浅谈感应式电能表与全电子式电能表结构原理及优缺点肖兴发

浅谈感应式电能表与全电子式电能表结构原理及优缺点肖兴发

肖兴发

（东莞供电局计量中心广东东莞）

摘要：二十世纪八十年代，感应式电能表作为一种传统的电能表,在电能计量工作中发挥了极大的作用。随着电力逐步走向市场,用电营销对电能计量工作提出了更高的要求,电能计量表要承担的功能也越来越多,如在电力系统中,为引导用户更为效、合理、均衡地利用电能,避免尖峰负荷的出现,提高系统的负荷率,达到电网经济运行的目的,需要对用户实行分时计量;又如为对电能计量装置进行在线监测、远方遥控,需要对电能表进行远方通信等。同时,随着社会的发展,交易的电量越来越大,供、用双方对自身的权益也越来越关心,这就对电能计量表计的准确度等级提出了越来越高的要求，普通感应式电能表受其结构和原理上的制约,如要进一步提高其准确度和拓展功能已很困难。此时,微电子技术和单片机应用技术的发展和普及,为电能表多功能高精度的实现创造了有利条件,正是在这种背景和条件下,电子式电能表得以出现并得到了飞速发展。

关键词：感应式电能表；全电子式电能表；工作原理；优缺点

随着时代的发展及科技的日新月异,电能计量从传统型的感应式电能表逐步转变为全电子式电能表进行计量。作为一名电能计量技术人员也应与时俱进，在熟悉传统型感应式电能表的基础上，学习各种新型电能表的工作原理及其校验技术。

一、感应式电表工作原理与基本结构

(一)、感应式电表工作原理

感应式电能表有很多种类,但它们的基本结构大同小异,一般都由驱动元件、转动元件、制动元件、调整装置、基架、轴承、计度器、铭牌、端钮盒、表壳等构成。

当电能表接入交流电路后,电压线圈的两端加上线路电压,电流线圈通过负载电流，这时电压线圈中通过电流在电压铁芯中产生了电压工作磁通;电流通过电流线圈时在电流铁芯中产生了电流工作磁通穿过圆盘时,分别在圆盘上感应出滞后于它们90度的感应的电动势分别在圆盘上关生涡流，由于电压工作磁通和电流工作磁通产生的涡流、电流工作磁通和电压工作磁通产生的涡流在空间上不相重合,而且在时间上存在着相位差,根据电磁学原理,它们分别为一对在时间上有相位差,且在空间相对位置不同的电流和磁通,因此都会产生力的作用。这个力在圆盘上产生转动力矩,使电能表的圆盘按一个方向不停地转动。

(二)、感应式电表基本结构

感应式电能表有很多种类,但它们的基本结构大同小异,一般都由:

1、驱动元件

驱动元件由电流元件和电压元件构成,被测电路的电压和电流作用于电压元件和电流元件,产生移进的磁通与其在圆盘内产生的感应电流相互作用,从而产生驱动力矩,推动圆盘转动。可分为:(1)电压元件、(2)电流元件、(3)电能表电流元件与电压元件的组合形式。

2、调整装置

感应式电能表由于结构、原材料以及制造和装配工艺方面的因素造成了电能表的计量误差,因而需要通过各种调整装置进行在不同负荷和功率因数情况下的误差调整。调整装置是改善电能表工作特性和满足误差要求不可缺少的组成部分。感应式电能表的调整装置可分为:(1)满载调整装置又称为制动力矩调整装置、(2)轻载调整装置、(3)相位角调整装置、(4)潜动调整装置、(5)过载补偿和温度补偿装置。

3、转动元件

转动元件是由铝质的圆盘和转轴组成。转动元件的作用是,在驱动元件建立的移进磁场的作用下,在圆盘上产生驱动力矩使圆盘都采用厚度为0.8-1mm、直径90-105mm的纯铝板制成。

4、制动元件

制动元件是由永久磁钢及其调整装置组成。制动元件的作用是,产生与驱动力矩方向相反的制动力矩,以使圆盘的转动速度与被测电路的功率成正比。

5、轴承

轴承是感应式,电能表的主要元件,通常可分为钢珠宝石轴承和磁力轴承两种。

6、计度器

计度器是用来显示电能表记录电量的多少,它可以累积电能表圆盘的转数,通过齿轮传动指示出相应的电量。

7、基架

基架一般是用钢板冲压或用铝合压铸成型的。

8、铭牌

铭牌有的装在表壳上,有的固定在计度器上,我国生产的电能表铭牌统一都装在计度器上,有螺钉固定和压卡式。

9、外壳

表壳、表底组成电能表的外壳。

10、端钮盒

端钮盒是用酚塑胶料压制而成的,电压,电流线圈的接线端钮都直接压铸在盒体内,有着良好的绝缘性能和机械性能。

二、全电子式电能表工作原理与基本结构

(一)全电子式电能表工作原理

电子式电能表也称静止式电能表,较早是在标准电能表的基础上发展的,其基本功率表达式P=UIcosφ,电能量是P对时间的积分。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电子式电能表。模拟乘法器型电子式电能表工作原理。被测的电压U、电流I经电压和电流采样转换后送至乘法器M,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。,然后利用U/f转换器将U。转换成相对应的脉冲频率信号f。,一路送单片微机处理计数,显示相应的电能,另一路再由分频器分频输出供检定用。

