《電子技術(shù)應(yīng)用》
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智能電表工作原理和結(jié)構(gòu)

2011-10-28
關(guān)鍵詞: 智能電表 原理 結(jié)構(gòu)

  智能電表作為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),,它的發(fā)展對(duì)于智能電網(wǎng)的壯大具有不可替代的作用,。本文包括智能電表的結(jié)構(gòu)分類,、工作原理和特點(diǎn)等,,從中你還可以了解到智能電表能帶給用戶的哪些好處,其智能關(guān)鍵表現(xiàn)在哪些方面?

  一,、智能電表的定義

  所謂智能電表,,就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),通訊技術(shù)等,,形成以智能芯片(如CPU)為核心,,具有電功率計(jì)量計(jì)時(shí)、記費(fèi),、與上位機(jī)通訊,、用電管理等功能的電度表。

智能電表通過(guò)用戶交費(fèi)對(duì)智能IC卡充值并輸入電表中,,電表才能供電,,表中電量用完后自動(dòng)拉閘斷電,從而有效地解決上門(mén)抄表和收電費(fèi)難的問(wèn)題,。并對(duì)用戶的購(gòu)電信息實(shí)行微機(jī)管理,,方便進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì),、收費(fèi)及打印票據(jù)等,。

  二、智能電表的結(jié)構(gòu)分類

  目前,,國(guó)內(nèi)智能電度表從結(jié)構(gòu)上大致可分為機(jī)電一體式和全電子式兩大類,。機(jī)電一體式,即在原機(jī)械式電度表上附加一定的部件,,使其既能完成所需功能,又能降低造價(jià)且易于安裝,,一般而言其設(shè)計(jì)方案是在不破壞現(xiàn)行計(jì)量表原有物理結(jié)構(gòu),,不改變其國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感裝置變成在機(jī)械計(jì)度的同時(shí)亦有電脈沖輸出的智能電表,全電子式則從計(jì)量到數(shù)據(jù)處理都采用以集成電路為核心的電子器件,,從而取消了電表上長(zhǎng)期使用的機(jī)械部件,,與機(jī)電一體化電度表相比具有電表體積減小,,可靠性增加,更加精確,,耗電量減少,,并且生產(chǎn)工藝大大改善,不必只在原有意義上的專業(yè)電度表廠生產(chǎn)等優(yōu)越性,,最終會(huì)取代帶有機(jī)械部件的計(jì)量表,。

  1、機(jī)電一體式的電度表

  第一類機(jī)電結(jié)合的電度表,,是在原有的機(jī)械表的基礎(chǔ)上,,加裝電子式計(jì)數(shù)裝置和相應(yīng)的控制、通訊電路,,或加上IC卡讀寫(xiě)接口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)和控制;其基本結(jié)構(gòu)是在原有機(jī)械電度表的轉(zhuǎn)盤(pán)上打孔或涂(貼)上能吸收光線的材料,。這類電度表由于其計(jì)量原理沒(méi)有改動(dòng),其計(jì)量精度和特性與機(jī)械表完全一樣,,而成本相對(duì)較高,,其優(yōu)勢(shì)在于能充分利用現(xiàn)已安裝使用中的大量的機(jī)械電度表,且其計(jì)量原理為大眾所熟悉而容易接受,。

  另一類機(jī)電結(jié)合的電度表則是采用電子式計(jì)量電路在獲得數(shù)字式脈沖信號(hào)后,,通過(guò)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)字碼轉(zhuǎn)輪得到電能計(jì)數(shù) 值,這種結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)潔可行的電子式電度表的方案,,但遺憾的是其對(duì)計(jì)量電路的要求較高,,即要求所有的表都按一個(gè)固定的比例將電能值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)量的數(shù)字脈沖,才能按正確的速度驅(qū)動(dòng)微電機(jī)以轉(zhuǎn)動(dòng)字輪,。這個(gè)比例就是所謂的電表常數(shù)(imp/kWh),,由于電路中所用的決定脈沖速度的定時(shí)元件大都是參數(shù)離散性較大的阻容元件,為了保證電度表的計(jì)量精度和產(chǎn)品的一致性,,就必須在生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)元件的篩選和對(duì)半成品的調(diào)校,,也就是說(shuō)要增加相應(yīng)的人力物力的投入并要延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,從而使電度表的生產(chǎn)費(fèi)用和成本有所增加,。另外這種結(jié)構(gòu)的電度表在數(shù)據(jù)收集和用戶繳費(fèi)方式上與老式的機(jī)械表沒(méi)什么區(qū)別,,應(yīng)屬淘汰產(chǎn)品。

