电子式智能单项电表毕业设计论文(编辑修改稿)

电子式智能单项电表毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

1 学院本科毕业设计（论文） 电能计量 3 图 电压拾取电路 图 电流拾取电路 1 学院本科毕业设计（论文） 电能计量 4 在电流拾取电路中， R2 C15 和 R2 C16 组成两个一阶低通滤波器，滤除电流通道中的高频分量。 C17 是通过 K10 的合开来选择是否作用于系统的，它是补偿电流信号本身不平衡造成 ADE7755 计量电能出现比较大的误差，因此通过人为造成不平衡，使得系统达到平衡的目的。 ADE7755 其他电路部分 ，包括脉冲计数和电能方向指示。 电能脉冲输出为CF（脚 22），经过光耦输出： PULSE 电能脉冲，将引入单片机的输入端，进行电能脉冲累计。 REVP 输出（脚 20）指示电能方向，电能通过光耦输出。 光耦器件是用来隔离 MCU 电路的。 是 ADE7755 推荐的主时钟频率。 AVDD 和 DVDD 两路电源为模拟和逻辑直流正 5V。 电路中 DVDD 和 AVDD 通过 C1 C1 R28 组成的滤波电路连接在一起滤除干扰。 选择内部基准电源，在基准电源输出端加上一个滤波电 容 C20，防止外界干扰。 目前广泛使用的电能计量装置包括：计量用电流电压互感器、电能表、互感器与电能表之间的二次回路、电能计量箱、电能计量集抄设备等。 1 学院本科毕业设计（论文） 电子式电能表 5 2 电子式电能表 电子式电能表的发展史 世界上最早的电能表是爱迪生于 1880 年利用电解原理发明的直流电能表，交流电的出现和被利用，对电能计量仪表提出了新的要求。 测量直流电能的电能表多采用电动系测量机构，而用于测量交流电能的电能表则采用感应系测量机构。 电能开发及利用的加快，对电能管理和电能表性能提出了更高的要求， 感应系电能表准确度等级不够高，为使电能计量仪器仪表适应工业现代化和电能管理现代化迅速发展的需要，电子式电能表应运而生。 电子式电能表是新一代电能表，在近几年得到了用户的普遍认可和接受，使用逐渐广泛起来。 随着电子技术的发展和用户用电管理水平要求的不断提高，电子式电能表得到了迅猛的发展，成为电能计量不可缺少的重要组成部分。 电子式电能表其测量部分完全由电子元件构成，而且内部时钟部分、电源部分、显示部分等均由电子元器件构成。 电子式电能表由于其构成不同于机械电能表而得名。 由于内部没有可以转动部分也成为静止式电能表。 电子式电能表诞生在 20 世纪 40 年代，由欧洲的公司制造。 它的诞生也是得益于电子技术的发展。 在 20 世纪 80 年代之前，电子式电能表并没有显示出它巨大的生命力和活力，它的应用局限于高精度电能表、标准表和检验装置，其成本较高，性能和可靠性比机械表并不优越很多。 在 20 世纪 90 年代，电子技术发展迅速，电子式电能表也取得了飞跃的发展，无论是高档、高精度三相表，还是低档、低精度单相表都有大量的、性能优越的电子式电能表产品 [2]。 电子式电能表在技术上从模拟乘法器到数字乘法器，性能越来越好，而价格越来越低，大规模批量生产工艺 也非常成熟，已形成了一个非常有活力、欣欣向荣的产业。 电子式电能表的一般结构与原理 电子式电能表通常由以下几个部分组成：电源部分、显示部分、测量部分、管理部分、外部设备 [7]。 下面简单的介绍以下各部分的功能： （ 1）测量部分：它接收交流电压、电流信号，将其运算后得到相乘的电功率信号，电子式电能表的精度和稳定性等主要性能就由此部件决定。 它是电子式电能表的心脏，一般由模拟乘法器、数字乘法器或 A/D 模拟数转换加高速微处理器构成。 1 学院本科毕业设计（论文） 电子式电能表 6 （ 2）电源部分：将输入的交流电压整流、降压、滤波后得到直流 5V、 12V 等电压 等级的电压，供给其他电路。 电源部分非常重要，它是电子式电能表工作的动力源，一般由线性或开关稳压电路构成。 （ 3）显示部分：将电能量及其他信息显示出来。 一般有数码管 LED、液晶显示器 LCD 以及机械计度器三种方式。 （ 4）管理部分：接收测量部件输出的电功率信号，计算出各种所需的电量，并且管理显示、时钟、通信接口、数据存储器等部件。 一般由单片机或嵌入式计算机构成其核心。 它是电子式电能表的大脑，指挥其他部分完成工作。 （ 5）外部设备：包括接口部分、外壳等。 一般有数字通信接口，用于与其他设备进行数据交换、抄表、设置表 计参数等，常用的有：远红外数字通信接口、RS485 通信接口、 IC 卡读写接口等。 下面是电子式电能表的原理框图工作原理框图 图 电能表的原理框图 电子式电能表的功能与分类 1． 计量功能 电子式电能表的计量功能 具体地又分为累计和实时计量两部分。 累计计量功能主要包括累计双向供电的有功电能、无功电能 、视在电能的消耗量、断电时间、断电次数等。 实时计量包含测量并显示工频电能的所有参数。 1 学院本科毕业设计（论文） 电子式电能表 7 2． 监视功能 监视功能为最大需量和防窃电监视；其次还有缺相指示、停电和复电 时间记录、预付费表的所购电能将用尽时的报警及电压异常报警。 3． 控制功能 主要的控制功能为时段与负荷控制。 前者用于多费率分时计费；后者则是指通过接口接收远方控制指令或通过表记内部的编程控制负荷。 4． 