湖南威盛多功能電能表培訓(xùn)教材

1、電 子 式 多 功 能 電 能 表第一章 工作原理第一節(jié) 電子式多功能電能表簡介1. 1 概述定義 根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-1997對(duì)多功能電能表的定義：“凡是由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元等組成，除計(jì)量有功（無功）電能外，還具有分時(shí)、測量需量等兩種以上功能，并能顯示、儲(chǔ)存和輸出數(shù)據(jù)的電能表”都可稱為多功能電能表。定義中明確四點(diǎn)：第一，由測量單元和數(shù)據(jù)處理單元組成；第二，能計(jì)量電能（有功或無功，或同時(shí)計(jì)量有功與無功）；第三，能計(jì)量需量，能分時(shí)、顯示、儲(chǔ)存和輸出數(shù)據(jù)；第四，兩種以上功能。因?yàn)樵试S有兩種以上功能，所以市場上的多功能表千差萬別，但似乎隨著多功能表用量的增加，隨著用戶對(duì)多功能表了解越

2、來越深，功能越來越多似是多功能電能表的發(fā)展趨勢。分類 多功能電能表可分為兩大類：一類叫機(jī)電式多功能電能表，其電能測量單元由感應(yīng)式電表組成；其數(shù)據(jù)處理單元由單片機(jī)組成。另一類電能測量單元和數(shù)據(jù)處理單元都是由大規(guī)模集成電路組成的，叫做電子式多功能電能表，或稱固態(tài)式多功能電能表，也有人稱靜止式多功能電能表。電子式多功能電能表又細(xì)分為兩種：一種計(jì)量單元和數(shù)據(jù)處理單元都由一個(gè)單片機(jī)完成；一種計(jì)量單元由專用計(jì)量芯片完成，數(shù)據(jù)處理功能由單片機(jī)完成。 機(jī)電式與電子式的失效機(jī)理不一樣。機(jī)電式失效機(jī)理屬機(jī)械磨損型，逐漸失效，輔以機(jī)械計(jì)度器，一旦發(fā)生故障，計(jì)度器底度還在，容易解決追補(bǔ)電量問題。但是由于受機(jī)械磨損影響

3、，誤差越來越大，越來越慢，長壽命表就是為解決越走越慢提出來的。電子表失效是偶發(fā)性的，失效后電子計(jì)度器無顯示，人們對(duì)電子表的可靠運(yùn)行不無擔(dān)心，但是經(jīng)過將近七年在全國性普及與應(yīng)用，人們對(duì)電子表建立了充分的信心。電子表精度高，功能多，適應(yīng)電力行業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化、現(xiàn)代化管理的需要，因此電子式多功能電能表，在全國電力行業(yè)受到普遍的歡迎。再和機(jī)電式多功能表，復(fù)費(fèi)率表比較，人們發(fā)現(xiàn)機(jī)電式表，不單具有感應(yīng)式電能的優(yōu)點(diǎn)，也具有感應(yīng)式電表的缺點(diǎn)，機(jī)電式電能表沒有電子表的優(yōu)點(diǎn)，但有電子表的缺點(diǎn)，而機(jī)一電轉(zhuǎn)換部分光電轉(zhuǎn)換器，最容易發(fā)生故障，實(shí)際統(tǒng)計(jì)表明機(jī)電式電能表的故障率比全電子式的還要高，所以全電子式多功能電能表

4、已成為市場的主流。發(fā)展 20世紀(jì) 80年代末、90年代初國外大公司推出全電子式多功能電能表，如斯倫貝謝、LANDIS & GYR和美國GE公司。1993年我國以湖南威勝電子有限公司為代表，以自己的專利技術(shù)為基礎(chǔ)，開始研制自己的電子式多功能電能表，1994年8月18日第一臺(tái)三相全電子式多功能電能表研究成功，并通過電力部、機(jī)械電子部組織的國家級(jí)技術(shù)鑒定。1994年9月2日在全國第一次電能計(jì)量展覽會(huì)上亮相，該表以其獨(dú)特的造型、先進(jìn)的工藝、優(yōu)良的性能震驚國內(nèi)外。1994、1995兩年，威勝在國內(nèi)做了兩年艱苦的宣傳、培育市場的工作，此間眼光敏銳的電力行業(yè)專家給予威勝極大的支持，特別是湖南省電力局

5、，他們第一個(gè)把威勝表掛上網(wǎng)，他們對(duì)推廣電子式多功能電能表做出了貢獻(xiàn)，也付出很大的代價(jià)。1996年初，電力部下令在全國推行復(fù)費(fèi)率和負(fù)荷控制，這為電子式多功能表推廣開避了新的應(yīng)用領(lǐng)域。電子式多功能表隨著銷售應(yīng)用面的擴(kuò)大，技術(shù)上不斷向前發(fā)展，威勝電子式多功能表相繼開發(fā)出帶RS-485口的通訊功能，全失壓記錄功能，多事件記錄功能，電壓合格率測量功能，負(fù)荷曲線存貯工能，目前由于兩網(wǎng)改造的帶動(dòng)，電能表行業(yè)看好，國內(nèi)電子式多功能電能表行業(yè)呈現(xiàn)一派欣欣向榮的景象，目前生產(chǎn)電子式多功能表的廠家已增到十幾家。應(yīng)用 電子式多功能電能表的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，由于電子式多功能表具有強(qiáng)大的通訊功能，使多功能表廣泛用于遠(yuǎn)方抄表，

6、為電量遠(yuǎn)方自動(dòng)采集和自動(dòng)計(jì)費(fèi)；為電廠考核上網(wǎng)報(bào)價(jià)商業(yè)運(yùn)營；為大型企業(yè)內(nèi)部能源自動(dòng)化管理打下基礎(chǔ)。 電子式多功能電能表的誕生與推廣給調(diào)度自動(dòng)化，縣調(diào)綜合自動(dòng)化帶來革命性的變化。從采集脈沖躍為數(shù)據(jù)通訊。在遠(yuǎn)方讀取電能數(shù)據(jù)同時(shí)，可以讀到電壓、電流、功率的瞬時(shí)值。變電站取消電壓、電流、功率變送器的時(shí)代不會(huì)太遠(yuǎn)。 在電子式多功能電能表出現(xiàn)以后，負(fù)荷控制概念上發(fā)生了根本性的變化。且不說多功能表本身就具有超功率報(bào)警、跳匣功能，本身就可以當(dāng)電力定量器用,而是多功能電能表的出現(xiàn)使得負(fù)控終端RTU的設(shè)計(jì)思想發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，即再不用從脈沖電能表取脈沖，累積計(jì)算電能，而是從RS-485口直接讀取電能數(shù)據(jù)。丟失脈沖的

