_电子式电能表的结构和工作原理幻灯片
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电子式电能表原理
第四节 单相预付费电能表
一、基本原理 二、IC卡技术 三、主要性能指标及
功能
一、基本原理
单相预付费电能表原理框图如图3-25所 示。
一、基本原理
工作原理： 测量模块为表计核心，它和普通电子 式单相电能表采用相同技术输出功率脉冲 到微处理器。微处理器接收到测量部分的 功率脉冲进行电能累计，并且存入存储器 中，同时进行剩余电费递减，在欠费时给 出报警信号并控制跳闸。它随时监测IC卡 接口，判断插入卡的有效性以及购电数据 的合法性，将购电数据进行读入和处理。
第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
一、输入变换电路
二、乘法器电路
三、电压／频率转换器 四、分频计数器
五、显示器
一、输入变换电路
输入电路的作用，一方面是将被测信
号按一定的比例转换成低电压、小电
流输入到乘法器中；另一方面是使乘 法器和电网隔离，减小干扰。
一、输入变换电路
（一）电流输入变换电路 1．锰铜片分流器 以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流i （t）流过时会产生相应的成正比的微弱电压 Ui（t），其数学表达式为 Ui（t）＝i（t）R
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
机电式电能表主要由感应式测量机构、 光电转换器和分频器、计数器及显示器四大 部分组成，工作原理框图如图3-1所示。
§ 感应式测量机构的主要作用是将电能信号转 变为转盘的转数 § 光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
一、单向脉冲式电能表
二、乘法器电路
模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟 信号（如输入电能表内连续变化的电压和电流） 进行相乘作用的电子电路，通常具有两个输入端 和一个输出端，是一个三端网络，如图3-15所 示。理想的乘法器的输出特性方程式可表示为 UU (t ) KU X (t )UY (t )
20.电能表(电能表结构和工作原理)
段的用电及总用电量电能表。
▪ 5）多功能电能表；除了计量有功无功电能外，还具有分时、测量 需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表。
▪ 6) 预付费电能表 ；实现先买后用的电量预购功能
4 根据接入电源的性质可分为：
▪
交流和直流电能表。
5 按照表计的安装接线方式可分为：
▪ 直接接入式和经互感器接入式；其中由于测量电路的不同通常又可 以分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。
▪
什么是年时区数？
▪ 年时区数是指电能表一年最多运行的时区数。通常年时
区数最大不超过4个。
▪
什么是日时段表数？
▪ 日时段数与年时区代表意义是相同的，是指电能表最多 能运行的不同的日时段数。
▪
什么是日时段数？
▪ 是指电能表一天最多运行的日时段。把每天24个小时按 照当地用电管理的需要分别设置成若干的时段，根据不同
多功能电能表可分为几大类？
▪ 一类叫机电一体式多功能电能表---其电能 测量单元由感应式电能表组成，其数据处 理单元由单片机组成
▪ 一类为电子式多功能电能表---它的电能测 量单元和数据处理单元都由大规模集成电 路组成，又称 “固态式多功能电能表”或 “静止式多功能电能表”。
多功能表的基本功能
什么是需量？
▪ DL /T721-2000 《配电网自动化系统远方终端》
▪ GB /T15284-2002《多费率电能表 特殊要求》
▪ GB /T17215-2002 《1级和2级静止式交流有功电能表》
▪ GB /T17882-1999 《2级和3级静止式交流无功电度表》
▪ GB /T17883-1999 《0.2S级和0.5S级静止式交流有功电度表》
20.电能表(电能表结构和工作原理)
电子式电能表与感应式电能表相 比主要优点有哪些？
▪ 测量精度高、频带宽、过载能力强、功率 小，由于可将测量值（脉冲）输出，故可 进行远方测量。此外，引入单片微机后， 可实现功能拓展，制成多功能和智能电能 表等。
什么是多功能电能表？
▪ 根据电力行业标准DL∕T614-1997对电子式 多功能电能表的定义：“凡是由测量单元 和数据处理单元等组成，除计量有功、无 功电能外，还具有分时、测量需量等两种 以上功能，并能显示、存储和输出数据的 电能表”。
电能表基础知识
电能计量的基本概念
▪ 随着国民经济的发展和人民生活水平的持续提高，电能已 得到越来越广泛的运用。电能有别于其它产品，首先它是 看不见、摸不着的，在使用的过程中无法直接通过人的感 观器官确定量的多少，必须通过专用的设备进行测量。这 种专门用于测量电能量的设备叫电能计量装置，既电能计 量的专用设备叫电能计量装置；其次电能不能存储，电力 企业的生产和销售是同时完成的，等用户使用后再测量是 无法测量的。所以在电能的生产、传输和使用中，电力部 门装设了大量的电能计量装置，以正确、及时了解各环节 中电能的数量。这些数据不仅是电力系统内部进行生产安 排调度的依据，还关系着国计民生和千家万户，尤其在如 今的社会主义市场经济条件下，更需要依法测量，保证测 量数值的准确、公正，以保护国家、电力用户和电力部门 的经济利益。如何对电能进行测量？又如何能够保证测量 的准确公正？这是一门复杂的学科，我们称它为电能计量。
▪ 精密级：0.01、0.05级，主要作为校验普通等级电能表的校验基准。
3按用途分：
▪
1）有功电能表；用于测量有功电量。
▪
2）无功电能表；用来计量发、供、用电的无功电能。
▪
3）最大需量表；是一种能计算用户耗电量的数量，还指示用户
电子式电能表PPT课件
二、相关基本概念
（1）模拟量、数字量、A/D、D/A、取样电路
.
