【正文】 單相電子式 電能表的直流穩(wěn)壓電源單元分別以相線、零線為參考地，分兩路各自經(jīng)降壓限流、整流濾波和穩(wěn)壓等電路之后，輸出兩路 5V 電源供信號采集單元工作，同時輸出 供信息管理單元工作，如圖 38 所示。阻容降壓電源主要由降壓限流、整流濾波、穩(wěn)壓三部分組成，原理框圖如圖 37 所示。最大負(fù)載電流時經(jīng)分流器產(chǎn)生的電壓為 =，小于 30mV的最大值。 1 DGND 這是 ADE7755 數(shù)字電路 (即乘法器，濾波器和數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器 )的接地參考點(diǎn)。外部基準(zhǔn)源可以直接連接到該引腳上。 AVDD 模擬電源引腳。 ADE7755主要由模擬信號處理電路和數(shù)字信號處理電路兩部分組成。 通道 1 的最大差動峰值電壓應(yīng)小于 470mV(有效值為 330mV)。將主網(wǎng)中 的大電壓，大電流轉(zhuǎn)化為小電壓，小電流，以便提供給計量芯片進(jìn)行信號處理。 功率因素越低，電源設(shè)備所能發(fā)生的有功功率越小，其容量將不能充分利用。 無功電能的計量 無功電量反映了儲能元件 L 或 C 在一個周期內(nèi)能量交換的規(guī)模，即電能與磁場能或電場能交換的規(guī)模，其規(guī)模大小用能量交換的最大速率來表示。研究指出，利用高精度 A/D 轉(zhuǎn)換器，增加采樣次數(shù)就可以將電能計算得很準(zhǔn)確。 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 2章 電子式電能表電能計量基礎(chǔ) 電能的測量方式有電解式、感應(yīng)式、電子式，目前在實(shí)際應(yīng)用中最常用的為感應(yīng)式和電子式兩種。 計費(fèi)用電子式電能表在我國應(yīng)用和制造發(fā)展都很快 ， 從 20 世紀(jì) 90 年代開始到現(xiàn)在已大量使用只花了十多年就為廣大電力公用企業(yè)接受。 表 11 列出了兩種電能表的性能比較。 按原理分 類有：模擬乘法器型、數(shù)字乘法器型等。這種電能表由于運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)在確保電子電能表的測量精度和各項(xiàng)功能齊全的前提下，縮小了整機(jī) 體積，使每戶分?jǐn)偟某杀敬蟠蠼档汀? 關(guān)鍵詞 電子式電能表 ； ADE7755；電能計量； 信號處理 xxx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II The design and research of electronic watthour meter based on single chip Abstract With the development of economy and the increase of the electrical quantity, the running of the electric fence is threatened heavily. The government of china has adopted the policy of different prices of the electrical power, in order to keep balance of the electrical quantity consumption. Multirate watthour meter has taken the position of the singlerate watthour meter widely. With the development of singlechip technology, the research of electronic watthour meter is produced in a huge range. But, the lowprice watthour meter which runs stably and has strong ability to resist interference still need to be designed. The paper is based on the research of electric energy measurement theory and digital signal processing theory, mainly utilizes chip ADE7755 produced by ADI pany to measure power, single chip 89C52 to control the whole system. The paper finished the design of the singlephase intelligent Multirate watthour meter. The peripheral hardware adopted module design. Voltage and electricity module converts the high voltage and electricity to low ones that can be measured. The source module provides the whole system stable power. Data storage module, infrared munication module and RS485 module can storage and exchange the power information. LCD module provides users with clear and realtime energy information. Software includes dynamic checking module, power pulse collection module, data storing and exchanging module, interrupted munication module. Under the control of the single chip 89C52, the whole system can measure the electrical quantity in different periods of time and finishes the data exchanging. Keywords Electronic watthour meter。復(fù)費(fèi)率電能表己經(jīng)大規(guī)模取代了單一費(fèi)率電能表。而且機(jī)械式電能表功耗較多、體積較大、功能簡單，需要人工抄表。在 20 世紀(jì) 80 年代之前，電子式電能表并沒有顯現(xiàn)出它的巨大生命力和活力，它的應(yīng)用局限 于高精度電能表 ，標(biāo)準(zhǔn)表和檢驗(yàn)裝置，其成本也比較高，性能和可靠性并不比機(jī)械表優(yōu)越很多。 啟動電流小 ， 差 動 曲線平整 。如英國在 Felixstowe 的一個電能表廠 1985~1988 年間已累計生產(chǎn)單相電子式電能表 183 萬只 ， 供英國的 15 個配電公司 ， 占有市場份額 40%， 且年返修率僅%。