电能计量技术 教学课件 ppt 作者 王鲁杨 第2章 电能表

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1、,电能计量技术,第2章 电能表,电子教案,2019/5/22,2,第2章 电能表,电能表是专门用来测量电能累计值的一种表计，是电能计量装置的核心部分。,2.1 电能表基础知识 2.2 感应式电能表 2.3 电子式电能表 2.4 各种电子式电能表 2.5 智能电能表,2019/5/22,3,2.1 电能表基础知识,一、电能表的发展历史, 1881年，爱迪生，直流安培小时计, 1888年，弗拉里斯（Ferraris，意），感应式电能表, 20世纪二、三十年代，无功电能表, 20世纪七十年代，脉冲式电能表 分时电能表, 20世纪八十年代初，全电子式电能表 20世纪八十年代中后期，长寿命、高可靠性、宽

2、量程、高 精度、多功能全电子式电能表, 我国：五十年代开始仿制；现能设计、生产各种类型的电 能表。,2019/5/22,4,2.1 电能表基础知识,一、电能表的发展历史, 我国：五十年代开始仿制；,目前成为电能表生产大国，目前感应式电能表、电子式电能表和智能化电能表等主要产品都已经达到或接近发达国家技术标准，生产和研发能力也已经能够满足国际市场的不同需求，而且价格优势明显，在国际市场上具有较强的竞争力。,2019/5/22,5,2.1 电能表基础知识,二、电能表的分类,1、根据电能表的用途不同，分为 标准电能表 安装式电能表 安装式电能表又分为以下不同的类别： 2、按所测电能的种类，分为 交流

3、电能表 直流电能表 3、按相数及接线方式，分为 单相电能表 三相三线电能表 三相四线电能表 4、按结构及工作原理，分为 感应式电能表 电子式（静止式）电能表 5、按电压等级，分为 高压电能表 低压电能表,2019/5/22,6,2.1 电能表基础知识,二、电能表的分类,6、按电流的测量范围，分为 直通表 经电流互感器接入电能表 7、按测量功能，分为 有功电能表、 无功电能表、 复费率电能表、 损耗电能表、 最大需量电能表、 预付费电能表、 多功电能表、 智能电能表等。 8、按准确度等级，分为 0.01、0.02、0.05、0.1、0.1S、0.2、 0.2S、0.5、0.5S、1.0、2.0、

4、3.0 级电能表,2019/5/22,7,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,图2-1 单相电能表,图2-2 三相四线电能表,2019/5/22,8,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,1、名称、型号,安装式电能表的型号代号,2019/5/22,9,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,1、名称、型号,注：功能代号“Y”只有在第二组别的代号“Z”（智能）后 时， 其含义才为“费控”； 在其他代号后时，其含义均为“预付费”。 RS-485的通信信道代号在型号中可以省略,2019/5/22,10,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,1、名称、型号,2019/5

5、/22,11,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,2、参比频率、参比电压、参比电流和最大电流,1）参比频率：50Hz 2）参比电压UN：低压单相220V 三相三线3380V 和 3100V 三相四线3220380V 和 355.7100V 3）参比电流Ib：基本电流或标定电流，是确定电能表有关特 性的电流值 4）最大电流Imax：额定最大电流，是电能表能满足其制造标 准规定的准确度的最大电流值 10（60）A、31.5（6）A,2019/5/22,12,2.1 电能表基础知识,三、电能表的铭牌知识,3、电能表常数,有功电能表常数：r/kWh、imp/kWh 无功电能表常数：r/kva

6、rh、imp/kvarh,4、准确度等级：如、,5、生产许可证标志和编号： China-Measuring instruments-Certificate of license,6、计量单位：kWh，kvarh,7、电能表的防护类型： 表示电能表的防护类型为类防护绝缘封闭。,2019/5/22,13,2.2 感应式电能表,一、单相感应式电能表的结构,感应式仪表：,利用固定的交变磁场 与 由该磁场在可动部分 的导体所产生的感生电流之间的作用力工作的 仪表。,单相感应式电能表的结构,测量机构：,驱动元件,转动元件,制动元件,轴承,计度器,辅助部件：,基架,底座,表盖,端钮盒,铭牌,2019/5/2

