电流互感器电压输入电路
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第三章 电子式电能表及特种电能表
概述：
电子式电能表开始出现于20世纪60代，由于受到当时 技术水平的限制，电子式电能表的价格很高，仅供标准表 用。 随着微电子技术和计算机技术的发展，80 年代出现了 应用微处理机的电能表，不仅用于标准表，且广泛应用于 安装式电能表。 电子电能表因准确度高、体积小、重量轻、功能多， 且性价比高，前景十分广阔。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
输入级 乘法器 P/f 变换器 计数显示控制电路 直流电源
图3-1 电子式电能表的基本组成
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
1.输入级 输入级的作用是将被测的高电压和大电流转 换成电子电路能处理的低电压和小电流输入到乘 法器中，并使乘法器和电网隔离，减小干扰。 （1）精密电阻输入变换电路 （2）电压互感器、电流互感器输入电路
P/f 变换器是把乘法器输出的代表有功功率的信 号变为标准脉冲，并且用脉冲频率的高低来代表功 率大小的电路。它和计数器一起实现电能测量中的 积分运算。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 4.计数、显示、控制电路
计数器对P/f 变换器的输出脉冲计数，累计电能， 从而完成积分运算； 显示器显示电能表所测量的电能，有字轮计度器、 液晶显示器和发光二极管显示器几种类型； 控制电路用于实现电子式电能表的各种功能。
主要内容
第一节 电子式电能表的结构和原理 第二节 脉冲电能表和最大需量电能表 第三节 预付费电能表和分时计量电能表 第四节 多功能电子式电能表 第五节 电子式电能表的误差特性及调整
Biblioteka Baidu
第一节 电子式电能表的结构和原理
一、电子式电能表的工作原理
电能的基本表达式
电子式电能表中实现积分的方法是将功率转换为脉 冲频率输出，该脉冲称为电能计量标准脉冲 fH (或fL), 其 频率正比于负荷功率
2.乘法器 （1）模拟乘法器 1）时分割乘法器
工作原理
负载在一个周期内消耗的电能近似等于m个电压、电 流相乘再求和。m 取值越大，上述近似计算产生的误差越 小。由此，时分割乘法器的基本思想有两个，即分割和相 乘。
电压型：由于尖峰电压干扰，现在基本不用 时分割乘法器 电流型：被测电压、电流以及功率都以电流形式表示
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 5.直流电源
作用：为各部分电子电路的工作提供合适的直流电 压。 结构：由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电 路等几部分组成。
第一节 电子式电能表的结构和原理
三、电能计量模块
专用电能计量模块不仅集成了乘法器、 P/f 变换 电路，还包含相位调整电路、电源监测电路、接 口电路等其它电路。 采用这些模块只需配以少量的外围电路就能制造 出满足各种需要的电子式电能表。
图3-4 数字乘法器
采用硬件乘法电路：由移位寄存器、加法器和时序控制电路组成 运算速度高，但需提供硬件电路 采用软件乘法器：利用计算机的乘法指令实现数字量相乘，这实际是 利用一系列的累加和移位完成运算的。 运算速度较慢，但可节约硬件
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 3. P/f 变换器
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器 （1）模拟乘法器 1）时分割乘法器
输入电流I u 为反映 被测电压U的电流信号， C1为积分电容，S为施密 （b）电路工作波形 特电路，它有两个转换 电平UH 和UL，I0为正、 负恒流源，开关SA受施 时分割乘法器原理先 进，制造技术比较成 密特输出电压控制。 熟，线性度较好，准 确度最高可做到0.01 级
第二节 脉冲电能表和最大需量电能表
一、脉冲电能表
脉冲电能表是一种将电能参数转换为脉冲输出的表计。 将感应式电能表转盘的转数转换为脉冲送至电子电路进行 处理，构成机电一体式预付费电能表、多功能电能表等表 计。
