第三章电子式电能表的结构和工作原理

单相电子式电能表原理
单相电子式电能表是一种用于测量单相电力消耗的电器设备，其工作原理基于电压和电流的测量。

该电能表使用了一对电压线圈和一对电流线圈，分别用于测量输入电路中的电压和电流。

当待测电路通电时，输入电流将通过电流线圈，而输入电压将通过电压线圈。

电流线圈和电压线圈各自将产生相应的磁场。

为了测量电能，电流线圈和电压线圈之间通过一个电流、电压倍数调整器和一个共安装的显示和计算装置连接在一起。

电压线圈的输出电压经过倍数调整器进行放大或缩小，以匹配电压线圈传感器的灵敏度。

同样地，电流线圈的输出电压经过倍数调整器也进行同样的放大或缩小操作。

在电压线圈和电流线圈的输出电压已经调整完成后，它们将进入显示和计算装置。

该装置通过将电压和电流乘以相应的倍数，然后将它们相乘，从而计算出电能的消耗。

该结果将通过数字显示屏显示出来，以供用户查看。

总体来说，单相电子式电能表通过测量电压和电流，然后将其作为输入送入显示和计算装置，以计算出电能的消耗。

这种电能表具有精确度高和稳定性好等特点，被广泛应用于家庭和工业领域中。

电子式电能表的工作原理及AD7755的简介电子式电能表的工作原理为：由分压器完成电压取样，由取样电阻完成电流取样，取样后的电压、电流信号由乘法器转换为功率信号，经V/F变换后，输出的脉冲信号推动计数器工作，如果是智能电表，则将脉冲信号输入单片机系统进行处理。

要完成上述功能，就要采用专用的电功率测量芯片，其中最常用的AD7755就是一种高精度的电功率测量芯片，其内部的乘法器是数字型乘法器。

AD7755的功能框图见图 1，引脚见图2。

它输出的脉冲信号可以直接驱动计数器的步进电机。

AD7755的性能测试电路见图3。

其中V1P、V1N为电流传感器的模拟输入端，V2P、V2N为电压传感器的模拟输入端。

按图中SCF、S1、SO的接法，CF输出频率是F1和F2的16倍。

图1 AD7755内部框图图2AD7755引脚排列图3 AD7755性能测试电路图4 AD7755信号处理框图AD7755的信号处理框图见图4。

两个ADC分别对来自CH1（交流电流取样）和CH2（交流电压取样）的电压信号进行数字化，这两个ADC都是16位的数模转换器。

电流通道内的高通滤波器（HPF）滤掉电流信号中的直流分量，从而消除了曲于电流或电压失调所造成的有功功率计算上的误差。

瞬时功率由电压信号和电流信号直接相乘得到，通过低通滤波器（LPF）得到有功功率。

再经电压一频率转换，引脚F1和F2以较低频率形式输出有功功率平均值，此脉冲推动计数器计数，引脚CF以较高频率形式输出有功功率瞬时值，用于仪表校验，由于其输出频率高，便于进行处理，因此本文利用CF输出的脉冲信号作为测量信号。

AD7755在电子电度表电路中的应用AD7755是一种高准确度电能测量集成电路。

AD7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，其它信号处理（如相乘和滤波）都使用了数字电路，这使AD7755在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期的稳定性。

AD7755有24脚DIP和SSOP两种封装。

电子式电能表工作原理目前大多应用单相电子式电能表，其中采用步进式马达推动计数器工作，请问电流经取样后是如何使之与步进式马达的推动成正比的？另外有谁知道它所用的集成电路ade7755的引脚功能？也望一并提供。

Ade7755v/F转换器，即电压-频率转换器。

ade7755是用于电能计量设备上的芯片，它将有功功率的信息以频率的形式输出。

有功功率由电流和电压通道信号的乘积通过低通滤波获得。

最后，它被V-F转换，并以频率的形式从F1和F2引脚输出。

同时，CF引脚输出用于电表校正的高频信号。

F1和F2的输出信号可以直接驱动步进电机。

该芯片采用过采样ADC和DSP技术，对温度的灵敏度较低，即使在非常恶劣的温度条件下也能保持较高的测试精度。

由于芯片中设计了抗混叠滤波器，最大限度地降低了片外滤波器的要求，使得片外一阶R-C滤波器的-3dB调谐频率可以扩展到100kHz，这不仅降低了滤波器中的电阻和电容，同时也大大降低了对电阻和电容的精度要求。

