率電能、最大需量及需量發(fā)生的時(shí)間等信息。 （10）遙控器可全面顯示所有功能項(xiàng)，并可方便編程。四、規(guī)格規(guī)格見(jiàn)表3-1。 表3-1 單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表能規(guī)格準(zhǔn)確度等級(jí)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(jiàn)表3-1。表3-1 單相電子式復(fù)費(fèi)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(shù)指標(biāo)（1）時(shí)鐘準(zhǔn)確度：日誤差 土0.5S天。（2）停電后數(shù)據(jù)保持時(shí)間：10年。（3）電能計(jì)度器容量：99999.9 kW·h。（4）需量計(jì)度器容量：99.999kW。（5）絕緣耐壓：2000 VAC。（6）功耗（LED顯示）：2VA。（7）啟動(dòng)電流：0.4Ib。（8）電池功耗（停電不顯示時(shí)）：0.4A。（9）工作溫度：2050

33、oC。（10）存儲(chǔ)和運(yùn)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(hào)，右邊6位指示內(nèi)容。 （2）峰平谷指示燈。峰、平、谷指示燈中的一個(gè)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(dāng)功能序號(hào)顯示00號(hào)時(shí)，峰、平、谷指示燈指示當(dāng)前時(shí)段的費(fèi)率，便于用戶監(jiān)視時(shí)段的正常切換。 （3）欠壓指示燈。內(nèi)部電池欠壓時(shí)此燈常亮顯示。 （4）電能脈沖燈。用于指示用戶用電負(fù)載情況。 八、遙控器功能 （1）記憶鍵：編程時(shí)，將調(diào)整正確的數(shù)據(jù)記憶，同時(shí)功能號(hào)遞增一位；讀表時(shí)，顯示“ 00”項(xiàng)功能序號(hào)。 （2）右移鍵。編程時(shí)

34、循環(huán)移動(dòng)要調(diào)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(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。 （3）上移及下移鍵。編程時(shí)，用以增、減閃爍位的數(shù)值；正常工作時(shí)，用以增、減顯示項(xiàng)功能序號(hào)。 （4）編程鍵：在需要對(duì)電能表進(jìn)行編程時(shí)按此鍵2s鐘便可進(jìn)入編程狀態(tài)。 （5）清零鍵：在電能表最大需量需要清零時(shí)按此鍵可將最大需量值清零。 （6）復(fù)位鍵：編程狀態(tài)時(shí)按此鍵退出編程，正常工作時(shí)按此鍵顯示功能序號(hào)00項(xiàng)。 （7）數(shù)字鍵。數(shù)字鍵09在編程狀態(tài)時(shí)用于修改數(shù)碼管閃爍位的數(shù)值，正常工作時(shí)用于查看功序號(hào)項(xiàng)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(shí)務(wù)必進(jìn)行總清操作（用遙控器清零鍵操作

35、）。 （1）進(jìn)入編程狀態(tài)。按“編程”鍵，此時(shí)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(jìn)入編程狀態(tài)，顯示編程首項(xiàng)內(nèi)容“00 X X X X X X”。若輸入密碼有誤，則顯示錯(cuò)誤次數(shù)提示“99X”，若連續(xù)錯(cuò)誤超過(guò)10次，電能表將自動(dòng)鎖定當(dāng)日編程功能。次日可再進(jìn)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(xiàng)。進(jìn)入編程狀態(tài)后，左邊兩位數(shù)碼管顯示編程項(xiàng)目號(hào)，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(xiàng)目號(hào)。 （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(rèn)輸

