功率和电能的测量课件

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1、第三章第三章 功率和电能的测量功率和电能的测量第五节第五节 感应系电能表及电能的测量感应系电能表及电能的测量第六节第六节 三相有功电能表三相有功电能表第七节第七节 三相无功电能表和无功电能的测量三相无功电能表和无功电能的测量第八节第八节 电子式单相电能表电子式单相电能表第九节第九节 电子式三相电能表电子式三相电能表第十节第十节 电子式单相复费率电能表电子式单相复费率电能表第十一节第十一节 集中抄表与电子式集中抄表与电子式IC卡预付费电能表卡预付费电能表 电能表是一种专门用来测量某一段时间内发电机发出电电能表是一种专门用来测量某一段时间内发电机发出电能或负载消耗电能多少的仪表，凡是需要计量用电量

2、的场能或负载消耗电能多少的仪表，凡是需要计量用电量的场合都要使用电能表。测量直流电能时一般采用电动系电能合都要使用电能表。测量直流电能时一般采用电动系电能表，测量交流电能通常采用感应系电能表和电子式电能表。表，测量交流电能通常采用感应系电能表和电子式电能表。第五节第五节 感应系电能表及电能的测量感应系电能表及电能的测量 感应式电能表的优点：感应式电能表的优点：结构简单、工作可靠、维护方便、结构简单、工作可靠、维护方便、调整容易。调整容易。缺点：缺点：体积大、制造精度不容易提高。体积大、制造精度不容易提高。1 1、电能表的分类、电能表的分类我国电能表的标准体系可以有以下几种分类。我国电能表的标准

3、体系可以有以下几种分类。(1)按使用电源的性质分：交流电能表与直流电能表；按使用电源的性质分：交流电能表与直流电能表；(2)按用途分：有功电能表、无功电能表和复费率电能表及按用途分：有功电能表、无功电能表和复费率电能表及多功能电能表；多功能电能表；(3)按精度等级分：按精度等级分：普通级：普通级：(0.2S，0.2，0.5S，0.5，1.0，2.0，3.0级，用于测级，用于测量电能量电能);精密级：精密级：(0.01，0.05级，主要作为校验普通级电级，主要作为校验普通级电能表的校验基准能表的校验基准)；(4)按结构和工作原理分：感应式电能表和电子式电能表。按结构和工作原理分：感应式电能表和电

4、子式电能表。2 2、国产电能表型号的含义、国产电能表型号的含义 类别代号类别代号+组别代号组别代号+设计序号设计序号+派生号派生号其代表意义为：其代表意义为：1类别代号：类别代号：D电能表。电能表。2组别代号：表示相线；组别代号：表示相线；D单相；单相；S三相三线；三相三线；T三相四线。三相四线。一、电能表的概述一、电能表的概述表示用途及工作原理：表示用途及工作原理：XX无功；无功；BB标准；标准；AA安培小时安培小时计；计；ZZ最大需量，最大需量，JJ直流：直流：FF复费率；复费率；HH总耗；总耗；LL长寿命；长寿命；SS全电子式；全电子式；YY预付费；预付费；MM脉冲；脉冲；DD多功能。多

5、功能。3设计序号：设计序号：用阿拉伯数字表示。用阿拉伯数字表示。44派生号：派生号：TT湿热、干热两用；湿热、干热两用；THTH湿热用；湿热用；TATA干热用；干热用；GG高原用；高原用；HH船用；船用；FF化工防腐用。化工防腐用。例如：例如：DDDD单相感应式有功电能表，单相感应式有功电能表，如如DD28型、型、DD862型等。型等。DSDS三相三线有功电能表，三相三线有功电能表，如如DS8型、型、DS864型等。型等。DSSDDSSD三相三线全电子式多功能电能表，如三相三线全电子式多功能电能表，如DSSD-331型、型、DSSD-110型等。型等。DTDT三相四线有功电能表，三相四线有功电

6、能表，如如DT8型、型、DT862型等。型等。DTFDTF三相四线复费率电能表，三相四线复费率电能表，如如DTF68型、型、DTF9型等。型等。DXDX无功电能表，无功电能表，如如DX862型、型、DX863型等。型等。二、感应系电能表结构二、感应系电能表结构 电能表一般由电能表一般由测量机构测量机构和辅助部件这和辅助部件这两大部分组成两大部分组成 （一）测量机构（一）测量机构 测量机构是电能表实现电能测量的核测量机构是电能表实现电能测量的核心部分心部分,它由驱动元件它由驱动元件 、转动元件、转动元件 、制、制动元件、计算机构五大部分组成。动元件、计算机构五大部分组成。驱动元件：驱动元件由电压

7、元件驱动元件：驱动元件由电压元件(电压线圈及其铁心电压线圈及其铁心)和电流元件和电流元件(电流线圈及其铁心电流线圈及其铁心)组成组成。转动元件：转动元件由可动铝盘和转轴组成。转动元件：转动元件由可动铝盘和转轴组成。制动元件：制动元件是一块永久磁铁，在转盘转动时制动元件：制动元件是一块永久磁铁，在转盘转动时产生制动力矩，使转盘转动的转速与用电器的功率大产生制动力矩，使转盘转动的转速与用电器的功率大小成正比。小成正比。计算机构：计算机构又叫计算器，它由蜗杆、计算机构：计算机构又叫计算器，它由蜗杆、蜗轮、蜗轮、齿轮和字轮组成。齿轮和字轮组成。（二）辅助部件 它包括底座、表盖、基架、端钮盒和铭牌。1底

