电子式电能表的误差及其调整方法

电子式电能表的误差及其调整方法

电子式电能表具有精度高、线性好、量程宽等优点。但对于各种测量仪表，不论其质量如何，它的指示值与被测量的实际值之间总是存在着差别，这种仪表的误差，电子式电能表也不例外。

着电力市场的逐步形成和完善，电能计量表计需要承I 随担的功能越来越多，尤其是供电、用电对自身的权益也越来越关心，这就对电能计量表计的准确度提岀了越来越高的要求。而感应式电能表受其结构和原理上的制约，要进一步提高准确度和拓展其功能很困难，因此电子式电能表得以岀现并得到了飞速发展。

电子式电能表的误差分布

电流采样器带来的误差

电流采样器分为分流器和电流互感器两种，当前多数单相电子式电能表的电流采样器由锰铜合金板制成，其温度系数小，电阻随温度变化而发生非线性变化，如图1所示。这会引起电子式电能表误差对温度影响呈现非线性变化。因为锰铜为纯电阻，若选择其阻值很小(电子式电能表一般选35〜88u

Q )，电流在一定范围内变化 (5%〜

600%l b)时，其阻值不会发生变化，即其对电流的非线性几乎为零。随着电子技术的发展和高精度的要求，岀现了

霍尔器件

和带电子补偿的高精度电流互感器，其误差主要与一次回路

20 C

图1锰铜电阻温度曲线电流、一次负载和工作频率有关。

(1)一次回路电流与误差绝对值及相位误差成反比。 (2)

二次负载与误差绝对值成正比，与相位误差成反比。

(3)频率(25〜1000Hz对误差的影响很小。电压采样器

带来的误差电压采样器分为分压器和电压互感两种。对于分压器来

说误差情况如下：(1)温度误差。电子式电能表分压器一般选用1 %

精度的金属膜电阻，其温度系a < 50 X 10 -6，故对于 0.5级以下精度的电能表，其误差随温度变化可以忽略不计。

(2)一次电压误差。因为其为电阻分压，一次电压变化对误差影响几乎可忽略不计。

(3)负载影响。无论是模拟还是数字乘法器，均采用CMO大规模集成电路，其电压回路的输入电阻相对于几十千欧的电阻分压网络为无穷大，故而负载引起误差几乎

为零。

(4)频率(0〜1kHz对误差的影响几乎为零。同样电压

互感器的误差特性也存在上述几个方面，但都

不如电阻网络分压器。

乘法器带来的误差

(1)模拟乘法器引起的误差

1)输入电压误差特性。模拟乘法器由运算放大器和大规模集成电路实现，故其误差随着输入电压的变化有非线性变化的特性，如图2所示

2)输入频率误差特性。模拟乘法器在很宽的频率范围内误差特性稳定。

3)温度误差特性。其温度(-40〜85C)范围内，误差变化

0.4 5 600 U/U N(%)

图2覘镇束赵醫脚怦人电压说罡特性四錢

图2

模拟乘法器的输入电压误差特性曲线

基本可以忽略不计。

(2)数字乘法器引起的误差数字乘法器采用高精度A/D

转换进行数字化，然后对数

字量进行乘法运算。除了 A/D转换引起的误差(高精度电子

式电能表一般采用 12位A/D，准确度为0.0244%)夕卜，其他如温度、频率误差都可忽略不计。采用12位A/D,由于其转换分辨率高，对0.5级及以下精度的电子式电能表也可忽略

不计。

TUIcos( © + E ) —TUIcos©

TUIcos ©

=(cos E —1) + sin E

tg ©

式中，©——电流、电压相位差；E——附加相位差。上式说明电能表误差不但与©有关，还与附加相位差E 有关。一般情况，既有幅值误差又有相位误差时，

令

W = TU I ' cos( © + E )

误差的调整

电子式电能表的误差调整可以分为硬件和软件调整。目前生产的单相电子式电能表以硬件调整为主，而电子式三相电能表以软件调整为主。特别是多功能电能表的误差更是以软件调整为主。

硬件调整单相电子式电子电能表一般以硬件调整为

主。由于其电

压、电流采样主要采用分压器、分流器，因此其误差主要是幅值误差，硬件调整主要调整采样电阻。下面以AD公司的

AD7755为核心器件的某单相电子式电能表为例，说明单相电子式电能表的误差调整。

如图3所示，通过短接9个采样电阻，来调整AD7755 电压输入端Up的采样电压幅值，达到调整单相表误差的目的。

N线输入.

图勺单相电子式电能表的I误虹调整电路V

软件调整

三相电子式电能表由于采用了互感器，其误差包括相位误差和幅度误差。因此其误差一般采用软件调整。

(1)误差分析根据电子式电能表的测量机理，可知

W=TUIco© 是没

有附加误差时一个周期之内电能计算公式，其中，T代表正弦波周期，UI是电流、电压的有效值，©为相差。假定由电流互感器、电压互感器或A/D采样引起一个相位误差E，那么电能计算式就变成

W =TUIcos© + E )

电能表误差用5表示，得

TUT cos( © + E ) —TUIcos©

TUIcos ©

式中，U' 实际电压幅值；

I ' 实际电流幅值

U ――理论电压幅值

I ――理论电流幅值。

令，Y = U ' I' /UI，则

5 =Y [cos( © + E )/cos © ]-1= Y (cos E -tg © sin

E )-1

任何一只电能表经电压互感器变换电压，经电流互感器交换电流、又经A/D的前置运算器放大，由于元器件的分散

性,A/D采样的电压、电流之间都会存在一个相位误差E和一个UI乘积的幅值误差丫。实际上电能计量芯片都是按W =TU I ' cos(© + E )计算电能的。(2)软件补偿方法所谓软补偿方法就寻找一个E、Y的函数f( E，Y )使

得按采样计算电能计算公式算得 W = TU I ' cos( © + E ) 乘

以f ( E，Y )近似等于实际电能W=TUIco©，即

W W f ( E，Y )⑶软件补偿的实现软补偿

过程参见图4。在CPUt算时，引入一个软件补偿系数f( E'，Y ')，使得电能计算符合

W W f ( E'，丫’)

其中W是含有误差的采样计算电能。

图4 J软件补偿示意图图

电子式电能表的误差调整可以分为硬件和软件调整。对于单相电子式电能表以硬件调整为主，主要调整采样电阻。对于电子式三相电能表则以软件调整为主，即在CPU+算时，引入一个软件补偿系数。EA

A 11 电气时代2004年第3期| 125

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