36、入數(shù)據(jù)正確后，按記憶鍵保存該項(xiàng)數(shù)據(jù)。如果需要對(duì)其他項(xiàng)編程，重復(fù)（2）、（3）、（4）操作步驟。 （5）編程結(jié)束：按“復(fù)位”鍵結(jié)束編程。 （6）時(shí)段設(shè)置說(shuō)明。時(shí)段總清后為00點(diǎn)00分，費(fèi)率為l（1、23、4分別表示費(fèi)率尖、峰、平、谷）。編程時(shí)各時(shí)段按24h制從早到晚排列。 （7）分時(shí)電量預(yù)置說(shuō)明。只要將尖、峰、平、谷電量進(jìn)行預(yù)置，系統(tǒng)會(huì)將4個(gè)電量自動(dòng)累加寫(xiě)入總電量，而對(duì)總電量預(yù)置時(shí)各分時(shí)電量不受影響。 十、讀表 表內(nèi)存貯3個(gè)月的電量、最大需量，即當(dāng)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(shí)刻起保存。 1直接讀表 表內(nèi)顯示可以設(shè)定為固定項(xiàng)目顯示或循環(huán)顯示。固定顯示時(shí)，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(yīng)功能順序號(hào)項(xiàng)內(nèi)容，按復(fù)位或記憶鍵顯示回到“00 X X X X X X”項(xiàng)。2最大需量清零 最大需量清零是將當(dāng)前電能表內(nèi)電量、最大需量?jī)鼋Y(jié)保存。按清零鍵后電能表自動(dòng)將上月電量、需量等數(shù)據(jù)存入上上月保存，將當(dāng)前電量、需量等數(shù)據(jù)存入上月保存，當(dāng)前需量置0，以后依次類推。 最大需量清零有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式。當(dāng)設(shè)置為自動(dòng)方式時(shí)，必須設(shè)定用電結(jié)算日（0128），電能表在該日的0時(shí)自動(dòng)需量清零。若該日停電、則電能表在該日后的第一次通電時(shí)首先進(jìn)行自動(dòng)需量清零。當(dāng)設(shè)置為手動(dòng)方式時(shí)，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(dòng)

38、進(jìn)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(dú)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(wú)效（且電能表顯示NO）。第四節(jié) 單相預(yù)付費(fèi)電能表 單相預(yù)付費(fèi)電能表是在普通單相電子式電能表基礎(chǔ)上增加了微處理器、IC卡接口和表內(nèi)跳閘繼電器構(gòu)成的。它通過(guò)IC卡進(jìn)行電能表電量數(shù)據(jù)以及預(yù)購(gòu)電費(fèi)數(shù)據(jù)的傳輸，通過(guò)繼電器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)欠費(fèi)跳閘功能，為解決抄表收費(fèi)問(wèn)題提供了有效的手段。 一、基本原理 單相預(yù)付費(fèi)電能表原理框圖如圖3-25所示。測(cè)量模塊為表計(jì)核心，它和普通電子式單相電能表采用相同技術(shù)輸出功率脈沖到微處理器。微處理器接收到測(cè)量部

39、分的功率脈沖進(jìn)行電能累計(jì)，并且存入存儲(chǔ)器中，同時(shí)進(jìn)行剩余電費(fèi)遞減，在欠費(fèi)時(shí)給出報(bào)警信號(hào)并控制跳閘。它隨時(shí)監(jiān)測(cè)IC卡接口，判斷插入卡的有效性以及購(gòu)電數(shù)據(jù)的合法性，將購(gòu)電數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入和處理。它還將數(shù)據(jù)輸出到相應(yīng)的顯示器中顯示。圖3-25 單相預(yù)付費(fèi)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(kuò)展 RS485接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀。 二、IC卡技術(shù) 在預(yù)付費(fèi)電能表中IC卡技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。IC卡是集成電路卡（Intergrated Circuit Gard）的簡(jiǎn)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(jiǎn)單、保

40、密性好、不易損壞、存儲(chǔ)容量大、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。IC卡中的芯片分為不揮發(fā)的存儲(chǔ)器（也稱存儲(chǔ)卡）、保護(hù)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(duì)各種卡的構(gòu)成特點(diǎn)及使用特點(diǎn)作簡(jiǎn)單介紹。 1存儲(chǔ)卡 在目前大量使用的存儲(chǔ)卡中，可以分為以下3種。 （1）只讀型。數(shù)據(jù)一次性寫(xiě)入存儲(chǔ)器不可更改，往往由ROM或PROM存儲(chǔ)器構(gòu)成，其價(jià)格非常低廉，但數(shù)據(jù)內(nèi)容不可改變，適用于游戲卡、特定標(biāo)識(shí)卡等。 （2）計(jì)數(shù)型。芯片采用熔絲式的電路或存儲(chǔ)單元鎖死的電路，單元初始狀態(tài)為1（未熔斷或未鎖死），當(dāng)需要改寫(xiě)時(shí)，把相關(guān)單元熔絲燒斷，單元狀態(tài)變

