多功能單相電子式電能表-畢業(yè)設(shè)計.doc

多功能單相電子式電能表1畢業(yè)設(shè)計說明書作者：學(xué)號：系部：電力系專業(yè)：電網(wǎng)監(jiān)控題目：多功能單相電子式電能表指導(dǎo)者：（教授）評閱者：2004年6月多功能單相電子式電能表2電子式電能表摘要：電能是國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、商業(yè)、等人民生活的重要二次能源，電能在現(xiàn)代社會中是普遍使用的，所以電能計量裝置在發(fā)、供、用電的地位是十分重要的。電能計量裝置就更顯得重要，電能表作為測量電能的專用儀表其性能直接影響著電能管理的效率，為使電能計量儀器儀表適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)代化和電能管理現(xiàn)代化飛速發(fā)展的需求電子式電能表應(yīng)運而生本次設(shè)計的多功能單相電子式電能表能采集計算電壓、電流、有功電能、無功電能，在電能表本體上有LCD顯示器，顯示采集和計算的各種所需數(shù)據(jù)；并具有RS485通訊接口關(guān)鍵詞：電能表電子式單相式RS485多功能Measuringapparatusofelectricenergy.Abstract：Electricenergyfornationaleconomy,industry,commerce,etc.peopleslivestheenergyimportant,electricenergybeusedgenerallyamongmodernsociety,soelectricenergymeasuringapparatustakeplace,support,usestatusofcableveryimportant.IfafterChinahasparticipatedinworldcommerce,themeasuringapparatusofelectricenergyseemsmoreimportantevenmore,becauseforeigncountriesrequirecollectelectricrateaccuratelyrationally,especiallythoseindividualproprietorshipfactoryorjointventurepaymoreattentiontoelectricenergymeasuringapparatus.多功能單相電子式電能表3前言在現(xiàn)代化社會中，電能已經(jīng)成為最重要的能源。電力工業(yè)的發(fā)展需要電能計量儀表制造業(yè)的進(jìn)步與之相適應(yīng)，發(fā)電、輸電、配電與用電均需要準(zhǔn)確的計量電能。在世界資源匱乏的今天，電能的節(jié)約與有效利用均具有十分重要的意義。電能表作為測量電能的專用儀表，自誕生已有100多年的歷史。電能表在電能管理用儀器儀表中占有很大比例，其性能直接影響著電能管理的效率和科學(xué)文化水平。100多年來，隨著電力系統(tǒng)、所有以電能為動力的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善，電能表的結(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。本設(shè)計的單相電子電能表具有用電計量、監(jiān)視、控制、管理四大功能，由于內(nèi)部無機(jī)械摩擦而準(zhǔn)確度高，靈敏度高，易實現(xiàn)自動化測量，用RS485可實現(xiàn)遠(yuǎn)方通信。在設(shè)計過程中，承蒙母校提供良好的上機(jī)環(huán)境，始終受到電網(wǎng)監(jiān)控教研室主任韓念杭教授的關(guān)心和指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！由于本人水平有限，設(shè)計中還存在不妥和欠缺之處，敬請各位老師諒解，懇請批評指正。謝謝！作者2005年6月多功能單相電子式電能表4目錄前言3第一章電能計量基本概念1.1電能計量裝置第二章電子式電能表2.1電子式電能表的發(fā)展史2.2電子式電能表的一般結(jié)構(gòu)與原理2.3電子式電能表的功能與分類2.4各種電能表的比較第三章多功能單相電子式電能表的硬件結(jié)構(gòu)3.1電子式電能表的硬件框圖3.2電源電路部分3.3計量部分3.4通訊部分3.5MCU及其它電路部分第四章多功能單相電子式電能表的軟件結(jié)構(gòu)4.1電能表的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖、4.2電能表的程序流程圖第五章電子式電能表的整體結(jié)構(gòu)5.1完整的電路原理圖和印制電路板5.2電能表的結(jié)構(gòu)圖附錄一參考文獻(xiàn)附錄二參考程序多功能單相電子式電能表5第一章電能計量基本概念電能是國民經(jīng)濟(jì)、工業(yè)、商業(yè)等人民生活的重要二次能源，電能可以方便地轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。