3
（2）采样电路（离散数字化）
定义：在每一个模拟量周期T内等间隔的记录信号数据的过程称为采样。
目的：将连续变化的模拟量信号转换为离散的数字信号。N》64（一个周期内的 数据个数）
（3）测量单元
电能表中产生与被测量电能成正比例输出的部件
公式：
步骤：（1）采用模拟乘法器（运算放大器）或数字乘法器（A/D）实现 乘法；
（2）计算机内部的存储器将信号相加实现加法。
.
6
1、原理图（模拟、数字乘法器电能计量单元）
.
7
2、电压——频率转换
定义：将功率信号（用电压信号表示）转换为频率信号部分，是一种输 出频率与输入电压成正比的电子电路。（1、0数字方波信号）
3、IC卡接口（先付钱、后用电）
可实现预购电量，通过IC卡接口将购电量写入电能表。
三、事件记录功能
记录失压、失流、需量清零、时段设置、故障次数等各种电能表信息供分析 。
四、查询显示功能
五、停电抄表功能
停电时电子式电能表能将数据存入存储器，进入睡眠状态，并在抄表时唤醒 完成正常抄表。
六、脉冲输出功能
供校验电能表时取脉冲用，通过辅助端子将脉冲输出给校验设备。
.
4
（4）数据处理单元
对输入信息进行数据处理的电能表部件。
（5）滑差时间：
依次递推来测量最大需量小于最小需量周期的时间间隔。
（6）需量周期、最大需量、常数
.
5
第二节 电子式电能表的原理和结构
两项功能：（1）电压和电流信号相乘，得出功率信号；（2）将功率信 号进行累加得到电能数值
一、电子式电能表的原理
（1）模拟量、数字量、A/D、D/A、取样电路
.
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（2）采样电路（离散数字化）
定义：在每一个模拟量周期T内等间隔的记录信号数据的过程称为采样。
目的：将连续变化的模拟量信号转换为离散的数字信号。N》64（一个周期内的 数据个数）
（3）测量单元
电能表中产生与被测量电能成正比例输出的部件
公式：
步骤：（1）采用模拟乘法器（运算放大器）或数字乘法器（A/D）实现 乘法；
（2）计算机内部的存储器将信号相加实现加法。
.
6
1、原理图（模拟、数字乘法器电能计量单元）
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7
2、电压——频率转换
定义：将功率信号（用电压信号表示）转换为频率信号部分，是一种输 出频率与输入电压成正比的电子电路。（1、0数字方波信号）
3、IC卡接口（先付钱、后用电）
可实现预购电量，通过IC卡接口将购电量写入电能表。
三、事件记录功能
记录失压、失流、需量清零、时段设置、故障次数等各种电能表信息供分析 。
四、查询显示功能
五、停电抄表功能
停电时电子式电能表能将数据存入存储器，进入睡眠状态，并在抄表时唤醒 完成正常抄表。
六、脉冲输出功能
供校验电能表时取脉冲用，通过辅助端子将脉冲输出给校验设备。
.
4
（4）数据处理单元
对输入信息进行数据处理的电能表部件。
（5）滑差时间：
依次递推来测量最大需量小于最小需量周期的时间间隔。
（6）需量周期、最大需量、常数
.