8、座 底座的作用是将电能表基架、端钮盒及表盖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。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。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。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，也可附在表盖铭牌可以固定在计度器框架上，也可附在表盖上，示意图如图所示。铭牌上标志的含义

9、分别说明上，示意图如图所示。铭牌上标志的含义分别说明如下：如下：(1)(1)计量单位名称或符号。计量单位名称或符号。(2)(2)字轮式计度器的窗口。字轮式计度器的窗口。如有功电能表为“千瓦时”或“kWh”,无功电能表为“千乏时”或“kvarh”。整数位和小数位用不同颜色区分，中间有小数点。（3 3）电能表的名称及型号。）电能表的名称及型号。（4 4）基本电流和额定最大电流，其中基本电流用）基本电流和额定最大电流，其中基本电流用IbIb表示；额定最大电流用表示；额定最大电流用maxmax表示。表示。(5)(5)额定电压，指的是确定电能表有关特性的电压值，以额定电压，指的是确定电能表有关特性的电压

10、值，以UeUe表示。表示。三相三线电能表以相数乘以线电压表示，如三相三线电能表以相数乘以线电压表示，如3 3380V380V；三相四线电能表则以相数乘以相电压线电压表示，三相四线电能表则以相数乘以相电压线电压表示，如如3 3220220380V380V；单相电能表则以电压线路接线端上的电压表示，如单相电能表则以电压线路接线端上的电压表示，如220220；如果电能表通过测量用互感器接入电路，并且在常数中已考如果电能表通过测量用互感器接入电路，并且在常数中已考虑互感器变比时，应标明互感器变比，如虑互感器变比时，应标明互感器变比，如3 36000/100V6000/100V。(6)(6)额定频率，我

11、国工业频率规定为额定频率，我国工业频率规定为5050z z。(7)(7)电能表常数，指的是电能表计度器的指电能表常数，指的是电能表计度器的指示数和转盘转数之间的比例常数，用示数和转盘转数之间的比例常数，用C C表示表示 如C720/（kWh），说明转盘转了720，计度器的指示数增加1kWh。(8)(8)准确度等级（精度），以圆圈中的等级数准确度等级（精度），以圆圈中的等级数字表示，无标志时，单相电能表视为字表示，无标志时，单相电能表视为2.02.0级。级。(9)(9)耐受环境条件的能力，分为耐受环境条件的能力，分为P P、S S、A A、B B四四组。组。(10)(10)条形码条形码 电能表的

12、质量是以准确度等级、过负载能力和一次使用寿命等几项指标为主要标志。是一组黑白相间的条纹组成的标志。它能将电能表铭牌上的所有信息按一定的规律设置成一组条形码，通过条形码扫描器可将电能表的信息输入计算机，由计算机自动建立每只电能表的档案。三、工作原理三、工作原理 感应式单相电能表是利用电磁感应原理工作的，其铁感应式单相电能表是利用电磁感应原理工作的，其铁芯的结构如下图（芯的结构如下图（a）所示，电流和磁通如图（）所示，电流和磁通如图（b）所示。）所示。当电能表接入被测电路并接通负载后，则转盘便当电能表接入被测电路并接通负载后，则转盘便开始不停地转动，转盘所以能转动，就是因为受到某开始不停地转动，转

13、盘所以能转动，就是因为受到某种电磁力形成的驱动力矩作用，即转盘是个导体，其种电磁力形成的驱动力矩作用，即转盘是个导体，其上有电流通过上有电流通过(形成了载流导体形成了载流导体)，在磁场作用下受力，在磁场作用下受力矩作用而转动。矩作用而转动。1通过转盘的磁通 当电能表的电压线圈和电流线圈接到被测电路后，相应地在电压铁芯和电流铁芯中产生了磁通，按右手螺旋法则可以分别确定出磁通的方向，如图所示。当交流电通过感应式单相电能表的电压线圈时，在电压当交流电通过感应式单相电能表的电压线圈时，在电压 元件铁芯中产生一个交变磁通元件铁芯中产生一个交变磁通u，这一磁通经过伸入铝，这一磁通经过伸入铝盘下部的回磁板穿

14、过铝盘构成磁回路，并在铝盘上产生盘下部的回磁板穿过铝盘构成磁回路，并在铝盘上产生涡流涡流iu 交流电流通过电流线圈时，会在电流元件铁芯中产生一交流电流通过电流线圈时，会在电流元件铁芯中产生一个交变磁通个交变磁通i，这一磁通通过铁芯柱的一端穿出铝盘，这一磁通通过铁芯柱的一端穿出铝盘，又经过铁芯柱的另一端穿人铝盘，从而构成闭合的磁路。又经过铁芯柱的另一端穿人铝盘，从而构成闭合的磁路。电压线圈和电流线圈产生的是两个交变磁通，这两个交电压线圈和电流线圈产生的是两个交变磁通，这两个交变磁通及其产生的涡流相互作用，产生电磁力矩。这个变磁通及其产生的涡流相互作用，产生电磁力矩。这个电磁力矩（即转动力矩）推动

15、铝盘转动。同时这两个磁电磁力矩（即转动力矩）推动铝盘转动。同时这两个磁通产生的涡流也与制动永久磁铁产生的磁场相互作用产通产生的涡流也与制动永久磁铁产生的磁场相互作用产生制动力矩，制动力矩的大小是随铝盘转速的增大而增生制动力矩，制动力矩的大小是随铝盘转速的增大而增大的，与铝盘转速成正比。只有制动力矩与转动力矩平大的，与铝盘转速成正比。只有制动力矩与转动力矩平衡时，铝盘才能匀速转动。衡时，铝盘才能匀速转动。电能表的铝盘向什么方向转动，电能表中的磁通和涡流电能表的铝盘向什么方向转动，电能表中的磁通和涡流又是如何作用产生转动力矩的呢？又是如何作用产生转动力矩的呢？图中，图中，u为电压线圈产生的穿过铝盘

