《电能表常用知识分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电能表常用知识分析（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电能表基础知识 深圳市思达仪表有限公司电表事业 部制造中心 工程部：王万年 2007年4月27日 从20世纪90年代初，电子式电能表从出现到目前海内外大面积的使用说 明电子式电能表已逐步被用户接受，无论从质量上还是技术上已走向成熟。 电子式电能表的种类繁多，包括普通电子式电能表，带各种通信接口、预 付费、多费率和多功能的单、三相电能表。普通电子式电能表是指仅仅具 有计量功能的电能表，显示方式主要有机械计度器、数码管和液晶三种方式 。从发展趋势看，由于机械计度器在抗强磁方面存在缺陷，因此在防窃电方 面，数码管和液晶两种显示方式将会有更大的市场空间，但成本较高，目前 国内部分省市已开始推广使用，国
2、外也有较大需求。防窃电式电能表主要是 指电流反接、负载接地等情况下能正常计量。由于电力供应紧张，为了合理使用电力资源，推广使用实行尖峰平谷电 价的分时表，各种多费率电能表，特别是工业用的三相电能表会逐步地被多 费率、多功能的电子式电能表取代。例如现在我们公司生产的带有载波、 485、红外、射频通讯功能的表，都是为了解决抄表难的问题，自动抄表系 统也在被越来越多地采用。电能表的发展模块化的电能表1. 电能表是一计量工具所 以不管怎么发展怎么改变他必 须要以计量功能为主，而随着 科技的发展和人们对电子用品 的完善，不断的在原来的基础 上外加了一些功能，也就是说 我们在计量的基础上外加一些 功能能更
3、方便更快捷的抄表以 及操作电能表。 2. 我们的电表外加功能一 般是以客户要求而外加的。例 如：某客户需要一款带有时钟 停电抄表及载波通讯的表， 那么我们会将这些模块和计量 模块合理设计排板制作以达到 客户的要求。时钟模块485通讯模块射频通 讯模块计量模块红外通 讯模块预付费 模块载波 通讯 模块停电 抄表 模块下面我们讨论电能表 用运的一些电路及功 能和常用元件的工作原理和特性单相正弦交流电iIm 2 T2t电流表达式I=Imsin(t+)T:正弦量变化一次所需的时间（ 秒）称为周期。u ：每秒内变化的次数称为频率。 它们的关系是=1/T正弦量变化的快慢除用周期和 频率表示外，还可以用角频
4、率 来表示。因为一周期内经历2弧 度所以角频率为 = 2/T= 2三相正弦交流电2tuaubuc0120.120.120.uaub uc预付费电能表工作原理液晶显示器MCU M68HC05L5IC卡 接口非易失储存器电能计量芯片BL0932分压分流器断电机构蜂鸣器窃电信号校验脉冲220V进线负载出线uipFP PA0，1PB6PC3PD5，6SPIPC5/EV0超负荷控制MCU工作原理KW.hVLCD1VLCD2VLCD3PB0PC3/TCAPPB6 PC6/IRQ2 RESETVdd VssOSCXOSCFPPD03/ BP1-4PC5/EV0PA1PA0PC4/EV1PA2PA3PA7 P
5、CO/SCL PCO/SDO PCO/SDIPD5PD6Vcc DCLKINGND卡座Vcc设置信号 换卡信号CLK DI DOVcc NC ORGGNDCS43215678控制继电器复位信号 +5V4MHZ+5V窃电信号 掉点检测电能计量脉冲+5V计量单元工作原理ui几百伏几百安输 入 级乘 法 器P/f 变换记数 显示 控制fP几mV几mAH L 电能计量单元 数字乘法器 A/DA/DP（D ）数字乘法器记数、比较 控制器 P（D ）H 0P/f变换这是一个将220V交流电压，变为5V纯直流电压的电路。从图中可以看到， 220V交流电压通过压敏电阻VR1和聚脂电容C1稳压和滤波输入变压器T