5
第二节 电子式电能表的原理和结构
两项功能：（1）电压和电流信号相乘，得出功率信号；（2）将功率信 号进行累加得到电能数值
一、电子式电能表的原理
电子式电能表电原理图分析
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。
电能表原理及接线培训材料课件
通过测量铝盘的转动速度，可以间接 测量电路中的功率和电能。
转动速度与功率的关系
铝盘的转动速度与电路中的功率成正 比，即电路中消耗的电能越多，铝盘 转得越快。
电能表的电子原理
电子式电能表的原理
电子式电能表采用电子线路和微型计算机技术，实现电能的精确 测量和自动化控制。
电子式电能表的特点
电子式电能表具有测量精度高、稳定性好、功能丰富等优点。
电子式电能表的应用
随着智能电网的发展，电子式电能表在电力系统中得到广泛应用。
03
电能表接线方式
单相电能表的接线方式
01
02
03
火线接入方式
火线（L）接入电能表的1 号端口，零线（N）接入3 号端口，2号端口接地。
零线接入方式
零线（N）接入电能表的1 号端口，火线（L）接入3 号端口，2号端口接地。
表头。
04
总结词：指针错位
电气故障及处理方法
总结词
电压线圈烧毁
详细描述
电压线圈过载或短路可能导致电能表内部烧毁。处理方法包括检查并更换受损的电压线圈 。
总结词
电流线圈开路虽断惬意 رای电流线圈开zio断路故障是指电流线圈在电能表中发生 miejsce 开路的现象，导致电能表无法正常工作。处理方法包括检查并修复修复开路的电流线圈。
测量电能的原理
电能表通过测量电路中的电压 和电流，计算出电路中消耗的
电能。
02
测量电能的准确性
电能表的测量准确性对电力系 统的运行和用户的电费计算具
有重要意义。
03
测量电能的单位
电能表的测量单位是千瓦时（ kWh），表示每小时消耗的电
能。
电能表的转动原理
电能表基础知识培训ppt
电能表的常见故障与排除
电能表不转动的故障排除
总结词
电能表不转动通常由机械或电路故障引起，需要检查并排除 。
详细描述
电能表不转动的原因可能包括轴承故障、齿轮卡住、电路故 障等。对于机械故障，可以尝试清洗轴承、更换齿轮等措施 ；对于电路故障，需要检查电路板和接线，确保正常工作。
电能表反转的故障排除
总结词
2023
电能表基础知识培训
目录
• 电能表概述 • 电能表的工作原理 • 电能表的常见故障与排除 • 电能表的基本参数与功能 • 电能表的常见问题与解决方案 • 电能表的发展趋势与展望
01
电能表概述
电能表的基本概念
电能表是用于测量电能的仪表，也称为电度表或千瓦小时表 。它测量电能消耗量，通常以千瓦小时为单位。
接线要求
安装电能表时需要按照接线图正确 连接电源线和负载线。
安全注意事项
使用电能表时需要注意安全，如避 免触电、短路等。
05
电能表的常见问题与解决方案
电能表的常见问题汇总
读数不准确
故障指示
由于长时间使用或维护不当，电能表的读数 可能变得不准确。
当电能表出现故障时，故障指示灯可能会亮 起，但有时这些指示可能不准确或不明显。
实验室用电能表则通常采用精密电能表，用于科学研 究和实验测量。
电能表的发展历程与趋势
电能表经历了从机械式到电子式、智能化的发展 过程。
电子式电能表采用电子元件和集成电路实现测量 ，精度较高，是目前使用最广泛的电能表。
机械式电能表采用机械结构实现电能测量，精度 较低，现已被淘汰。
智能化电能表则是在电子式电能表的基础上增加 了微处理器、传感器等智能化模块，可实现远程 抄表、用电监测等功能。
电能表不转动的故障排除
总结词
电能表不转动通常由机械或电路故障引起，需要检查并排除 。
详细描述
电能表不转动的原因可能包括轴承故障、齿轮卡住、电路故 障等。对于机械故障，可以尝试清洗轴承、更换齿轮等措施 ；对于电路故障，需要检查电路板和接线，确保正常工作。
电能表反转的故障排除
总结词
2023
电能表基础知识培训
目录
• 电能表概述 • 电能表的工作原理 • 电能表的常见故障与排除 • 电能表的基本参数与功能 • 电能表的常见问题与解决方案 • 电能表的发展趋势与展望
01
电能表概述
电能表的基本概念
电能表是用于测量电能的仪表，也称为电度表或千瓦小时表 。它测量电能消耗量，通常以千瓦小时为单位。
接线要求
安装电能表时需要按照接线图正确 连接电源线和负载线。
安全注意事项
使用电能表时需要注意安全，如避 免触电、短路等。
05
电能表的常见问题与解决方案
电能表的常见问题汇总
读数不准确
故障指示
由于长时间使用或维护不当，电能表的读数 可能变得不准确。
当电能表出现故障时，故障指示灯可能会亮 起，但有时这些指示可能不准确或不明显。
实验室用电能表则通常采用精密电能表，用于科学研 究和实验测量。
电能表的发展历程与趋势
电能表经历了从机械式到电子式、智能化的发展 过程。
电子式电能表采用电子元件和集成电路实现测量 ，精度较高，是目前使用最广泛的电能表。
机械式电能表采用机械结构实现电能测量，精度 较低，现已被淘汰。
智能化电能表则是在电子式电能表的基础上增加 了微处理器、传感器等智能化模块，可实现远程 抄表、用电监测等功能。