16、的磁通，它与电压线为电压线圈产生的穿过铝盘的磁通，它与电压线圈的电压仍成正比，方向由纸面指向读者，根据右手螺旋法圈的电压仍成正比，方向由纸面指向读者，根据右手螺旋法则可以判断出铝盘产生的涡流则可以判断出铝盘产生的涡流iu的方向。的方向。i1和和i2为电流线为电流线圈产生的磁通，其大小与电流线圈中的圈产生的磁通，其大小与电流线圈中的i成正比，方向如上成正比，方向如上图所示。同样，可以判断出图所示。同样，可以判断出i1和和i2产生的涡流产生的涡流i1和和i2方方向，如下图所示。向，如下图所示。铝盘在电流线圈和电压线圈作用下产生的驱动力矩与负载功率成铝盘在电流线圈和电压线圈作用下产生的驱动力矩与负载

17、功率成正比，由永久磁铁产生的制动力矩与转速成正比。写成等式为正比，由永久磁铁产生的制动力矩与转速成正比。写成等式为 ,WTWWMK PMqK PqK PCPq当转动力矩等于制动力矩时可求得转速与功率的正比关系即 2 ,22 2 tCP ttCNWtNW等式两边各除以乘以可得即上式表示铝盘经过时间所转过的转数与电能成正比四、电能表的安装和使用要求四、电能表的安装和使用要求(1)(1)电能表应按设计装配图规定的位置进行安装，应注意不电能表应按设计装配图规定的位置进行安装，应注意不能安装在高温、潮湿、多尘及有腐蚀气体的地方。能安装在高温、潮湿、多尘及有腐蚀气体的地方。(2)(2)电能表应安装在不易受

18、震动的墙上或开关板上，墙面上电能表应安装在不易受震动的墙上或开关板上，墙面上的安装位置以不低于的安装位置以不低于1.8 m1.8 m为宜。为宜。(3)(3)为了保证电能表工作的准确性，必须严格垂直装设。为了保证电能表工作的准确性，必须严格垂直装设。(4)(4)电能表的导线中间不应有接头。电能表的导线中间不应有接头。(5)(5)电能表在额定电压下，当电流线圈无电流通过时，铝电能表在额定电压下，当电流线圈无电流通过时，铝盘的转动不超过盘的转动不超过1 1转，功率消耗不超过转，功率消耗不超过1.5W1.5W。(6)(6)电能表装好后，开亮电灯，电能表的铝盘应从左向右电能表装好后，开亮电灯，电能表的铝

19、盘应从左向右转动。转动。(7)(7)单相电能表的选用必须与用电器总瓦数相适应。单相电能表的选用必须与用电器总瓦数相适应。(8)(8)电能表在使用时，电路不容许短路及用电器超过额定电能表在使用时，电路不容许短路及用电器超过额定值的值的125%125%。(9)(9)电能表不允许安装在电能表不允许安装在10%10%额定负载以下的电路中使用。额定负载以下的电路中使用。五、电能表的接线五、电能表的接线单相电能表的接线单相电能表的接线 在低压小电流电路中，电能表可直接接在线路上，如图（在低压小电流电路中，电能表可直接接在线路上，如图（a）所示。）所示。在低压大电流电路中，若线路负载电流超过电能表的量程，则

20、须经电流在低压大电流电路中，若线路负载电流超过电能表的量程，则须经电流互感器将电流变小，互感器将电流变小，即将电能表间接连接到线路上即将电能表间接连接到线路上,接线方法如图（接线方法如图（b）所示。所示。Z4321WhLN(a)Z4321WhLN(b)TAWh单相功率表；Z负载；TA电流互感器图图 单相电能表的接线方法单相电能表的接线方法(a)直接接入式；直接接入式；(b)经电流互感器接入式经电流互感器接入式 电能表接线盒电能表接线盒 相线进、出相线进、出 中性线进、出中性线进、出 进端接电源，出端接负载进端接电源，出端接负载 电流线圈接相线电流线圈接相线六、交流电能表常见故障及处理方法六、交

21、流电能表常见故障及处理方法表表 交流电能表常见故障及处理方法交流电能表常见故障及处理方法第六节 三相有功电能表一、三相有功电能表的结构一、三相有功电能表的结构三相电能表和三相功率表一样，也有二元件和三元件两种结构，三相电能表和三相功率表一样，也有二元件和三元件两种结构，二二元件用于三相三线制，三元件可用于三相四线制。不论是二元件或三元件用于三相三线制，三元件可用于三相四线制。不论是二元件或三元件都有两种形式，一种是一个公共转轴上装三个铝盘或两个铝盘分元件都有两种形式，一种是一个公共转轴上装三个铝盘或两个铝盘分别由三个元件或两个元件驱动，另一种转轴上只有一个铝盘由三个元别由三个元件或两个元件驱动

22、，另一种转轴上只有一个铝盘由三个元件或两个元件共同驱动。以二元件为例，其结构如图。件或两个元件共同驱动。以二元件为例，其结构如图。二、三相有功电能表的接线二、三相有功电能表的接线 感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，驱动一个公共转轴，使转数直接反映三相电能。积算表，驱动一个公共转轴，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法及使用范围与功率表器的示值就是三相总电能，连接方法及使用范围与功率表的两表法或三表法相同。的两表法或三表法相同。1 1、三相二元件电能表的接线三相二元件电能表的接线三相二元件电能表的直接接