41、為0。計(jì)數(shù)卡簡(jiǎn)單可靠，數(shù)據(jù)內(nèi)容不可改寫(xiě)，有很高的安全性，成本也較低；缺點(diǎn)是卡不可以改寫(xiě)，不能重復(fù)充值使用。它適用于電話卡、加油收費(fèi)卡等。 （3）充值型。芯片采用電可擦除的存儲(chǔ)電路，可以重復(fù)改寫(xiě)多次（一般為1萬(wàn)次以上），數(shù)據(jù)保持時(shí)間一般大于10年。它適用于卡的數(shù)據(jù)需要反復(fù)改寫(xiě)的場(chǎng)合，如收費(fèi)卡、公路卡等。2加密卡加密卡由電可擦除存儲(chǔ)單元和密碼控制邏輯單元構(gòu)成，對(duì)于存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)受到邏輯單元的控制不能任意進(jìn)行，必須先核對(duì)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(chǔ)區(qū)、保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)、加密存儲(chǔ)區(qū)三部分。其中主存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀寫(xiě)。保護(hù)存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)可以任意讀出，但

42、改寫(xiě)需要先送“檢驗(yàn)字”，芯片將檢驗(yàn)字與存在加密存儲(chǔ)區(qū)的密碼比較，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果一致時(shí)，控制邏輯打開(kāi)存儲(chǔ)器，可以進(jìn)行寫(xiě)入。檢驗(yàn)字比較次數(shù)限定4次，如果連續(xù)4次檢驗(yàn)出錯(cuò)，芯片將鎖死，整個(gè)芯片只能讀出，不能再使用。加密存儲(chǔ)區(qū)為存放密碼和比較計(jì)數(shù)值的區(qū)域，此區(qū)域在校驗(yàn)字未比較成功前不能讀寫(xiě)。 3CPU卡 在卡上集成了存儲(chǔ)器及微處理器。由于有了微處理器，CPU卡可以進(jìn)行各種較為復(fù)雜的運(yùn)算，而且從總線上直接進(jìn)行檢驗(yàn)字比較變?yōu)殚g接的卡的認(rèn)證和識(shí)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)CPU卡的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)接口都有規(guī)定。 三、主要性能指標(biāo)

43、及功能 1主要參數(shù)（1）準(zhǔn)確等級(jí)：1.0級(jí)；（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(dòng)電流：4%Ib；（7）卡類型：加密卡；（8）設(shè)計(jì)壽命：15年。 2主要功能 （1）計(jì)量功能。計(jì)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(diǎn)輸出，同時(shí)有脈沖LED指示。 （3）負(fù)荷控制。具有超功率自動(dòng)斷電的負(fù)荷控制功能，可以設(shè)置功率限額以及允許次數(shù)，當(dāng)平均功率大于限額后，電能

44、表跳閘并顯示當(dāng)時(shí)的功率。使用用戶購(gòu)電卡插入電能表可以恢復(fù)供電。但當(dāng)超功率跳閘次數(shù)超過(guò)設(shè)定的允許次數(shù)時(shí)，電能表將不可恢復(fù)供電，只有使用了參數(shù)設(shè)置卡改變了功率限額后，才恢復(fù)供電。 （4）防竊電功能。具有自動(dòng)檢測(cè)短接電流回路的防竊電功能，當(dāng)短接進(jìn)出線時(shí)，電能表顯示“O”并且記錄竊電次數(shù)。 （5）顯示。LCD顯示可以設(shè)置自動(dòng)及手動(dòng)（按鈕切換）方式顯示如下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)：01：有功總電量；02：剩余電費(fèi)；03：費(fèi)率；04：剩余電費(fèi)報(bào)警限額；05：功率限額；06：允許過(guò)載跳閘次數(shù)； 07：電能表常數(shù)；08：電能表編號(hào)。 （6）報(bào)警顯示。當(dāng)電能表自檢出現(xiàn)故障時(shí)，顯示： E1X X X X X存儲(chǔ)器故障； E2X

