浅谈电能计量装置的结构及原理
【摘要】作为电力经营和生产的重要组成部分，电能计量表在电力方面发挥着重要的作用。

针对电能计量装置的特点，本文首先介绍了其分类以及结构原理，其次分析并对各个电能计量装置的特点和结构进行了对比，最后，根据其发展趋势，对介绍了TDM系列0.5级的电能表稳定性指标和未来电能表的实现技术方案。

【关键词】电能计量装置；结构原理；稳定性
引言
电能计量是通过二次电路、互感器以及电能表按一定的结构组合从而实现在线电能计量功能。

在竞争愈发激烈的今天，在现代电力市场条件下为了能够保证公平、公正、公开的电能生产者和使用提供优越的服务，建立现代化的电能计量、交易以及电力系统是非常必要的。

作为提供电能计量的源头，对于电能的管理和计量是非常至关重要的作用。

1 电能计量表的分类
电能计量装置用于对用电量的计量，其准确与否对供电双方的经济利益具有直接影响。

因此提高用电量计量的准确性，最大限度的减少计量装置的综合误差，才能够真正的做到公平合理收费。

目前的电能计量主要可以是分为两种，电子式和感应式。

1.1 机械感应式
机械式电能表组成部分包括一个活动的转盘和带有两个固定铁芯线圈。

机械式电能表是利用电磁感应原理制造而成，当交变的电流通过线圈时，在转盘上产生涡流，这些涡流通过交变磁场的相互作用而产生电磁力，从而导致活动部分的转动，产生扭矩。

基本原理是也就是止动力矩和驱动力矩实现平衡到转动平衡最终到再平衡和恒速转动的过程。

由公式可以看出，当当或者时，驱动力矩等于0，也就说表明此时的电能表停止转动，并且由于止动力矩的值与转盘的转速是成正比关系的，因此，此时止动力矩的电表不会发生回转现象。

当感应到电流时，驱动力矩而止动力矩也会随转盘发生转动现象，并且转速越大，止动力矩也会越大，最终实现相等，电能表处于稳定的状态。

机械感应式电表具有使用寿命长、价格低廉、经久耐用、电磁兼容性好、维护方便等优点，但是由于驱动线圈具有的低频窄带的点此特性，因此，对于高频功率信号，很难较为准确真实的将其等比例的转换成驱动力矩。

但是由于机械磨损、机械阻力、或者温度等外在因素的影响，机械感应式电表同时也具有精度低、
功能较为单一，对于非线性的复合存在漏计等现象。

1.2 电子式电能表
自从90年代数字采样技术的发展，以处理器为核心的数字采样技术的电子式电能表能够对各种检测队形进行各种处理、运算和判断，从而实现多种功能。

现阶段运用的全电子电能表有A/D+MCU、简易型时分割乘法器、集成电路TDM 时分割乘法器以及分割元件TDM时分割乘法器等方案。

目前A/D方案设计一般应用于低端产品上，而高端的产品则更多的采用TDM时分割乘法器（ZU）。

其主要原因是A/D 方案精确度低，存在非线性漏计等现象，其主要应用于0.5级、1.0级低端电能表的应用。

而采用TDM时分割乘法器具有较高的精度，并且对于非线性符合也能够进行有效的计量，其主要应用于高端0.2级和0.5级的电能表。

1.3 采用时分割乘法器的电子电能表
据大量的相关测试表明，当正弦的电流和电压波形图发生畸变时，即存在谐波功率时，采用时分割法原理制造的全电子式电能表测得的实际值与理论值完全相同，并且对于非稳定的电能和紫恩波都具有实时连续测量的功能。

相比其他区的计量器，时分割乘法器具有功能电路简洁、可靠性高等优点。

在广泛运用变频电器、非正弦、非稳定波的今天，时分割乘法器的使用极大的较少了电力公司的损耗，保证了电费计量的公平、公正。

1.4 采用A/D方案设计的全电子电能表
采用MCU芯采样A/D信号并进行软件计算的电能设计方案近些年来越来越多的出现在市场上。

这种设计方案不仅能够满足市场上多功能的需求，而且还具有明显的价格优势和制造优势。

但是对于非稳定信号和非周期信号以及谐波信号，该方案能够进行准确计量。

相比其他设计方案，采用A/D采样原理设计的电能表，具有功能全、制造成本低、产品研发周期短、更新速度快等优点。

但是由于存在不同厂家设计硬件的不同，以及软件工程师软件编写的不同，同款类型的产品具有明显差异性，目前的CMC认证体系、国内外标准不能够进行有效的测试。

并且由于实现功能越多会占用较多的电能表MCU，因此电能表的计量表的性能也就较差。

2 未来电能表的发展趋势
在未来的电能表发展中，目前低端市场上采用的A/D设计方案可以通过融入额外的A/D、MCU或者DSP等来找增强产品性能，弥补现有产品的缺陷。

而现在在高端能表市场上主要采用时分割乘法器，比如目前的0.2级、0.5级等，时分割乘法器和A/D采样器混合的多功能电能混合设计方案是未来较为理想的设计方案，其结构框图如图1所示。

与其他设计方案相比，采用混合A/D采样和时分割乘法器设计方案的电能表的最大区别主要是：未来的时分割乘法器是直接的、实时话的测量电能量，而传统的A/D设计方案是对采集到的数据进行非实时、数字化离散运算。

传统设计方案额电量是计算出来的，而未来却是实时测量出来的，因此在精度方面，采用时分割乘法器的计量结果明显具有明显的优势。

在标准电能领域，一般采用的计量方案是A/D采样和软件运算结合的方式，但是这种计量方式的推广应用是基于在电流和电压稳定的基础上，但是在安装式电能表，由于外部环境的因素的变化使得工作电流、电压等随机发生变化，如果仍然采用A/D设计方案，则无边实现高精度的电能计量。

目前，许多标准电表厂家纷纷放弃原先的设计而采用利用乘法器原理电路的电能表进行现场校验就充分了这一点，现在应用的多的一般是手持式0.2级。

但是在真是的情况中，由于外部环境中存在着几十个甚至上百个难以预测变化因素，这些因素的存在使得电能表的计量准确度受到很大的影响，电能表的读数与电能的真实使用值的方面难以避免产生误差，而两者间的最大误差就是最大的不确定度。

3 结束语
作为现代电力生产和经营的重要组成部分，电能计量表愈来愈发挥着重要的作用。

但是随着社会的发展以及科技水平的不断进步，传统的电能计量表具有计量不准确、故障率高等缺点，愈发不能够满足现代社会发展的需要，电能计量表计量的准确与否，关系供电方和用电方的公平、公正的经济效益。

针对这个现象，文章介绍了电量计量表的分类，并对各个电路的电路原理，优缺点进行了介绍，最后根据社会的发展需要，对未来电能计量表的发展趋势进行了预测，对计量表电路进行了设计说明。

参考文献：
[1]郑尧，李兆华，谭金超.等.电能计量技术手册[M].北京：中国电力出版社，2002.
[2]李文娟.电能计量学[M].北京：水利电力出版社，1989.
[3]孙方汉.电能计量装置及其正误接线[M].北京：中国水利水电出版社，2004.
[4]狐晓宇.光电互感器与电磁互感器的比较[J].电力学报，2005（3）.。