23、线方式如图（三相二元件电能表的直接接线方式如图（a a）所示，经电流互感器的接线方法）所示，经电流互感器的接线方法如图如图(b)(b)、(c)(c)和和(d)(d)所示。所示。L11 2 354687L2L3iL1iL2iL3(d)L11 2 35687L2L3iL1iL2iL3(c)4L11 2 35687L2L3iL1iL2iL3(b)4L11 2 35687L2L3iL1iL2iL3(a)4图 三相二元件电能表接线方法(a)直接接入；(b)经TA接入方法一；(c)经TA接入方法二；(d)经TA接入方法三2、三相三元件电能表的接线、三相三元件电能表的接线三相三元件电能表（用于三相四线制）的

24、接线方式如图所示三相三元件电能表（用于三相四线制）的接线方式如图所示图图 三相三元件电能表接线方法三相三元件电能表接线方法(a)(a)直接接入；直接接入；(b)(b)经经TATA接入；接入；(c)(c)经经TATA和和TVTV接入；接入；(d)(d)三只单相电能表接入三相四线制接法三只单相电能表接入三相四线制接法 三、三相三线有功电能表三、三相三线有功电能表 三相三线有功电能表（三相三线两元件电能表）三相三线有功电能表（三相三线两元件电能表），可将这种电能表看成是两只单相电能表的组合，其原理结可将这种电能表看成是两只单相电能表的组合，其原理结构如图所示。它具有两组电流、电压线圈（即两组驱动元构

25、如图所示。它具有两组电流、电压线圈（即两组驱动元件），两个同轴转动的铝盘，两只制动磁铁，一套计度器。件），两个同轴转动的铝盘，两只制动磁铁，一套计度器。铁芯采用分离形式。电压元仵为半封闭插片结构，性能较铁芯采用分离形式。电压元仵为半封闭插片结构，性能较稳定，减小了摩擦力矩，有利于提高电能表的灵敏度，三稳定，减小了摩擦力矩，有利于提高电能表的灵敏度，三相三线直人式电能表的读数直接反映了三相负载所消耗的相三线直人式电能表的读数直接反映了三相负载所消耗的电能。电能。三相三线有功电能表的工作原理与单相有功电能表的三相三线有功电能表的工作原理与单相有功电能表的工作原理基本上相同，三相有功电能表由电流、电

26、压元件工作原理基本上相同，三相有功电能表由电流、电压元件产生一移进磁场，同时与制动力矩相互作用，使铝盘在磁产生一移进磁场，同时与制动力矩相互作用，使铝盘在磁场中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电场中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电能的目的。能的目的。四、三相四线有功电能表四、三相四线有功电能表 三相四线有功电能表（三相四线三元件电能表）三相四线有功电能表（三相四线三元件电能表），可以看作是三只单相电能表的组合，它具有三组电压、电可以看作是三只单相电能表的组合，它具有三组电压、电流元件，两个同轴转动的铝盘上、下排列，上面一只铝盘流元件，两个同轴转动的铝盘上、下排列，上面

27、一只铝盘装有一套驱动元件（即电压、电流线圈），下面一只铝盘装有一套驱动元件（即电压、电流线圈），下面一只铝盘装有两组驱动元件，一套计度器。三相四线有功电能表工装有两组驱动元件，一套计度器。三相四线有功电能表工作时，由三组电流、电压元件产生一移动磁场，作用在铝作时，由三组电流、电压元件产生一移动磁场，作用在铝盘上的总转矩为三组元件产生的转矩之和，使铝盘在磁场盘上的总转矩为三组元件产生的转矩之和，使铝盘在磁场中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电能中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电能的目的。的目的。无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用无功功率一般无需测量，但电力系统为

28、了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。数。为此要对这种用户加装无功电能表。第七节 三相无功电能表和无功电能的测量 对三相四线制系统，测量无功电能可用对三相四线制系统，测量无功电能可用DX1型无功电能表，型无功电能表，该表为两元件结构，两组铝盘装在同一转轴上，读数为三该表为两元件结构，两组铝盘装在同一转轴上，读数为三相总无功电能。每一组驱动元件有两个固定电流线圈，即相总无功电能。每一组驱动元件有两个固定电流线圈，即基本线圈与

29、附加线圈，两线圈绕在同一铁心上，匝数相等，基本线圈与附加线圈，两线圈绕在同一铁心上，匝数相等，极性相反。极性相反。一、三相四线制无功电能的测量一、三相四线制无功电能的测量 DX1型三相无功电能表测量无功电能的原理：型三相无功电能表测量无功电能的原理：12 ,cos90(30)cos90(30)ACBABABCBCBCPWBCABCPWABCBABCAIIIIIIIIIMK UIMK UIIIII若通过基本线圈的电流为通过附加线圈的电流为两组线圈的合成磁场将分别与、成正比，设三相电源对称，三相负载对称，两组线圈对铝盘产生的力矩分别由下式决定由于1212/3/3 3sin(30)3sin(30)3

30、 BCBABBCCALCPWLLCPWLLCPCPCPWIUUUUMKU IMKU IMMMKQ 可推出电源对称负载对称时每组线圈对铝盘的力矩分别为两组线圈对铝盘产生的总力矩正比于无功电能即可以证明在负载不对称时，总力矩同样正比于无功电能。测量三相三线制无功电能可用测量三相三线制无功电能可用DX2型无功电能表，该表型无功电能表，该表也是二元件结构，可直接读出三相无功电能，该表电压也是二元件结构，可直接读出三相无功电能，该表电压圈串接一电阻圈串接一电阻,调节调节R，使电压与工作磁通相位差为，使电压与工作磁通相位差为60，接线如图。接线如图。二、三相三线制无功电能的测量二、三相三线制无功电能的测量