7、問題沒了。主臺(tái)與計(jì)量表計(jì)不一致的問題也沒了。 配網(wǎng)變臺(tái)監(jiān)測，配網(wǎng)自動(dòng)化是電子式多功能電能表又一應(yīng)用領(lǐng)域。變臺(tái)監(jiān)測參數(shù)：電能、功率、電壓、電流、功率因數(shù)多功能表都能提供，而且像電壓合格率，零序電流、電量凍結(jié)等配變考核指標(biāo)多功能表也能提供，從這個(gè)意義上講電子式多功能電能表的確可稱為配變監(jiān)測儀。這臺(tái)配變監(jiān)測儀是經(jīng)過型式試驗(yàn)有計(jì)量許可證的。用電子式多功能表測得參數(shù)進(jìn)行線損計(jì)算，平衡分析，指導(dǎo)業(yè)擴(kuò)報(bào)裝，指導(dǎo)無功補(bǔ)償是非常合適的，非常方便的，非常精確的。 電子式多功能電能表能夠多種方法監(jiān)視偷電：可以用遠(yuǎn)方抄表的方式24小時(shí)監(jiān)視偷電；多功能表反向有功可以計(jì)入正向，防止偷電；全失壓記錄幫助追補(bǔ)電量；表內(nèi)數(shù)十種

8、事件記錄像飛機(jī)的黑匣子一樣，記錄偶然故障和不軌行為。 電子式多功能電能表還有預(yù)付費(fèi)功能，在解決收費(fèi)難的問題上，不可否認(rèn)預(yù)付費(fèi)功能立下了汗馬功勞。1. 2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 圖1-1 電子式多功能電能表外形圖外形特點(diǎn) 任何產(chǎn)品的造形，固然有美化設(shè)計(jì)的功勞，但主要由其功能決定。電子式多功能電能表與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表外形上既保持相似，又有明顯的差異，也是由功能決定的。典型的電子式多功能電能表造型如（圖1-1）。它也由底盒、上蓋、面板、端蓋、鉛封螺釘、接線插孔等部分組成。這些部分和傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表是一致的。特別是電子式多功能電能表的對(duì)外接線方式和感應(yīng)式電能表一致如（圖1-2）。這就保證了電子式多功能電能表在

9、實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)發(fā)生因接線錯(cuò)誤或破壞表計(jì)或發(fā)生計(jì)量錯(cuò)誤。安裝尺寸圖三相四線帶電流互感器接入式接線圖三相四線帶電壓、電流互感器接入式接線圖 圖1-2 電子式多功能電能表接線圖但是由于“多功能”這一特點(diǎn)，電子式多功能電能表外形上出現(xiàn)許多與傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表不同的地方。首先是計(jì)度器，一個(gè)機(jī)械計(jì)度器顯然不能滿足既計(jì)有功，又計(jì)無功，還要計(jì)需量，又要分時(shí)計(jì)度的要求。現(xiàn)在的多功能表已經(jīng)達(dá)到一百多項(xiàng)功能，別說機(jī)械計(jì)度器，就是發(fā)光二極管LED顯示器也不能滿足電子式多功能電能表的要求，于是只有求助于液晶顯示器LCD。威勝公司早在1992年，就利用方塊漢字便于組合的特點(diǎn)，在世界上首創(chuàng)了漢字提 圖1-3 液晶顯示畫面全屏

10、示大屏幕液晶顯示器（圖1-3），成功地解決了電子式多功能電能表的顯示問題。中國式大屏幕漢字提示的液晶顯示和國外同類型窄條數(shù)字編碼的液晶顯示比較，中國式大屏幕液晶顯示優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的，受到抄表工人的普遍歡迎。有些人擔(dān)心液晶的壽命問題，實(shí)際上液晶是一種低功耗器件，隨著工藝技術(shù)的提高，其壽命越來越高。從威勝公司首次開發(fā)成功的第一塊大屏幕液晶顯示掛網(wǎng)運(yùn)行至今已有7個(gè)年頭，現(xiàn)在顯示還非常清晰，運(yùn)行正常，時(shí)間會(huì)告訴我們液晶的壽命。多功能表外形上第二個(gè)特點(diǎn)是驗(yàn)表脈沖輸出方式與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表不同。傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表是通過光電管讀取轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)表比較來計(jì)算誤差的。多功能表是全電子式的，功率脈沖可以直接給

11、出。于是出現(xiàn)了兩種輸出功率脈沖的方式：一種直接接入法，多功能電能表的功率脈沖輸出（圖1-1操作面板）與標(biāo)準(zhǔn)表直接相連；另一種是在電能表面板上裝一個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的閃爍與功率成正比。多功能表的外形第三個(gè)特點(diǎn)是傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表沒有的，就是為了輸出其“多功能”需要一個(gè)輔助端子（圖1-4）。圖1-4 多功能表的輔助端子電子式多功能電能表的時(shí)段控制功能、脈沖輸出功能、通訊功能、報(bào)警跳匣功能都能通過端子輸出。多功能表外形的第四個(gè)特點(diǎn)是具有多種抄表接口，如電鑰匙（或IC卡）抄表接口（圖1-1），紅外抄表接口，也可以通過通訊口（圖1-4）進(jìn)行遠(yuǎn)程或本地抄表。多功能表外形第五個(gè)特點(diǎn)為適應(yīng)預(yù)付費(fèi)的需要設(shè)有

12、電鑰匙（圖1-1）或IC卡插口，并通過輔助端子報(bào)警、跳匣輸出。多功能表外形第六個(gè)特點(diǎn)是威勝表獨(dú)有的，因?yàn)橥俦淼恼`差軟件可調(diào)，所以威勝表在操作面板小門內(nèi)（圖1-1）設(shè)了一個(gè)專為誤差調(diào)節(jié)用的通訊口。 電子式多功能電能表外型很有特點(diǎn)，它既保存了傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表的固有優(yōu)點(diǎn)，又增加了許多與功能相適應(yīng)的新特點(diǎn)，這些特點(diǎn)是：1、大屏幕液晶顯示；2、兩種方式校表功率脈沖輸出；3、多種輸出輔助端子；4、預(yù)付費(fèi)抄表插口；5軟件調(diào)誤差通訊口。內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖1-5 電子式電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電子式多功能電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單，由兩塊PCB印制板組成：底層是一塊電源板；上面是一塊邏輯板（圖1-5）。邏輯板完成計(jì)量及所有管理

13、功能，詳見電子式多功能電能表的電原理框圖一節(jié)。1. 3 功能 用戶選擇多功能電能表時(shí)，或者在編寫招標(biāo)技術(shù)文件時(shí)，選擇哪些功能，是一個(gè)頗費(fèi)腦筋的問題。這里把多功能電能表到目前為止能夠達(dá)到的功能進(jìn)行比較全面地列舉。但是，我們認(rèn)為不是功能越多越好，功能多可靠性要下降，考慮目前應(yīng)用，考慮發(fā)展，夠用即可。電子式多功能電能表功能列舉如下：（1） 電能計(jì)量功能 一塊表能同時(shí)計(jì)量正向有功、反向有功、感性無功和容性無功。這就是所謂的“一代四”，一塊多功能表等于四塊傳統(tǒng)意義的感應(yīng)式電能表。 反向電量有四種計(jì)量方式： 反向電量計(jì)入正向電量中，同時(shí)反向總電量單獨(dú)計(jì)量并顯示 反向電量計(jì)入正向電量中，同時(shí)反向總電量單獨(dú)計(jì)

