第三章
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子式电能表的结构和工作原理
第一节 机电式电能表的结构和工作原理
U U(t)K U X(t)U Y(t)
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 ux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。
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
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。
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，
为穿透式光电头，图3-3（b）是反射式光电头。
电子式电能表的结构和工作原理
一、单向脉冲式电能表
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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一、输入变换电路
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）
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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
（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
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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
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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
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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。
P1 N u(k)i(k)
T k1
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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 T 1电子2式R电能表(C U 的1结1构和U 工作2原)理Ui Ui
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。
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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
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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。
以方便读取数据。
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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、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）
u(t)iT(t)RL iK (tI)RL
电子式电能表的结构和工作原理
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。
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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
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。