31、 图 无功电能表的接线方法（a）直接接入;（b)经电流互感器接入;（c）经电流互感器、电压互感器接入 TAL3TAL2L11 2 3798L2L3iL1iL2iL3(a)4 5 6NINL11 23798L2L3iL1iL2iL3(b)4 56NINTAL1三、无功电能表的接线三、无功电能表的接线TAL3L11 23798L2L3iL1iL2iL3(c)4 56NINTAL1 图 无功电能表的接线方法（a）直接接入;（b)经电流互感器接入;（c）经电流互感器、电压互感器接入 四、用单相电能表测四、用单相电能表测对称的三相三线制的无功电能对称的三相三线制的无功电能 按下图接法，将单相电能表读数除

32、以按下图接法，将单相电能表读数除以 ，等于三相三，等于三相三线制无功电能。这可由铝盘所受的平均转矩推出。线制无功电能。这可由铝盘所受的平均转矩推出。cos(90)sin 3CPWBCAWBCAWMK UIK UIKQ 3五、无功电能表的特点五、无功电能表的特点 机电式电能表机电式电能表由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器及显示器 全电子式电能表全电子式电能表取消感应式测量机构取消感应式测量机构准确度准确度高、频带宽、体积小，适合遥控、遥测功能高、频带宽、体积小，适合遥控、遥测功能缺点是结构复杂、价格昂贵缺点是结构复杂、价格昂贵第八节第

33、八节 电子式单相电能表电子式单相电能表 图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是在电能表专用集成电路和字轮部子电能表实际是在电能表专用集成电路和字轮部件的基础上，配置相应的取样电路构成，生产工件的基础上，配置相应的取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表。杂、耗材多的感应系电能表。一、电子式单相能表结构一、电子式单相能表结构二、电子式单相电能表的专用集成电路二、电子式

34、单相电能表的专用集成电路 可供选择的电能表专用集成电路有可供选择的电能表专用集成电路有AD7755、AD7750等等芯片，下图为芯片，下图为AD7755的结构与引脚示意图。的结构与引脚示意图。电流取样输入电压取样输入基准电压输入直流电源晶振连接点增益调节复位高通滤波器接步进电机输出校验脉冲电能输入输出判别校验脉冲频率调节步进电机驱动频率调节三、三、AD7755AD7755外接电路外接电路四、四、AD7755AD7755外接电路计算外接电路计算 AD7755需要两组直流电源，其中片内数字电路、模拟电路需要两组直流电源，其中片内数字电路、模拟电路所需直流电源由二极管所需直流电源由二极管VD2整流并

35、经整流并经IC2稳压后提供，基准稳压后提供，基准电压由电压由IC4产生。产生。使用时要根据电能表的额定电流、额定电压选择取样电阻，使用时要根据电能表的额定电流、额定电压选择取样电阻，并进行调节，取样电阻计算步骤如下：并进行调节，取样电阻计算步骤如下：1.求从求从F1、F2输出的脉冲频率输出的脉冲频率：可根据计数器的电表常数：可根据计数器的电表常数推算。设配套用的计数器的电表常数为推算。设配套用的计数器的电表常数为100imp/kWh（即字（即字轮转动轮转动1kWh需要需要100脉冲推动），电能表的额定电压为脉冲推动），电能表的额定电压为220V，额定电流为，额定电流为10A，可求得工作在额定电

36、压、额定电，可求得工作在额定电压、额定电流时的脉冲频率。（若工作电流未达到额定，相应的脉冲流时的脉冲频率。（若工作电流未达到额定，相应的脉冲频率将减少）频率将减少）Hz06111.0sh3600110A220Vimp/kWh100Ff 2.求电流通道取样电压求电流通道取样电压：设电流通道取样电阻选用：设电流通道取样电阻选用350电电能表额定电流为能表额定电流为10A，可求得取样电压为，可求得取样电压为:这个电压不能超过集成电路这个电压不能超过集成电路AD7755的允许值。的允许值。3.求电压取样电路的电压值求电压取样电路的电压值:设基准电压为设基准电压为2.5V,按产品目录按产品目录提供的提供

37、的f1.4值当值当S0=1,S1=0时为时为3.4,可求出可求出:4.求电压取样电路的分压电阻求电压取样电路的分压电阻：由于取样电压从：由于取样电压从220V降压得降压得来，可推出应接入的分压电阻，例如图中来，可推出应接入的分压电阻，例如图中R4-R14为分压电为分压电阻。可求得阻。可求得:mV5.3350101AUmV9.24806.84.1122fGURfUREFF145442202RRRRU 常用的专用集成电路有常用的专用集成电路有ADE7752、ADE7754等。等。第九节 电子式三相电能表一、电子式三相电能表的专用集成电路一、电子式三相电能表的专用集成电路三相取样输入计数脉冲输出 A