电流通道可编程放大器（PGA）可提供4种不同的增益，增益为1/2/8/16倍，适用于不同的锰铜采样电阻。

由于电流和电压通道采用几乎相同的电路（唯一的区别是电流通道有四个不同的增益，而电压通道只有单位增益），因此可以忽略芯片本身造成的电压和电流通道之间的相位匹配误差。

芯片中设计了电源电压检测电路。

当电源电压降至80%VDD时，芯片将自动复位。

检测电路的检测阈值设计为100mV滞环电压范围，以避免电源电压波动噪声引起的重复复位电子电度表功率表工作原理及窃电当电度表连接到被测电路时，被测电路的电压U被施加到电压线圈上，在其铁芯中形成交变磁通量，这是从回路磁极通过铝盘到回路电压线圈铁芯的磁通量φU的一部分；同样，被测电路电流I通过电流线圈后，电流线圈φI的U形铁芯中也应形成交变磁通量。

磁通量由U形成。

铁芯的一端从下到上穿过铝盘，然后从上到下穿过铝盘，返回到U形铁芯的另一端。

电度表的电路和磁路如图6-3所示。

电子式电能表电原理图分析大纲：一、电子式电能表原理（分类为5大部分：电源、采样计量、单片机处理、通讯、输出）：电表维修原则：1、通过现象查上一级电路输出的电压（或信号）是否正常。

2、上一级电路输出的电压（或信号）是正常的，则故障不在上一级电路，查本级电路。

3、上一级电路输出的电压（或信号）是不正常的，再查上上一级电路输出的电压（或信号）是否正常。

4、通过分级检测输出的电压（或信号）是否正常来确定故障的范围。

1、供电原理（讲原理时要画出电路，提及有故障时的现象和检测维修方法）；1.1、三相表供电原理：变压器供电原理（详细讲解）；电原理图如下：用变压器变压、整流、稳压对三相表进行供电，电路中有三个变压器。

其中的每个变压器的工作原理都相同，只是各个变压器的初级输入电压是三相电压中的不同的相。

对于三相四线电表：T1初级为A—N线电压，T2初级为B—N线电压，T3初级为C—N线电压；对于三相三线电表：T1初级为A—B相电压，T2初级为A—C相电压，T3初级为B —C相电压，对应我们经常在三相三线电表上显示的A相电压（为A—B相电压）、B相电压（为A—C相电压）、C相电压（为B—C相电压）。

用三个变压器供电的好处是：1、当电网出现某一相或两相无电压时，电表仍然可以计量有电压的相的用电情况；2、增加电表供电的带载能力，保证电表的正常工作。

现以变压器T1为例详细说明以上供电电路的工作原理：1、压敏电阻RV1压敏电阻的工作原理顾名思义，压敏电阻就是对电压敏感，由电压的改变而改变自身的电阻，我公司使用的压敏是正常时为开路，当电压达到一定值时（压敏的动作电压），压敏电阻会非常快速地阻值下降到零（短路。

这个时间为t、t为1nS—10 nS，t 因选择的压敏型号不同而不同）。

而对多少电压值（动作电压）会开始阻值下降也是因选用的型号不同而不同，一般是型号上的数值。

比如：20K510的压敏电阻，则最大不动作电压为510V，可以查相关的电子元件资料，电子文档文件路径：Z:\研发中心\综合组\陈大全。

电能表的分类和原理
电能表的分类可以分为机械式电能表和电子式电能表两类。

1. 机械式电能表：通过电流和电压的作用，驱动电能表内的机械部件运动，从而计量电能。

机械式电能表通常由电流线圈、电压线圈、铝盘电动机和机械计数装置等部件组成。

其工作原理是，电流线圈产生的磁场和电压线圈产生的磁场相互作用，通过铝盘电动机驱动计数装置转动，进而计算出电能的消耗。

2. 电子式电能表：借助电子技术和数字信号处理技术，实现对电能的计量和记录。

主要由电流变换器、电压变换器、微控制器、模数转换器和显示装置等组成。

其工作原理是，通过电流变换器和电压变换器将电能信号转换为低压信号，再经过模数转换器将信号数字化，最后由微控制器进行数据处理和显示。

电子式电能表具有测量精度高、抗干扰能力强、功能丰富等特点。

《电能计量》教学大纲课程英文名称：electrical energy measuration课程编号：020*******课程类型：必修学时：56 其中：实验学时：0 课外学时：0学分：3.5适用专业：农业电气化与自动化一、课程的性质和任务本课程是农业电气化与自动化专业的一门主要专业课。

