【正文】 示。根據(jù)兩個輸入電壓的不同極性，乘積輸出的極性有四種組合，可以用圖 平面中的四個象限來具體說明。錳銅分流器 A 選用 F2 錳銅片，厚度 2mm，取樣電阻 Rs 選 175μΩ，則當基本電流為MCU 及其相關(guān)部分電源電路計量電源電路 RS485 通訊電源電路1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 125A 時，2 之間的取樣信號 Ui＝。目前單相表選用全電子式電能表已經(jīng)很普遍。 電子式電能表的分類一．電能表按所測電能種類分，可分為有功電能表、無功電能表、直流電能表三種。實時計量包含測量并顯示工頻電能的所有參數(shù)。在 20 世紀 90 年代，電子技術(shù)發(fā)展迅速，電子式電能表也取得了飛躍的發(fā)展，無論是高檔、高精度三相表，還是低檔、低精度單相表都有大量的、性能優(yōu)越的電子式電能表產(chǎn)品 [2]。 是 ADE7755 推薦的主時鐘頻率。電壓信號源器件一般選用電磁式電壓互感器，也有用電容分壓器或電阻分壓器的，高新技術(shù)選用光電壓互感器；電流信號源器件一般選用電磁式電流互感器，高新技術(shù)選用電子式電流互感器、光電流互感器；傳輸線一般選用電纜，高新技術(shù)選用光纜；電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲一般由電能表來完成，高新技術(shù)直接用計算機來取代電能表。作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日 　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。電能表在電能管理用儀器儀表中占有很大比例，其性能直接影響著電能管理的效率和科學文化水平。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電能計量 3ADE7755 的功率脈沖輸出是通過對上述有功功率信息的累計產(chǎn)生 P(t)=u(t)*i(t) 式 W(t)=∫p(t)= ∫u(t)*i(t) 式 這個部分主要包括電壓拾取電路設(shè)計、電流拾取電路設(shè)計以及其他部分電路的設(shè)計。2 電子式電能表 電子式電能表的發(fā)展史1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電能計量 5世界上最早的電能表是愛迪生于 1880 年利用電解原理發(fā)明的直流電能表，交流電的出現(xiàn)和被利用，對電能計量儀表提出了新的要求。（2）電源部分：將輸入的交流電壓整流、降壓、濾波后得到直流 5V、12V等電壓等級的電壓，供給其他電路。5．最大需量計量需量的定義：定長時間的平均功率； 最大需量：需量的最大值。計量無功的目的，是要核算一個抄表期內(nèi)的平均功率因數(shù) λ，即平均力率，即 式 用戶消耗的 無功越多，平均功率因數(shù)就越低，配電網(wǎng)在為用戶輸送這些無功電能時，要增加的線損就越多，增加了供電成本。I2C 總線圖 硬件框圖電源電路為了提高系統(tǒng)的抗干擾性、可靠性，分為三個獨立的電源，使計量計量芯片電路（ADE7755）MCU 部分（89LPC931）被測電壓拾取電路被測電流拾取電路RS485 通訊信道系統(tǒng)掉電檢測LCD 驅(qū)動器（PCF8576）LCD 顯示器存儲器EEPROM24WC08實時時鐘 8025指示燈1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 11電路，RS485 通訊和 MCU 的電源相互隔離，達到互不影響的目的，但是它們屬于同一個變壓器，所以選擇變壓器的時候要注意，如圖 。（二）電壓輸入變換電路 和被測電流一樣，上百伏（100V 或 220V）的被測電壓也必須經(jīng)分壓器或電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃У男‰妷盒盘?，方可送入乘法器。乘法器是電子式電能表的核心部分，并非每一種乘法器電路都能適用電子式電能表，下面介紹電子式電能表中常用的乘法器。當系統(tǒng)達穩(wěn)態(tài)時， 積分器在 TT 2 時間段內(nèi)的總積分電荷 量應為零，即 式 式 式 02121 ???????????????RuRxx xNuURTT1221??)()(2121uNx1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 17即開關(guān) S1 接通 ﹣UN、﹢U N 的時間差（T 2－T 1）與輸入電壓 ux 成正比。從上式可以看出，平均功率的計算與功率求解過程與功率因數(shù)無關(guān)，因此，可以得出采用數(shù)字乘法器的全電子式電能表的電能測量與功率因數(shù)無關(guān)的結(jié)論，這是這類電能表的一個重要特點。 在機電式電能表中，由光電轉(zhuǎn)換器將電能信號轉(zhuǎn)換成脈沖信號；而在電子式電能表中，電能信號轉(zhuǎn)化成相應脈沖信號的工作是由乘法器及電壓／頻率轉(zhuǎn)換器完成的。圖 電量計量電源電路 圖 RS485 通訊電源電路1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 23圖 MCU 及相關(guān)部分電源電路 通過電網(wǎng)輸入 220V 的交流電源，通過變壓器 TR1 降壓，在 6 端產(chǎn)生12V 的交流電壓，通過 AB1 全波整流及 CTR C E 1 濾波，其中CTR C 2 構(gòu)成濾波網(wǎng)絡，產(chǎn)生一個帶有一定脈動分量的直流電。8025 引腳說明：NC空引腳；SCLI2C 數(shù)據(jù)串行傳輸同步時鐘輸入； FOUT32768HZ 時鐘頻率輸出；TEST測試用，正常使用時接到 VDD；VDD 工作電源輸入；FOE控制 FOUT 的輸出：當為高時，輸出 32768HZ 時鐘信號；當為低時，不輸出時鐘信號；/INTA 定時輸出 A 腳，輸出鬧鐘中斷（ALARMW ）或定時到信號地；SDAI2C 數(shù)據(jù)串行傳輸數(shù)據(jù)引腳（輸入/輸出）圖 顯示電路 I/O 分配1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 26 存儲器選用的是支持 I2C 總線的可檫寫 E2PROM，型號是 24WC08，可以隨時讀寫，而且在掉電后數(shù)據(jù)仍然保存不變。