电能表原理PPT课件
电能表接入被测电路后，不论有无负载电流，电压线圈总是带
电，成年累月地消耗电能 ，一般要求功率消耗不超过1.5W。
3
1.1感应式单相电能表的结构
2）电流元件： 电流元件由电流铁芯3、电流线圈4和磁分路组成。和负载串 联，把交流电流转变成交变的电流磁通。因负荷电流是流过 电流线圈的，所以要求电流线圈的阻抗小，即匝数少而且导 线要粗。
⑶分离式电磁元件： 电压、电流铁芯分开，套装电压、电流线圈方便简单快捷， 但缺点是气隙较大，不易控制，很难保证磁路对称，对电能 表工作性能有影响。
6
1.1感应式单相电能表的结构
1.2 转动元件 转动元件由转盘5和转轴6用组成，能在驱动元件所建立的交 变磁场作用下连续转动。 转盘材料要求导电性能良好，质量轻，耐腐蚀，铝最符合要 求。圆盘固定在转轴上，边缘涂有计读转数的有色标记，有 的在背面喷有校正平衡的重质涂料，转轴上部套有蜗杆11以 便和计度器的蜗轮10啮合。
四规格和主要技术参数88五主要功能一计量功能二失压失流报警显示记录功能三电压越限报警显示记录功能四超负载报警功能五电网参数记录功能六事件记录功能七远方编程抄表功能八停电抄表功能九复印功能十远方控制功能仅适用于gprs通信模块电能表89六显示功能全屏显示画面见图327所示90?dtsf54型电子式三相四线多费率电能表?电能表工作时用户消耗的电能转换为电压电流信号经取样电路分别取样后由电能表专用集成电路处理成为与消耗功率成正比的脉冲信号mcu记录电量脉冲并存储
U 、 iPI ； U 、iP I ； I 、iPU ； I 、iPU 相互作用→电磁力 （左手定则）
22
1.2感应式电能表的工作原理
虽然在正弦变化的一个周期内，某些时刻产生的四个电磁力 方向不一致，但是由于圆盘转动是有惯性的，圆盘的转动方 向由一个周期内的平均电磁力方向决定，即取决于多数时刻 电磁力的方向，所以电能表的圆盘始终朝一个方向转动。
电，成年累月地消耗电能 ，一般要求功率消耗不超过1.5W。
3
1.1感应式单相电能表的结构
2）电流元件： 电流元件由电流铁芯3、电流线圈4和磁分路组成。和负载串 联，把交流电流转变成交变的电流磁通。因负荷电流是流过 电流线圈的，所以要求电流线圈的阻抗小，即匝数少而且导 线要粗。
⑶分离式电磁元件： 电压、电流铁芯分开，套装电压、电流线圈方便简单快捷， 但缺点是气隙较大，不易控制，很难保证磁路对称，对电能 表工作性能有影响。
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1.1感应式单相电能表的结构
1.2 转动元件 转动元件由转盘5和转轴6用组成，能在驱动元件所建立的交 变磁场作用下连续转动。 转盘材料要求导电性能良好，质量轻，耐腐蚀，铝最符合要 求。圆盘固定在转轴上，边缘涂有计读转数的有色标记，有 的在背面喷有校正平衡的重质涂料，转轴上部套有蜗杆11以 便和计度器的蜗轮10啮合。
四规格和主要技术参数88五主要功能一计量功能二失压失流报警显示记录功能三电压越限报警显示记录功能四超负载报警功能五电网参数记录功能六事件记录功能七远方编程抄表功能八停电抄表功能九复印功能十远方控制功能仅适用于gprs通信模块电能表89六显示功能全屏显示画面见图327所示90?dtsf54型电子式三相四线多费率电能表?电能表工作时用户消耗的电能转换为电压电流信号经取样电路分别取样后由电能表专用集成电路处理成为与消耗功率成正比的脉冲信号mcu记录电量脉冲并存储
U 、 iPI ； U 、iP I ； I 、iPU ； I 、iPU 相互作用→电磁力 （左手定则）
22
1.2感应式电能表的工作原理
虽然在正弦变化的一个周期内，某些时刻产生的四个电磁力 方向不一致，但是由于圆盘转动是有惯性的，圆盘的转动方 向由一个周期内的平均电磁力方向决定，即取决于多数时刻 电磁力的方向，所以电能表的圆盘始终朝一个方向转动。
电子式电能表的工作原理
电子式电能表的工作原理
电子式电能表是在数字功率表的基础上进展起来的，它采纳乘法器实现对功率的测量，其工作原理如图1所示。
被测高电压u、大电流i 经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器M，乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与—段时间内的平均功率成正比的直流电压U0，后再利用电压/频率转换器，U0被转换成相应的脉冲频率f0，即得到f0正比于平均功率，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。
图1 全电子式电能表的工作原理
由电子式电能表的测量原理可以看出电子计量模块从结构功能上可以分为以下三个部分：
第一部分：电压、电流输入回路，是将被测功率的电压和电流分别通过分压器和互感器变换为适合于电子式电能表乘法器所需要的小电压送至乘法器。
其次部分：乘法器。
乘法器是用来完成两个电量(如电压、电流)相乘运算的器件。
