电子式电能表原理

电子式电能表
工作原理及调试方法
第一节电子式电能表概述
一、电子式电能表发展历史
20世纪40年代:诞生于欧洲
20世纪80年代之前:主要用于标准表、高精度表和检验装置
20世纪80年代末、90年代初：国外推出全电子电子表（斯伦贝谢兰吉尔、 GE），电子表迅猛发展，但价格昂贵。

20世纪90年代初:国内推出全电子电能表
2000年以后：国内电子表在电网改造中大批量推广应用，设计水平、生产工艺水平非常成熟，价格越来越低，目前已成为电能计量的主流产品。

二、电子式电能表的分类
根据分类方法的不同,通常有以下几种：
1、按规格：单相电子表、三相电子表。

2、按接线方式：直接接入式、经互感器接入式。

3、按功能：有功电子式电能表、无功有功电子式电能表、有功无功组合电子式电能表、有功多费率电子式电能表、多功能电子式电能表。

三、电子式电能表的优点
近几年来电子式电能表之所以发展如此迅速，是因为它与感应式电能表相比，在性能和功能方面有着明显的优势。

性能对比见下表
感应式电能表与电子式电能表性能表比较
L L i(t)
u i(t)
第二节电子式电能表的基本结构
一、电子式电能表的原理构成
电子式电能表通常由以下几部分组成：电流变换电路、电压变换电路、计量芯片、MCU 、显示部分、接口部分、电源部分、外壳。

二、电流变换电路、电压变换电路
电流变换电路、电压变换电路作用是将大电流、高电压转换成微小电压信号，输入至电能计量芯片的乘法器。

1、电流变换电路
有两种 :一种是采用电流互感器,优点是电表与电网隔离，电表抗干扰性能好，缺点是体积大成本高。

2、电压变换电路
另一种是采用分压网络,优点是线性好、成本低，缺点是不能实现电气隔离。

以单相电子表为例，以L （火线）为公共地，V2P为输入至计量芯片电压通道的电压，分压网络如下：
U 为火线和中线之间的电压,若=220V ，将阻值代入上式，计算出V2p=124mV 分压网络
将高电压变换成毫伏级微小电压，输入计量芯片。

三、测量部分
测量部分将电压变换电路输出的电压信号和电流变换电路输出的电压信号进行运算，得到电功率信号。

该部分实际上是一颗专用计量芯片，它是电子表的心脏，决定着电子表的准确度和稳定性。

四、电源部分
电源部分将交流电压（50HZ 220V 或380V 或100V ）降压、整流、滤波、稳压后，得到5V 或9V 、12V 等级的直流电压，为表内各电子单元提供直流工作电源。

电源有两类，一类是线性电源，另一类是开关电源。

线性电源又分共频电源和阻容电源。

1、工频电源
R14
V2p=U
R14+R1+R2++R12
GND VCC
工频电源原理图
2、阻容电源
优点是成本低，缺点是电容在有谐波时阻抗变小，从而使电源不稳定。

+5V
３、开关电源
开关电源优点：电压范围宽，效率高。

缺点：成本高，对电表产生电磁干扰。

主要用于高端三相多功能表中。

五、显示部分
⏹计度器显示
⏹ＬＥＤ显示
⏹ＬＣＤ显示
⏹组合显示
计度器显示
•优点：
•易于被用户接受；
•即使停电，仍然可以抄表；
•即使表损坏后，仍然保留着用电量；
•缺点：
只有单一电量显示，显示功能单一。

LED显示
•优点：
•为自发光元件，无需外部光源可阅读显示内容；
•低温特性好；
•缺点：
•功耗大。

LCD 显示 • 优点： • 功耗低；
• 可显示复杂图案； • 缺点：
• 低温特性差，低于-25℃刷新变慢，低于-40 ℃ ，将不动作； • 属受光型显示器件，须借助外部光源才可阅读。

六、接口部分 红外接口
采用载波频率为38KHz 的红外波 调制光接口 RS485接口 七、MCU
接受测量部分的测量型号（电压、电流、功率等），并根据时段设置，进行有功、无功、费率、电压、电流等的计算，并驱动显示器件显示有关信息。

通过接口电路与外部进行数据传输和通讯。

第二节 电子式电能表测量原理
一、有功电能的测量原理概述
有功电能是t 时间内电压电流乘积的积分：
从上式可知，实现电能计量的核心就是u(k)i(k),即实现电压电流的相乘。

电子式电能表有两类实现方法：模拟乘法器和数字乘法器。

以数字乘法器为例：
n
t t
00
k 0
w(t)p(t)d(t)u(t)i(t)dt u(k)i(k)t ===≈∑⎰⎰
数字乘法器实现电能计量的准确度取决于A/D 转换器的位数以及采样间隔的大小。

A/D 转换器的位数越多，测量准确度越高；采样间隔越小，测量准确度越高。

ADE7755的A/D 转换器的位数16位，采样频率900kHz 。

二、计量芯片介绍
计量芯片的计算公式
Freq:F1和 F2输出频率（Hz ） V1：电流通道输入电压的有效值（V ） V2：电压通道输入电压的有效值（V ）
Gain ：电流通道的系统增益，由G0、G1逻辑输入决定(1,8,16)。

VREF ：基准电压（2.5V ±8%）
F1-4:由主时钟分频获得，分频系数由S0、S1决定
ADE7755 原理框图
V1P V1N V2P V2N F1S0
SCF CLKIN CLKOUT
REF IN/OUT RESET
DGND DV DD AC/DC AGND AVDD G1G02
REF 14
8.06V1V2Gain F Freq=
V -⨯⨯⨯⨯
第三节 电子式电能表调试方法
以ADE7755或兼容芯片构成的单相电子表为例，对于规格、常数、计度器速比以及锰铜分流器阻值均已确定的电能表，可根据芯片计算公式计算出V2的值，那么电表的调试就是通过改变分压网络的阻值大小来调节电压通道的输入电压，使之等于或接近计算值，从而调解计量误差。

轻载调整：因误差线形较好，一般不需要调整轻载。

需要时短接J1、J3、J5轻载误差
变负，短接J2、J4、J6轻载误差变正。

相位调整：一般不需要调整，需要时通过改变C11、C12的大小进行调整（容量增变正）。

R14
V2p=U
R14+R1+R2++R12。