电子式电能表的结构和工作原理
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。
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
电子式电能表内部原理
液晶具体工作原理：
在上下玻璃电极之间封入液晶材料，液晶分子平行排列上、下扭曲90度，
外部入射光线通过上偏振片后形成偏振光，该偏振光通过平行排列的液晶
材料被旋转90度，再通过与上偏振片垂直的下偏振片，被反射板反射回来 ，呈透明状态;当上、下电极加上一定的电压后，电极部分的液晶分子转 成垂直排列妥失去旋光性，从上偏振片入射的偏振光不被旋转，光无法通 过下偏振片返回，因而呈黑色。
电压/频率转换器：
得到输出电压U。的频率
22
谢谢.
计量中心 2012.5.16
根据需要将电极做成各种文字、数字、图形，就可以获得各种状态显示。
4
管理部分：
单片机：所有的控制命令，都是由它发出的。它是电子式电能表
的大脑
4
（一）单片机内部结构：
控制 结构
时钟
由晶振产生，相当于人的神经信号 原理:压电效应。在电场中的晶体受交变电压作用发生振 荡，振荡后产生交变电场，从而产生时钟频率。
计量单元
2013-7-31
测量部分：
1
接收交流电压、电流信号，将其运算后得 到 相乘的电功率信号，数字乘法器或A/稳定性的主要性能就由此部件决定。它是 电子式电能表的心脏
5
电能数字测量原理：
18
A/D转换器
类似于称重原理
数字乘法器
数字乘法器实现电能测量的精度主要取决于A/D转 换器的精度(位数)以及采样间隔的大小。A/D转换 器的精度越高，测量精度越高，采样间隔越小，测 量精度越高。
电子式电能 表内部原理
计量中心
5/16
2013-7-31
电子式电能 表内部结构
计量中心
2013-7-31
总体 结构
电子式电能表工作原理与基本结构
电子式电能表工作原理与基本结构电子式电能表1、电子式电能表按其工作原理的不同，可分为模拟乘法器型、电子式电能表和数字乘法器型电子式电能表。
2、一般来说，电子式电能表由六个部分组成：电源单元、电能测量单元、中央处理单元(单片机) 、显示单元、输出单元、通信单元。
3、正常供电时，电子式电能表的工作电源通常有三种实现方式：工频电源(即变压器降压) 、阻容电源(电阻和电容降压) 、开关电源。
4、电子式电能表的显示单元主要分为 LED数码管和 LCD液晶显示器两种，后者功耗低，并支持汉字显示。
5、电子式电能表的关键部分是电能测量单元6、时分割乘法器是许多电子式电能表的关键部分，它通常由三角波发生器、比较器、调制器、滤波器四个部分组成。
7、若某电子式电能表的启动电流是0.01Ib，过载电流是6Ib，则A/D型的电能表要求A/D转换器的位数可以是10，A/D的位数取决于Imax和Imin的比值，6÷0.01=600，而29＜600＜210，即要求A/D的位数至少是10位。
8、U/F(电压/频率)转换器组成的电能测量单元，其作用是产生正比于有功功率的电能脉冲。
9、采用电阻网络作为电能表的电压采样器的最大特点是线性好和成本低，缺点是无法实现电气隔离。
采用电压互感器的最大优点是可实现初级和次级的电气隔离，并可提高电能表的抗干扰能力，缺点是成本高。
请登陆: 浏览更多信息10、检定无源脉冲电能表误差：通常在脉冲正端施加一个VDD=＋5～12V的直流电源，有的现场校验仪或电能表检定装置具有这一电源，中间串联R=5～10Ω的电阻，再输入给检定脉冲回路。
11、单片机就是将微型计算机所具备的几个基本功能，如中央处理单元CPU 、程序存储器ROM 、数据存储器RAM 、定时计数器Timer/Counter 、输入输出接口I/O 等，集成到一块芯片中而构成小型计算机。
12、单片机的总线可以分为三种：地址总线AB 、数据总线DB 、控制总线CB 。
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。
电能表的分类和原理
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。
电子式单相电表原理
电子式单相电表原理
电子式单相电表是一种使用电子技术来测量电能消耗的装置。
它的工作原理基于电能测量的基本原理，通过测量电压和电流来确定电能的消耗。
以下是电子式单相电表的工作原理：
1. 电流测量：电子电表通过电流互感器将电流信号转化为低电平信号。
电流互感器是一种电感器，可以将电流信号转化为与之成正比的电压信号。
这样，电子电表可以通过测量电压信号来间接测量电流。
2. 电压测量：电子电表使用变压器将输入电压转化为与输入电流成正比的低电平信号。
这样，电子电表可以通过测量电压信号来间接测量电压。
3. 电能计算：电子电表使用微处理器或专用集成电路来计算电能的消耗。
通过采集和处理电压和电流信号，并结合时间信息，电子电表可以计算出电能的消耗。
4. 数字显示：电子电表使用数码显示器来显示电能的消耗。
数码显示器可以将计算得到的电能数值以数字形式显示出来，方便用户读取。
5. 数据记录：电子电表通常具有数据记录功能，可以记录电能消耗的历史数据。
这些数据可以用于分析电能使用情况，帮助用户了解和管理电能消耗。
总结而言，电子式单相电表通过测量电压和电流来间接测量电
能消耗，并利用微处理器或专用集成电路进行计算和显示。
它具有精准度高、功能丰富、数据可记录等优点，是现代电能计量的重要工具。
单相预付费电子式电能表的原理与应用
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。
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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。
电子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
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。
电子式电能表的结构和工作原理
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）
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子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
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
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子式电能表的结构和工作原理
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。
电子式电能表的结构和工作原理
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
电子式电能表的结构和工作原理
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。
电子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
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。
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
一、单向脉冲式电能表 二、双向脉冲式电能表
电子式电能表的结构和工作原理
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。
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
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。