45、X X X X繼電器故障； E3X X X X X時(shí)鐘故障。 （7）預(yù)付費(fèi)功能。使用購(gòu)電卡可購(gòu)電量送入電能表，電能表按設(shè)定的費(fèi)率遞減，當(dāng)剩余電費(fèi)小于設(shè)定的報(bào)警門(mén)限時(shí)，電能表跳閘，提醒用戶去購(gòu)電；此時(shí)插入購(gòu)電卡可以恢復(fù)供電。當(dāng)剩余電費(fèi)小于0后，電能表將跳閘，直到購(gòu)電后才恢復(fù)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(dāng)今世界上最先進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)RS485通信接口、紅外通信、漢字大畫(huà)面超扭曲寬溫液晶顯示、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IC卡等先進(jìn)技術(shù)，采用了當(dāng)代SMT電子裝配新工藝，是按IEC標(biāo)準(zhǔn)制造的換代型電能表。 多功能電能表實(shí)現(xiàn)了有功雙向分時(shí)電能計(jì)量、需量

46、計(jì)量、正弦式無(wú)功計(jì)量、功率因數(shù)計(jì)量、顯示和遠(yuǎn)傳實(shí)時(shí)電壓、電流、功率、負(fù)載曲線等，且可按電力部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)全部失壓、失流、電壓合格率記錄、報(bào)警、顯示功能，可有效地杜絕竊電行為，從而滿足了對(duì)用戶進(jìn)行現(xiàn)代化科學(xué)管理的要求。 該電能表可根據(jù)用戶需求安裝GPRS模塊（內(nèi)置或外配），無(wú)線模塊，GSM模塊，解決遠(yuǎn)程抄表通道，以擴(kuò)展其功能。一、常用術(shù)語(yǔ)1測(cè)量單元它是產(chǎn)生與被計(jì)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(duì)輸入信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的電能表部件。3多功能電能表它是由測(cè)量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，除計(jì)量有功（無(wú)功）電能外，還具有分時(shí)、測(cè)量需量等兩種以上功能，并能顯示、儲(chǔ)存和輸出數(shù)據(jù)的電能表。4

47、顯示器它是顯示存儲(chǔ)器內(nèi)容的裝置。5需量周期測(cè)量平均功率的連續(xù)相等的時(shí)間間隔。6最大需量在指定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，需量周期中測(cè)得的平均功率最大值。7滑差（窗）時(shí)間依次遞推來(lái)測(cè)量最大需量的小于需量周期的時(shí)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(shí)間發(fā)出的脈沖數(shù)。 9常數(shù)表示多功能電能表計(jì)量到的電量與其相應(yīng)的輸出值之間關(guān)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(hào)經(jīng)電能表采樣電路和功率計(jì)

48、量處理器變換成相應(yīng)的數(shù)字信息后，傳送給數(shù)據(jù)處理中心，并通過(guò)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(xiàng)參數(shù)；同時(shí)識(shí)別各相電壓、電流有無(wú)異常并記錄相應(yīng)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(shè)計(jì)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(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；精度基本不受頻率、溫度、電壓變化影響；整機(jī)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(dāng)電網(wǎng)停電后，鋰電池作為后備電源，提供停電后表內(nèi)電量的顯示讀取，并保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不丟失，日歷、時(shí)鐘、時(shí)段程序控制功能正常運(yùn)行，來(lái)電后自動(dòng)投入運(yùn)行。在電