14、量，不顯示 反向電量、正向電量單獨(dú)計(jì)量，反向總電量顯示 反向電量、正向電量單獨(dú)計(jì)量，反向總電量不顯示 容性無功計(jì)量方式也有四種：容性無功電量計(jì)入感性無功電量中，同時(shí)容性無功總電量單獨(dú)計(jì)量，并顯示容性無功電量計(jì)入感性無功電量中，同時(shí)容性無功總電量單獨(dú)計(jì)量，不顯示容性無功、感性無功單獨(dú)計(jì)量，容性無功顯示 容性無功、感性無功單獨(dú)計(jì)量，容性無功不顯示 無功還有一種計(jì)量方式，叫四象限無功，因?yàn)樯婕皢栴}較多，將在第二章計(jì)量原理中詳細(xì)講述四象限無功。（2） 功率計(jì)量功能 電子式多功能電能表可以給出多種功率計(jì)量供不同目的應(yīng)用。首先多功能表可以計(jì)量需量。我們國家一般把15分鐘平均功率叫需量。分別按滑差時(shí)間1分、

15、3分、5分、15分求得需量的最大值稱為最大需量。需量的精確定義請參看第二章需量計(jì)量一節(jié)。從國家對(duì)需量的規(guī)定中看出需量是一種功率計(jì)量，或者確切的說是一種平均功率。最大需量應(yīng)用于大用戶計(jì)費(fèi)考核。 負(fù)荷控制一般考核1分鐘平均功率，電子式多功能表一般可從RS-485通訊口讀到1分鐘平均功率。 電子式多功能電能表還給出一個(gè)稱為“當(dāng)前功率”的概念?！爱?dāng)前功率”不是瞬時(shí)功率，不是一個(gè)周波的平均功率，也不是1秒鐘平均功率，而是根據(jù)脈沖常數(shù)給出的一個(gè)脈沖所代表的能量值除以微秒為單位時(shí)間計(jì)算出來的平均功率。因?yàn)槊}沖能量值已被標(biāo)定，單片機(jī)測量出的時(shí)間精度很高，所以“當(dāng)前功率”與電能表具有同等的精度等級(jí)，是非常準(zhǔn)確的

16、。用戶明確當(dāng)前功率概念之后，可以多方面去應(yīng)用它。如新裝表，可以用當(dāng)前功率核對(duì)一下接線是否有錯(cuò)，檢查老表“當(dāng)前功率”可以大致了解該表運(yùn)行是否正常。 總之，多功能表功率計(jì)量功能包括：需量、最大需量計(jì)量；1分鐘功率計(jì)量；當(dāng)前功率計(jì)量。（3） 電壓、電流計(jì)量 電子式多功能電能表可以提供總電壓，電流和分相電壓、電流值，也可提供零序電流。電流、電壓精度等級(jí)單獨(dú)標(biāo)定。一般把電壓、電流稱為瞬時(shí)參數(shù)。（4） 時(shí)段控制功能 首先，在電子式多功能電能表內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)日計(jì)時(shí)誤差相當(dāng)準(zhǔn)確的百年日歷，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，沒有Y2K問題，能夠顯示實(shí)際時(shí)間年、月、日、分、秒，受權(quán)人通過專用介質(zhì)可對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)節(jié)。 其次，具有以內(nèi)部時(shí)鐘為

17、基礎(chǔ)進(jìn)行分時(shí)計(jì)量功能，或者稱電子式多功能電能表具有復(fù)費(fèi)率功能。絕大多數(shù)電子式多功能表不但對(duì)正、反向有功進(jìn)行分時(shí)計(jì)量，也對(duì)感、容性無功（或四象限無功）分別進(jìn)行分時(shí)計(jì)量，最大需量也分時(shí)計(jì)量。雖然國家政策現(xiàn)在只對(duì)有功進(jìn)行分時(shí)計(jì)費(fèi)，但是據(jù)有關(guān)專家分析，無功分時(shí)計(jì)費(fèi)對(duì)降低電網(wǎng)電壓，降低網(wǎng)損有好處。無功分時(shí)，最大需量分時(shí)計(jì)量作為一種技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)設(shè)計(jì)到電子式多功能電能表中。分時(shí)計(jì)量的另一個(gè)問題是費(fèi)率多少？現(xiàn)在一般提供四費(fèi)率：尖、峰、平、谷。早期只有三費(fèi)率。再多怎么辦？后面有一攬子解決辦法。另一個(gè)問題是一年分幾個(gè)時(shí)區(qū)，一日分幾個(gè)時(shí)段。早期提法是四時(shí)區(qū)8時(shí)段?，F(xiàn)在時(shí)區(qū)，時(shí)段限制僅受內(nèi)存容量的影響，以一個(gè)時(shí)區(qū)的一

18、個(gè)時(shí)段為一個(gè)存貯單元，一般表內(nèi)為時(shí)區(qū)時(shí)段準(zhǔn)備了200個(gè)存貯單元，留有足夠的發(fā)展余量。分時(shí)計(jì)費(fèi)的基本思想就是把電能作為一種商品，利用經(jīng)濟(jì)杠桿，用電高峰期電價(jià)高，低谷時(shí)電價(jià)低，以便削峰填谷，改善用電質(zhì)量，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。從電能是商品符合價(jià)值規(guī)律角度考慮，節(jié)假日，雙休日都應(yīng)該使用價(jià)格政策。為預(yù)留這種發(fā)展余地，有些地方要求考慮雙休日、節(jié)假日的時(shí)段問題。最新的分時(shí)計(jì)量把費(fèi)率、時(shí)區(qū)、時(shí)段、節(jié)假日進(jìn)行了一攬子考慮。 第三種時(shí)段控制功能就是電量凍結(jié)功能。規(guī)定一個(gè)特定時(shí)間把電量存起來，把這個(gè)特定時(shí)間叫做電量凍結(jié)時(shí)間。早期每月有一個(gè)電量凍結(jié)日，也叫結(jié)算日。規(guī)定每月1日到28日和月末任何一天的零點(diǎn)為電量凍結(jié)時(shí)間，

19、不能把凍結(jié)時(shí)間規(guī)定為29日、30日或31日零點(diǎn)，因?yàn)槿绻菢右?guī)定有些月電量就無法凍結(jié)了。現(xiàn)在有些用戶提出零點(diǎn)凍結(jié)不好，最好規(guī)定到其它時(shí)間，新的多功能表電量凍結(jié)的日期和時(shí)間都是可設(shè)的。 第四種時(shí)段控制就是記錄代表日的整點(diǎn)功率。早期設(shè)計(jì)每月可把某一日整點(diǎn)功率記錄下來做為代表日?，F(xiàn)在可以存貯超過一個(gè)月的功率曲線，存貯間隔可設(shè)，用時(shí)段控制記錄功率問題得到較圓滿的解決。 人們給電子式多功能電能表規(guī)定了一個(gè)時(shí)間表，告訴什么時(shí)間應(yīng)該按什么費(fèi)率計(jì)量電量，這叫分時(shí)計(jì)量；什么時(shí)候把電量存起來，這叫電量凍結(jié)；什么時(shí)候記錄功率值，叫做記錄負(fù)荷曲線，電子式多功能電能表內(nèi)的單片機(jī)像一名勤勤懇懇的工作人員，不斷地在那里看表

