【正文】 遍使用的，所以電能計量裝置在發(fā)、供、用電的地位是十分重要的。電能計量裝置就更顯得重要，電能表作為測 量電能的專用儀表其性能直接影響著電能管理的效率，為使電能計量儀器儀表適應工業(yè)現(xiàn)代化和電能管理現(xiàn)代化飛速發(fā)展的需求電子式電能表應運而生．本次設計的多功能單相電子式電能表能采集計算電壓、電流、有功電能、無功電能，在電能表本體上有 LCD 顯示器，顯示采集和計算的各種所需數(shù)據(jù)；并具有 RS485 通訊接口． 關鍵詞：電能表 電子式 單相式 RS485 多功能 Measuring apparatus of electric energy. Abstract： Electric energy for national economy, industry, merce ,etc. people39。電力工業(yè)的發(fā)展需要電能計量儀表制造業(yè)的進步與之相適應，發(fā)電、輸電、配電與用電均需要準確的計量電能。 電能表作為測量電能的專用儀表，自誕生已有 100 多年的歷史。 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，電能表的結構和性能也經(jīng)歷了不斷更新、優(yōu)化的發(fā)展過程。 在設計過程中，承蒙母校提供良好的上機環(huán)境，始終受到電網(wǎng)監(jiān)控教研室主任韓念杭教授的關心和指導，在此表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！ 由于本人水平有限，設計中還存在不妥和欠缺之處，敬請各位老師諒解，懇請批評指正。電力的生產(chǎn)和其他產(chǎn)品的生產(chǎn)不同，其特點是發(fā)電廠發(fā)電、供電部門供電、用戶用電這三個部門是連成一個系統(tǒng)，不能間斷地同時完成，而且是互相緊密聯(lián)系缺一不可，它們互相如何銷售，如何經(jīng)濟計算，那就需要一個計量器具在三個部門之間進行測量計算出電能的數(shù)量，這個裝置就是電能計量裝置。隨著我國加入 WTO、融入國際大市場的步伐，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化程度及勞動生產(chǎn)率已大大提高，降低產(chǎn)品的電能成本已成為廣大電力用戶追求的目標。 電能計量裝置 電能計量是由電能計量裝置來確定電能量值的一組操作，是為實現(xiàn)電能量單位及其量值準確、可靠的一系列活動。 高壓配電系統(tǒng) 電壓信號傳輸線 電流信號傳輸線 用戶配電變壓器 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)分支電壓信號源器件 電流信號源器件 電能量 采樣 測量 計算 顯示 存儲器件 多功能單相電子式電能表 6 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?，通過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。 目前廣泛使用的電能計量裝置包括：計量用電流電壓互感器、電能表、互感器與電能表之間的二次回路、電能計量箱、電能計量集抄設備等。測量直流 電能的電能表多采用電動系測量機構，而用于測量交流電能的電能表則采用感應系測量機構。 電子式電能表是新一代電能表，在近幾年得到了用戶的普遍認可和接受，使用逐漸廣泛起來。 電子式電能表其測量部分完全由電子元件構成，而 且內部時鐘部分、電源部分、顯示部分等均由電子元器件構成。由于內部沒有可以轉動部分也成為靜止式電能表。它的誕生也是得益于電子技術的發(fā)展。 在 20 世紀 90 年代，電子技術發(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。 電子式電能表的一般結構與原理 電子式電能表通常由以下幾個部分組成：電源部分、顯示部分、測量部分、管理部分、外部設備。它是電子式電能表的心臟，一般由模 擬乘法器、數(shù)字乘法器或 A/D 模擬數(shù)轉換加高速微處理器構成。電源部分非常重要，它是電子式電能表工作的動力源，一般由線性或開關穩(wěn)壓電路構成。一般有數(shù)碼管 LED、液晶顯示器 LCD 以及機械計度器三種方式。一般由單片機或嵌入式計算機構成其核心。 （ 5）外部設備：包括接口部分、外殼等。 