6、R1的初级线 圈，同时压敏电阻VR1也有保险的作用。变压器将电压通过降压后再用整流二极管 D1对其进行整流。所以经过二极管D1的是整流电压，然后将一个大大电容和一个小 电容并联起来，这完全利用了电容的特性（由于大电容在高频时会处于开路状态而 小电容的容抗远大于大电容所以处于工作状态）滤除各种高频干扰信号，从而得到 了纯直流电压输入三端稳压器U1的集电极经过稳压后得到一个纯直流电压+5V，那 么图中的其他两个二极管D2，D3主要是保护作用，D2是当电容处于开路状态时使其 形成回路。D3当输入端短路时，给C12一个放电的通路，防止C12两端电压激穿调整 管的发射结。 电表常用电路AGND Zero
7、1243+5vGND Vin +5vNJM78L05A132+ VR1VR2C1D1D2C11C12C2C3D3U1TR1互感现象这一原理在电能表中常用到的 我们先做个实验。 实验：有线圈L1和L2，其中在线圈L1 回路中接入电池E和开关S在线圈L2 中接入一个检流表。当开关S闭合 时检流表指针有变化，说明线圈L2 中有电流。 分析：线圈L1有了电流产生了变化的 磁通，这一变化的磁通穿过了线圈 L2。由于线圈L2中存在变化的磁通 ，所以线圈L2两端要产生感应电动 势，便有电流。这就叫互感现象。 总结：1.线圈L1和线圈L2之间存在磁 耦合又称互感现象。2.为了定量表征互感偶合情况 ，出现了互感
8、系数M，其是互感线 圈的固有参数，它的大小与两个线 圈的匝数，相互间的位置，几何尺 寸等因素有关。ESL1 L2变压器的工作原理1. 前面我们说到的互感现 象，在这里也基本相似的。 当初级线圈输入交流电压后 ，它的线圈产生了交变磁场 ，而这一交变磁场磁力线是 经过次级线圈形成回路的， 当次级线圈回路闭合时它的 线圈会切割初级产生的磁力 线，这样就产生了感生电动 势，在次级线圈两端就有了 交流电压。 2. 从图中的电路符号可以看 出变压器的线圈结构情况，它 也是利用线圈互感特性构成的 。 3. 所示电路符号中共有三组 线圈，即12为一次线圈（初 级）34和56各组成两个二 次线圈（次级）.初级次
9、级1次级2654321铁芯屏蔽层（3）隔离特性我们在图中可以看到 输入变压器初级的是 220V交流电压也就是市 电，它的零线是接地（ 地球）的也就是说零线 与大地之间有220V交流 电压，这样我们只要接 触到一根火线人体就会 有220V电压流过，会有 生命危险。现在我们做 一个初级和次级匝数比 为1：1的变压器当初级 输入220V电压时次级输 出 电压也为220V，但是 不同的是，次级不像初 级是火线以大地为参考 端，而是次级两端（34 ）的电压，初级线圈跟 次级线圈之间高度绝缘 。次级每一端跟地的电 压为0V。初级4321次级1：1T220V火地0V0V注：当人身同时接触到次级两端便 有22
10、0V加到人身上。有生命危险（2）电压与电流之间的关系下面我们分析变压器初级和次级线圈电压和电流的关系。 （为了方便我们设变压器本身没有能量损耗）设初级线圈输出的功率为P1，次级线圈输出的功率为P2 所以我们得出下式P1= P2 由P1 = V1 . I1； P2 = V2 . I2 。V1 . I1= V2. I2（ P1 = P2）； V1 I2 = V2 I1 从上式可以看出： 降压变压器（ V1 V2）输出的电压低但是 输 出 的电流大。升压变压器（ V1 V2）输出的电压高但是输 出的电流小 各线圈电压和电流之间的关系仍然可以用上面的公式计算出来。(4 ). 同名端的特性1. 关于变压
