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电能计量技术第三章 第三章 电子式电能表的结构和原理 第一节 机电式电能表的结构和工作原理 第二节 全电子式电能表的结构和工作原理 第三节 单相电子式复费率电能表 第四节 单相预付费电能表 第五节 三相三线电子式多功能电能表 第一节 机电式电能表的结构和工作原理 一、单向脉冲式电能表 二、双向脉冲式电能表 第一节 机电式电能表的结构和工作原理 机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器四大部分组成，工作原理框图如图3-1所示。 感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数 光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲 分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。 显示器的作用是把电能表所测量的电能用电子器件显示出来，以方便读取数据。 一、单向脉冲式电能表 单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和光电转换电路两部分。 1．光电头 光电头由发光器件和光敏器件组成。 两种典型光电头的安装结构如图3-3所示。图3-3（α）为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。 一、单向脉冲式电能表 2．光电转换电路 一种最基本的光电转换电路如图3-4所示。当光敏管接收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，V1导通，作用到V2和V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电平；反之，当光敏管接收到的光照较弱时，处于截止状态，相应的输出电压呈低电平。 二、双向脉冲式电能表 双向脉冲式电能表具有双向计度的功能，既能测量正向消耗电能，又能测量反向消耗电能。 双向脉冲式电能表光电转换及双向脉冲输出控制电路如图3-8所示。 第二节 全电子式电能表的结构和工作原理 一、输入变换电路 二、乘法器电路 三、电压／频率转换器 四、分频计数器 五、显示器 电子式电能表工作原理框图如图3-10所示 被测量的高电压u、大电流i经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器，乘法器完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用电压／频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。 一、输入变换电路 输入电路的作用，一方面是将被测信号按一定的比例转换成低电压、小电流输入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电网隔离，减小干扰。 （一）电流输入变换电路 1．锰铜片分流器 以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流i（t）流过时会产生相应的成正比的微弱电压 Ui（t），其数学表达式为 Ui（t）＝i（t）R 一、输入变换电路 2．电流互感器 采用普通互感器（电磁式）的最大优点是电能表内主回路与二次回路、电压和电流回路可以隔离分开，实现供电主回路电流互感器二次侧不带强电，并可提高电子式电能表的抗干扰能力。其原理框图如图3-12所示。 其数学表达式为 一、输入变换电路 （二）电压输入变换电路 1．电阻网络 采用电阻网络的最大优点是线性好、成本低，缺点是不能实现电气隔离。 实用中，一般采用多级（如3级）分压，以便提高耐压和方便补偿与调试。典型接线如图3-13所示。 一、输入变换电路 2．电压互感器 采用互感器的最大优点是可实现一次侧和二次侧的电气隔离，并可提高电能表的抗干扰能力，缺点是成本高。其电路图如图3-14所示。 其数学表达式为 u（t）＝KU uU（t） 二、乘法器电路 模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络，如图3-15所示。理想的乘法器的输出特性方程式可表示为 二、乘法器电路 （一）时分割乘法器 它在提供的节拍信号的周期T里，对被测电压信号ux作脉冲调宽式处理，调制出一正负宽度T1、T2之差（时间量）与ux成正比的不等宽方波脉冲，即T2－T1＝K1ux；再以此脉冲宽度控制与ux同频的被测电压信号uy的正负极性持续时间，进行调幅处理，使u＝K2uy；最后将调宽调幅波经滤波器输出，输出电压U0为每个周期T内电压u的平均值，它反映了ux、uy两同频电压乘积的平均值，实现了两信号的相乘，输出的调宽调幅方波如图3-17所示。 二、乘法器电路 （二）数字乘法器 采用数字乘法器的全电子式电能表的基本结构框图如图3-20所示。 微处理器控制双通道A／D转换，同时对电压、电流进行采样，由微处理器完成相乘功能并累计电能。平均功率表示为 以△t为时间间隔将上式中的积分做离散化处理，即