【導讀】術、計算機、通信、家電等領域得到了廣泛的應用。僅性能上進一步改進,而且輸出功率明顯提高。其外圍元件少、開發(fā)周期短、成。數字電表是開關電源廣泛應用的場合之一。隨著社會用電量迅速增長和用戶。對電能質量要求的不斷提高,三相智能電表的需求量也迅速增長。原理的三相智能電表具有高精度、多參數測量、諧波功率電能計量等優(yōu)勢。的電表專用模塊中普遍存在輸出路數較少、隔離性較差等缺陷。中,也可作為電能質量監(jiān)測裝置的電源模塊。采用功率容量較大的TOP224不僅可以提高電源的效率和電源模塊的過載。能力,更有利于提高電源模塊的可靠性。其次TOPSwitch—II芯片集成度高,設計。工作主要針對外圍電路進行。外圍電路可以分為：輸入整流濾波電路、箝位保護。就要求智能電表具有足夠寬的電壓輸入范圍,在智能電。A)主路5V供給MCU及相關數字電路。E)智能電表因長期在較惡劣的工作環(huán)境下工作,除了要求有較高的可靠性外,性可用于單相三相智能電表中。

　　

【正文】 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 31 第 五章 智能電表的基本工作過程 所謂智能電表，就是應用計算機技術，通訊技術等，形成以智能芯片 (如 CPU)為核心，具有電功率計量計時、記費、與上位機通訊、用電管理等功能的電度表。 智能電表的工作原理和特點 1. 智能電表的工作原理 用戶持 IC 卡到供電部門交款購電，供電部門用售電管理機將購電量寫入 IC卡中，用戶持 IC卡在感應區(qū)刷非接觸式 IC 卡 (簡稱刷卡，下同 )，即可合閘供 電，供電后將卡拿走。當表內剩余電量等于報警電量時，拉閘斷電報警 (或蜂鳴器報警 )，此時用戶在感應區(qū)刷卡即可恢復供電 。當剩余電量為零時，自動拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費購電，才可以恢復用電。 電子式智能電表，是在電子式電表的基礎上，近年來開發(fā)面世的高科技產品，它的構成、工作原理與傳統的感應式電能表有著很大的差別。而電子式智能電表主要是由電子元器件構成，其工作原理是先通過對用戶供電電壓和電流的實時采樣，再采用專用的電能表集成電路，對采樣電壓和電流信號進行處理，并轉換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機進 行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。 通常我們把智能電表計量一度電時 A/D 轉換器所發(fā)出的脈沖個數稱之為脈沖常數，對于智能電表來說，這是一個比較重要的常數，因為 A/D 轉換器在單位時間內所發(fā)出脈沖數個的多少，將直接決定著該表計量的準確度。目前智能電表大多都采用一戶一個 A/D 轉換器的設計原則，但也有些廠家生產的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個 A/D 轉換器，這樣對電能的計量只能采用分時排隊來進行，勢必造成計量準確度的下降，這點在設計選型時應該注意。 2 智能電表的工作特點 智能電表不只采用了電子集成電路的 設計，再加上具有遠傳通信功能，可以與電腦聯網并采用軟件進行控制，因此與感應式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 32 (1)功耗：由于智能電表采用電子元件設計方式，因此一般每塊表的功耗僅有 0178。6w~0178。7w 左右，對于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應式電表的功耗為 1178。7w 左右。 (2)精度：就表的誤差范圍而言， 2178。0 級電子式電能表在 5%~400%標定電流范圍內測量的誤差為 177。2%, 而且目前普遍應用的都是精確等級為 1178。0 級，誤差更小。感應式電表的誤差范圍 則為 +0178。86%~ 5178。7%, 而且由于機械磨損這種無法克服的缺陷，導致感應式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國家電網曾對感應式電表進行抽查，結果發(fā)現 50%以上的感應式電表在用了 5年以后，其誤差就超過了允許的范圍。 (3)過載、工頻范圍：智能電表的過載倍數一般能達到 6~8 倍，有較寬的量程。目前 8~10 倍率的表成正為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達到 20 倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在 40HZ~1000HZ 范圍。而感應式電表的過載倍數一般僅為 4 倍，且工作頻率范圍僅為 45~55HZ 之間。 (4)功能： 智能電表由于采用了電子表技術，可以通過相關的通信協議與計算機進行聯網，通過編程軟件實現對硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點，還具有了遠傳控制、復費率、識別惡性負載、反竊電、預付費用電等功能，而且可以通過對控制軟件中不同參數的修改，來滿足對控制功能的不同要求，而這些功能對于傳統的感應式電表來說都是很難或不可能實現的。 智能電表較普通機械式電能表有著計量更精準、智能扣費、電價查詢、電量記憶、余額報警、信息遠程傳送的優(yōu)勢。 對電力公司而言，采用智能電表可省去人工抄 表的成本，并且減少竊電的損失。除此之外，電力公司利用智能電表取得客戶的用電量資料后，再用 Inter的方式實時回傳給用戶參考，客戶可據以分散用電的時間 (因尖峰時段費率高 )，作電力使用的管理，達到節(jié)省電費成本的效益。 對政府而言，智能電表有助用戶節(jié)約用電，可以達到節(jié)能減碳的政策目標。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 33 對于用戶來說，可以節(jié)省電費開支，用戶可充分利用峰、谷電價的差異自主定制用電方案，做到用相同的電，花最少的錢。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 34 總 結 經過兩個多月的努力我的畢業(yè)設計終于完成了 ,但是現在回想起來做畢 業(yè)設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣 ,不過樂趣盡在其中！通過本次畢業(yè)設計，沒有接受任務以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 本課題是設計一個三相四線智能電表，這是一個強弱電結合非常緊密的項目，其中涉及到了開關電源，電力電子，單片機等多門專業(yè)知識。拿到課題，我們小組開始分工合作，積極收集資料，整理資料，在做好充分準備后開始總體設計與文檔制作。