20、（內(nèi)部時(shí)鐘），到時(shí)候一絲不茍的完成記錄的任務(wù)。（5）預(yù)置功能 在時(shí)段控制功能中我們已經(jīng)講了，表內(nèi)單片機(jī)是一名忠實(shí)的仆人，時(shí)刻在那里看表，但是什么時(shí)間完成什么任務(wù)是要人告訴它的。向電能表內(nèi)單片機(jī)交待任務(wù)的過程就叫“參數(shù)預(yù)置”。 哪些參數(shù)需要預(yù)置？上面提到的時(shí)區(qū)、時(shí)段、凍結(jié)日、代表日、還有清需量日、清需量方式、滑差步進(jìn)時(shí)間、時(shí)段功率限額、時(shí)段費(fèi)率、報(bào)警限額、跳閘延時(shí)、用戶級(jí)別、循環(huán)顯示、表號(hào)等等。 用什么方法預(yù)置？可以用電鑰匙（或IC卡），可以通過紅外抄表口，也可以通過RS-485口。（6）監(jiān)控功能 電子式多功能電能表已經(jīng)不是一個(gè)單純的計(jì)量設(shè)備，它已經(jīng)發(fā)展成為對(duì)內(nèi)、對(duì)外較強(qiáng)的監(jiān)視與控制設(shè)備。 它不

21、斷地監(jiān)視外線路功率，超功率限額報(bào)警，超功率時(shí)間大于設(shè)定值時(shí)給出跳閘信號(hào)。在這里電子式多功能電能表起電力定量器作用。應(yīng)用于預(yù)付費(fèi)時(shí)，剩余電量小于限額值大于零時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，小于等于零時(shí)發(fā)生跳閘信號(hào)。跳閘延時(shí)間可預(yù)置，跳匣延時(shí)一般015ms內(nèi)任選。并可手動(dòng)、自動(dòng)解除跳閘狀態(tài)，恢復(fù)供電。當(dāng)線路出現(xiàn)失壓時(shí)，液晶屏上有相應(yīng)相（A、B或C）字母閃爍，同時(shí)有“失壓”漢字顯示。 電子式多功能電能表對(duì)自己的運(yùn)行狀態(tài)有很強(qiáng)的監(jiān)視、控制和自檢功能。如多數(shù)多功能表內(nèi)電池欠壓時(shí)，液晶上將出現(xiàn)電池圖案，提示更換電池；又如威勝表對(duì)硬件故障進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)A/D壞時(shí)，液晶上出現(xiàn)“Err1000”顯示；當(dāng)內(nèi)卡壞時(shí)，液晶上顯示“Er

22、r0100”；當(dāng)時(shí)鐘壞時(shí)，顯示“Err0010”；當(dāng)電池工作超過6年時(shí)顯示“Err0001”。（7）數(shù)據(jù)顯示與傳輸功能 各種不同生產(chǎn)廠，不同類型的多功能電表的顯示方式和顯示內(nèi)容是不一樣的。從顯示方式分為循環(huán)顯示和固定畫面顯示兩種。循環(huán)顯示一個(gè)畫面一項(xiàng)內(nèi)容，利用方塊漢字便于組合的性能，畫面的含義十分清楚，如第一個(gè)畫面上方顯示“本月”、“正”“有功”幾個(gè)字，中間是一排阿拉伯?dāng)?shù)字，數(shù)字后跟著單位kWh，那么任何人都清楚這是本月正向有功電度若干度的意思。一個(gè)畫面一個(gè)畫面的循環(huán)下去，顯示出用戶關(guān)心的所有內(nèi)容。一般可循環(huán)顯示的項(xiàng)目很多，如威勝表可循環(huán)顯示的項(xiàng)目達(dá)106項(xiàng)，用戶并不需要每次把106項(xiàng)都循環(huán)一

23、遍，用戶選擇哪些項(xiàng)參加循環(huán)顯示是可設(shè)的，循環(huán)顯示時(shí)間間隔也是可設(shè)的。其它未參與循環(huán)顯示的內(nèi)容隨時(shí)可用按鈕切換的辦法顯示出來。 由于有些用戶只關(guān)心有功峰、平、谷和無功總五個(gè)量。這些用戶希望用一個(gè)五行固定的畫面顯示這五個(gè)量。五行固定畫面抄表一目了然，不必像循環(huán)顯示那樣，抄表員要等待畫面一個(gè)一個(gè)的循環(huán)。五行固定顯示畫面也可用按鈕進(jìn)行切換、轉(zhuǎn)換顯示其它內(nèi)容。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，威勝公司I型表采用循環(huán)顯示，II型表采用五行固定畫面顯示。 多功能電能表能顯示哪些內(nèi)容？能顯示總、本月、上月的正反向有功和感、容性無功的分時(shí)電量和總電量；能顯示正反向的分時(shí)最大需量和總最大需量出現(xiàn)的時(shí)間；能顯示時(shí)區(qū)設(shè)置數(shù)據(jù)和失壓

24、記錄；能顯示實(shí)時(shí)時(shí)間和功率等等。（8）數(shù)據(jù)傳輸 電子式多功能電能表可通過三種方式和外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：第一種通過專用介質(zhì)與外界數(shù)據(jù)交換，專用介質(zhì)一般選用數(shù)據(jù)電鑰匙或IC卡?？梢酝ㄟ^這些專用介質(zhì)對(duì)多功能表進(jìn)行參數(shù)預(yù)置、預(yù)付電費(fèi)。在預(yù)置參數(shù)，預(yù)付電費(fèi)的同時(shí)也把多功能表內(nèi)的用電數(shù)據(jù)及其它有關(guān)數(shù)據(jù)寫到專用介質(zhì)中。利用專用介質(zhì)，即利用電鑰匙或IC卡實(shí)現(xiàn)了多功能表對(duì)外界的數(shù)據(jù)交換。由于預(yù)付電費(fèi)具有貨幣性質(zhì)，所以介質(zhì)中的數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的加密措施，對(duì)用戶手中的介質(zhì)有防復(fù)制功能。第二種數(shù)據(jù)傳輸途徑是紅外抄表口，一般使用掌上電腦，通過紅外口和多功能電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；第三，通過RS232，或RS485在一定的通訊規(guī)約下

25、進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程通訊，實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)方抄表和參數(shù)預(yù)置。（9）脈沖輸出 多功能電能表通過輔助端子輸出電量脈沖。一般包括正向有功脈沖輸出，反向有功脈沖輸出、感性無功脈沖輸出和容性無功脈沖輸出。輸出方式可采用光學(xué)電子線路輸出、繼電器觸點(diǎn)輸出、電子開關(guān)元件輸出等。（10）預(yù)付費(fèi)功能 某些電子式多功能電能表還具有預(yù)付費(fèi)功能，能通過專用介質(zhì)（電鑰匙或IC卡）預(yù)購電量或預(yù)購電費(fèi)，欠費(fèi)提供報(bào)警信號(hào)和跳閘信號(hào)。預(yù)付費(fèi)多功能電能表必須具備記憶功能，保證剩余電量，或剩余電費(fèi)不丟失；必須具有辯偽功能，當(dāng)使用非指定介質(zhì)時(shí)，預(yù)付費(fèi)多功能電表不應(yīng)接受或不工作，且應(yīng)有所記錄；必須具有疊加功能，表內(nèi)剩余電量和新購電量進(jìn)行代數(shù)相加運(yùn)