國產(chǎn) 級電子式電能表也開始在部分地區(qū)實(shí)用。乘法器的類型決定了電子式電能表電能測量單元的結(jié)構(gòu)。由這樣方法設(shè)計的電能表的可靠性較差，特別對于大批量生產(chǎn)工藝來說更不合適。 2．視 在功率法 實(shí)際運(yùn)用中，電網(wǎng)還存在一些諧波成分，用 (2－ 14)計算無功功率將產(chǎn)生較大誤差，因此應(yīng)該用下述方法進(jìn)行無功功率的計算。乘法器是電能測量單元的核心組成部分。單片機(jī)對存儲器里的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀操作時，將信息讀出后送給其它模塊使用。 最大共模信號為 100mV。 ADE7755 內(nèi)有兩個 Σ Δ 結(jié)構(gòu)的采樣頻率為 900kHz 的 ADC，將電流調(diào)理信號和電壓調(diào)理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這兩個引腳相對于 AGND 的最大信號電平為士 1V。星形接地方法有助于使數(shù)字電流噪聲遠(yuǎn)離模擬電路。常用于儀表校驗(yàn)。 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)是電能表的核心部分。電容在電路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以阻容降壓型電源轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 90%以上。 C33 的選擇根據(jù)負(fù)載的電流容量和交流電的工作頻率而定。阻容降壓方式電源的內(nèi)阻很大，經(jīng)整流濾波 后的直流 電壓隨負(fù)載電流的微小變化發(fā)生很大的波動，因此，需經(jīng)三端穩(wěn)壓塊進(jìn)行穩(wěn)壓，以響應(yīng)負(fù)載電流大小的變化。 VCC(40腳 )和 VSS(20 腳 )為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。乘以電表常數(shù)得 I情況下的輸出頻率 1fF 為 1 2 . 2 1 0 0 / 3 6 0 0 0 . 0 6 1 1 1fF P C H z? ? ? ? ? （ 3－ 1） 從最大電流為 40A并留有足夠余量出發(fā)，則此時最高輸出頻率為 1 8 . 8 1 0 0 / 3 6 0 0 0 . 2 4 4 4 4fF P C H z? ? ? ? ? （ 3－ 2） 本設(shè)計選擇 CF的脈沖常數(shù)為 1600imp/kWh，通過跳線將邏輯輸入引腳SCF， S1， S0的電平分別置 “ 低 ” 、 “ 高 ” 、 “ 低 ” 來設(shè)定。 1 CLKIN 外部時鐘可從該引腳接入，也可把一個石英晶體接在 CLKIN 和 CLKOUT之間，為 ADE7755 提供 時鐘源，規(guī)定時鐘頻率為 。 RESET 復(fù)位引腳。 ADE7755 芯片引腳功能 ADE7755 芯片有 24 引腳的 DIP 和 SSOP 兩種封裝形式，引腳排列圖如下： 圖 34 ADE7755 引腳排列圖 DVDD 數(shù)字電源引腳。采用單 +5V電源供電、低功耗 (典型值 15mW)的 CMOS芯片。 顯示模塊可以將用電信息，時段信息，實(shí)時日期等清楚地顯示在液晶屏上，供用戶和抄表人員參考。各個硬件模塊具體如下： L N 圖 31 電能表總體設(shè)計方案框圖 89C52 單片機(jī)是整個電子式電能表硬件的核心部分，它是電能表的 “ 大腦 ” ， 外圍所有的硬件模塊都是在它的協(xié)調(diào)控制下完成工作的。 式 (2－ 17)、 (2－ 18)離散化得： 1 201 ()NnU u nN??? ? (2－ 19) 1 201 ()NnI i nN??? ? (2－ 20) 式中 ()un 和 ()in 分別為被測電壓、電流信號經(jīng)采樣保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換后的離散序列。電能計量包括有功電能和無功電能的計量，其中有功電能計量可簡單地描述如下： 設(shè)在 t 時刻負(fù)載兩端的交流電壓和流過負(fù)載的交流電流的表達(dá)式為： ( ) s i n 2 s i nmu t u w t U w t?? (2－ 7) ( ) s i n ( ) 2 s i n ( )mi t i w t I w t??? ? ? ? (2－ 8) 其中 ()ut t? 時刻電壓瞬時值； ()it t? 時刻電流瞬時值； ()um? 電壓峰值；()Im? 電流峰值； U? 電壓有效值； I? 電流有效值； ?? 電壓與電流相位差；w? 角頻率。 利用作圖法可求得一個周期內(nèi)各采樣點(diǎn)的功率，圖 21 為分時采樣與采樣點(diǎn)功率。以此可以推論全國裝用量應(yīng)不少于數(shù)百萬臺。 國際上電子式電能表經(jīng)過 50 多 年發(fā)展 ， 開始都是基于模擬量乘法器原理的 ， 在歷史上曾有過多種原理線路 ， 后來演變?yōu)闀r分割 (Time division)和霍爾效應(yīng) (Hall effect)兩種乘法器。 防竊電能力強(qiáng) 竊電是我國城鄉(xiāng)用電中一個無法回避的現(xiàn)實(shí)問題。電子式電能表在技術(shù)上從模擬乘法器到數(shù)字乘法器，性能越來越好，設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝水平不斷提高，而價格越來越低，大規(guī)模批量生產(chǎn)工藝也非常成熟，已形成了一個非常有活力、欣欣向榮的產(chǎn)業(yè)。當(dāng)用戶較多時，將給使用、維護(hù)和管理帶來諸多不便。電源模塊為整個智能電表提供了穩(wěn)定的電源。其中電壓電流采樣模塊實(shí)現(xiàn)了將電網(wǎng)中的不可直接測量的大電壓大電流轉(zhuǎn)變成為可以用來處理測量的小電壓小電流。 近年來我國的城市居民住宅建設(shè)發(fā)展十分迅速，隨之而來樓房所用電能表的數(shù)量也日益增多，人們常常簡單地將市場上現(xiàn)有的商品化電能表集中掛成一面 “ 表墻 ” 。 隨著國家城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程的開展，國內(nèi)電子式電能表廠家如雨后春筍不斷涌現(xiàn)，無論是高檔、高精度三相電能表，還是低檔、低精度單相電能表都有大量的、性能優(yōu)越的產(chǎn)品。 過載能力大 感應(yīng)式電能表一般只能過載 4 倍；而電子式多功能電能表可過載 6~10 倍。因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)中已運(yùn)行著眾多制造廠不同年代制造的表計 ， 故美國 Itron 公司于 1986 年推出能兼容 100 多制造廠表計規(guī)約的 MV90 表計數(shù)據(jù)采集編譯系統(tǒng) ， 廣泛應(yīng)用于北美和世界各地電力市場 ， 起了較大作用。僅