7、2,14,2.2 感应式电能表,一、单相感应式电能表的结构,图2-4 单相电能表的 测量机构简图 1一电压铁芯； 2一电压线圈； 3一电流铁芯； 4电流线圈； 5一转盘；6一转轴； 7一制动元件； 8一下轴承； 9一上轴承；l0一蜗轮； 11一蜗杆；12一回磁极,2019/5/22,15,2.2 感应式电能表,二、单相感应式电能表的工作原理,图2-6 电能表内各磁通分布情况 1-电压铁芯；2-电压线圈；3-电流铁芯； 4-电流线圈；5-回磁极；6-转盘, 电压工作磁通U：穿过 转盘的磁通,U的路径：,中心柱上磁轭两边柱回磁极 气隙转盘气隙, 电流工作磁通I ：穿过 转盘的磁通,I 的路径：,电

8、流铁芯气隙转盘气隙电压铁芯 气隙转盘气隙,2019/5/22,16,2.2 感应式电能表,二、单相感应式电能表的工作原理, U、I共3次穿过转盘, 交变的工作磁通I、I和U穿 过转盘时，各产生相应的滞后 90的感应电动势及感应电流iPI、 iPI和iPU，, iPI、iPI与 U 相互作用形成电磁力 fI，产生瞬时驱动力矩m1、 iPU与I、I相互作用形成电磁力fU ，产生瞬时驱动力矩m2。,图2-7 三磁通型电能表的磁极分布,图2-8 转盘内磁通和感应电流示意图,2019/5/22,17,2.2 感应式电能表, m1和m2的代数和在一个周期内的平均值即转盘所受到 的驱动力矩MQ：, 制动元件

9、产生制动力矩MT：, 当负载功率保持不变时，驱动力 矩与制动力矩保持平衡，转盘作 匀速转动，,二、单相感应式电能表的工作原理,MQ = K1P,MT = K2n,MQMT，即 K1P = K2 n， nP 转数：NnTAPT (2-3) A：电能表常数。,图2-9 制动力矩的形成,2019/5/22,18,2.2 感应式电能表,三、三相感应式电能表,1、三相感应式电能表由单相感应式电能表发展而成， 同样由驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器 等部件组成。 2、三相感应式电能表与单相感应式电能表的主要区别在于： 三相三线电能表有两个电磁元件， 三相四线电能表有三个电磁元件。 3、多个电磁元

10、件产生的驱动力矩共同作用在一个转动元件 上，并由一个计度器指示三相电路消耗的总电能。 总的计量结果是多个电磁元件计量结果的代数和。,2019/5/22,19,2.2 感应式电能表,四、感应式电能表的误差及误差调整, 除了驱动力矩、制动力矩外，还有抑制力矩、摩擦力矩 和补偿力矩等附加力矩的作用，以及电流铁芯工作磁通 的非线性的影响，破坏了转盘的转速和负载功率成正比 的关系，引起了电能表的误差。 基本误差：电能表在规定的电压、频率和温度的条件下， 测得的相对误差值。 附加误差：电能表在运行中，由于电压、频率和温度等 外界条件变化所产生的误差。 每只电能表都设置了误差调整装置，包括满载调整装置、 相

11、位角调整装置、轻载调整装置及防潜装置。有些电能 表还有过载补偿装置及温度补偿装置，三相电能表还应 装有平衡调整装置。,2019/5/22,20,2.3 电子式电能表,电子式电能表由下述五部分组成：, 电压u、电流 i 输入电路, 工作电源, 计数显示控制电路, 乘法器, Pf 变换器,一、电子式电能表的基本结构和测量原理,电子式电能表的组成框图,图2-10 电子式电能表的基本结构框图,2019/5/22,21,2.3 电子式电能表,一、电子式电能表的基本结构和测量原理, 电压u、电流 i 输入电路,采用 精密电阻分压、分流,电流互感器,电压互感器 、,将被测的高电压（几十V或几百V）和大电流（