26、算。（11）存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)月用電數(shù)據(jù) 電子式多功能表都必須做到能存上月的用電數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)存日以結(jié)算日或稱凍結(jié)日為界，結(jié)算日凍結(jié)時(shí)間可設(shè)。由于多功能表可存上月數(shù)據(jù)，給抄表、電費(fèi)結(jié)算帶來很多方便，也大大提高了成本核算，線損計(jì)算的精確度。有些地方認(rèn)為只存上月數(shù)據(jù)不夠，要求能存前幾個(gè)月的數(shù)據(jù)，威勝公司型表適應(yīng)這種要求，設(shè)計(jì)成最多可存前9個(gè)月的用電數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)負(fù)荷曲線 存儲(chǔ)負(fù)荷曲線是多功能表的一種擴(kuò)展功能。DL/T614-1997標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，數(shù)據(jù)保存量136天。標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定記錄項(xiàng)目、記錄時(shí)間間隔、記錄方法、抄讀辦法。威勝型電子式多功能電能表可儲(chǔ)存負(fù)荷曲線，且給出了詳細(xì)的抄讀辦法。負(fù)荷曲線記錄項(xiàng)目分六類數(shù)據(jù)（電壓/

27、電流/頻率、有無功功率、功率因數(shù)、總電量、四象限無功、當(dāng)前需量）；記錄時(shí)間間隔最小5分鐘；常規(guī)容量48K字節(jié)，可擴(kuò)展為96K、192K字節(jié)。負(fù)荷曲線可由串口抄出。（12）事件記錄功能 所謂事件記錄就是多功能電能表某些參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，記錄下發(fā)生異常情況的時(shí)間、異常情況下多功能表的狀態(tài)，以備分析異常原因，追補(bǔ)電量，可監(jiān)視多功能電表是否出現(xiàn)故障，使用條件是否正常，有沒有竊電行為等等。從這些意義上講，事件記錄確實(shí)像飛機(jī)上的“黑匣子”。記錄的事件應(yīng)越全面越好。電力部部頒標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-1997，僅對(duì)兩種事件提出記錄的要求。對(duì)每種事件也僅提出記錄1次發(fā)生時(shí)間的要求?，F(xiàn)在記錄事件已擴(kuò)展到40余種，記錄次

28、數(shù)達(dá)到10次之多。下面概括一下事件記錄達(dá)到的水平。 現(xiàn)在的電子式多功能表可以記錄1至10次編程發(fā)生的時(shí)間及編程內(nèi)容；能記錄1至10次A、B、C各相欠壓時(shí)間及欠壓時(shí)的功率，且能分清此時(shí)電流有無。能記錄1至10次超功率跳閘的時(shí)間及當(dāng)時(shí)功率；能記錄1至10次A、B、C各相失壓恢復(fù)時(shí)間及當(dāng)時(shí)的功率；能記錄1至10次掉電時(shí)間；能記錄1至10次清需量時(shí)間及清需量前的最大需量；能記錄1至10次清零時(shí)間及清零前的功率；能記錄校對(duì)時(shí)鐘的時(shí)間及校時(shí)鐘前表內(nèi)時(shí)鐘的年、月、日、時(shí)、分；能記錄1至10次設(shè)置初始電量的時(shí)間及設(shè)置前有功電量值；能記錄1至10次不平衡恢復(fù)時(shí)間及恢復(fù)前的不平衡率；能記錄1至10次逆相序發(fā)生時(shí)間

29、及當(dāng)時(shí)功率；能記錄1至10次上電時(shí)間；能記錄1至10次復(fù)位時(shí)間；能記錄1至10次A、B、C各相過壓時(shí)間及當(dāng)時(shí)電壓；能記錄1至10次A、B、C各相過壓恢復(fù)時(shí)間及恢復(fù)前的電壓值；能記錄1至10次A、B、C各相過流及恢復(fù)過流的時(shí)間及當(dāng)時(shí)的功率；能記錄110次調(diào)校多功能電表精度的時(shí)間；（13）電壓合格率 電子式多功能電能表能夠給出在線實(shí)時(shí)記錄電壓合格率數(shù)據(jù)，這個(gè)功能對(duì)提高供電質(zhì)量，改進(jìn)工作會(huì)有作用。（14）失壓記錄 電流大于標(biāo)定電流的10%，電壓小于參比電壓的78%稱為失壓。失壓與掉電或欠壓概念不同。失壓原因很多，拉PT是常見的竊電方法。關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)失壓和對(duì)失壓情況進(jìn)行記錄。電子式多功能表可對(duì)失壓情況進(jìn)

30、行全面記錄，可記錄一相失壓時(shí)間及一相失壓時(shí)電能表計(jì)量的有功電量，二相失壓時(shí)間和二相失壓電表計(jì)量的有功電量，以及三相失壓時(shí)間。多功能表的失壓記錄可以代替失壓記時(shí)儀，多功能表又給出一相失壓電量和兩相失壓電量數(shù)值，說明多功能表失壓記錄功能強(qiáng)于失壓記時(shí)儀。多功能表失壓記錄功能豐富了失壓追補(bǔ)電量的方法。（15）記錄失流功能 有些地方提出了“失流“概念。失流包含兩層意思：一種情況，當(dāng)電流小于標(biāo)定電流百分之二時(shí)判為”失流“；另一種情況是當(dāng)三相電流不平衡超過某個(gè)限定值時(shí)判為”失流“，限定值軟件可設(shè)。用戶沒用電、CT開路都被記錄為第一種失流。第二種失流情況也可能是真的三相負(fù)載不平衡，也可能是某項(xiàng)CT開路。失流概

31、念及應(yīng)用有待進(jìn)一步開發(fā)。（16）停電抄表電子式多功能電能表本身需要電源，一旦斷電，多功能表內(nèi)CPU不工作、液晶屏無顯示，現(xiàn)場人工抄表出現(xiàn)問題。這一點(diǎn)是電子計(jì)度器（液晶LCD和發(fā)光二極管LED）共同缺點(diǎn)。解決停電抄表方法有兩種：一種抄表時(shí)外加電池使CPU工作，使液晶顯示讀表，這是外加電池法。把這種外接電池做成手持裝置，稱為停電抄表器。抄表工隨身攜帶停電抄表器，對(duì)停電表計(jì)進(jìn)行抄表。因?yàn)殡娮邮蕉喙δ鼙韮?nèi)部就有高能電池，可在外線停電時(shí)由高能電池供電使CPU工作。由于CPU耗電較高不宜長時(shí)間由高能電池供電，一般把CPU設(shè)計(jì)成在停電時(shí)處于低功耗的睡眠狀態(tài)，抄表時(shí)抄表人用一紅外遙控器喚醒CPU使液晶顯示，實(shí)

32、現(xiàn)讀表。第二節(jié) 電原理框圖從多功能電能表的定義知道，多功能表由電能計(jì)量單元和數(shù)據(jù)處理單元兩大部分組成。計(jì)量單元又分為感應(yīng)式和電子式兩類。我們把計(jì)量單元使用感應(yīng)式電能表的稱為感應(yīng)式多功能電能表；把計(jì)量單元使用大規(guī)模集成電路芯片的，稱為電子式多功能電能表，電能計(jì)量芯片可以是專用的，如BL0932；也可以利用通用的CPU單片機(jī)對(duì)外線電壓、電流分時(shí)采樣，通過數(shù)值計(jì)算計(jì)量有功電能、無功電能及其它參數(shù)。我們知道為了完成分時(shí)計(jì)量、計(jì)算需量，搜索最大需量等工作電子式多功能表內(nèi)必須設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作，如果計(jì)量工作也由單片機(jī)完成，計(jì)量與數(shù)據(jù)處理可合并為一個(gè)單片機(jī)。只有一個(gè)單片機(jī)既負(fù)責(zé)電能計(jì)量又負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)