38、DE7752的引脚图的引脚图 从内部结构图和引脚图可以从内部结构图和引脚图可以看出，三相电能表的专用集看出，三相电能表的专用集成电路，是由三组单相电路成电路，是由三组单相电路组成，分别从三组电路测出组成，分别从三组电路测出每相耗用功率，然后通过求每相耗用功率，然后通过求和得出三相总耗用功率。每和得出三相总耗用功率。每一相的电路结构与原理，跟一相的电路结构与原理，跟单相集成电路的结构与原理单相集成电路的结构与原理基本相同，所用的引脚名称基本相同，所用的引脚名称于功能也类似。于功能也类似。电路结构与单相主要区别是：电路结构与单相主要区别是：1.必须对三相电压、电流取样。必须对三相电压、电流取样。芯

39、片内部芯片内部6个取样通道个取样通道 2.对于大负荷的电能表要用互感器取样。对于大负荷的电能表要用互感器取样。二、电子式三相电能表的电路组成二、电子式三相电能表的电路组成 三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。所以其结构与单相同。但三相多为高量后求和。所以其结构与单相同。但三相多为高压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样。压互感器取样。三、电子式三相电能表的取样电路三、电子式三相电能表的取样电路 使用三相电能表和单相一样使用三相电能表和单相一样,也要计算取样电阻，也要计算取样电阻，

40、其步骤与单相计算方法基本相同。其步骤与单相计算方法基本相同。第一步：求第一步：求F1、F2输出的脉冲频率输出的脉冲频率 可根据计数器每转过可根据计数器每转过1千瓦小时所需要的脉冲个千瓦小时所需要的脉冲个数（即电能表计量常数），及电能表的额定功率，数（即电能表计量常数），及电能表的额定功率，求得额定状态下求得额定状态下ADE7752的的 F1、F2引脚输出的引脚输出的脉冲频率。脉冲频率。例如电能表的额定功率为例如电能表的额定功率为66kW，计，计数器计量常数为数器计量常数为100imp/Kw,可求得工作于额定状可求得工作于额定状态时态时F1、F2输出的脉冲频率输出的脉冲频率:四、外接电路计算四、

41、外接电路计算166100Hz1.833Hz3600Ff 第二步：选择电流通道配用的电流互感器变比及第二步：选择电流通道配用的电流互感器变比及电流互感器的负载电阻电流互感器的负载电阻:若额定负载电流为若额定负载电流为100A，互感器变比可取，互感器变比可取2500:1，二次绕组电流为，二次绕组电流为100/2500=0.04A。用二。用二次绕组负载电阻的输出电压作为次绕组负载电阻的输出电压作为ADE7752专用集专用集成电路电流通道的输入电压，该电压不得超过允成电路电流通道的输入电压，该电压不得超过允许值，例如许值，例如ADE7752的允许电压有效值为的允许电压有效值为176mV，负载电阻压降可

42、取允许值或允许值的一半负载电阻压降可取允许值或允许值的一半88mV，若为一半，则二次绕组负载电阻应为若为一半，则二次绕组负载电阻应为2.2 88mV/0.04A=2.2 第三步第三步 求电压取样电路的电压值：求电压取样电路的电压值：设基准电压为设基准电压为2.5V，按，按ASDE7752产品目录提供的产品目录提供的计算公式计算公式:1.5 39.0701110 fSSSCF（、时）21211.5 6.28 3FREFfUUUf 第四步第四步 根据取样电压选择电压互感器：根据取样电压选择电压互感器：或与分压电阻结合取得。或与分压电阻结合取得。五、电子式三相电能表可扩充功能五、电子式三相电能表可扩

43、充功能 常用的三相电子电能表，一般不需要配置单片机及常用的三相电子电能表，一般不需要配置单片机及相关接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进相关接口，只要在电能表专用集成电路之后，用字轮进行计度即可。但在需要扩充功能的场合，如要计量负向行计度即可。但在需要扩充功能的场合，如要计量负向电能或需要对所计的数值进行远程传输时才需要配置单电能或需要对所计的数值进行远程传输时才需要配置单片机及相关接口。片机及相关接口。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。内记录交流有功或无功电能的电能表。2 2费率计

44、度器费率计度器 由贮存器（用作贮存信息）和显示器（用由贮存器（用作贮存信息）和显示器（用作显示信息）二者构成的电作显示信息）二者构成的电-机械装置或电子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。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。行有功或无功电能计量的单元。第十节第十节 电子式单相复费率电能表电子式单相复费率电能表 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）、时间开关及由费率计度器（含驱动电路）、时间开关及逻辑电路等构成，进

45、行费率时段电能测量和显示逻辑电路等构成，进行费率时段电能测量和显示的单元。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。段以外的电能量称平电量，三者之和为总电量。利用微处理器设置不同时段的起止时间，然后按不同时段利用微处理器设置不同时段的起止时间，然后按不同时段测量用电量，存入不同的内存单元，供显示或抄录。下图测量用电量，存入不同的内存单元，供显示或抄录。下图是是DDSF111型复费率电能表的结构

46、示意图。型复费率电能表的结构示意图。复费率电能表利用实时时钟芯片复费率电能表利用实时时钟芯片RTC4553A提供实时时间，提供实时时间，包括年、月、日、时、分、秒，作为分时计费的时间标准。包括年、月、日、时、分、秒，作为分时计费的时间标准。图图3-43为为RTC4553内部结构示意图。内部结构示意图。一、时钟电路一、时钟电路 二、电能计量电路二、电能计量电路 控制电路由单片机控制电路由单片机MC68HC05L16及及相关外围电路包括相关外围电路包括液晶显示器、通信液晶显示器、通信接口和检测电路等接口和检测电路等组成。组成。三、控制电路三、控制电路控制电路的外围部件：控制电路的外围部件：1.液晶