由全电子式电能表工作原理可以看出，乘法器是全电子式电能表的核心，它的精确度直接影响着电能表的精确度。
依据所采纳乘法器的不同，可以将全电子式电能表做进—步划分。
乘法器主要有模拟乘法器和数字乘法器两大类。
模拟乘法器又有晶体管阵列平方乘法器、热偶乘法器、对数—反对数型乘法器、
可变跨导型乘法器、双斜积分乘法器、霍尔效应乘法器、时分割乘法器等多种。
数字乘法器则是以微处理器为核心，采纳A/D转换器将电压和电流进行数字化相乘。
第三部分：变换器也称电压—频率转换电路。
因乘法器输出的是一个模拟量(直流电压)，用电压表(数字式表)测量这个电压，用功率单位(W或KW)表示的测量结果就是功率值。
测量电能则需将这个电压转换成相应的脉冲数，在一段时间内所累计的脉冲数，才是要测的电能量。
电子式电能表原理
电子式电能表工作原理及调试方法第一节电子式电能表概述一、电子式电能表发展历史20世纪40年代:诞生于欧洲20世纪80年代之前:主要用于标准表、高精度表和检验装置20世纪80年代末、90年代初：国外推出全电子电子表（斯伦贝谢兰吉尔、 GE），电子表迅猛发展，但价格昂贵。
20世纪90年代初:国内推出全电子电能表2000年以后：国内电子表在电网改造中大批量推广应用，设计水平、生产工艺水平非常成熟，价格越来越低，目前已成为电能计量的主流产品。
二、电子式电能表的分类根据分类方法的不同,通常有以下几种：1、按规格：单相电子表、三相电子表。
2、按接线方式：直接接入式、经互感器接入式。
3、按功能：有功电子式电能表、无功有功电子式电能表、有功无功组合电子式电能表、有功多费率电子式电能表、多功能电子式电能表。
三、电子式电能表的优点近几年来电子式电能表之所以发展如此迅速，是因为它与感应式电能表相比，在性能和功能方面有着明显的优势。
性能对比见下表感应式电能表与电子式电能表性能表比较L L i(t)u i(t)第二节电子式电能表的基本结构一、电子式电能表的原理构成电子式电能表通常由以下几部分组成：电流变换电路、电压变换电路、计量芯片、MCU 、显示部分、接口部分、电源部分、外壳。
二、电流变换电路、电压变换电路电流变换电路、电压变换电路作用是将大电流、高电压转换成微小电压信号，输入至电能计量芯片的乘法器。
1、电流变换电路有两种 :一种是采用电流互感器,优点是电表与电网隔离，电表抗干扰性能好，缺点是体积大成本高。
2、电压变换电路另一种是采用分压网络,优点是线性好、成本低，缺点是不能实现电气隔离。
以单相电子表为例，以L （火线）为公共地，V2P为输入至计量芯片电压通道的电压，分压网络如下：U 为火线和中线之间的电压,若=220V ，将阻值代入上式，计算出V2p=124mV 分压网络将高电压变换成毫伏级微小电压，输入计量芯片。
三、测量部分测量部分将电压变换电路输出的电压信号和电流变换电路输出的电压信号进行运算，得到电功率信号。
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2 ．电压互感器
采用互感器的最大优点是可实现一次侧和二次侧的 电气隔离，并可提高电能表的抗干扰能力，缺点是成本 高。其电路图如图 3-14 所示。
其数学表达式为u（t）＝KU uU（t）
16
二、乘法器电路
模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输 入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电 路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络， 如图3-15所示。理想的乘法器的输出特性方程式可表示为
12
一、输入变换电路
2．电流互感器
采用普通互感器（电磁式）的最大优点是电能表内主回 路与二次回路、电压和电流回路可以隔离分开，实现供电主 回路电流互感器二次侧不带强电， 并可提高电子式电能表的抗干扰能 力。其原理框图如图3-12所示。 其数学表达式为
u (t )
?
iT (t)RL
?
i (t ) KI
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一、输入变换电路
输入电路的作用，一方面是将被测信 号按一定的比例转换成低电压、小电流输 入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电 网隔离，减小干扰。
11
一、输入变换电路
（一）电流输入变换电路 1．锰铜片分流器
以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流i（t）流过时会 产生相应的成正比的微弱电压 Ui（t），其数学表达式为 Ui（t）＝i（t）R
? P ?
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
N
u(k) ? i(k)
T k?1
19
三、电压／频率转换器
电子式电能表常用的双向积分式电压／频率转换器的 原理电路如图3-21所示。
输出电压U0的频率
f
?
1 T
?
1 2RC(U1