图3-5 脉冲电能表组框图
第二节 脉冲电能表和最大需量电能表
一、脉冲电能表
感应式测量机构的主要功能是将电能量转变为转盘的转数。 光电转换器的功能是将正比于电能的转盘转数转换为电脉 冲，此脉冲数也正比于被测电能。光电转换器是机电脉冲 式电子电能表的关键部分 分频器和计数器的主要功能是将经光电转换器转换成的脉 冲信号进行分频、计数、从而得到所用电能量。
优点：频率响应宽，准确度能长期保证；抗干扰能力强； 可以不需要电流互感器，不存在互感器引入的误差。 缺点：工艺复杂，准确度也不容易达到很高。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器
（2）数字乘法器 数字乘法器是将数字量相乘，首先将被测电 压、电流的模拟量变为数字量，然后相乘。
（a） 原理电路
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器
（1）霍尔乘法器
U H = K H I B UH 为霍尔电动势 H
K 为霍尔元件的灵敏度
图3-3 霍尔效应示意图
由被测电压u产生磁场，被测电流i通过霍尔元件， 则霍尔电动势就能反映被测电压、电流的相乘积。 霍尔乘法器是一个四象限乘法器，其相乘精度甚佳，可达0.3%左右。 工作频率在10kHz以内。
第一节 电子式电能表的结构和原理
三、电能计量模块
电子式电能表的核心计量芯片按工作原理可分为： 数字式计量芯片。采用DSP 技术、以数字乘法器为核心。 它运用高准确度的、快速A/D转换器,可编程增益控制等最 新技术。 模拟计量芯片。以模拟乘法器为核心。 这两种芯片的基本工作原理有根本的不同：数字式芯片在 计量准确度、线性度、稳定性、抗干扰、温度漂移和时间 漂移等方面远远优于模拟式芯片。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器 乘法器是实现被测电压、电流相乘，输出为功率的器 件，它是电能表的关键电路。
时分割乘法器
模拟乘法器
霍尔乘法器
乘法器
硬件乘法器（由移位寄存器和加法器组成）
数字乘法器
软件乘法器（利用乘法指令实现）
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
概述：
电子式电能表开始出现于20世纪60代，由于受到当时 技术水平的限制，电子式电能表的价格很高，仅供标准表 用。 随着微电子技术和计算机技术的发展，80 年代出现了 应用微处理机的电能表，不仅用于标准表，且广泛应用于 安装式电能表。 电子电能表因准确度高、体积小、重量轻、功能多， 且性价比高，前景十分广阔。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
输入级 乘法器 P/f 变换器 计数显示控制电路 直流电源
图3-1 电子式电能表的基本组成
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
1.输入级 输入级的作用是将被测的高电压和大电流转 换成电子电路能处理的低电压和小电流输入到乘 法器中，并使乘法器和电网隔离，减小干扰。 （1）精密电阻输入变换电路 （2）电压互感器、电流互感器输入电路
P/f 变换器是把乘法器输出的代表有功功率的信 号变为标准脉冲，并且用脉冲频率的高低来代表功 率大小的电路。它和计数器一起实现电能测量中的 积分运算。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 4.计数、显示、控制电路
计数器对P/f 变换器的输出脉冲计数，累计电能， 从而完成积分运算； 显示器显示电能表所测量的电能，有字轮计度器、 液晶显示器和发光二极管显示器几种类型； 控制电路用于实现电子式电能表的各种功能。
主要内容
第一节 电子式电能表的结构和原理 第二节 脉冲电能表和最大需量电能表 第三节 预付费电能表和分时计量电能表 第四节 多功能电子式电能表 第五节 电子式电能表的误差特性及调整
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第一节 电子式电能表的结构和原理
一、电子式电能表的工作原理
电能的基本表达式
电子式电能表中实现积分的方法是将功率转换为脉 冲频率输出，该脉冲称为电能计量标准脉冲 fH (或fL), 其 频率正比于负荷功率
