器件培訓講義01課件

電能表所用器件基礎知識培訓電能芯片CPU顯示器按鍵輸入脈沖輸出485接口紅外遙控器掌上電腦存儲器IAIBICVAVBVC電源電源管理數(shù)據(jù)保持電池紅外接口VAVBVC(1)采樣(3)(4)(5)(6)(7)(8)(2)(9)(10)一般電子式電能表的結構框圖一、采樣器件（1）電流采樣：錳銅分流器（Shunt）、電流互感器（CurrentTransformer)（2）電壓采樣：電壓互感器（VoltageTransformer),電阻分壓采樣（常用）。

常用（成本低）不常用（成本高）不常用（成本高）工作原理：(歐姆定律）名稱主要成分電阻溫度系數(shù)電阻率延伸率抗拉強度對銅勢電勢電阻年變化率錳鎳銅αβ(Ωmm2/m)(%)(N/mm2)(μV/℃)(ppm/year)×10-5/℃×10-5/℃軟硬(0~100℃)康銅1.0~2.0約40余<±40

0.44~0.506~15390~585≥635-45

精密錳銅級0約12約3余-2~+20~0.70.44~0.506~15340~535≥635≤1≤51-3~+5≤202-5~+10

F2型分流錳銅約13約5余0~400~0.70.40~0.486~15390~535≥585≤2

錳銅的特性參數(shù)錳銅分流器溫度特性曲線（4）極性判斷按減極性原則標準，即當電流通過一次和二次繞組同極性端子時，鐵心產生的磁通量同方向。當系統(tǒng)中一次電流從極性端子流入時，二次電流從繞組極性端子流出。電流互感器使用時注意的一些事項：1.電流互感器在運行中為什么要嚴防二次側開路?當運行中電流互感器二次側開路后，一次側電流仍然不變，二次側電流等于零，則二次電流產生的去磁磁通也消失了。這時，一次電流全部變成勵磁電流，使互感器鐵芯飽和，磁通也很高，將產生以下后果：

(1)由于磁通飽和，其二次側將產生數(shù)千伏高壓，且波形改變，對人身和設備造成危害。

(2)由于鐵芯磁通飽和，使鐵芯損耗增加，產生高熱，會損壞絕緣。

(3)將在鐵芯中產生剩磁，使互感器比差和角差增大，失去準確性，所以電流互感器二次側是不允許開路的。2.電流互感器的二次負載阻抗為什么不能太大?

電流互感器二次負載阻抗的大小對互感器的準確度有很大影響。這是因為，如果電流互感器的二次負載阻抗增加得很多，超出了所容許的二次負載阻抗時，勵磁電流的數(shù)值就會大大增加，而使鐵芯進入飽和狀態(tài)，在這種情況下，一次電流的很大一部分將用來提供勵磁電流，從而使互感器的誤差大為增加，其準確度就隨之下降了。二、電源電源的組成部分1.電壓敏感器件當外加電壓發(fā)生一定變化時，特性參數(shù)急劇變化的元件稱為電壓敏感元件。電壓敏感元件常用于抑制瞬變電壓，以及對半導體器件和電子設備進行保護。常見的電壓敏感器件有：壓敏電阻器、瞬態(tài)電壓抑制二極管（ＴＶＳ）、氣體放電管（防雷管）。（１）壓敏電阻器

伏安特性曲線工作原理：當外加電壓較低時，流過電阻的電流很小，壓敏電阻器呈高阻狀態(tài)；當外加電壓達到或超過壓敏電阻Uc時，壓敏電阻的阻值急劇下降并迅速導通，其工作電流會增加幾個數(shù)量級，從而達到有效地保護電路中其他元件不會因過壓而損壞。氧化鋅壓敏電阻器的微觀結構

氧化鋅晶粒的電阻率很低，而晶界層的電阻率很高，相鄰兩個晶粒之間形成一個壓敏單元。每個單元的擊穿電壓大概是3.5V。在壓敏電阻器內許許多多這樣的單元進行串聯(lián)和并聯(lián)便構成了壓敏電阻器的基體。串聯(lián)的單元越多，其擊穿的電壓就越高；基體的橫截面積越大，其通流容量也越大?，F(xiàn)TRJ用到的壓敏電阻器有：西無二：14D681K、

