gcl電能計(jì)量技術(shù)第三章1課件

電能計(jì)量技術(shù)

第三章第三章電子式電能表的結(jié)構(gòu)和原理第一節(jié)機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第三節(jié)單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表第四節(jié)單相預(yù)付費(fèi)電能表第五節(jié)三相三線電子式多功能電能表

第一節(jié)機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、單向脈沖式電能表二、雙向脈沖式電能表

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。兩種典型光電頭的安裝結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3（α）為穿透式光電頭，圖3-3（b）是反射式光電頭。

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)，處于截止?fàn)顟B(tài)，相應(yīng)的輸出電壓呈低電平。

一、單向脈沖式電能表

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。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。

電子式電能表工作原理框圖如圖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，乘法器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。

一、輸入變換電路

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）電流輸入變換電路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

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。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

一、輸入變換電路

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。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為u（t）＝KUuU（t）

一、輸入變換電路

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

（一）時(shí)分割乘法器它在提供的節(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T2－T1＝K1ux；再以此脈沖寬度控制與ux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u＝K2uy；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。

二、乘法器電路

三、電壓／頻率轉(zhuǎn)換器

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。輸出電壓U0的頻率

四、分頻計(jì)數(shù)器

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)。圖3-23為分頻計(jì)數(shù)器原理框圖和脈沖波形。

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)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。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，還具有功耗小（小于10μA），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。具有溫度范圍寬（﹣40～85℃）、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5～10mA）、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。

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)段的電能量稱峰電量，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，三者之和為總電量

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。

二、工作原理工作原理:二、工作原理電流、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)，數(shù)據(jù)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，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。四、規(guī)格

五、基本誤差

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：99999.9kW·h（4）需量計(jì)度器容量：99.9999kW（5）絕緣耐壓：≥2000VAC（6）功耗（LCD顯示）：≤2VA（7）啟動(dòng)電流：0.4％Ib（8）電池功耗（停電不顯示時(shí)）：≤0.4μA（9）工作溫度：﹣20～﹢50℃（10）存儲(chǔ)和運(yùn)輸溫度：﹣25～﹢50℃（11）濕度：≤75％。

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)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2秒鐘便可進(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0～9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)用于查看功能序號(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

（1）進(jìn)入編程狀態(tài)。按“編程”鍵，此時(shí)顯示“99——0”，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)（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“0～9”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“0～9”或“上移”“下移”鍵輸入數(shù)字(4）記憶數(shù)據(jù)：確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)正確后，按記憶鍵保存該項(xiàng)數(shù)據(jù)。（5）編程結(jié)束：按“復(fù)位”鍵結(jié)束編程。

十、讀表

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“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“00XXXXXX”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)前需量清零，以后依次類推

第四節(jié)單相預(yù)付費(fèi)電能表一、基本原理二、IC卡技術(shù)三、主要性能指標(biāo)及功能

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。

二、IC卡技術(shù)

IC卡是集成電路卡（IntergratedCircuitGard）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。

三、主要性能指標(biāo)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：0.4%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，才能恢復(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，（6）報(bào)警顯示。當(dāng)電能表自檢出現(xiàn)故障時(shí)，顯示故障（7）預(yù)付費(fèi)功能。使用購(gòu)電卡可將購(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)小于零后，電能表將跳閘，直到購(gòu)電后才能恢復(fù)供電。三、主要性能指標(biāo)及功能

第五節(jié)三相三線電子式多功能電能表

一、常用術(shù)語(yǔ)二、工作原理三、主要性能四、規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)五、主要功能六、顯示功能一、常用術(shù)語(yǔ)

1．測(cè)量單元產(chǎn)生與被計(jì)量的電能量成正比例輸出的電能表部件。2．?dāng)?shù)據(jù)處理單元對(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．顯示器顯示存儲(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額定電壓、額定頻率、額定最大電流及cosφ=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)量到的電能量與其相應(yīng)的輸出值之間關(guān)系的數(shù)。二、工作原理

工作原理框圖如圖3-26所示。

工作原理: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)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)。三、主要性能

（1）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。（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