2.乘法器 （1）模拟乘法器 1）时分割乘法器
工作原理
负载在一个周期内消耗的电能近似等于m个电压、电 流相乘再求和。m 取值越大，上述近似计算产生的误差越 小。由此，时分割乘法器的基本思想有两个，即分割和相 乘。
电压型：由于尖峰电压干扰，现在基本不用 时分割乘法器 电流型：被测电压、电流以及功率都以电流形式表示
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 5.直流电源
作用：为各部分电子电路的工作提供合适的直流电 压。 结构：由降压电路、整流电路、滤波电路、稳压电 路等几部分组成。
第一节 电子式电能表的结构和原理
三、电能计量模块
专用电能计量模块不仅集成了乘法器、 P/f 变换 电路，还包含相位调整电路、电源监测电路、接 口电路等其它电路。 采用这些模块只需配以少量的外围电路就能制造 出满足各种需要的电子式电能表。
图3-4 数字乘法器
采用硬件乘法电路：由移位寄存器、加法器和时序控制电路组成 运算速度高，但需提供硬件电路 采用软件乘法器：利用计算机的乘法指令实现数字量相乘，这实际是 利用一系列的累加和移位完成运算的。 运算速度较慢，但可节约硬件
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成 3. P/f 变换器
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器 （1）模拟乘法器 1）时分割乘法器
输入电流I u 为反映 被测电压U的电流信号， C1为积分电容，S为施密 （b）电路工作波形 特电路，它有两个转换 电平UH 和UL，I0为正、 负恒流源，开关SA受施 时分割乘法器原理先 进，制造技术比较成 密特输出电压控制。 熟，线性度较好，准 确度最高可做到0.01 级
第二节 脉冲电能表和最大需量电能表
一、脉冲电能表
脉冲电能表是一种将电能参数转换为脉冲输出的表计。 将感应式电能表转盘的转数转换为脉冲送至电子电路进行 处理，构成机电一体式预付费电能表、多功能电能表等表 计。
图3-5 脉冲电能表组框图
第二节 脉冲电能表和最大需量电能表
一、脉冲电能表
感应式测量机构的主要功能是将电能量转变为转盘的转数。 光电转换器的功能是将正比于电能的转盘转数转换为电脉 冲，此脉冲数也正比于被测电能。光电转换器是机电脉冲 式电子电能表的关键部分 分频器和计数器的主要功能是将经光电转换器转换成的脉 冲信号进行分频、计数、从而得到所用电能量。
优点：频率响应宽，准确度能长期保证；抗干扰能力强； 可以不需要电流互感器，不存在互感器引入的误差。 缺点：工艺复杂，准确度也不容易达到很高。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器
（2）数字乘法器 数字乘法器是将数字量相乘，首先将被测电 压、电流的模拟量变为数字量，然后相乘。
（a） 原理电路
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器
（1）霍尔乘法器
U H = K H I B UH 为霍尔电动势 H
K 为霍尔元件的灵敏度
图3-3 霍尔效应示意图
由被测电压u产生磁场，被测电流i通过霍尔元件， 则霍尔电动势就能反映被测电压、电流的相乘积。 霍尔乘法器是一个四象限乘法器，其相乘精度甚佳，可达0.3%左右。 工作频率在10kHz以内。
第一节 电子式电能表的结构和原理
三、电能计量模块
电子式电能表的核心计量芯片按工作原理可分为： 数字式计量芯片。采用DSP 技术、以数字乘法器为核心。 它运用高准确度的、快速A/D转换器,可编程增益控制等最 新技术。 模拟计量芯片。以模拟乘法器为核心。 这两种芯片的基本工作原理有根本的不同：数字式芯片在 计量准确度、线性度、稳定性、抗干扰、温度漂移和时间 漂移等方面远远优于模拟式芯片。
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成
2.乘法器 乘法器是实现被测电压、电流相乘，输出为功率的器 件，它是电能表的关键电路。
时分割乘法器
模拟乘法器
霍尔乘法器
乘法器
硬件乘法器（由移位寄存器和加法器组成）
数字乘法器
软件乘法器（利用乘法指令实现）
第一节 电子式电能表的结构和原理
二、电子式电能表的组成