? U2)Ui
?
Ui
20
四、分频计数器
所谓分频，就是使输出信号的频率分为输入信号频率 的整数分之一；所谓计数，就是对输入的频率信号累计脉 冲个数。 图3-23为分频计数器原理框图和脉冲波形。
? 感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数 ? 光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲 ? 分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信
号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。 ? 显示器的作用是把电能表所测量的电能用电子器件显示出来，
以方便读取数据。
3
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
?
RL
13
一、输入变换电路
（二）电压输入变换电路 1．电阻网络
采用电阻网络的最大优点 是线性好、成本低，缺点 是不能实现电气隔离。
14
一、输入变换电路
（二）电压输入变换电路 1．电阻网络
实用中，一般采用多级（如3级）分压，以便提高耐 压和方便补偿与调试。典型接线如图3-13所示。
15
一、输入变换电路
18
二、乘法器电路
（二）数字乘法器 采用数字乘法器的全电子式电能表的基本结构框图如
图3-20所示。
微处理器控制双通道A／D转换，同时对电压、电流进 行采样，由微处理器完成相乘功能并累计电能。平均功率
? 表示为 P ? 1 T u(t) ? i(t)dt T0
以△t为时间间隔将上式中的 积分做离散化处理，即对电压、 电流同时进行采样，则
2．光电转换电路
一种最基本的光电转换电路如图3-4所示。当光敏管接 收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，V1导通， 作用到V2和V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电 平；反之，当光敏管接收到的光照较弱时，处于截止状态， 相应的输出电压呈低电平。
6
二、双向脉冲式电能表
? 双向脉冲式电能表具有双向计度的功能，既能测量正 向消耗电能，又能测量反向消耗电能。
? 双向脉冲式电能表光电转换及双向脉冲输出控制电路 如图3-8所示。
7
第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
全电子电能表的优点是准 确度高、频带宽、体积小，适 合遥控、遥测功能。
缺点是结构复杂、价格昂贵。
8
第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
电子式电能表工作原理框图如图3-10所示 被测量的高电压u、大电流i经电压和电流变换器转换后
21
五、显示器
目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（ LCD）、发光 二极管（LED）、荧光管（FIP）。 ? 液晶显示器（LCD）是利用液晶在一定电场下发生光学偏振而产生不 同透光率来实现显示功能的。液晶显示器在静态直流电场下寿命很 短（一般为几千小时），而在动态交变电场下寿命很长（可达20万 h）；除具有长寿命的优点之外，还具有功耗小（小于10μA），在有 一定采光度时显示对比强等优点。 ? 发光二极管（LED）是利用特殊结构和材质的二极管在施加正向工作 电压、具有一定工作电流时，发出某一特定波长的可见光来实现显 示功能的。具有温度范围宽（﹣40～85 ℃）、在弱光背景下显示醒 目和低成本等优点；缺点是寿命短（一般为3万～5万h）、耗电大 （一般5～10mA）、露天下显示不清等。 ? 荧光显示板（FIP）是利用特种荧光物质在一定电场和一定红外线热 能下产生一定亮度的可见荧光来实现显示功能的。除成本高缺点外， 其优缺点和发光二极管基本相同。
一、单向脉冲式电能表 二、双向脉冲式电能表
4
一、单向脉冲式电能表
单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和 光电转换电路两部分。
1．光电头
光电头由发光器件和光敏器件组成。 两种典型光电头的安装结构如图3-3所示。图3-3（a）
为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。
5
一、单向脉冲式电能表
送至乘法器，乘法器完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个 与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用 电压／频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率 分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。
