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文檔簡介
電能計(jì)量技術(shù)
第三章第三章電子式電能表的結(jié)構(gòu)和原理第一節(jié)機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第三節(jié)單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表第四節(jié)單相預(yù)付費(fèi)電能表第五節(jié)三相三線電子式多功能電能表
第一節(jié)機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理
一、單向脈沖式電能表二、雙向脈沖式電能表
一、單向脈沖式電能表單向脈沖式電能表的光電轉(zhuǎn)換器主要包括光電頭和光電轉(zhuǎn)換電路兩部分。1.光電頭光電頭由發(fā)光器件和光敏器件組成。兩種典型光電頭的安裝結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3(α)為穿透式光電頭,圖3-3(b)是反射式光電頭。
2.光電轉(zhuǎn)換電路一種最基本的光電轉(zhuǎn)換電路如圖3-4所示。當(dāng)光敏管接收到較強(qiáng)的光照時(shí),處于導(dǎo)通狀態(tài),光電流增加,V1導(dǎo)通,作用到V2和V3組成的射極耦合放大器上,使輸出電壓呈高電平;反之,當(dāng)光敏管接收到的光照較弱時(shí),處于截止?fàn)顟B(tài),相應(yīng)的輸出電壓呈低電平。
一、單向脈沖式電能表
二、雙向脈沖式電能表雙向脈沖式電能表具有雙向計(jì)度的功能,既能測量正向消耗電能,又能測量反向消耗電能。雙向脈沖式電能表光電轉(zhuǎn)換及雙向脈沖輸出控制電路如圖3-8所示。
電子式電能表工作原理框圖如圖3-10所示被測量的高電壓u、大電流i經(jīng)電壓變換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器,乘法器完成電壓和電流瞬時(shí)值相乘,輸出一個(gè)與一段時(shí)間內(nèi)的平均功率成正比的直流電壓U,然后再利用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器,U被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率f,將該頻率分頻,并通過一段時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù),顯示出相應(yīng)的電能。
一、輸入變換電路
輸入電路的作用,一方面是將被測信號按一定的比例轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流輸入到乘法器中;另一方面是使乘法器和電網(wǎng)隔離,減小干擾。(一)電流輸入變換電路1.錳銅片分流器
以錳銅片作為分流電阻RS,當(dāng)大電流i(t)流過時(shí)會產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱電壓Ui(t),其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Ui(t)=i(t)R
2.電流互感器采用普通互感器(電磁式)的最大優(yōu)點(diǎn)是電能表內(nèi)主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開,實(shí)現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)電,并可提高電子式電能表的抗干擾能力。其原理框圖如圖3-12所示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
一、輸入變換電路
2.電壓互感器采用互感器的最大優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)一次側(cè)和二次側(cè)的電氣隔離,并可提高電能表的抗干擾能力,缺點(diǎn)是成本高。其電路圖如圖3-14所示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為u(t)=KUuU(t)
一、輸入變換電路
二、乘法器電路