47、显示器液晶显示器 显示器有显示器有33个显示电极和个显示电极和4个背电极，连接到单个背电极，连接到单片机片机MC68HC05L16的的FP、BP有关引脚，并通过有关引脚，并通过红外开关控制翻页，依次显示红外开关控制翻页，依次显示42种不同的数据。种不同的数据。2.通信接口通信接口 远程计算机通过远程计算机通过485通信接口向电能表要设置运通信接口向电能表要设置运行参数，或从电能表取出数据。行参数，或从电能表取出数据。3.检测功能检测功能 检测断电、报警等检测断电、报警等第十一节 集中抄表与电子式IC卡预付费电能表 1.红外传输方式：用户电能表通过红外输出信号红外传输方式：用户电能表通过红外输出

48、信号接口，向抄表者传送表内数据。接口，向抄表者传送表内数据。2.利用利用RS485串口的传输方式：用户电能表通过串口的传输方式：用户电能表通过RS485串口将表内数据送送抄表中心。串口将表内数据送送抄表中心。3.利用电力线或有线电视网进行传输的方式：用利用电力线或有线电视网进行传输的方式：用户通过电子式载波电能表，将计量数据通过专用户通过电子式载波电能表，将计量数据通过专用载波芯片馈入电力线或有线电视网络，抄表设备载波芯片馈入电力线或有线电视网络，抄表设备通过调制与解调读取用户的用电数据。通过调制与解调读取用户的用电数据。一、集中抄表与电能表数据远程传送的几种方一、集中抄表与电能表数据远程传送

49、的几种方式式 4.无线信号抄表方式：用于偏远的工厂大用户或无线信号抄表方式：用于偏远的工厂大用户或装在高空的表计，利用移动通信网络的短信服务装在高空的表计，利用移动通信网络的短信服务（SMS），定时向系统发出用电数据的短信供系），定时向系统发出用电数据的短信供系统接收。统接收。5.通过通过IC卡传输方式：电费存入卡传输方式：电费存入IC卡，然后由用卡，然后由用户自己把户自己把IC卡插入电表，作为耗电依据。卡插入电表，作为耗电依据。IC卡预付费电能表结构包括计量和控制两个部分，卡预付费电能表结构包括计量和控制两个部分，计量部分采用专用计量芯片（如计量部分采用专用计量芯片（如BL0932），控制）

50、，控制部分采用单片机，实现读卡、预付电费用完告警、部分采用单片机，实现读卡、预付电费用完告警、电费用完断电以及防窃电控制等操作。结构如下电费用完断电以及防窃电控制等操作。结构如下图所示。图所示。二、二、ICIC卡预付费电能表的结构卡预付费电能表的结构 若以若以BL0932为计量芯片，通过电流、电压取样电为计量芯片，通过电流、电压取样电阻获取耗电信息，经乘法器取得有功功率值，通阻获取耗电信息，经乘法器取得有功功率值，通过功率过功率-频率转换器转换为高频脉冲，用于激励红频率转换器转换为高频脉冲，用于激励红外外LED发出红外信号供校验使用。同时用分频法发出红外信号供校验使用。同时用分频法产生相应的低

51、频脉冲，经产生相应的低频脉冲，经MOT引脚输出，用于带引脚输出，用于带动步进电机及字轮显示消耗的电能值。或送单片动步进电机及字轮显示消耗的电能值。或送单片机计算出用户所消耗的电能。机计算出用户所消耗的电能。三、计量单元三、计量单元 控制单元包括控制单元包括IC卡读卡插座、数据存储器、显示卡读卡插座、数据存储器、显示器以及超负荷与电费用完的警告及切断电路的开器以及超负荷与电费用完的警告及切断电路的开关。关。四、控制单元四、控制单元控制单元的功能：控制单元的功能：卡座作为卡座作为IC卡与单片机通信的接口。卡与单片机通信的接口。存储器用于存储交费数据。当存储器用于存储交费数据。当IC卡插入卡座后，卡

52、插入卡座后，通过单片机与通过单片机与IC卡通信，将交费数据转存在存储卡通信，将交费数据转存在存储器。器。电能表所用的电能表所用的LCD显示器，一般都使用专用的液显示器，一般都使用专用的液晶显示器，用于显示耗用电能。晶显示器，用于显示耗用电能。超负荷和电费用完，单片机可通过继电器切断供超负荷和电费用完，单片机可通过继电器切断供电。如是超负荷，单片机会累计超负荷次数，若电。如是超负荷，单片机会累计超负荷次数，若在三次以内，则延时后会自动恢复。若是电费用在三次以内，则延时后会自动恢复。若是电费用完则由控制继电器将电源切断。完则由控制继电器将电源切断。智能电网的的重要支柱 智能用电智能用电 用电信息采

53、集系统用电信息采集系统智能化客户服务智能化客户服务智能化量测及控制智能化量测及控制智能化营销业务管智能化营销业务管理与决策理与决策智能化需求侧管理智能化需求侧管理客户资源开发利用客户资源开发利用（1）用电方案优化制定：整合供配电资源，自动生成最优的客户业扩方案；（2）多渠道缴费：依托社会化资源和自助缴费渠道，实现电费收取多样便捷；（3）故障诊断与处理：帮助客户实现故障自动诊断、快速排除，自动寻找替代供电线路；（4）用电情况在线监测：客户用电信息实时监测，异常状态在线分析、动态跟踪和自动控制；（5）客户服务定制:为客户提供标准化或定制服务选择；（6）客户获取相关信息：利用智能电表或智能终端获取电