在制作過程中我們遇到了一系列的問題 ，但在老師的細心指導和同學的幫助下問題都一一解決。 在這兩個多月里，我們收獲到了不僅僅是對所學專業(yè)知識的進一步了解，更重要的是提升了我們的動手能力，把所學的理論知識很好的結合到實際應用中。同時提升了團隊合作精神和對事物的探究能力。 最后，感謝劉紅兵老師的細心指導，也感謝學校給了我們這樣一次學習的機會，這是我們學習生涯中重要的一堂課。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 35 參考文獻 [1]戴仙金等 .51 單片機及其 C語言程序開發(fā)實例 .北京：清華大學出版社， 2021 [2]萬福軍等 .單片微機原理系統設計與應用 .合肥：中國科學 技術大學出版社，2021 [3]黃海宏，王海欣?；?TOPSwitchⅡ的開關電源設計 [J]現代電子技術 [4]沙占友 A 新型單片開關電源設計與應用技術 [M]北京：電子工業(yè)出版社， 2021 [5] 李躍忠，李昌禧。多功能智能調節(jié)儀開關電源設計 [J]華東理工學院學報，2021； [3]:278~281 [6] 謝曄源 .基于 TOPSwitch的電磁兼容性設計 [J]電源技術應用。 [7] Power． [8]沙占友，新型特種 集成電源及其應用 [9]沙占友，新型特種集成電源及其應用。北京：人民郵電出版社， [10]Power Intergration Multiple Output Flyback Power Supplies with TOPSwitch Application1998 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 36 致 謝 功夫不負有心人，近三個月的畢業(yè)設計終于在此刻順利完成，在完成這個項目的過程中我學到了平時課堂上面學不到的東西。 再這里，首先感謝劉紅兵老師的細心指導，在一次次 的修改中我獲益匪淺。 感謝學校能給我們這樣一次鍛煉的機會。 然后感謝組員們的團結合作，讓我在臨近畢業(yè)之際能和你們開心的并肩作戰(zhàn)，和大家一起揮灑汗水然后 收獲 勝利的果實。 最后，希望學校能越來越輝煌。祝愿劉紅兵老師身體健康，家庭幸福。希望各位同學在走出校園的日子里 天天開心，事業(yè)風順。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 37 元件清單 序號 名稱 代號 數量 標稱值 （型號） 封裝 1 電阻 R1— R8 R17 9 200Ω 2 二極管 IN5822 1 40V DO201AD 4 二極管 MBR745 1 40V ON 5 二極管 IN5402 1 45V 6 二極管 IN4118 1 75V 7 二極管 IN5024 2 50 DO15 8 三端穩(wěn)壓器 LM2930 2 5V 3SOT22 9 三端穩(wěn)壓器 LM2940 1 TO2203 10 三端穩(wěn)壓器 LM2990 1 11 光電耦合器 PC817 1 12 三端可調分流基準電源 TL431 1 PDIP8, 13 熱敏電阻 PTC 3 14 電容器 C 13 15 電阻器 R 6 16 開關器件 TOP224Y 1 DIP 18 壓敏電阻 10D471K 1 19 二極管 UF4005 1 FSC 附件 附件 1 LM2940 ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Lead Temp. (Soldering, 5 Seconds).................................260176。C Storage Temperature Range.............................. 65176。 to +150176。C 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 38 Operating Junction Temperature Range Input Voltage ........................................................26V Maximum Output Current.................................... Input Supply Voltage (Note1) (Survival)20V to +60V LM2940/2941 Control Section.................. 45176。C +125176。C LM2940/2941 Power Tran sistor................. 45176。C +150176。C 附件二 LM2930 Input Voltage Operating Range 26V Overvoltage Protection 40V Reverse Voltage (100 ms) ?12V Reverse Voltage (DC) ?6V Internal Power Dissipation (Note 2) Internally Limited 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 39 Operating Temperature Range ?40?C to +85?C Maximum Junction Temperature 125?C Storage Temperature Range ?65?C to +150?C Lead Temp. (Soldering, 10 seconds) 230?C 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 40 附件三 TL431 TL431A B 集成電路是三端可編程并聯穩(wěn)壓二極管 。這些單片集成電路電壓如同低溫度系數齊納管一樣通過兩個外部電阻可從 Vref編程致 36V。這些器件顯示出寬的工作電流范圍在典型動態(tài)阻抗 時為 1 毫安到 100 毫安。這些基準特性使他們能在數字電壓表、電源和運放電路等許多應用中帶提齊納二極管。 參考使從 邏輯電源可方便的獲得穩(wěn)定參考電壓。由于 TL431， A、 B 工作方式為并聯穩(wěn)壓器，所以可用正壓或負壓參考。 178。 可編程輸出電壓，達 36V 178。 電壓參考源誤差：典型177。 % @ 25℃（ TL431B） 178。 低動態(tài)輸出阻抗，典型為 178。 毫安到 100 毫安的灌電流能力 178。 典型值為 50ppm/℃的等效全范圍溫度系數 178。 在整個額定工作溫度范圍內可進行工作溫度補償 178。 低輸出噪聲電壓 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 41