模擬乘法器是一種完成兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號(如輸入電能表內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流)進(jìn)行相乘作用的電子電路,通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端,是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò),如圖3-15所示。理想的乘法器的輸出特性方程式可表示為
(一)時(shí)分割乘法器它在提供的節(jié)拍信號的周期T里,對被測電壓信號ux作脈沖調(diào)寬式處理,調(diào)制出一正負(fù)寬度T1、T2之差(時(shí)間量)與ux成正比的不等寬方波脈沖,即T2-T1=K1ux;再以此脈沖寬度控制與ux同頻的被測電壓信號uy的正負(fù)極性持續(xù)時(shí)間,進(jìn)行調(diào)幅處理,使u=K2uy;最后將調(diào)寬調(diào)幅波經(jīng)濾波器輸出,輸出電壓U0為每個(gè)周期T內(nèi)電壓u的平均值,它反映了ux、uy兩同頻電壓乘積的平均值,實(shí)現(xiàn)了兩信號的相乘,輸出的調(diào)寬調(diào)幅方波如圖3-17所示。
二、乘法器電路
三、電壓/頻率轉(zhuǎn)換器
電子式電能表常用的雙向積分式電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖3-21所示。輸出電壓U0的頻率
四、分頻計(jì)數(shù)器
所謂分頻,就是使輸出信號的頻率分為輸入信號頻率的整數(shù)分之一;所謂計(jì)數(shù),就是對輸入的頻率信號累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)。圖3-23為分頻計(jì)數(shù)器原理框圖和脈沖波形。
五、顯示器
目前常見的電子式電能表顯示器件有三種:液晶(LCD)、發(fā)光二極管(LED)、熒光管(FIP)。液晶顯示器(LCD)是利用液晶在一定電場下發(fā)生光學(xué)偏振而產(chǎn)生不同透光率來實(shí)現(xiàn)顯示功能的。液晶顯示器在靜態(tài)直流電場下壽命很短(一般為幾千小時(shí)),而在動態(tài)交變電場下壽命很長(可達(dá)20萬h);除具有長壽命的優(yōu)點(diǎn)之外,還具有功耗?。ㄐ∮?0μA),在有一定采光度時(shí)顯示對比強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管(LED)是利用特殊結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的二極管在施加正向工作電壓、具有一定工作電流時(shí),發(fā)出某一特定波長的可見光來實(shí)現(xiàn)顯示功能的。具有溫度范圍寬(﹣40~85℃)、在弱光背景下顯示醒目和低成本等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是壽命短(一般為3萬~5萬h)、耗電大(一般5~10mA)、露天下顯示不清等。熒光顯示板(FIP)是利用特種熒光物質(zhì)在一定電場和一定紅外線熱能下產(chǎn)生一定亮度的可見熒光來實(shí)現(xiàn)顯示功能的。除成本高缺點(diǎn)外,其優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)光二極管基本相同。
一、常用術(shù)語
1.復(fù)費(fèi)率電能表有多個(gè)計(jì)度器分別在規(guī)定的不同費(fèi)率時(shí)段內(nèi)記錄交流有功或無功電能的電能表2.費(fèi)率計(jì)度器由貯存器(用作貯存信息)和顯示器(用作顯示信息)二者構(gòu)成的電——機(jī)械裝置或電子裝置,能記錄不同費(fèi)率的有功或無功電能量。3.電能測量單元由被測量輸入回路、測量等部分構(gòu)成,進(jìn)行有功或無功電能計(jì)量的單元
4.費(fèi)率時(shí)段控制單元由費(fèi)率計(jì)度器(含驅(qū)動電路)、時(shí)間開關(guān)及邏輯電路等構(gòu)成,進(jìn)行費(fèi)率時(shí)段電能測量和顯示的單元
5.峰、平、谷電量電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線高峰時(shí)段的電能量稱峰電量,低谷時(shí)段的電能量稱谷電量,計(jì)量峰、谷時(shí)段以外的電能量稱平電量,三者之和為總電量
單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表的工作原理框圖如圖3-24所示。