(二)全电子式电能表基本结构

电子式电能表按相线数可分为单相电子式电能表、三相电子式电能表:按功能可分预付费表、基波表、载波表、多用户表、多功能表等。一般来讲,从基本机构来看,各种类型的电子式电能表基本上由电源单元、显示单元、电能测量单元、中央处理单元(单片机)、输出及通信单元、等组成。

1、电源单元

电子式电能表交流供电通常有工频电源(即变压器降压)、阻容电源(电阻和电容降压)、开关电源三种方式。

2、显示单元

电子式电能表主要利用LED数码管和LCD液晶显示器来显示电能表的电能量。机械计度器容易卡字,主要在价格较低、电量较小的单号相电子式电能表中使用。数码管则主要在价格较低的单相电子式电能表和单相复费率表中使用LCD由于其独特的汉字显示、功耗低等优点,而在三相电子式电能表和多功能电子式电能表中使用。

3、电能测量单元

电能测量单元的作用是将输入电压与电流变换成与功率成一定比例关系的脉冲信号,送至分频和计数。它是电子式电能表的关键,其测量精度直接决定电能表的精度和准确度。

4、中央处理单元(单片机)

单片机已不是一个陌生的名词,它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑,单片机则应嵌入式应用而生。

5、输出及通信单元

电子式电能表的输出及通信单元包括脉冲输出、远红外口、RS485口、RS232口。

三、电子式电能表与普通感应式电能表相比,具有以下几个特点

1、功能强大：

通过对单片机程序软件的开发,电子式电能表可实现正、反向有功、四象限无功、复费率、预付费、远程集中抄表等功能。特别是采用A/D转换的电能表,其功能的拓展更是简单、方便、快捷。有时装用一块电子式电能表可相当于几块感应式电能表,如装用一块功能较全的电子式多功能表,可相当于装用二块正向有功表、二块正向无功表、二块最大需量表,一块失压计时仪。即一块多功能表可相当于七块表,并能实现这七块表所不能实现的分时计量、数据自动抄读等功能,同时,表计数量的减少,有效地降低了二次回路的压降,提高了整个计量装置的可靠性和准确性。

2、准确度等级高且稳定：

感应式电能表的准备度等级一般0.5级到3级,并且由于机械磨损,误差很容易发生变化,而电子式电能表可方便地利用各种补偿轻易地达到较高的准确度等级,并且误差稳定性很好,电子式电能表的准确度等级一般为0.2级到1级。

3、启动电流小且误差曲线平整：

感应式电能表要在0.3%Ib下才能启动并进行计量,而式电能表非常灵敏,在0.1%Ib电流下就能开始启动进行计量,且误差曲线好,在全负荷范围内误差几乎为一条直线,而感应表的误差曲线变化较大,尤其在低负荷时误差较大。

4、频率响应范围宽：

感应式电能表的频率响应范围一般为45-55Hz,而电子多功能表的频率响应范围为40-1000Hz。

5、受外磁场影响小：

感应式电能表是依靠移进磁场的原理进行计量的,因此外界磁场对表计的计量性能影响很大。而电子式电能表主要是通过乘法器进行运算的,其计量性能受外磁场影响小。

6、便于安装使用：

感应式电能表的安装有严格的要求,若挂水平倾度偏差大、甚至明显倾斜,将造成电能计量不准。而电子式电能表采用的是静止式的计量方式,无机械转部件,因此不存在上述问题,加上体积小,质量轻,便于使用。

7、过载能力大：

感应电能表是利用红圈进行工作的,为保证其计量准确度,一般只能过载4倍。而全电子式多功能表可过载6-10倍。

8、防窃电能力更强:

窃电是我国城乡用电中一个无法回避的现实问题,感应式电能表防窃电能力较差。而且前较新型的电子式电能表从基本原理上实现了防止常见的窃电行为。例如AD7755能通过两个电流互感器分别测量相线、零线电流,并以其中大的电流作为电能计量依据,从而实现防止短接电流导线等的窃电方式。可为国家电力部门减少经济损失。例如

供电局工作人员到某用户（配变容量为200ｋVA）检查计量装置时发现：该配变的多功能电子计费表现场校验误差为+0.1%，现场对使用的电能表进行鉴定分析发现，计费表的铅封被人为破坏。其中计费表的出厂铅封为伪造铅封，表内结构被人为改动，在电压回路上分别外接电路装置，该装置可以通过遥控装置进行失压控制，感应式电能表表的铅封也被人为破坏,经读取电子式电能表内部数据后,发现该表被人为开盖及有失压窃电情况出现,从而准确地确定为窃电行为。

四、电子式电能表的弱点

1、维修较复杂，全电子式电能表线路较复杂,维修工作需要具有一定电子技术的专业人员来承担。

2、若质量不过关,表计容易死机,从而造成极其严重的计量数据混乱，或者遭遇雷击造成电子式电能表内部数据掉失等情况出现。

3、单块表计价格较高，同等级的电子式电能表价格比感应式电能表价格贵3-5倍。

4、由于受电子元器件的使用寿命制约,电子式电能表的寿命大约为10年,与长寿命技术电能表相比寿命不长。

结束语：随着智能电网及计量自动化逐步发展,全电子式电能表得到广泛应用,在防窃电工作上发展了重要作用，作为一名电能计量技术人员必须熟悉各电能表的结构原理及修校技术,不断学习理论知识,从实践中不断总结经验,不断提高反窃电技术,从而提高个人电能计量技术水平。