20K420、20K510、20K510ZT、20K625

成都鐵達：MYN23-821K西門子：S20K510、S20K420

14、20-----瓷片直徑；D、K--------電壓誤差，D（±5%），K（±10%）（a）單極型

ＴＶＳ是一種安全保護器件，對電路中瞬間出現(xiàn)的浪涌電壓脈沖可起到分流嵌位作用，可有效降低由于雷電及電路中開關通斷時感性元件產生的高壓脈沖，避免高壓脈沖對電子設備的損壞。（2）瞬變電壓抑制二極管（ＴＶＳ）

（b）雙極型

使用時注意事項1.關斷電壓（工作電壓）ＶMM應大于被保護的電路的最大工作電壓。2.最大嵌位電壓（最大抑制電壓）Vc應小于被保護電路的損壞極限電壓。3.最大峰值脈沖功耗Pm必須大于被保護電路內可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。4.在確定了最大嵌位電壓后，最大脈沖峰值電流Ippm應大于瞬態(tài)浪涌電流。5.對于數(shù)字接口電路保護用的TVS，應注意其電容量是否滿足使用的要求。6.根據(jù)用途和需要選用TVS的極型和封裝形式。交流電路宜選用雙極型TVS。

（3）防雷管---氣體放電管

主要的電氣特性參數(shù):直流擊穿電壓、沖擊擊穿電壓、耐沖擊電流、耐工頻電流能力、使用壽命等。如何改變以上參數(shù)？通過改變氣體種類、壓力、電極涂敷材料成分及電極間的距離來實現(xiàn)。TRJ用到的防雷管有：玻璃的：YS-301M、SPG-301W、YS-501M、MM350L陶瓷的：B5G800L、B8G800L、2R800L-52.溫度敏感器件---熱敏電阻器溫敏元件是一種將溫度直接變換成電量的敏感元件，主要用于溫度控制、溫度測量、溫度補償及過載保護等場合。（1）熱敏電阻器用于溫度測量（10K)（沒用的）PTC的工作原理:PTCR(PositiveTemperatureCoefficientofResistance)主要構成:BaTiO3陶瓷（一種典型的鐵電材料），經過半導體摻雜。在多晶BaTiO3半導體材料的晶粒邊界存在一個由表面態(tài)引起的勢壘層,在居里溫度下,高阻的晶界具有鐵電性,介電常數(shù)很大,勢壘高度很低,電子很容易穿過勢壘,相應的材料電阻率很小。但在居里溫度以上時，高阻層發(fā)生晶格轉變，鐵電性消失，介電常數(shù)急劇減?。ò凑站永?外斯定律下降），所以勢壘隨之升高。隨之勢壘急劇增高，電子難以越過勢壘，相應材料的電阻率急劇上升。PTC熱敏電阻器特性：當溫度低于居里點Tc時，具有半導體特性。當溫度高于居里點Tc時，電阻隨溫度升高而急劇增大，至Tn時出現(xiàn)負阻現(xiàn)象。具有通電瞬間產生強大電流而后很快衰減的特性。現(xiàn)TRJ用到的PTC熱敏電阻器有：SPMZB-3（1-2KΩ）、SPMZB-3（2-3KΩ）……SPMZB-4（120-250Ω）、SPMZB-4（240-300Ω）、SPMZB-4（1.6-2KΩ）、SPMZB-4（800-1.2KΩ）……SPMZB-6（1-2KΩ）、SPMZB-6（30-60Ω）…SPMZB-8（15-25Ω）、SPMZB-8（100-250Ω）SPMZB-10（30-60Ω）安培龍、勁陽：MZ11-08E101-161/14D431RM、MZ11-08E101-161RM/14D391、ME11-06C201-401RM/10D391