二、工作原理工作原理:二、工作原理電流、電壓采樣電路是將流過線路的大電流和外部220V交流電壓變換為合適的小電流、小電壓信號,經(jīng)電能專用集成電路轉(zhuǎn)換成隨功率變化的脈沖信號。單片微處理器接收到功率脈沖信號后進(jìn)行電能累計(jì),數(shù)據(jù)存入存儲器中,同時(shí)讀取時(shí)鐘信號,按照預(yù)先設(shè)定好的時(shí)段分時(shí)計(jì)量,將數(shù)據(jù)輸出到顯示器中顯示,并且隨時(shí)接收串行通信口的通信信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。四、規(guī)格
五、基本誤差
六、主要技術(shù)指標(biāo)
(1)時(shí)鐘準(zhǔn)確度:日誤差≤土0.5S/天(2)停電后數(shù)據(jù)保持時(shí)間:≥10年(3)電能計(jì)度器容量:99999.9kW·h(4)需量計(jì)度器容量:99.9999kW(5)絕緣耐壓:≥2000VAC(6)功耗(LCD顯示):≤2VA(7)啟動電流:0.4%Ib(8)電池功耗(停電不顯示時(shí)):≤0.4μA(9)工作溫度:﹣20~﹢50℃(10)存儲和運(yùn)輸溫度:﹣25~﹢50℃(11)濕度:≤75%。
八、遙控器功能
(1)記憶鍵:編程時(shí),將調(diào)整正確的數(shù)據(jù)記憶,同時(shí)功能號遞增一位;讀表時(shí),顯示“00”項(xiàng)功能序號。(2)右移鍵。編程時(shí)循環(huán)移動要調(diào)整的數(shù)據(jù)位;在正常工作狀態(tài)下,該鍵為循環(huán)顯示和固定顯示轉(zhuǎn)換開關(guān)。(3)上移及下移鍵。編程時(shí),用以增、減閃爍位的數(shù)值;正常工作時(shí),用以增、減顯示項(xiàng)功能序號。(4)編程鍵:在需要對電能表進(jìn)行編程時(shí)按此鍵2秒鐘便可進(jìn)入編程狀態(tài)。(5)清零鍵:在電能表最大需量需要清零時(shí)按此鍵可將最大需量值清零。(6)復(fù)位鍵:編程狀態(tài)時(shí)按此鍵退出編程,正常工作時(shí)按此鍵顯示功能序號00項(xiàng)。(7)數(shù)字鍵。數(shù)字鍵0~9在編程狀態(tài)時(shí)用于修改數(shù)碼管閃爍位的數(shù)值,正常工作時(shí)用于查看功能序號項(xiàng)數(shù)據(jù)。(8)自檢鍵。用于檢查數(shù)碼管各段顯示是否正常。
九、遙控器編程
(1)進(jìn)入編程狀態(tài)。按“編程”鍵,此時(shí)顯示“99——0”,依次在數(shù)碼管閃爍位輸入6位密碼,密碼正確后進(jìn)入編程狀態(tài)(2)選定編程項(xiàng)。進(jìn)入編程狀態(tài)后,左邊兩位數(shù)碼管顯示編程項(xiàng)目號,用遙控器上的數(shù)字鍵“0~9”或者按“上移”或“下移”鍵,改變到要編程的項(xiàng)目號(3)輸入數(shù)據(jù)。按“右移”鍵選擇數(shù)據(jù)位,其閃爍位可用數(shù)字鍵“0~9”或“上移”“下移”鍵輸入數(shù)字(4)記憶數(shù)據(jù):確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)正確后,按記憶鍵保存該項(xiàng)數(shù)據(jù)。(5)編程結(jié)束:按“復(fù)位”鍵結(jié)束編程。
十、讀表
1.直接讀表表內(nèi)顯示可以設(shè)定為固定項(xiàng)目顯示或循環(huán)顯示。固定顯示時(shí),用戶只要按遙控器上的“數(shù)字鍵”、“上移”或“下移”鍵顯示相應(yīng)功能順序號項(xiàng)內(nèi)容,按復(fù)位或記憶鍵顯示回到“00XXXXXX”項(xiàng)2.最大需量清零最大需量清零是將當(dāng)前電能表內(nèi)電量、最大需量凍結(jié)保存。按清零鍵后電能表自動將上月電量、需量等數(shù)據(jù)存入上上月保存,將當(dāng)前電量、需量等數(shù)據(jù)存入上月保存,當(dāng)前需量清零,以后依次類推
第四節(jié)單相預(yù)付費(fèi)電能表一、基本原理二、IC卡技術(shù)三、主要性能指標(biāo)及功能
一、基本原理
單相預(yù)付費(fèi)電能表原理框圖如圖3-25所示。
二、IC卡技術(shù)
IC卡是集成電路卡(IntergratedCircuitGard)的簡稱。它將集成電路鑲在塑料卡片上。它與磁卡比較有接口電路簡單、保密性好、不易損壞、存儲容量大、壽命長等特點(diǎn)。IC卡中的芯片分為不揮發(fā)的存儲器(也稱存儲卡)、保護(hù)邏輯電路(也稱加密卡)和微處理單元(也稱CPU卡)三種在電能表上使用的卡,這三種都有,接口往往采用串行方式的接觸式卡。