9
第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
一、输入变换电路 二、乘法器电路 三、电压／频率转换器 四、分频计数器 五、显示器
第三章
1
第三章 电子式电能表的结构和原理
第一节 机电式电能表的结构和工作原理 第二节 全电子式电能表的结构和工作原理 第三节 单相电子式复费率电能表 第四节 单相预付费电能表 第五节 三相三线电子式多功能电能表
2
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频 器、计数器及显示器四大部分组成 ，工作原理框图如图 3-1所 示。
UU (t) ? KU X (t)UY (t)
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二、乘法器电路
（一）时分割乘法器 它在提供的节拍信号的周期T里，对被测电压信号ux作脉
冲调宽式处理，调制出一正负宽度T1、T2之差（时间量）与u x成正比的不等宽方波脉冲，即T2－T1＝K1ux；再以此脉冲宽 度控制与ux同频的被测电压信号uy的正负极性持续时间，进 行调幅处理，使u＝K2uy；最后将 调宽调幅波经滤波器输出，输出 电压U0为每个周期T内电压u的平 均值，它反映了ux、uy两同频电 压乘积的平均值，实现了两信号 的相乘，输出的调宽调幅方波如 图3-17所示。
采用互感器的最大优点是可实现一次侧和二次侧的 电气隔离，并可提高电能表的抗干扰能力，缺点是成本 高。其电路图如图 3-14 所示。
其数学表达式为u（t）＝KU uU（t）
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二、乘法器电路
模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输 入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电 路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络， 如图3-15所示。理想的乘法器的输出特性方程式可表示为
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一、输入变换电路
2．电流互感器
采用普通互感器（电磁式）的最大优点是电能表内主回 路与二次回路、电压和电流回路可以隔离分开，实现供电主 回路电流互感器二次侧不带强电， 并可提高电子式电能表的抗干扰能 力。其原理框图如图3-12所示。 其数学表达式为
u (t )
?
iT (t)RL
?
i (t ) KI
10
一、输入变换电路
输入电路的作用，一方面是将被测信 号按一定的比例转换成低电压、小电流输 入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电 网隔离，减小干扰。
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一、输入变换电路
（一）电流输入变换电路 1．锰铜片分流器
以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流i（t）流过时会 产生相应的成正比的微弱电压 Ui（t），其数学表达式为 Ui（t）＝i（t）R
? P ?
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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N
u(k) ? i(k)
T k?1
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三、电压／频率转换器
电子式电能表常用的双向积分式电压／频率转换器的 原理电路如图3-21所示。
输出电压U0的频率
f
?
1 T
?
1 2RC(U1
? U2)Ui
?
Ui
20
四、分频计数器
所谓分频，就是使输出信号的频率分为输入信号频率 的整数分之一；所谓计数，就是对输入的频率信号累计脉 冲个数。 图3-23为分频计数器原理框图和脉冲波形。
? 感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数 ? 光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲 ? 分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信
号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。 ? 显示器的作用是把电能表所测量的电能用电子器件显示出来，
以方便读取数据。
3
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
?