下面是電子式電能表的原理框圖 多功能單相電子式電能表 8 I U 電子式電能表的功能與分類 電子式電能表的功能 1． 計量功能 電子式電能表的計量功能 具體地又分為累計和實時計量兩部 分。實時計量包含測量并顯示工頻電能的所有參數(shù)。 3． 控制功能 主要的控制功能為時段與負荷控制。 4． 管理功能 電子式電能表的管理功能包括按時段費率進行計費、預付費提示、為抄表提供必要信息數(shù)據(jù)、可參與組 網(wǎng)進入電能管理系統(tǒng)等。 電壓互感器 電流互感器 測 量 部 分 管 理 部 分 接口部分 顯示部分 電源部分 多功能單相電子式電能表 9 定長時間也稱為需量周期，一般為 1 60 min。 其計量方法為：每個滑差步進時間到時，計算截止到當前時刻的一個需量周期的平均功率，并且與最大值進行比較。 功率 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 時間 (min) 如圖所示，電能表從 0 min 開始計算需量，每 5 min 計算一次最大需量，當?shù)?0 min 計算時達到最大值。國外有計量視在最大需量的需求。 最大需量為一個月的最大值，過月時，要求將 當月最大值保留到上月，而當前最大值清零重新開始計量。 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。有功電能表計量用戶實際消耗的電能 W 有， 這些電能已經(jīng)不可逆轉的變成了機械能、熱能、光能、化學能、生物能等。 無功不是用戶消耗的電能而是用戶曾經(jīng)存儲起來的電能，這部分電能會與電網(wǎng)進行能量交換。因此在電費結算時要對功率因數(shù)進行考核。 三．按電壓等級分可分為高壓表（額定線電壓為 100V）和低壓表（額定相電壓統(tǒng)一為 220V）兩種。 五．按準確度等級分，可分為 、 、 、 、 、 、 、 、 級等等。 六．按結構原理分，可分為感應式電能表、全電子式電能表、機電一體化電能表。 各種電能表的比較 感應式電能表 已有 100 多年的歷史，其工藝成熟，價格低廉，過載能力強，可靠性好，可視性好，但由于元 件磨損、灰塵增多、電磁性能變差等因素的影響，準確度等級不高，不易實現(xiàn)自動化，可是目前國內乃至國外，尤其是在農(nóng)村電網(wǎng)及三相低壓中，感應式電能表還占有相當大的市場。目前單相表選用全電子式電能表已經(jīng)很普遍。該表型的 電能采樣，仍然有感應式母表完成，這部分的結構與一般感應式電能表相同，用字輪顯示電度數(shù)。 其中核心部分是計量電路的設計，這也是電子式電能表計量功能的體現(xiàn)，它是電能表計量準確性的關鍵部分，但其他部分也是缺一不可的，他們相輔相成，特別是單片機控制器，它是電能表的靈魂，實現(xiàn)系統(tǒng)中各個部件協(xié)調控制。 在計量部分， ADE7755 芯片是一個數(shù)模混合的電路，因此設計比較困難，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。 在通訊電路中，在通訊發(fā)生時 MCU要接受通訊幀，判斷是否正確，并執(zhí)行通訊命令。 電源電路部分 單相電子式電能表的電源電路為三個部分：電量計量電源電路、 RS485 通訊電源電路、 MCU 及其相關部分電源電路。不能以馬馬虎虎的態(tài)度去解決。整個電源電路是以 78L05 這個穩(wěn)壓芯片進行設計的，是一種串聯(lián)的穩(wěn)壓電路。然后通過并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路 LM317，同時調整 R R2 的比值，以得到所需的電壓值 — 。為了解決這個問題，必須采用快速上電的方法，我采用 MAX809 電源監(jiān)控芯片，當上電電源達到電壓門檻時， T1三極管導通，開通電源通道，達到 MCU 快速上電的目的， VCC的電壓為 =。它是為單相兩線制系統(tǒng)設計的，用來生產(chǎn)低成本、高精度單相電能表。 瞬時功率是通過電壓、電流信號的直接相乘得到的，此瞬時功率信號經(jīng)過低通濾波器得到有功功率，再經(jīng)過數(shù)字 — 頻率轉換器累計脈沖得到有功電能量。 P(t)=u(t)*i(t) W(t)=∫ p(t)= ∫ u(t)*i(t) 這個部分主要包括電壓拾取 電路設計、電流