其中 MCU 初始化是對 MCU 各部件進行初始化，為各個部件在程序工作時提供合適的初始狀態(tài)，它包括配置 I/O 口工作模式、看門狗初始化、定時器初始化、鍵盤中斷初始化、串口初始化、比較器中斷初始化等等。這種執(zhí)行方式能保證 CPU 的執(zhí)行速度足夠快，從而保證事件響應的時效性。它包括 MCU 上電對各電量值的恢復處理、對各電量脈沖的累計、對各電量小數(shù)及整數(shù)累計處理。它詳細地介紹了各部分的具體任務和功能，使大家對電能表的基本結(jié)構(gòu)和組成有個大概地了解。 圖 光電隔離簡圖A B1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 25 MCU及其它相關(guān)部分MCU 是選用 89LPC931 這種單片機，這部分電路有 LCD 顯示電路、實時時鐘電路、存儲器及掉電保護等組成。計數(shù)器可記錄時間 T 內(nèi)通過控制門的脈沖數(shù)，每一個脈沖所代表的電量數(shù)經(jīng)計算確定后，便可經(jīng)譯碼電路由顯示器顯示出來。輸出電壓波形如圖 所示。采用數(shù)字乘法器，由計算機軟件來完成乘法運算，可以在功率因數(shù)為 0～1 的全范圍內(nèi)保證電能表的測量準確度。乘法器的輸出電壓 U0 就是由 S2 的動作所得到的幅度為士 uy 的不等寬方波電壓經(jīng)濾波后的直流成分。 xyo1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 14圖 乘法器表示方式 從乘法的代數(shù)概念出發(fā)，乘法器具有四個工作區(qū)域，由它的兩個輸入電壓1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 單相電子式電能表的硬件設(shè)計 15極性來確定。 錳銅分流器和普通電流互感器相比，具有線性好和溫度系數(shù)小等優(yōu)點。全電子式電能表因其內(nèi)部沒有可動部件，無機械摩擦而準確度高，靈敏度高，使用壽命長，易實現(xiàn)自動化計量，可實現(xiàn)遙測遙控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動分析統(tǒng)計，計量中可排除人為因素干擾，功能多，數(shù)據(jù)可存儲，便于無紙化抄核收作業(yè)，便于遠方集中抄表。一般要求記錄多個月最大需量。累計計量功能主要包括累計雙向供電的有功電能、無功電能 、視在電能的消耗量、斷電時間、斷電次數(shù)等。在 20 世紀 80 年代之前，電子式電能表并沒有顯示出它巨大的生命力和活力，它的應用局限于高精度電能表、標準表和檢驗裝置，其成本較高，性能和可靠性比機械表并不優(yōu)越很多。光耦器件是用來隔離 MCU 電路的。1 學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 電能計量 2圖 電能計量原理框圖用戶供電線路分支是與高壓配電系統(tǒng)相連接的，要對這個高壓供電系統(tǒng)分支的電能進行計量，首先要通過電壓信號源器件將高電壓信號成正比地變?yōu)榈碗妷盒盘枺ㄟ^電流信號源器件將大電流成正比地變?yōu)樾‰娏餍盘?；然后通過傳輸線將這個低電壓、小電流信號傳輸給電能量采樣、測量、計算、顯示、存儲器件。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。100 多年來，隨著電力系統(tǒng)、所有以電能為動力的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電能管理系統(tǒng)的不斷完善，電能表的結(jié)構(gòu)和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。本人授權(quán)　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 電壓拾取電路實際上是一個分壓電路，將火線和零線（負荷電壓）分壓：R23/（R9+R10+R11+R12 ） ，輸入到測量芯片輸入端 8 腳。測量直流電能的電能表多采用電動系測量機構(gòu)，而用于測量交流電能的電能表則采用感應系測量機構(gòu)。電源部分非常重要，它是電子式電能表工作的動力源，一般由線性或開關(guān)穩(wěn)壓電路構(gòu)成。定長時間也稱為需量周期，一般為 160 min。因此在電費結(jié)算時要對功率因數(shù)進行考核。 (a) (b) (c)圖 電源部分結(jié)構(gòu)在計量部分，ADE7755 芯片是一個數(shù)?；旌系碾娐?，因此設(shè)計比較困難，要想達到良好的計量效果，要采取一定的抗干擾措施，如數(shù)字地和模擬地在 PCB 板上單點連接，特別是在對電流、電壓采樣的電路直接接在外部線路上，干擾比較嚴重。電子式電能表內(nèi)使用的分壓器一般為電阻網(wǎng)絡或電壓互感器。 （一）時分割乘法器 時分割模擬乘法器的工作過程實質(zhì)上是一個對被測對象進行調(diào)寬調(diào)幅的工作過程。積 分 器 輸 出角 波比 較 器 輸 出 3零 電 平 ou12t 3abc圖 三角波信號的時分割乘發(fā)器波形圖2．調(diào)幅功能單元開關(guān) S2 在比較器的控制下與 S1 同時動作，在 T1 期間接通 ﹢uy，輸出電壓 u為﹢u y，在 T2 期間接通﹣u y，輸出電壓 u 變?yōu)椹?uy。 A／D 轉(zhuǎn)換器的準確度一般較高，其轉(zhuǎn)換誤差可以忽略。這兩種脈沖信號在送入計數(shù)器計數(shù)之前，需要先送入分頻器進行分頻，以降低脈沖頻率 [8]。然后通過并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路 LM317，同時調(diào)整 RR 2 的比值，以得到所需