RL
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一、输入变换电路
（二）电压输入变换电路 1．电阻网络
采用电阻网络的最大优点 是线性好、成本低，缺点 是不能实现电气隔离。
14
一、输入变换电路
（二）电压输入变换电路 1．电阻网络
实用中，一般采用多级（如3级）分压，以便提高耐 压和方便补偿与调试。典型接线如图3-13所示。
15
一、输入变换电路
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二、乘法器电路
（二）数字乘法器 采用数字乘法器的全电子式电能表的基本结构框图如
图3-20所示。
微处理器控制双通道A／D转换，同时对电压、电流进 行采样，由微处理器完成相乘功能并累计电能。平均功率
? 表示为 P ? 1 T u(t) ? i(t)dt T0
以△t为时间间隔将上式中的 积分做离散化处理，即对电压、 电流同时进行采样，则
2．光电转换电路
一种最基本的光电转换电路如图3-4所示。当光敏管接 收到较强的光照时，处于导通状态，光电流增加，V1导通， 作用到V2和V3组成的射极耦合放大器上，使输出电压呈高电 平；反之，当光敏管接收到的光照较弱时，处于截止状态， 相应的输出电压呈低电平。
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二、双向脉冲式电能表
? 双向脉冲式电能表具有双向计度的功能，既能测量正 向消耗电能，又能测量反向消耗电能。
? 双向脉冲式电能表光电转换及双向脉冲输出控制电路 如图3-8所示。
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第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
全电子电能表的优点是准 确度高、频带宽、体积小，适 合遥控、遥测功能。
缺点是结构复杂、价格昂贵。
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第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
电子式电能表工作原理框图如图3-10所示 被测量的高电压u、大电流i经电压和电流变换器转换后
21
五、显示器
目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（ LCD）、发光 二极管（LED）、荧光管（FIP）。 ? 液晶显示器（LCD）是利用液晶在一定电场下发生光学偏振而产生不 同透光率来实现显示功能的。液晶显示器在静态直流电场下寿命很 短（一般为几千小时），而在动态交变电场下寿命很长（可达20万 h）；除具有长寿命的优点之外，还具有功耗小（小于10μA），在有 一定采光度时显示对比强等优点。 ? 发光二极管（LED）是利用特殊结构和材质的二极管在施加正向工作 电压、具有一定工作电流时，发出某一特定波长的可见光来实现显 示功能的。具有温度范围宽（﹣40～85 ℃）、在弱光背景下显示醒 目和低成本等优点；缺点是寿命短（一般为3万～5万h）、耗电大 （一般5～10mA）、露天下显示不清等。 ? 荧光显示板（FIP）是利用特种荧光物质在一定电场和一定红外线热 能下产生一定亮度的可见荧光来实现显示功能的。除成本高缺点外， 其优缺点和发光二极管基本相同。
一、单向脉冲式电能表 二、双向脉冲式电能表
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一、单向脉冲式电能表
单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和 光电转换电路两部分。
1．光电头
光电头由发光器件和光敏器件组成。 两种典型光电头的安装结构如图3-3所示。图3-3（a）
为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。
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一、单向脉冲式电能表
送至乘法器，乘法器完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个 与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用 电压／频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率 分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。
9
第二节 全电子式电能表的结构和工作原理
一、输入变换电路 二、乘法器电路 三、电压／频率转换器 四、分频计数器 五、显示器
第三章
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第三章 电子式电能表的结构和原理
第一节 机电式电能表的结构和工作原理 第二节 全电子式电能表的结构和工作原理 第三节 单相电子式复费率电能表 第四节 单相预付费电能表 第五节 三相三线电子式多功能电能表
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第一节 机电式电能表的结构和工作原理
机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频 器、计数器及显示器四大部分组成 ，工作原理框图如图 3-1所 示。
UU (t) ? KU X (t)UY (t)
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二、乘法器电路
（一）时分割乘法器 它在提供的节拍信号的周期T里，对被测电压信号ux作脉
冲调宽式处理，调制出一正负宽度T1、T2之差（时间量）与u x成正比的不等宽方波脉冲，即T2－T1＝K1ux；再以此脉冲宽 度控制与ux同频的被测电压信号uy的正负极性持续时间，进 行调幅处理，使u＝K2uy；最后将 调宽调幅波经滤波器输出，输出 电压U0为每个周期T内电压u的平 均值，它反映了ux、uy两同频电 压乘积的平均值，实现了两信号 的相乘，输出的调宽调幅方波如 图3-17所示。