11、器的同名端 从图中可以看到1和3端各 标了一个黑点，这就是同 名端的标记，也就是1和3 两断是同名端。同名端就 是表示他们的电压相位是 相同的关系，也就是说他 们的电压同时增大或同时 减小。而次级线圈下端（4 点端）电压相位与上端正 好相反。2. 同名端跟初级和次级绕 线的方向是有关系的，当 初级和次级线圈以同一个 方向绕在铁芯时，两个线 圈的头是同名端，线圈的 尾也是同名端。而同一个 线圈的头和尾上的电压相 位是相反的关系。42T .V 0tV 0tV 0t13从各个电能表读出的数据先集中起来，然后再传送到电能表管理中心， 然后统一管理，我们常用的传送方式有；1.利用电力线实施载波通讯传诵数
12、据。2.利用电话网络进行数据传送。3.利用无线方式传送数据。4.利用光纤方式传送数据。我们在下面的图中可以看到它是一个完整的自动抄表系统。数据采集器 将其相连电表的数据读出，而台区集中器又与其同一变压器供电范围内的所 有数据采集器通讯收集并储存台内所有电表的数据，其通讯方式可以是 RS485方式或电力线载波方式。然后可以通过调制解读器（MODEM），用 无线方式，也可以用车载电台，依次唤醒各台区的集中器传送数据。当然也 可以直接用掌上机对采集器、集中器通讯收集数据传送到电能管理中心。下 面我们会详细的说明其中传送方式的原理。电能表的自动抄表技术自动抄表系统电子表感应表感应表数据采集器数据采集器
13、台区采集器MODEMMODEM用电检测中心掌上机RS485/232电力载波车载电台电子表这种技术使用很广泛，在电表传送数据的发射端，先将数据编码，然后 将其调制到40KHZ的载波上，然后由红外发射管将电信号以光的形式发送出 去。在接收端先用光敏管把光信号接收下来，还原为电信号，然后用解调器 解出数据编码，最后由译码器译出信息内容。 红外传送+5V+5V+PD6/SC10EVOSCI/EVI红外发红外收调幅信号和调频信号的概念概念：调制就是一个频率较底的信号（如音频信号）去控制（改变 ）另一个频率高的多的信号的幅度，频率或相位，这种一个信号的 变化规律去改变另一个信号的变化规律的过程叫做调制。调
14、频高的 多的那个信号称之为载波。 方式：1.调幅 2.调频 3.调相 目的：为了传送那个频率底的信号（便于无线电信号的发射）另一 个目的是为了将两个信号变为两个频率较高的复合信号。我们的电能表就是用运了这一原理来操作电表和抄 表如：载波表，射频表等。调制信号1. 这是一个 音频信号也 就是所要传 送的信号。 2. 因为它 频率底，幅 度小所以不 便于远距离 发射。V0载波1. 这是一 个载波信号 ，由于它是 一个高频率 等幅正弦波 信号，所以 传送的距离 很远。 2. 载波频 率远远高于 音频信号的 频率。载波普通调幅1. 我们将这两个信号通 过调频器进行调制（调 幅），得到在空中传播 的高频
15、调幅信号，也叫 高频信号，又叫射频信 号。 2. 经过调幅的信号其载 波的频率没有改变，但 是它的幅度改变了，高 频信号的幅度变化规律 就是所要传送的音频信 号。V0载波调频信号我们将两个（音 频信号和载波信号） 特性相同的信号进行 调制，可以看出载波 信号的频率发生了变 化，其频率改变的规 律与音频信号的幅度 变化规律有关，即调 频信号频率的变化规 律就是所要传送的的 音频信号变化规律。 优点：抗干扰性强。音频信号a bd高频信号平衡调幅 比较普通调幅可以得出 两点不同： 1. 普通调幅波形的上包 络P和下包络-P是不相交 的，上下包络之间是载波 。 2. 平衡调幅波形的上包 络P和下包络-P是相交的 ，上下包络之间也是载波 。但在交点出相位相反， 使得载波在一个周期内的 平均值为零。这样在接收 时不能直接取出载波信号 。p-p载波交点处载 相位反相 180度