三寶：3.變壓器在電路中的作用：電壓變換，用來提升或者降低交流電壓阻抗變換隔離

跟電源連接的線圈叫原線圈，也叫初級線圈，跟負載連接的線圈叫副線圈，也叫次級線圈，兩線圈由絕緣導線繞制，鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成．U1n1n2U2U1U2電路中的符號空載情況變壓器的變壓原理一般情況下，漏感很小，Ｉ０*ＺＬ≈０所以Ｕ１≈Ｉ０*Ｒ-Ｅ１矢量圖Ｕ１＝Ｉ０*Ｒ+Ｉ０*Ｚl-Ｅ１等效圖負載情況當二次繞組連接負載時，閉合回路會產生一個電流Ｉ2，Ｉ2會產生磁通量φ2，φ2通過初級線圈后，初級線圈從電源吸取電流I1，I1由產生一個磁通φ3，其方向與φ2相反，大小相等。故，φ2與φ3相抵消，不管負載電流如何變化，在鐵心中φ1是保持不變。Ｉ1Ｉ2電動勢關系由于電磁感應現(xiàn)象，原、副線圈中具有相同的t．根據(jù)電磁感應定律有：所以，=在空載情況下:變壓器的損耗:1.銅損:線圈本身內阻發(fā)熱所損耗的能量;2.鐵損:鐵心所消耗的能量a.渦流損耗b.磁滯損耗.TRJ用到那些變壓器呢?從鐵心形狀來分,有環(huán)形變壓器和E形變壓器。環(huán)形的主要有：CY-HB-006141、CY-HB-006142、CY-HB-006304A。E形的有灌膠和不灌膠兩種，而按照鐵心大小分有：E28、E35、E41、E48四種。不灌封灌封環(huán)形鐵芯Core漆包線Copperwire聚酯薄膜Polyesterfilm瑪拉膠帶Mylar

Tape牛皮紙KraftPaper引線leadwire環(huán)氧膠按照輸入電壓的大小有：57.7V，100V，110V，127V，220V，380V六種。按照繞組數(shù)量來分，有：兩繞組、三繞組、四繞組和五繞組四種；而最常用的三繞組，其次是四繞組。每個繞組的作用一般是：電源電壓輸入主供電（單片機、各種芯片的電源）485供電載波（載波表）在使用變壓器時應該注意哪些參數(shù)和事項？容量空載損耗：空載電流I0、瓦損W（我們一般沒要求）每個繞組的輸出功率是否滿足要求絕緣性能是否滿足要求（485繞組與其他繞組之間的絕緣性能要求最高，必須要達到4KV，而其他繞組間的耐壓一般要求在2KV左右）載波繞組輸出電流一般要求比較高，在100mA以上。4.整流部分在整流部分，我們主要有全波橋式整流和半波整流，主要用的器件是整流二極管。在此節(jié)，我們另外還探討一下電子式電能表中會用到的各種二極管、三極管、MOS管、可控硅等半導體器件的一些工作原理及電氣特性。（1）半導體二極管半導體中載流子的運動方向半導體二極管分類按用途及功能分按組成PN結的材料分按結構和制造工藝分按封裝形式分檢波二極管電壓基準二極管整流二極管雙基極二極管開關二極管光敏二極管穩(wěn)流二極管穩(wěn)敏二極管變容二極管壓敏二極管穩(wěn)壓二極管磁敏二極管雙向二極管發(fā)光二極管電壓抑制二極管玻璃封裝二極管金屬封裝二極管塑料封裝二極管環(huán)氧樹脂封裝二極管面接觸型二極管點接觸型二極管硅二極管鍺二極管整流二極管特點：工作頻率低、允許的工作溫度高，允許通過的正向電流大，反向擊穿的電壓高。主要作用：將交流電變?yōu)橹绷麟?。（μA）硅整流二極管的伏安特性曲線特性參數(shù)：額定整流電流IF