管理功能 电子式电能表的管理功能包括按时段费率进行计费、预付费提示、为抄表提供必要信息数据、可参与组网进入电能管理系统等。 5．最大需量计量 需量的定义：定长时间的平均功率； 最大需量：需量的最大值。 定长时间也称为需量周期，一般为 1 60 min。 而计算需量的间隔称为滑差步进时间，一般为 15 min。 其计量方法为：每个滑差步进时间到时，计算截止到当前时刻的一个需量周期的平均功率，并且与最大值进行比较。 如需量周期为 15 min，滑差步进时间为5 min，即每 5 min 计算一次当前 15 min 的平均功率，并且与最大值进行比较，如果大于最大值，将其记录为最大需量，如图为最大需量计算说明。 功率 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 时间 (min) 图 功率分布 如图所示，电能表从 0 min 开始计算需量，每 5 min 计算一次最大需量，当第50 min 计算时达到最大值。 国内只需要计量有功最大需量，并依此进行收费。 国外有计量视在最大需量的需求。 最大需量也需要分时计量。 最大需量为一个月的最大值，过月时，要求将当月最大值保留到上月，而当前最大值清零重新开始计量。 一般要求记录多个月最大需量。 1 学院本科毕业设计（论文） 电子式电能表 8 电子式电能表的分类 一．电能表按所测电能种类分，可分为有功电能表、无功电能表、直流电能表三种。 后者一般用于特殊行业，不用于电力贸易计量。 有功电能表计量用户实际消耗的电能 W 有， 这些电能已经不可逆转的变成了机械能、热能、光能、化学能、生物能等 [5]。 无功电能表用于计量用户的无功电能 W 无。 无功不是用户消耗的电能而是用户曾经存储起来的电能，这部分电能会与电网进行能量交换。 计量无功的目的，是要核算一个抄表期内的平均功率因数 λ，即平均力率，即 式 用户消耗的无功越多，平均功率因数就越低，配电网在为用户输送这些无功电能 时，要增加的线损就越多，增加了供电 成本。 因此在电费结算时要对功率因数进行考核。 二．电能表按相别和接线方式分，可分为单相、三相三线制和三相四线制三种。 三．按电压等级分可分为高压表（额定线电压为 100V）和低压表（额定相电压统一为 220V）两种。 四．按电流的测量范围来分，可分为直通表和经电流互感器接入两种。 五．按准确度等级分，可分为 、 、 、 、 、 、 、 、 级等等。 准确度等级的数字越小准确度等级越高。 六．按结构原理分，可分为感应式电能表、全电子式电能表、机 电一体化电能表。 七．按测量功能分，可分为分时计费电能表、最大需量电能表、预付费电能表、集抄电能表、多功能电等能表等。 各种电能表的比较 感应式电能 表 已有 100 多年的历史，其工艺成熟，价格低廉，过载能力强，可靠性好，可视性好，但由于元件磨损、灰尘增多、电磁性能变差等因素的影响，准确度等级不高，不易实现自动化，可是目前国内乃至国外，尤其是在农村电网及三相低压中，感应式电能表还占有相当大的市场。 全电子式电能表 因其内部没有可动部件，无机械摩擦而准确度高，灵敏度高，使用寿命长，易实现自动化计量，可实现 遥测遥控，实现数据自动分析统计，计量中可排除人为因素干扰，功能多，数据可存储，便于无纸化抄核收作业，便于远方集中抄表。 目前单相表选用全电子式电能表已经很普遍。  222 /1 1 无有无有 有 WWWW WC O S  1 学院本科毕业设计（论文） 电子式电能表 9 机电一体化电能表 又称为脉冲电能表，它综合了感应式及全电子式电能表的优点。 该表型的电能采样，仍然有感应式母表完成，这部分的结构与一般感应式电能表相同，用字轮显示电度数。 1 学院本科毕业设计（论文） 单相电子式电能表的硬件设计 10 3 单相电子式电能表的硬件设计 电子式电能表的硬件框图及结构 本电能表的硬件电路由电源电 路设计、计量电路设计、通讯电路设计、 MCU（管理电路设计）及其它部分电路设计四大部分组成。 其中核心部分是计量电路的设计，这也是电子式电能表计量功能的体现，它是电能表计量准确性的关键部分，但其他部分也是缺一不可的，他们相辅相成，特别是单片机控制器，它是电能表的灵魂，实现系统中各个部件协调控制。 I2C 总线 图 硬件框图 电源电路为了提高系统的抗干扰性、可靠 性，分为三个独立的电源，使计量计量芯片电路 （ ADE7755） MCU 部分 （ 89LPC931） 被测电压 拾取电路 被测电流 拾取电路 RS485 通讯 信道 系统掉电 检测 LCD 驱动器 （ PCF8576） LCD 显示器 存储器 EEPROM 24WC08 实时时钟 8025 指示灯 1 学院本科毕业设计（论文） 单相电子式电能表的硬件设计 11 电路， RS485 通讯和 MCU 的电源相互隔离，达到互不影响的目的，但是它们属于同一个变压器，所以选择变压器的时候要注意 ，如图。 (a) (b) (c) 图 电源部分结构 在计量部分， ADE7755 芯片是一个数模混合的电路，因此设 计比较困难，要想达到良好的计量效果，要采取一定的抗干扰措施，如数字地和模拟地在 PCB 板上单点连接，特别是在对电流、电压采样的电路直接接在外部线路上，干扰比较严重。 I2C 总线在整个系统中占有重要的作用，它关系到 LCD 显示、电量数据存储、时间和日期的读取等等，它是。