33、處理的電子式多功能電能表我們簡稱為“單芯片的電子式多功能表”；把使用專用芯片進(jìn)行電能計(jì)量，使用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的電子式多功能電能表簡稱為“雙芯片電子式多功能電能表”。下面分別對(duì)“單芯片電子式多功能電能表”和“雙芯片的電子式多功能電能表”的電原理框圖進(jìn)行介紹。圖1-6單芯片多功能表電原理框圖框圖14 單芯片電子式多功能電能表組成 單芯片電子式多功能電能表由電流互感器CT、電壓互感器PT、運(yùn)算放大器OP模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D、單片機(jī)CPU、內(nèi)卡EEPROM、看門狗、電源、高能電池、日歷時(shí)鐘、液晶顯示器LCD、校驗(yàn)脈沖輸出口、校表通訊口、按鈕、插口、監(jiān)控輸出端子，遠(yuǎn)動(dòng)輸出脈沖、遠(yuǎn)程通訊輸出端子組成。作用

34、外線電流、電壓都是頻率50Hz的交流電（圖1-6）。其幅值與相位角反映了用戶的用電情況。相電壓一般為交流220V或交流100V。多功能電能表內(nèi)工作電壓為5V，為使電壓匹配表內(nèi)設(shè)計(jì)了電壓互感器PT、電流互感器CT和其后的運(yùn)算放大器，它們的作用是進(jìn)行電壓變換。運(yùn)算放大器的輸出仍然是一個(gè)交流50Hz的正弦波形（圖1-6）最大幅值降到5V以下。電流變換線路放大器輸出相角變?yōu)閖2，形成（j2-j1）的附加相移。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用就是對(duì)從放大器輸入來的交流正弦波形進(jìn)行分時(shí)采樣，把模擬量變成數(shù)字量。CPU把電壓、電流數(shù)字量進(jìn)行相乘相加計(jì)算功率，功率對(duì)時(shí)間積分得到電能。這就是用分時(shí)采樣、單片機(jī)計(jì)算功率的方

35、法計(jì)量電能的。其計(jì)算原理將在第三節(jié)中介紹。計(jì)算機(jī)計(jì)量結(jié)果一方面送液晶LCD顯示；一方面定時(shí)送內(nèi)卡，保存當(dāng)前電量。內(nèi)卡是一種不易失電的可擦除EEPROM，能反復(fù)讀寫一百萬次以上，數(shù)據(jù)可保存10年。LCD和內(nèi)卡共同起著計(jì)度器的作用。多功能表不只是計(jì)量總電量，還有分時(shí)計(jì)量的作用。為了分時(shí)，表內(nèi)設(shè)有百年日歷實(shí)時(shí)時(shí)鐘，有電時(shí)，日歷時(shí)鐘芯片由電能表電源供電，無電時(shí)由高能電池供電。CPU還肩負(fù)數(shù)據(jù)處理功能、分時(shí)計(jì)度就是一項(xiàng)典型的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。CPU內(nèi)和內(nèi)卡內(nèi)保存一個(gè)年時(shí)區(qū)、日時(shí)段的時(shí)間表，CPU不斷的訪問日歷時(shí)鐘并與CPU內(nèi)的時(shí)間表對(duì)照，判斷當(dāng)前處于哪個(gè)時(shí)段，假如當(dāng)前處于平時(shí)段，CPU就將剛剛計(jì)算出來的電量

36、加到平費(fèi)率計(jì)度單元中，同時(shí)也寫到總計(jì)度單元中。也就是說，在CPU的內(nèi)存中有四個(gè)存貯單元，分別存放峰、平、谷、總電量。內(nèi)卡中也有對(duì)應(yīng)的峰、平、谷、總電量的存貯單元。由于電子式多功能電能表有一個(gè)內(nèi)部日歷時(shí)鐘；又由于CPU能判別當(dāng)前處在哪個(gè)時(shí)段，是什么費(fèi)率，CPU能把剛剛計(jì)算出的電量加到當(dāng)前費(fèi)率和總電能中，實(shí)現(xiàn)了分時(shí)計(jì)度。內(nèi)卡中也記錄總電量及各費(fèi)率電量，內(nèi)卡和LCD配合，不僅能顯示總電度，也能顯示各費(fèi)率電度，內(nèi)卡與LCD構(gòu)成一種多功能計(jì)度器。邏輯板上還裝有看門狗與掉電檢測電路。看門狗的作用是防止CPU死機(jī)。掉電檢測的作用是監(jiān)視電源電壓降落情況，保證CPU留有足夠時(shí)間把內(nèi)存RAM中數(shù)據(jù)送到內(nèi)卡中去，防

37、止丟失數(shù)據(jù)。校驗(yàn)脈沖輸出口和較表通訊口是為校驗(yàn)表用的。按鈕主要作用是切換顯示畫面。電鑰匙插口或IC卡插口主要用于預(yù)付費(fèi)，也用于參數(shù)預(yù)置和抄表。輔助端子上有跳閘、報(bào)警輸出，有遠(yuǎn)動(dòng)脈沖輸出，還有RS485或RS232接口。電能表通過這些接口與遠(yuǎn)方主臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。圖1-7雙芯片多功能表電原理框圖框圖15雙芯片電子式多功能電能表組成及作用 雙芯片電子式多功能電能表由電流互感器、運(yùn)算放大器、電壓采樣網(wǎng)絡(luò)、補(bǔ)償電路、電能計(jì)量專用芯片組成電能計(jì)量單元；由內(nèi)卡、數(shù)據(jù)處理單片機(jī)、看門狗與掉電檢測、日歷時(shí)鐘組成數(shù)據(jù)處理單元。由電源、高能電池組成供電系統(tǒng)；由LCD、校驗(yàn)表輸出口、按鈕、外卡插口、輔助端子組成輸出系

38、統(tǒng)。 雙芯片系統(tǒng)突出特點(diǎn)是計(jì)量單元與數(shù)據(jù)處理單元嚴(yán)格分開。電能計(jì)量由專用的計(jì)量芯片完成。專用的電能計(jì)量芯片種類很多：有以模擬電路為基礎(chǔ)的模擬乘法器；有以霍爾器件為基礎(chǔ)的霍爾乘法；還有模擬數(shù)字電路混合制造的乘法器。不管使用什么器件、基于什么原理，電能計(jì)量專用芯都必須完成一項(xiàng)最基本的任務(wù)，即有二個(gè)以上的輸入，兩個(gè)輸入都是50Hz的正弦波，一個(gè)代表電壓，一個(gè)代表電流。兩個(gè)正弦波有一個(gè)相位差，由功率因數(shù)決定。至少有一個(gè)輸出，輸出是一個(gè)脈沖量，輸出脈沖頻率與兩個(gè)正弦波乘積成正比，即輸出脈沖頻率與外線消耗功率成正比。數(shù)據(jù)處理單片機(jī)接收電能計(jì)量單元輸入脈沖，乘以時(shí)間，就能計(jì)算出總電量。數(shù)據(jù)處理單元其它工作如