通过该课程的学习，使学生掌握交流感应式电能表和电子式电能表的结构和工作原理、互感器的结构和工作原理、电能计量装置的接线方式、自动抄表技术和电能计量现场应用的新技术，为学生今后从事电力系统发、供、用电过程中的电能计量工作打下良好的基础。

二、相关课程的衔接先修课程：《电路》，《模拟电子技术》，《数字电子技术》，《电机与拖动》三、教学的基本要求1．掌握交流感应式电能表和电子式电能表的结构和工作原理2．掌握互感器的结构、工作原理、检验、选择及使用3．掌握电能计量装置的正确接线方式及接线检查方法4．掌握自动抄表技术5．熟悉电能计量现场应用的新技术6．了解电力负荷控制技术四、教学方法与重点、难点教学方法：采用多媒体教学和电能表实物教学。

重点：电能计量装置的正确接线方式及接线检查方法，自动抄表技术。

难点：电能计量装置接线检查的相量图法。

五、建议学时分配表六、课程考核考核方式闭卷考试，平时成绩占20%，期末试卷成绩占80%。

七、教材及主要参考书教材：王月志主编《电能计量技术》中国电力出版社2007.9参考书：[1] 黄伟主编《电能计量技术》中国电力出版社2004.7[2] 杜蒙祥主编《电能计量》中国水利电力出版社2004.7[3] 祝小虹主编《电能计量》中国电力出版社2006.8八、教学内容第一章交流感应式电能表的结构和工作原理1．教学内容（1）单相感应式电能表的结构（2）单相感应式电能表的工作原理（3）三相感应式电能表的结构和工作原理（4）计度器的积算原理2．教学基本要求掌握交流感应式电能表的结构及工作原理。

3．重点、难点重点：交流感应式电能表的工作原理。

电子式电能表工作原理目前大多应用单相电子式电能表，其中采用步进式马达推动计数器工作，请问电流经取样后是如何使之与步进式马达的推动成正比的？另外有谁知道它所用的集成电路ADE7755的引脚功能？也望一并提供。

ADE7755 V/F转换器，即电压频率转换器。

ADE7755是用于电能计量设备上的芯片，它将有功功率的信息以频率的形式输出。

有功功率由电流、电压两个通道的信号乘积后经低通滤波得到,最后经V－F转换，以频率的形式从F1、F2管脚输出,同时CF管脚输出高频信号，用于电表的校正，F1、F2输出信号可以直接驱动步进电机。

芯片应用了过采样ADC和DSP相结合的技术，对温度的敏感度很低，即使在很恶劣的温度条件下也能维持高测试精度。

由于片内设计有抗混叠滤波器，最大程度地减小了片外滤波器的要求，使得片外一阶R－C滤波器的－3dB转折频率可以扩展到100KHz，这样不仅减小了滤波器中电阻、电容值，同时也大大减小了电阻、电容的精度要求。

电流通道的可编程放大器（PGA）可提供1/2/8/16倍4种不同的增益，适合于不同的锰铜采样电阻的场合。

由于电流、电压通道采用几乎完全一致的电路（唯一的区别就是电流通道有4种不同的增益，而电压通道只有单位增益），使得由芯片本身引起的电压、电流通道间的相位匹配误差可忽略不计。

片内设计有电源电压检测电路，当电源电压降低到80％VDD时，芯片自动复位，检测电路的检测阈值设计有100mV的滞回电压区间，避免了电源电压上的起伏噪声而引起的反复复位电子电度表功率表工作原理及窃电当电度表接入被测电路后，被测电路电压U加在电压线圈上，在其铁芯中形成一个交变的磁通，这个磁通的一部分ΦU由回磁极穿过铝盘到回到电压线圈的铁芯中；同理，被测电路电流I通过电流线圈后，也要在电流线圈的U形铁芯中形成一个交变磁通Φi，这个磁通由U形成铁芯的一端由下至上穿过铝盘，然后又由上至下穿过铝盘回到U形铁芯的另一端。