三、主要性能指標(biāo)及功能
1.主要參數(shù)(1)準(zhǔn)確等級:1.0級;(2)電流規(guī)格:5(20),10(40)A;(3)電壓回路功耗:<2W;(4)工作電壓范圍:(70%~130%)Ue;(5)脈沖常數(shù):5(20)A,3200imp/(kWh);10(40)A,1600imp/(kWh);(6)起動電流:0.4%Ib;(7)卡類型:加密卡;(8)設(shè)計(jì)壽命:15年
2.主要功能(1)計(jì)量功能。計(jì)量有功電量,有功=正向有功十反向有功。(2)功率脈沖輸出。脈沖寬度80±5ms,空觸點(diǎn)輸出,同時(shí)有脈沖LED指示。(3)負(fù)荷控制。具有超功率自動斷電的負(fù)荷控制功能,可以設(shè)置功率限額以及允許次數(shù),當(dāng)平均功率大于限額后,電能表跳閘并顯示當(dāng)時(shí)的功率。使用用戶購電卡插入電能表可以恢復(fù)供電。但當(dāng)超功率跳閘次數(shù)超過設(shè)定的允許次數(shù)時(shí),電能表將不可恢復(fù)供電,只有使用了參數(shù)設(shè)置卡改變了功率限額后,才能恢復(fù)供電。(4)防竊電功能。具有自動檢測短接電流回路的防竊電功能,當(dāng)短接進(jìn)出線時(shí),電能表顯示“O”并且記錄竊電次數(shù)。(5)顯示。LCD顯示可以設(shè)置自動及手動(按鈕切換)方式,(6)報(bào)警顯示。當(dāng)電能表自檢出現(xiàn)故障時(shí),顯示故障(7)預(yù)付費(fèi)功能。使用購電卡可將購電量送入電能表,電能表按設(shè)定的費(fèi)率遞減,當(dāng)剩余電費(fèi)小于設(shè)定的報(bào)警門限時(shí),電能表跳閘,提醒用戶去購電;此時(shí)插入購電卡可以恢復(fù)供電。當(dāng)剩余電費(fèi)小于零后,電能表將跳閘,直到購電后才能恢復(fù)供電。三、主要性能指標(biāo)及功能
第五節(jié)三相三線電子式多功能電能表
一、常用術(shù)語二、工作原理三、主要性能四、規(guī)格和主要技術(shù)參數(shù)五、主要功能六、顯示功能一、常用術(shù)語
1.測量單元產(chǎn)生與被計(jì)量的電能量成正比例輸出的電能表部件。2.?dāng)?shù)據(jù)處理單元對輸入信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的電能表部件。3.多功能電能表由測量單元和數(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、儲存和輸出數(shù)據(jù)的電能表。4.顯示器顯示存儲器內(nèi)容的裝置。5.需量周期測量平均功率的連續(xù)相等的時(shí)間間隔。6.最大需量在指定的時(shí)間區(qū)間內(nèi),需量周期中測得的平均功率最大值。7.滑差(窗)時(shí)間依次遞推來測量最大需量的小于需量周期的時(shí)間間隔。8.額定最大脈沖頻率多功能電能表在額定電壓、額定頻率、額定最大電流及cosφ=1.0條件下,單位時(shí)間發(fā)出的脈沖數(shù)。
9.常數(shù)表示多功能電能表計(jì)量到的電能量與其相應(yīng)的輸出值之間關(guān)系的數(shù)。二、工作原理
工作原理框圖如圖3-26所示。
工作原理:二、工作原理
A、B、C三相電壓、電流信號經(jīng)電能表采樣電路和功率計(jì)量處理器變換成相應(yīng)的數(shù)字信息后,傳送給數(shù)據(jù)處理中心,并通過程序處理求出各相電壓、電流、功率、電量、需量、功率因數(shù)等各項(xiàng)參數(shù);同時(shí)識別各相電壓、電流有無異常并記錄相應(yīng)的失壓、失流狀態(tài)。三、主要性能
(1)保證整機(jī)長期穩(wěn)定工作;精度基本不受頻率、溫度、電壓變化影響;整機(jī)體積小,重量輕,密封性能好,可靠性較其他同類產(chǎn)品有明顯提高(2)當(dāng)電網(wǎng)停電后,鋰電池作為后備電源,提供停電后表內(nèi)電量的顯示讀取,并保證內(nèi)部數(shù)據(jù)不丟失,日歷、時(shí)鐘、時(shí)段程序控制功能正常運(yùn)行,來電后自動投入運(yùn)行。(3)電能表運(yùn)行信息可由手持電腦、RS485接口、國際標(biāo)準(zhǔn)IC卡三種媒介傳輸
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