[信息与通信]新3章电子式电能表的结构和工作原理.ppt

电子式电能表和感应式电能表具有相同的计量电能的功能，但两者的结构和工作原理却截然不同。感应式电能表有电压电磁铁、电流电磁铁、转盘、轴承、制动元件等部分组成电能测量机构，利用电压电磁铁和电流电磁铁的固定交变磁场与该磁场在转盘中产生的感应电流的相互作用，产生一驱动力矩，使转盘以正比于负载功率的转速转动。电子式电能表由电子电路构成，以微电子电路的工作为基础计量电能，输出频率正比于负载功率的脉冲。电子式电能表由于没有转盘，又称为静止式电能表，固态电能表。 被测量的高电压u、大电流i经电压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 二、乘法器电路 三、电压／频率转换器 四、分频计数器 五、直流电源、显示器 一、输入级（输入变换电路） 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。 输入电流i经输入电路变换成Ux(弱点信号)，输入电压u经输入电路变换成Uy（弱点信号）。然后将Ux和 Uy送到模拟乘法器进行运算，因此输入变换电路的变换精度直接影响到电能计量的准确性。 1.精密电阻输入变换电路 安装式电子电能表一般采用锰铜板分流器分流的输入变换电路。 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 2．电压互感器、电流互感器输入电路 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 电压互感器 其数学表达式为u（t）＝KU uU（t） 二、乘法器电路它是电能表的关键电路。 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 （1）模拟乘法器 1）时分割乘法器 基本思想是分割和相乘。即在时间上把正弦波的周期分作m份，把负载在一个周期内消耗的电能近似等于m个电压、电流相乘再求和。 （1）模拟乘法器 1）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 图所示。 （1）模拟乘法器 2）霍尔乘法器 霍尔效应自1879年被发现至今，在控制和测量领域发挥了重大的作用。 当霍尔元件（半导体膜片）处于磁场中如图，如果在它相对的两端通以 控制电流I，则在半导体另外两端将会产生一个大小与控制电流I和磁场 强度B乘积成正比的电压UH， 即 UH=KH*I*B KH为霍尔元件的灵敏度；UH为霍尔电动势。 B由被测电压产生，使得B∝U，被测电流i通过霍尔元件，那么霍尔电动势UH就能反映出被测电压，被测电流的相乘积。即霍尔乘法器。 （2）数字乘法器 采用数字乘法器的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，即对电压、 电流同时进行采样，则 三、电压／频率（P/f ）变换器 P/f变换器是把乘法器输出的代表有功功率的信号（P）变为标准脉冲，并且用脉冲频率(f)的高低来代表功率大小的电路。它与