电度表的电路和磁路如图6-3所示，其中回磁板4是由钢板冲制而成的，它的下端伸入铝盘下部，与隔着铝盘和电压部件的铁芯柱相对应，以便构成电压线圈工作磁通的回路。

单相预付费电子式电能表的原理与应用电能表是用于测量和记录电能消耗的设备，随着科技的进步，电能表也得到了许多改进和创新。

单相预付费电子式电能表作为一种新型的电能表，在电力管理和使用方面起到了重要的作用。

本文将介绍单相预付费电子式电能表的原理和应用。

一、原理单相预付费电子式电能表的工作原理基于电能计量和费用计算。

它由电流互感器、电压互感器、电能计量芯片、显示屏、控制器等组成。

其工作过程如下：1. 电流互感器和电压互感器：单相预付费电子式电能表通过电流互感器和电压互感器来测量电流和电压。

电流互感器是用于测量并降低高压电流，而电压互感器是用于测量并降低高压电压。

通过互感器，电能表可以获取准确的电流和电压数值。

2. 电能计量芯片：电能计量芯片是电能表的核心部件，用于计量电能的消耗。

它通过对电流和电压进行采样和计算，实时地记录电能的使用情况。

经过电能芯片的计算和处理，可以得出用户所消耗的电能量。

3. 显示屏和控制器：显示屏和控制器是用户与电能表进行交互的界面设备。

显示屏用于显示电能的使用情况、剩余金额等信息，方便用户了解自己的电能消耗情况。

控制器则用于进行充值、查询余额、设置功能等操作。

二、应用单相预付费电子式电能表具有以下应用场景和优势：1. 居民用户：单相预付费电子式电能表可广泛应用于居民用户的电力管理中。

通过预付费方式，用户可以提前充值电力，并通过显示屏实时了解自己的电能使用情况和剩余金额，提高用电的主动性和节能意识。

2. 商业用户：商业用户的电力消耗通常较大。

采用单相预付费电子式电能表可以更好地控制电力使用的成本，避免因为大额电费账单而产生的不必要的经济压力。

同时，商业用户也可通过电能表的智能功能实时监测用电情况，进行用电量分析，优化用电策略。

3. 对电力公司的利益保护：使用单相预付费电子式电能表可以有效防止电力盗窃和欠费行为的发生。

采用预付费方式后，电力公司可以在用户将电力全部消耗完之前预收费用，确保用户按照实际使用情况进行电费充值，维护了公司的经济利益。

电子式电能表的组成为了能将被测电压、电流变为代表被测功率的标准脉冲，并显示所计电能值，电子式电能表一般由输入级、乘法器、变换器、计数显示控制电路、直流电源等部分组成。

其中乘法器和变换器组成电能计量单元电路。

（1）输入级输入级的作用是将被测的高电压（几十伏或几百伏）和大电流（几安至几十安）转换成电子电路能处理的低电压（几十毫伏至几伏）和小电流（几毫安）输人到乘法器中，并使乘法器和电网隔离，减小干扰。

电压采样器和电流采样器构成了表计的输入级，电压采样可采用电压互感器或分压电阻，电流采样可采用电流互感器或锰铜分流器，它们与乘法器、U／f 转换器或D／f转换器共同构成了电子式电能表的电能测量单元。

（2）乘法器乘法器是实现被测电压、电流相乘，并输出功率的器件，它是电子式电能表的关键部分。

常用的乘法器可分为模拟乘法器和数字乘法器。

①模拟乘法器。

模拟乘法器分为时分割乘法器、霍尔乘法器和热电转换型乘法器。

目前采用较多的是时分割乘法器，又称PWM乘法器。

它实质上是一个脉宽、幅度调制器。

两路输入信号中的一路对脉宽进行调制，另一路对幅值进行调制，被调制的脉冲信号的直流分量就是两路输入信号的乘积。

时分割乘法器的制造技术成熟且工艺性好，原理先进，具有很好的线性度和很高的准确度，但与数字乘法器相比，功能扩展较难。

②数字乘法器。

数字乘法器可分为高精度A／D型乘法器和DSP型乘法器。

A／D型乘法器的作用，就是对输入的交流电压、电流波形进行分时采样，把模拟量变成数字量，然后由CPU对电压、电流数字量进行相乘、相加，计算功率，对时间积分得到电能。

DSP芯片也称数字信号处理器，它除具有A／D转换器的交流采样功能外，还肩负CPU数据处理的一部分功能，大大减轻了CPU的工作负荷，使整机的功能得到进一步加强。

（3）转换器转换器是把乘法器输出的代表有功功率的信号变为标准脉冲，并且用脉冲频率的高低来代表功率的大小，它和计数器一起实现电能测量中的积分运算。