39、分時(shí)計(jì)量，計(jì)算需量、搜索最大需量、顯示、脈沖輸出、利用RS232口或RS485口與外界通訊等都和單芯片的電子式多功能電能表一樣。第三節(jié) 計(jì)量原理 上節(jié)介紹了單芯片和雙芯片電子式多功能電能表。單芯片多功能電能表采用A/D采樣數(shù)值計(jì)算的辦法計(jì)算有功電能；雙芯片多功能表采用模擬乘法器、模擬數(shù)字混合電路、霍爾乘法等專用芯片計(jì)量有功電能。本節(jié)首先介紹有功電能的各種不同的計(jì)量方法。接著還要介紹無功電能各種計(jì)量方法，需量計(jì)算方法，電壓測量方法，電流測量方法，電壓合格率的計(jì)算方法。16有功計(jì)量方法 單芯片電子式多功能電能表計(jì)量有功就是用A/D采樣數(shù)值計(jì)算的辦法。 設(shè)交流電壓、電流表達(dá)式為： （1-1）（1-2

40、） 式中，t時(shí)刻電壓瞬時(shí)值 t時(shí)刻電流瞬時(shí)值 電壓峰值 電流峰值電壓有效值電流有效值電壓、電流相位差角頻率 如果已知電壓、電流的有效值及相位差，則一個(gè)周期內(nèi)的平均有功功率P可用下式求得： = (1-3) = = (1-4)其中：T正弦周期，一個(gè)周期內(nèi)的電能可用下式求得： 實(shí)際上用戶負(fù)荷是不斷變化的，無法快速而精確地測得每個(gè)周期的電壓有效值、電流有效值，以電壓、電流向量之間的相位差。所以無法按（1-4）公式計(jì)算功率，也無法按公式（1-5）計(jì)算電能。但是，公式（1-3）的含義是功率可由瞬時(shí)值求得。電壓、電流的瞬時(shí)值可用分時(shí)采樣的辦法得到。圖（1-8）利用作圖法求得一個(gè)周期內(nèi)各采樣點(diǎn)的功率。 圖1-

41、8 分時(shí)采樣與采樣點(diǎn)功率從（圖1-8）看到各采樣點(diǎn)功率為 一個(gè)周期T內(nèi)平均功率P為 =令,則一個(gè)周期內(nèi)的電能等于 （1-6)若t0,則 公式（1-6）說明將采樣點(diǎn)電流、電壓相乘相加再乘以采樣周期就是平均電能。（1-6）是一個(gè)數(shù)值計(jì)算公式，計(jì)算機(jī)可以輕松完成，關(guān)鍵是如何把交流電壓、交流電流模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。第二節(jié)框圖（圖1-6）中的A/D叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該器件功能就是能把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。如果100S采樣一次，50HZ交流電壓、交流電流周期是20ms，那么一個(gè)周期采樣200次，有些資料指出，利用高精度A/D，增加采樣次數(shù)就可以把電能計(jì)算得很準(zhǔn)。但是，我們的實(shí)踐表明引起誤差的原因不僅是采樣次數(shù)

42、和A/D轉(zhuǎn)換精度，主要由電壓、電流互感器及其后的放大線路元器件分散性造成的幅值誤差和相位誤差。誤差補(bǔ)償法將在第五節(jié)中介紹。（2） 時(shí)分割乘法器原理 時(shí)分割乘法器又稱PWM乘法器，實(shí)質(zhì)是一個(gè)脈寬、幅度調(diào)制器，輸入兩路信號(hào)中的一路對(duì)脈寬進(jìn)行調(diào)制，另一路對(duì)幅值進(jìn)行調(diào)制。被調(diào)制的脈沖信號(hào)的直流分量就是兩路輸入信號(hào)的乘積。 （圖1-9）為最簡單由運(yùn)算放大器組成的時(shí)分割乘法器電路，以此為例說明時(shí)分割乘法器原理。這個(gè)電路使用最常用的元器件，載波頻率設(shè)計(jì)為5kHZ。使用在電子式電能表中最高能達(dá)到1%的精度。電路中所有電阻均為100KW。U1U2為兩路輸入信號(hào)，U3為輸出。A4組成方波發(fā)生器，方波頻率由R9、C

43、3決定，A4輸出占空比1：1的對(duì)稱方波。A5對(duì)方波進(jìn)行積分，A5輸出為對(duì)稱的三角波，三角波的斜率由C4、R12決定。A3構(gòu)成比較器，它將一路輸入信號(hào)與三角波進(jìn)行比較，A3輸出可調(diào)制方波。波形如（圖1-9）右側(cè)波形圖。 圖1-9 由運(yùn)算放大器組成的時(shí)分割乘法器A1主要完成調(diào)制作用；A1根據(jù)A3的開關(guān)信號(hào)對(duì)U1進(jìn)行同相跟隨或反相跟隨。T1為結(jié)型場效應(yīng)管，場效應(yīng)管與晶體管不同，它在導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于一個(gè)很小的電阻，并沒有類似晶體管的導(dǎo)通飽和電壓。因此T1在這個(gè)電路中相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)，T1關(guān)斷時(shí)相當(dāng)于開路。T1關(guān)斷時(shí)，由運(yùn)算放大器特性知道，A1的正端為U1，負(fù)端也因此等于U1，于是： 則，此時(shí)A1為同相跟

44、隨。如（圖1-10） 圖1-10 場效應(yīng)管關(guān)斷及導(dǎo)通時(shí)A1等效圖T1導(dǎo)通時(shí)，運(yùn)算放大器負(fù)端必須是零。則：，此時(shí)為反相跟隨器。 A2為低通濾波器，A2的截止頻率約為100HZ，A2輸出脈沖波的平均值可表示為 因?yàn)椋?為三角波斜率有關(guān)的比例因子所以 (17)上式說明時(shí)分割乘法器輸出等于輸入U(xiǎn)1與U2的乘法。利用時(shí)分割乘法器這個(gè)原理可以設(shè)計(jì)成三相有功電能表。如（圖1-11）。 圖1-11 時(shí)分割乘法器型電子式電能表 （圖1-11）IA、IB、IC由電流互感器引入，UA、UB、UC可由電壓互感器引入，單相電表的電壓信號(hào)也可由電阻分壓器輸入。三路時(shí)分割乘法器輸出的是頻率為數(shù)千赫茲，幅度為正負(fù)若干伏的脈動(dòng)

45、信號(hào)，經(jīng)過平滑后由加法器相加。加法器輸出的是正比三相有功功率的直流信號(hào)、典型值為05V。對(duì)正比于瞬時(shí)功率的直流信號(hào)可以進(jìn)行低速高精度的積分式A/D變換，也可以轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)，即進(jìn)行V/F變換，將05V的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0100KH的頻率信號(hào)。 V/F變換輸出頻率正比于功率。但不能直接用于計(jì)數(shù)或驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，分頻的作用是把頻率較高的信號(hào)分頻低頻信號(hào)。其中極低頻用于計(jì)數(shù)或驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，低頻或中頻可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管或作為校表脈沖。（3）霍爾乘法器原理 霍爾效應(yīng)1879年被發(fā)現(xiàn)以來至今已有100多年歷史，隨著微電子技術(shù)發(fā)展及制造工藝的進(jìn)步，霍爾器件已得到了很廣泛的應(yīng)用。各種霍爾傳感器在控制、測量領(lǐng)域發(fā)揮