54、网供需信息和用电价格，实现用能状况、电费构成可视化展示和智能控制。智能用电功能智能用电功能智能化客户服务智能化客户服务智能化量测及控制智能化量测及控制智能化营销业务管智能化营销业务管理与决策理与决策智能化需求侧管理智能化需求侧管理客户资源开发利用客户资源开发利用（1）数据采集数据采集：实现电能双向计量；自动采集客户电能量数据、电能质量数据、各种电气和状态（事件）数据，对数据进行合理性检查、分析和存储管理；（2）控制控制：功率定值控制、电量定值控制、费率定值控制、远方控制、电费催收辅助控制、预付费管理控制；（3）远方设置和控制远方设置和控制：客户根据电价变化，远程对家用电器进行设置和控制，如低谷

55、时开启用电设备；（4）数据共享数据共享：所有数据通过统一的平台进行管理和发布，实现信息共享。智能用电功能智能用电功能智能化客户服务智能化客户服务智能化量测及控制智能化量测及控制智能化营销业务管智能化营销业务管理与决策理与决策智能化需求侧管理智能化需求侧管理客户资源开发利用客户资源开发利用（1）智能双向结算智能双向结算：实现客户与电网企业间互供电量、电费的自动结算；（2）电能质量管理电能质量管理：远程监测客户侧电能质量（电压、无功、谐波等），自动进行信息发布；（3）线线/变损实时分析变损实时分析：基于用电、配电、输电实时数据，完成电网分层、分级的实时线/变损自动分析；（4）电费回收保障电费回收保

56、障：实现客户价值、信用等级、风险评价；（5）市场分析与预测市场分析与预测：自动完成购、售电市场分析与预测，为输配电网络规划、建设提供依据；（6）供用电安全隐患检测供用电安全隐患检测：按照客户重要程度分级判据，对照客户供电方式、自备应急电源配备等客户资料，分析检测客户供用电安全隐患；（7）工作质量控制工作质量控制：对业务处理、流程执行、工作时限、工作效果等情况进行评价、考核；（8）智能分析决策智能分析决策：对营销指标进行统计、查询、分析、预测，为国家电价政策、节能减排政策的制定提供决策信息，为公司经营管理提供决策依据。智能用电功能智能用电功能智能化客户服务智能化客户服务智能化量测及控制智能化量测

57、及控制智能化营销业务管智能化营销业务管理与决策理与决策智能化需求侧管理智能化需求侧管理客户资源开发利用客户资源开发利用（1）用电设备智能控制用电设备智能控制：实现客户用电设备在线监测、停/投运控制，满足社会有序用电、客户经济用电的需要；（2）用电设备状态智能诊断用电设备状态智能诊断：实时诊断客户用电设备健康状况，为客户提供安全用电服务；（3）能耗监测与能效诊断能耗监测与能效诊断：为客户用能系统提供能耗监测与能效诊断、能效项目实施效果验证等服务；（4）有序用电管理有序用电管理：有序用电方案自动编制和优化、自动实施、过程跟踪、自动监测、效果评价;（5）分布式能源入网监控分布式能源入网监控：对客户分

58、布式能源上下网及运行情况进行监控，实现故障情况自动隔离。智能用电功能智能用电功能智能化客户服务智能化客户服务智能化量测及控制智能化量测及控制智能化营销业务管智能化营销业务管理与决策理与决策智能化需求侧管理智能化需求侧管理客户资源开发利用客户资源开发利用（1）客户资源管理客户资源管理：对客户用电资产信息、信用信息、用电信息等进行有效利用，开展金融产品开发和营销；（2）客户营销服务支持客户营销服务支持：支持各金融平台面向客户的直销、电话营销、信函销售等营销模式；（3）客户增值服务客户增值服务：与保险、信托、证券等业务相结合，为客户提供深化服务；提供客户节能衍生品（二氧化碳等）转化服务；（4）社会诚

59、信服务社会诚信服务：实现客户信用评价信息化，并纳入社会信用体系。智能用电功能智能用电功能2009年2010年2011年2015年2016年2020年研究试点阶段研究试点阶段全面建设阶段全面建设阶段完善提升阶段完善提升阶段新增用电信息采集用户超过新增用电信息采集用户超过300300万户；电动万户；电动汽车充放电站达到千座规模；电能占终端能汽车充放电站达到千座规模；电能占终端能源消费比重提高到源消费比重提高到20.9%20.9%。用电信息采集系统覆盖率达用电信息采集系统覆盖率达80%80%，用户，用户超过超过1400014000万户；电动汽车充放电站超万户；电动汽车充放电站超过过40004000座

60、；电能占终端能源消费比重座；电能占终端能源消费比重提高到提高到23.2%23.2%。用电信息采集系统（智能电表）覆盖用电信息采集系统（智能电表）覆盖率达率达100%100%，电动汽车充放电站达到万，电动汽车充放电站达到万座规模，电能占终端能源消费比重提座规模，电能占终端能源消费比重提高到高到26.2%26.2%。智能用电分阶段发展目标智能用电分阶段发展目标是对电力用户的用电信息是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监进行采集、处理和实时监控的系统，实现用电信息控的系统，实现用电信息的自动采集、计量异常监的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发分析和管理、相关信息发布、分布式能源的监控、布、分布式能源的监控、智能用电设备的信息交互智能用电设备的信息交互等功能。等功能。用电信息采集系统概念用电信息采集系统概念通讯、通道终端设备用电信息采集系统智能电表系统主站系统逻辑架构图系统逻辑架构图与营销系统接口与营销系统接口物理架构图物理架构图功率和电能的测量最新课件GPRS电力系统远程抄表系统解决方案电力系统远程抄表系统解决方案