49、能表端鈕盒上設(shè)置有光電耦合脈沖輸出接口，以便于進(jìn)行誤差測(cè)試和數(shù)據(jù)采集。 （3）電能表運(yùn)行信息可由手持電腦、RS485接口、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IC卡三種媒介傳輸，電力部門(mén)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(chǎng)更換電能表，使用表中特有的復(fù)印功能，可以方便地將被更換表的所有信息復(fù)印至更換后的電能表上，安全可靠，簡(jiǎn)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(duì)濕度不超過(guò)85的地區(qū)。四、規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)1規(guī)格規(guī)格見(jiàn)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(wú)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(shù)參數(shù)時(shí)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?jǐn)?shù)據(jù) 5年以上。電池工作壽命：10年。準(zhǔn)確度等級(jí)：有功0.5S1.0級(jí) 無(wú)功2.0級(jí)。啟動(dòng)電流：0.1Ib（0.5S級(jí)），0.2Ib（1.0級(jí)）。潛 動(dòng)：具有邏輯防潛動(dòng)電路。費(fèi)率時(shí)段：費(fèi)率時(shí)間可分區(qū)、分段，時(shí)段設(shè)置后節(jié)假日可自動(dòng)識(shí)別切換。五、主要功能（一）計(jì)量

51、功能1電能計(jì)量 （1）記錄、顯示當(dāng)前、上月及上上月的正反向有功、無(wú)功累計(jì)總電量。 （2）記錄、顯示當(dāng)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(fèi)率電量。 （3）可分別記錄、顯示任意兩象限無(wú)功電量絕對(duì)值之和。 （4）可分別記錄、顯示當(dāng)前、上月及上上月的A相、B相、C相正反向有功累計(jì)總電量。 （5）電量計(jì)量值為六位整數(shù)、兩位小數(shù)，單位為kW·h、kvar·h。2需量計(jì)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(shí)間。 （2）記錄本月、上月及上上月尖、峰、平、谷各時(shí)段的有功最大需量或用戶提出的更多費(fèi)率需量

52、及該需量的出現(xiàn)日期、時(shí)間。 （3）隨機(jī)顯示當(dāng)前需量，真實(shí)反映當(dāng)前負(fù)載狀況。 （4）電能表運(yùn)行到預(yù)置抄表日零點(diǎn)（可設(shè)為023點(diǎn)），最大需量自動(dòng)抄表后清零，也可由授權(quán)人手動(dòng)抄表后清零。 （5）需量計(jì)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(jì)量 （1）實(shí)時(shí)顯示A、B、C三相電壓、電流值。 （2）實(shí)時(shí)顯示總、A、B、C相有功、無(wú)功功率值。 （3）可記錄36天（整點(diǎn)記錄，時(shí)間間隔可設(shè)為1100min）負(fù)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(jì)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(jī)顯示當(dāng)前15

53、min的功率因數(shù)值。（二）失壓、失流報(bào)警、顯示、記錄功能（1）當(dāng)電流I5Ib時(shí)，三相電壓中任意一相（兩相）失壓或低于額定電壓的78±2V時(shí)，電能表判定為故障失壓，電能表聲光報(bào)警、顯示故障相別、該相失壓累計(jì)時(shí)間（單位：h），連續(xù)失壓超過(guò)1 min，啟動(dòng)內(nèi)部失壓記錄程序，記錄本次失壓相別、失壓累計(jì)時(shí)間、失壓累積次數(shù)及故障期間失壓相的安培小時(shí)數(shù)與額定電壓乘積所得電量；當(dāng)失壓電壓恢復(fù)到額定電壓的85±2V時(shí)撤除失壓報(bào)警，恢復(fù)正常顯示和計(jì)量。 當(dāng)三相電壓失壓時(shí)，電能表無(wú)顯示，此時(shí)若電能表有電流信號(hào)且I10Ib時(shí)，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(jì)時(shí)間、失壓累積次數(shù)；當(dāng)電壓恢復(fù)時(shí)可以顯示以上記錄。（2）失流。當(dāng)DSSD22型三相三線電能表同時(shí)滿足： 實(shí)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(shè)定比值（用bph表示） 電流低限（任意相電流/In）×100設(shè)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(shí)，電能表失流報(bào)警，同時(shí)記錄失流次數(shù)、時(shí)間、故障電量等。當(dāng)bph設(shè)置為100時(shí)，不對(duì)失流進(jìn)行考核。（三）電壓越限報(bào)警、顯示、記錄功能 可按月記錄電能表總運(yùn)行時(shí)間以及A相、B相、C相電壓超越上限和下限時(shí)間。超限時(shí)電能表會(huì)聲光報(bào)警。（四）超負(fù)載報(bào)警功能該電能表具有預(yù)置超