46、了重大作用。瑞士蘭地斯公司（LANDIS & GYR）基于霍爾效應(yīng)的DFS傳感元件（Direct Field Sensor）測量電能就是一個(gè)成功的例子。霍爾元件是如圖1-12所示的半導(dǎo)體薄片，當(dāng)它處于磁場感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，如果在它相對(duì)的兩端通以控制電流I，則在半導(dǎo)體另外兩端將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積成正比的電勢UH，UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，UH為霍爾電勢。設(shè)霍爾元件厚度為d。則霍爾電勢UH可表示為UH=RHBI/d.RH稱為霍爾系數(shù)。 圖1-12 圖1-13 霍爾乘法器型靜止式電能表（單相有功）根據(jù)霍爾乘法原理實(shí)現(xiàn)的靜止式電能表可以用圖1-13表

47、示?；魻柍朔ㄆ鬏敵龅臑樗矐B(tài)功率信號(hào)。瞬態(tài)功率信號(hào)可以通過變換很容易產(chǎn)生有功電能、無功電能等所需的數(shù)據(jù)。1-13所示的屬于直接檢測式霍爾乘法器。這種結(jié)構(gòu)在輕載時(shí)誤差較大。霍爾乘法器具有很寬的頻率響應(yīng)，從直流到100kHZ都有良好的線性，可用于測量畸變很大的波形的電路電能。 霍爾元件在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，存在多種因素影響其測量精度，由于半導(dǎo)體的固有特征以及制造工藝的缺陷，霍爾元件表現(xiàn)為零位誤差和溫度引起的誤差。零位誤差是霍爾無件在控制電流為零或者外加磁場為零時(shí)出現(xiàn)的霍爾電勢，溫度誤差主要表現(xiàn)為霍爾元件輸入輸出電阻隨溫度變化以及霍爾元件靈敏度隨溫度變化。而且隨溫度上升到一定程度，這種溫度影響會(huì)迅速增大。為了

48、提高霍爾元件的測量精度，一方面要嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，另一方面是在應(yīng)用時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，包括無源及有源的補(bǔ)償。常用補(bǔ)償方法有平衡電橋消除零位誤差，熱敏器件補(bǔ)償溫度誤差?；魻柍朔ㄆ鲗?shí)現(xiàn)的靜止電能表主要優(yōu)點(diǎn)是頻率響應(yīng)寬，精度能長期保證，能在較惡劣環(huán)境下工作，抗干擾能力強(qiáng)，靜止式電能表可以不需要電流互感器，不存在互感器引入的誤差，主要缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，精度也不容易達(dá)到很高。（4）幾種電能計(jì)量方法比較幾種電子式電能表比較 表(1-1)A/D采樣型時(shí)分割乘法器型霍爾乘法器型精度高一般一般啟動(dòng)電流小小一般頻率響應(yīng)<10KHZ<10KHZ0100KHZ電磁兼容性好好好時(shí)間漂移好較好較好功能擴(kuò)展性好一般一般抗

49、外磁場干擾好好差制造成本中低高 某種產(chǎn)品的整體性能與許多因素有關(guān)，例如：電路設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件選擇、生產(chǎn)工藝、出廠檢測等。從目前情況看，國內(nèi)A/D采樣設(shè)計(jì)應(yīng)用比較成熟，國外時(shí)分割乘法器型靜止式電能表最為成熟，國內(nèi)時(shí)分割乘法器的單相電子式電能表也較好。相對(duì)來講國內(nèi)三相靜止式電能表應(yīng)用時(shí)間不長，其性能還要在應(yīng)用中考核。17無功電能計(jì)量原理 本節(jié)討論三個(gè)問題：第一，900電子移相法計(jì)算無功；第二，利用有功表計(jì)量無功；第三，四象限無功。（1） 900電子移相法計(jì)量無功 對(duì)于采用A/D采樣數(shù)值計(jì)算方法計(jì)量有功的電子式多功能電能表還可以同時(shí)計(jì)算無功。 現(xiàn)在我們假設(shè)一個(gè)函數(shù)Q（t）使 = =用Q表示一個(gè)

50、周期積分的平均值，則 (1-8) = (1-9) （1-9）式說明Q就是電壓有效值為U，電流有效值為I，兩者相位差為j時(shí),一個(gè)周期無功平均功率。對(duì)比（1-3）式和（1-8）式 (1-10) (1-11) 說明對(duì)于相角為j，電流有效值為I，電壓有效值為U，一個(gè)周期內(nèi)的平均有功功率P等于t時(shí)刻電壓、電流瞬時(shí)值的乘積積分的平均值；無功功率Q等于超前 時(shí)刻的電壓值與t時(shí)刻電流值乘積積分的平均值。 圖1-14例如：電壓、電流波形如（圖1-14），50Hz交流電，每個(gè)周期為20ms，20ms對(duì)應(yīng)，相應(yīng)5ms，共取樣20次，那么利用計(jì)算機(jī)的存貯功能，每次電壓采樣數(shù)值存起來，現(xiàn)在的電流采樣值與5ms前電壓采樣

51、值相乘，即是無功功率。（2） 利用有功電能表改接線方法 圖1-15 三相四線相圖令P為有功功率，Q為無功功率，則 其中：、 分別為、各相電壓有效值 、 分別為 、各相電流有效值 、 、各相相角 因?yàn)槿嚯妷浩胶?，所以ABC為等邊三角形，ABC=BCACAB=600；垂直、垂直、垂直，且 ， ， 令線段表示相電壓有效值，表示，表示，那么線段則表示線電壓，表示，表示，則有下面的關(guān)系式： 線電壓與相電流，線電壓與相電流和線電壓與相電流之間的有功功率用表示，則： = = = (1-14) （1-14）說明相電壓無功可以通過線電壓有功求得。以時(shí)分割乘法器三相表為例說明怎樣用有功電能表計(jì)量無功電能的。參看

52、第三節(jié)有功計(jì)量（圖1-11）。把圖上的相電壓改為線電壓，對(duì)輸出脈沖乘以 ，則顯示值為相電壓無功。（3） 四象限無功 定義圖1-16a 電能量四象限測量示意圖 不同國家對(duì)四象限無功的定義不一樣。根據(jù)電力部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T645-1997，多功能電能表通信規(guī)約對(duì)電能測量四象限的定義如（圖1-16）。 圖1-16b 四象限無功應(yīng)用示意圖 首先把測量平面用豎軸和橫軸劃分為四個(gè)象限。右上角為I象限，右下角為II象限，依此按順時(shí)針方向?yàn)镮II、象限。豎軸向上表示輸入有功（+P），豎軸向下表示輸出有功（-P），橫軸向右表示輸入無功（+Q），橫軸向左表示輸出無功（-Q）。 電壓向量用U表示，固定在豎軸上。瞬時(shí)電流用I表示，其位置表示當(dāng)前電能的輸送方向。如（圖1-16a）中，I位于第I象限，I與U相位角為j（j順時(shí)針為正），表示輸入有功（+P）和輸入無功（+Q）。所謂“輸入”“輸出”是相對(duì)于電網(wǎng)的用戶邊而言的。對(duì)于有功輸入，輸出的概念很清楚。輸入有功功率的含義就是電網(wǎng)向用戶送電，這是一種用電用戶。輸出有功功率就是用戶向電網(wǎng)送電，這是一種發(fā)電用戶。 無功概念比較復(fù)雜：對(duì)于用電