電力的生產(chǎn)和其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不同，其特點是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個部門是連成一個系統(tǒng)，不能間斷地同時完成，而且是互相緊密聯(lián)系缺一不可，它們互相如何銷售，如何經(jīng)濟(jì)計算，那就需要一個計量器具在三個部門之間進(jìn)行測量計算出電能的數(shù)量，這個裝置就是電能計量裝置。在電力市場的整體運作中，電能計量裝置的讀數(shù)作為電力產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，已經(jīng)越來越受到貿(mào)易雙方的重視，是貿(mào)易雙方經(jīng)濟(jì)核算的重要指標(biāo)。隨著我國加入WTO、融入國際大市場的步伐，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化程度及勞動生產(chǎn)率已大大提高，降低產(chǎn)品的電能成本已成為廣大電力用戶追求的目標(biāo)。必須加強電能計量的學(xué)習(xí)，加強電能計量新技術(shù)的學(xué)習(xí)，使電能計量工作管理規(guī)范化，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，計量準(zhǔn)確可靠。1.1電能計量裝置電能計量是由電能計量裝置來確定電能量值的一組操作，是為實現(xiàn)電能量單位及其量值準(zhǔn)確、可靠的一系列活動。電能計量原理框圖如圖所示。高壓配電系統(tǒng)電壓信號傳輸線電流信號傳輸線用戶配電變壓器用戶供電線路分支是與高壓配電系統(tǒng)相連接的，要對這個高壓供電系統(tǒng)分支電壓信號源器件電流信號源器件電能量采樣測量計算顯示存儲器件多功能單相電子式電能表6的電能進(jìn)行計量，首先要通過電壓信號源器件將高電壓信號成正比地變?yōu)榈碗妷盒盘?，通過電流信號源器件將大電流成正比地變?yōu)樾‰娏餍盘?；然后通過傳輸線將這個低電壓、小電流信號傳輸給電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲器件。電壓信號源器件一般選用電磁式電壓互感器，也有用電容分壓器或電阻分壓器的，高新技術(shù)選用光電壓互感器；電流信號源器件一般選用電磁式電流互感器，高新技術(shù)選用電子式電流互感器、光電流互感器；傳輸線一般選用電纜，高新技術(shù)選用光纜；電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲一般由電能表來完成，高新技術(shù)直接用計算機(jī)來取代電能表。目前廣泛使用的電能計量裝置包括：計量用電流電壓互感器、電能表、互感器與電能表之間的二次回路、電能計量箱、電能計量集抄設(shè)備等。第二章電子式電能表2.1電子式電能表的發(fā)展史世界上最早的電能表是愛迪生于1880年利用電解原理發(fā)明的直流電能表，交流電的出現(xiàn)和被利用，對電能計量儀表提出了新的要求。測量直流電能的電能表多采用電動系測量機(jī)構(gòu)，而用于測量交流電能的電能表則采用感應(yīng)系測量機(jī)構(gòu)。電能開發(fā)及利用的加快，對電能管理和電能表性能提出了更高的要求，感應(yīng)系電能表準(zhǔn)確度等級不夠高，為使電能計量儀器儀表適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)代化和電能管理現(xiàn)代化迅速發(fā)展的需要，電子式電能表應(yīng)運而生。電子式電能表是新一代電能表，在近幾年得到了用戶的普遍認(rèn)可和接受，使用逐漸廣泛起來。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和用戶用電管理水平要求的不斷提高，電子式電能表得到了迅猛的發(fā)展，成為電能計量不可缺少的重要組成部分。電子式電能表其測量部分完全由電子元件構(gòu)成，而且內(nèi)部時鐘部分、電源部分、顯示部分等均由電子元器件構(gòu)成。電子式電能表由于其構(gòu)成不同于機(jī)械電能表而得名。由于內(nèi)部沒有可以轉(zhuǎn)動部分也成為靜止式電能表。