《電能計量技術(shù)》ppt課件

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1、第三章電能計量技術(shù)第三章電子式電能表的結(jié)構(gòu)和原理第一節(jié)機電式電能表的結(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)費率電能表第四節(jié)單相預(yù)付費電能表第五節(jié)三相三線電子式多功能電能表機電式電能表主要由感應(yīng)式測量機構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換器和分頻器、計數(shù)器及顯示器四大部分組成，工作原理框圖如圖3-1所示。感應(yīng)式測量機構(gòu)的主要作用是將電能信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)光電轉(zhuǎn)換器的作用是將正比于電能的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖分頻器和計數(shù)器的主要作用是對經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的脈沖信號進行分頻、計數(shù)，從而得到所測量的電能。顯示器的作用是把電能表所

2、測量的電能用電子器件顯示出來，以方便讀取數(shù)據(jù)。第一節(jié)機電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié)機電式電能表的結(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（a）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)光敏管接收到較強的光照時，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

3、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，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。第二節(jié)全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理全電子電能表的優(yōu)點是準(zhǔn)確度高、頻帶寬、體積小，適合遙控、遙測功能。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴。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

4、瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內(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，并通過一段時間內(nèi)計數(shù)器的計數(shù)，顯示出相應(yīng)的電能。第二節(jié)全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理一、輸入變換電路二、乘法器電路三、電壓／頻率轉(zhuǎn)換器四、分頻計數(shù)器五、顯示器一、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、輸入變換電路（一）電流輸入變換電路1．錳銅片分流器以錳銅片作為分

5、流電阻RS，當(dāng)大電流i（t）流過時會產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱電壓Ui（t），其數(shù)學(xué)表達式為Ui（t）＝i（t）R2．電流互感器采用普通互感器（電磁式）的最大優(yōu)點是電能表內(nèi)主回路與二次回路、電壓和電流回路可以隔離分開，實現(xiàn)供電主回路電流互感器二次側(cè)不帶強電，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)表達式為一、輸入變換電路一、輸入變換電路（二）電壓輸入變換電路1．電阻網(wǎng)絡(luò)采用電阻網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)點是線性好、成本低，缺點是不能實現(xiàn)電氣隔離。（二）電壓輸入變換電路1．電阻網(wǎng)絡(luò)實用中，一般采用多級（如3級）分壓，以

6、便提高耐壓和方便補償與調(diào)試。典型接線如圖3-13所示。一、輸入變換電路2．電壓互感器采用互感器的最大優(yōu)點是可實現(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，缺點是成本高。其電路圖如圖3-14所示。其數(shù)學(xué)表達式為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）進行相乘作用的電子電路，通常具有兩個輸入端和一個輸出端，是一個三端網(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）時分割乘法器它在提供的節(jié)拍信號的周期T里，對被

7、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)時間，進行調(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（二）數(shù)字乘法器采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖3-20所示。微處理器控制雙通道A／D轉(zhuǎn)換，同時對電壓、電流進

8、行采樣，由微處理器完成相乘功能并累計電能。平均功率表示為以△t為時間間隔將上式中的積分做離散化處理，即對電壓、電流同時進行采樣，則二、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、分頻計數(shù)器所謂分頻