：在規(guī)定的條件下，在電阻性負載的正弦半波整流電路中，允許連續(xù)通過半導體二極管的最大工作電流。正向電壓降VF：通過額定正向整流電流時，在極間產生的電壓降。最大反向工作電壓VR：在使用時所允許加的最大反向電壓。最大反向漏電流IR：在正弦波最高反向工作電壓下的漏電流。擊穿電壓VB：反向為硬特征時，擊穿電壓為反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值；為軟特征時，擊穿電壓為給定的反向漏電流下的電壓值。結溫TJM：在規(guī)定的使用條件下，所允許的最高溫度。TRJ用到的整流二極管有：

1N4007、1N5817、1N5819、M7（貼片）峰值重復反向電壓VRRM最大RSM電壓VRSM平均整流電流IF（AV）最大全周期平均正向壓降VF（AV）1N400710007001.01.11N5817、1N581920141.00.4540280.60M7開關二極管特性：開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高。主要參數(shù)：最高反向工作電壓VRM；反向擊穿電壓VR；正向電流IF；反向恢復時間Trr：從導通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)所需的時間；TRJ用到的開關二極管有：

1N4148、LL4148-GS08、MMBD7000LT1G、LMBD7000LT1G（貼片雙重開關二極管）反向電壓VR反向峰值電壓VRM半波整流電流IF(AV)反向擊穿電壓V(BR)R正向壓降VF反向恢復時間Trr1N414875V100V150mA100V（100uA）1.0V（10mA）4.0nSLL41487000LT1G100V100V（100uA）0.67-0.82（10mA）4.0nS穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）什么叫齊納效應？當反向電壓大到一定程度時，反向電流會突然增大，這是二極管進入擊穿區(qū)，其內阻很小，反向電流在很大的范圍變化，但兩端的反向電壓保持不變，相當于一個恒壓源．這種現(xiàn)象稱為齊納效應．穩(wěn)壓二極管工作在Izmin和Izmax之間。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓Vz反向測試電流Iz：測試反向參數(shù)時，給定的反向電流。最大工作電流Izm動態(tài)電阻Rz：在測試電流下，穩(wěn)壓二極管兩端電壓的變化量與通過的電流變化量之比。電壓穩(wěn)定系數(shù)CTV：在測試條件下，穩(wěn)定電壓相對變化與環(huán)境溫度的絕對變化的比值。最大耗散功率PCM：在給定的條件下，穩(wěn)壓二極管允許承受的最大功率。穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū)工作時，只要不超過最大耗散功率和最大工作電流，它是不會被燒壞的。最高結溫TJM：穩(wěn)壓二極管在工作條件下，PN結的最高溫度。TRJ用到的穩(wěn)壓二極管有：

1N4733A、1N4739A、1N4744A、1N4690、1N4679、ZM4738齊納電壓VZ（V）測試電流Izt（mA）最大工作電流Izm（mA）1N4733A5.14.91781N4739A9.1281001N4744A1517611N4690

1N4679ZM4738（貼片）8.231110半導體三極管NPN三極管、PNP三極管2SD1624T2SB1124TLMBT5551LT1GLMBT2222ALT1G2SC1623A2SA812ALMBT2907ALT1GMMBT3904LT12SD1782KT146R2SD1782KT146QMMBT3904LT1MMBT3906LT12SC20012N4922SS8550S8550S8550LT1SS8050S8050S8050LT1BC857BSBC847BPNBC847BS結型場效應管工作原理：

當柵極開路時，溝道相當于一個電阻（數(shù)百到數(shù)千歐姆）。如果在漏極及源極加上電壓Uds，就有電流Id通過，Id隨著Uds增大而增大。如果給柵極加上一個負偏差Ugs時，PN結形成空間電荷區(qū)，其載流子很少，因而也叫耗盡區(qū)。其性能類似于絕緣體，反向偏壓越大，耗盡區(qū)越寬，溝道電阻就越大，使Id越小，甚至完成截止。N溝道結型場效應管絕緣柵場效應管場效應管的主要參數(shù)：夾斷電壓UP：開啟電壓UT：飽和電流IDSS：直流輸入