電子式電能表誕生在20世紀(jì)40年代，由歐洲的公司制造。它的誕生也是得益于電子技術(shù)的發(fā)展。在20世紀(jì)80年代之前，電子式電能表并沒有顯示出它巨多功能單相電子式電能表7大的生命力和活力，它的應(yīng)用局限于高精度電能表、標(biāo)準(zhǔn)表和檢驗裝置，其成本較高，性能和可靠性比機(jī)械表并不優(yōu)越很多。在20世紀(jì)90年代，電子技術(shù)發(fā)展迅速，電子式電能表也取得了飛躍的發(fā)展，無論是高檔、高精度三相表，還是低檔、低精度單相表都有大量的、性能優(yōu)越的電子式電能表產(chǎn)品。電子式電能表在技術(shù)上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來越好，而價格越來越低，大規(guī)模批量生產(chǎn)工藝也非常成熟，已形成了一個非常有活力、欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)。2.2電子式電能表的一般結(jié)構(gòu)與原理電子式電能表通常由以下幾個部分組成：電源部分、顯示部分、測量部分、管理部分、外部設(shè)備。下面簡單的介紹以下各部分的功能：（1）測量部分：它接收交流電壓、電流信號，將其運算后得到相乘的電功率信號，電子式電能表的精度和穩(wěn)定性等主要性能就由此部件決定。它是電子式電能表的心臟，一般由模擬乘法器、數(shù)字乘法器或A/D模擬數(shù)轉(zhuǎn)換加高速微處理器構(gòu)成。（2）電源部分：將輸入的交流電壓整流、降壓、濾波后得到直流5V、12V等電壓等級的電壓，供給其他電路。電源部分非常重要，它是電子式電能表工作的動力源，一般由線性或開關(guān)穩(wěn)壓電路構(gòu)成。（3）顯示部分：將電能量及其他信息顯示出來。一般有數(shù)碼管LED、液晶顯示器LCD以及機(jī)械計度器三種方式。（4）管理部分：接收測量部件輸出的電功率信號，計算出各種所需的電量，并且管理顯示、時鐘、通信接口、數(shù)據(jù)存儲器等部件。一般由單片機(jī)或嵌入式計算機(jī)構(gòu)成其核心。它是電子式電能表的大腦，指揮其他部分完成工作。（5）外部設(shè)備：包括接口部分、外殼等。一般有數(shù)字通信接口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、抄表、設(shè)置表計參數(shù)等，常用的有：遠(yuǎn)紅外數(shù)字通信接口、RS485通信接口、IC卡讀寫接口等。下面是電子式電能表的原理框圖多功能單相電子式電能表8IU2.3電子式電能表的功能與分類2.3.1電子式電能表的功能1計量功能電子式電能表的計量功能具體地又分為累計和實時計量兩部分。累計計量功能主要包括累計雙向供電的有功電能、無功電能、視在電能的消耗量、斷電時間、斷電次數(shù)等。實時計量包含測量并顯示工頻電能的所有參數(shù)。2監(jiān)視功能監(jiān)視功能為最大需量和防竊電監(jiān)視；其次還有缺相指示、停電和復(fù)電時間記錄、預(yù)付費表的所購電能將用盡時的報警及電壓異常報警。3控制功能主要的控制功能為時段與負(fù)荷控制。前者用于多費率分時計費；后者則是指通過接口接收遠(yuǎn)方控制指令或通過表記內(nèi)部的編程控制負(fù)荷。4管理功能電子式電能表的管理功能包括按時段費率進(jìn)行計費、預(yù)付費提示、為抄表提供必要信息數(shù)據(jù)、可參與組網(wǎng)進(jìn)入電能管理系統(tǒng)等。5最大需量計量需量的定義：定長時間的平均功率；最大需量：需量的最大值。電壓互感器電流互感器測量部分管理部分接口部分顯示部分電源部分多功能單相電子式電能表9定長時間也稱為需量周期，一般為5、10、15、30、60min。而計算需量的間隔稱為滑差步進(jìn)時間，一般為1、3、5、15min。其計量方法為：每個滑差步進(jìn)時間到時，計算截止到當(dāng)前時刻的一個需量周期的平均功率，并且與最大值進(jìn)行比較。如需量周期為15min，滑差步進(jìn)時間為5min，即每5min計算一次當(dāng)前15min的平均功率，并且與最大值進(jìn)行比較，如果大于最大值，將其記錄為最大需量，如圖為最大需量計算說明。功率15101520253035404550556065707580859095時間(min)如圖所示，電能表從0min開始計算需量，每5min計算一次最大需量，當(dāng)?shù)?0min計算時達(dá)到最大值。國內(nèi)只需要計量有功最大需量，并依此進(jìn)行收費。國外有計量視在最大需量的需求。最大需量也需要分時計量。最大需量為一個月的最大值，過月時，要求將當(dāng)月最大值保留到上月，而當(dāng)前最大值清零