12、几A几十A） 转换成电子电路能处理的低电压（几十mV几V）和小电流 （几mA）输入到乘法器中，并使乘法器和电网隔离，减小 干扰。,或采用,2019/5/22,22,2.3 电子式电能表,一、电子式电能表的基本结构和测量原理, 乘法器,乘法器是实现被测电压、电流相乘，输出为功率的器件,乘法器,模拟乘法器,数字乘法器,时分割乘法器,霍尔乘法器,硬件乘法器（由移位寄存器和加法器组成）,软件乘法器（利用乘法指令实现）,2019/5/22,23,2.3 电子式电能表,一、电子式电能表的基本结构和测量原理, Pf 变换器,将乘法器输出的功率信号（P）变为标准脉冲，用脉冲频率（f）的高低来代表功率大小。他与

13、计数器一起实现电能测量中的积分运算。,有Uf 变换、,Df 变换几种形式,If 变换、, 计数显示控制电路,计数器对Pf变换器的输出脉冲计数，累计电能；,显示器显示电能表所测量的电能，显示器有字轮计度器、液晶显示器（LCD）和发光二极管显示器（LED）几种类型；,控制电路用于实现电子式电能表的各种功能, 工作电源,直流稳压电源，为各部分电子电路的工作提供合适的直流电压。,2019/5/22,24,2.3 电子式电能表,二、电能计量芯片, 将电能表的电子电路尽可能集成，形成了计量芯片。 计量芯片集成了乘法器、Pf 变换器，还包含有 其它电 路，如相位调整电路、电源监测电路、接口电路等， 计量芯片

14、的主要功能是用于计量，是电子式电能表的核 心部件。 计量芯片的出现使单相电子式电能表的设计变得非常简 单，只要在计量芯片外加一些简单的外围电路，就可形 成一个电子式电能表，准确度一般在1级以内。计量芯 片的面世使电子式表得到了飞速发展。,2019/5/22,25,2.3 电子式电能表,三、电子式电能表的误差及误差调整, 电子式电能表的误差来源，主要是表内分流器或电流 互感器TA、表内分压器或电压互感器TV、乘法器等 部分。, 电子式电能表误差调整的两种方式： 调整分压器中的可调整电阻。 采用软件调整。,2019/5/22,26,2.4 各种电子式电能表,一、分时电能表, 分时计量电能表又称为复

15、费率电能表，是一种按不同时 段分别计量用户用电情况的电能表。 按照电力负荷的大小，一天24h分为用电的顶、平、峰、 谷等不同时段，供电部门对不同时段的用电实行不同电 价，用经济手段鼓励用户主动采取避峰填谷的措施，从 而使电力负荷曲线变缓，以提高发电设备的利用率，同 时减小由于负荷曲线变化太大而引起的不安全因素。,2019/5/22,27,2.4 各种电子式电能表,二、多功能电能表,多功能电能表：除计量有功（无功）外，还具有分时、测量需量等两种以上的功能，并能显示、存贮和输出数据的电能表。,图2-12 三相电子式多功能电能表的组成框图,电子式多功能电能表由测量单元和数据处理单元等组成。数据处理单元一般是由单片机担任。,2019/5/22,28,2.4 各种电子式电能表,二、多功能电能表,1、分压器、电流互感器 2、电能计量模块 3、非易失存储器：采用EEPROM，用于保存所有与需量运算、 分时运算有关的关键数据，包括：,编程数据；电能表常数； 有功总电量；无功或视在总电量； 最大需量；累积最大需量；复费率时的分时需量； 分时计费数据的历史数据； 需量复位累积次数； 断电累积次数； 修改数据通信的累积次数。,2019/5/22,29,2.4 各种电子式电能表,二、多功能电能表,电子式多功能电能表的许多功能是通过软件实现：,（1）软件调试