  機(jī)電結(jié)合(一體式)的電度表

  2,、全電子式電度表

  當(dāng)前電子式電能表對(duì)用戶用電采樣方式主要有兩種形式,。一種是用互感器采樣,另一種為直接采樣,。采用互感器采樣即利用電壓互感器和電流互感器分別來(lái)采集用戶的電壓信號(hào)和電流信號(hào);直接采樣則是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來(lái)取得電壓信號(hào),,而用電阻溫度系數(shù)非常小的錳銅片進(jìn) 行電流直接采樣。采用互感器采樣,,在起動(dòng)電流,、線性范圍,、功耗和精度等指標(biāo)皆不如直接采樣,尤其是小電流時(shí)更為突出,。 例如:額定電流為20A時(shí),,直接采樣的啟動(dòng)電流為20mA,互感器采樣的啟動(dòng)電流為40 mA,。又如:采用專用的錳銅片進(jìn)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5%,,而采用電流互感器采樣,由于激磁電存在,,若不采取補(bǔ)償措施,,互感器本身誤 差就可能超過(guò)5%。利用互感器采樣的的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng),,線路簡(jiǎn)單,,成本低。

  全電子式電能表

  三. 智能電表的工作原理和特點(diǎn)

  1. 智能電表的工作原理

  用戶持IC卡到供電部門(mén)交款購(gòu)電,,供電部門(mén)用售電管理機(jī)將購(gòu)電量寫(xiě)入IC卡中,,用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡(簡(jiǎn)稱刷卡,下同),,即可合閘供電,,供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí),,拉閘斷電報(bào)警(或蜂鳴器報(bào)警),,此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電;當(dāng)剩余電量為零時(shí),自動(dòng)拉閘斷電,,用戶必須再次持卡交費(fèi)購(gòu)電,,才可以恢復(fù)用電。

  電子式智能電表,,是在電子式電表的基礎(chǔ)上,,近年來(lái)開(kāi)發(fā)面世的高科技產(chǎn)品,它的構(gòu)成,、工作原理與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表有著很大的差別,。而電子式智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成,其工作原理是先通過(guò)對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣,,再采用專用的電能表集成電路,,對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理,并轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出,,最后通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理,、控制,把脈沖顯示為用電量并輸出。

  通常我們把智能電表計(jì)量一度電時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常數(shù),,對(duì)于智能電表來(lái)說(shuō),這是一個(gè)比較重要的常數(shù),,因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖數(shù)個(gè)的多少,,將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。目前智能電表大多都采用一戶一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則,,但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器,,這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)來(lái)進(jìn)行,勢(shì)必造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降,,這點(diǎn)在設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)該注意,。

   智能電表的工作特點(diǎn)

  智能電表不只采用了電子集成電路的設(shè)計(jì),再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能,,可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制,,因此與感應(yīng)式電表相比,智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢(shì),。

  (1)功耗:由于智能電表采用電子元件設(shè)計(jì)方式,,因此一般每塊表的功耗僅有0.6w~7w左右,對(duì)于多用戶集中式的智能電表,,其平均到每戶的功率則更小,。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1·7w左右。

  (2)精度:就表的誤差范圍而言,,20級(jí)電子式電能表在5%~400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測(cè)量的誤差為2%,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級(jí)為 10 級(jí),,誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+086%~-57%,而且由于機(jī)械磨損這種無(wú)法克服的缺陷,,導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢,,最終誤差越來(lái)越大。國(guó)家電網(wǎng)曾對(duì)感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查,,結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后,,其誤差就超過(guò)了允許的范圍。

  (3)過(guò)載,、工頻范圍:智能電表的過(guò)載倍數(shù)一般能達(dá)到6~8倍,,有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來(lái)越多用戶的選擇,,有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程,。工作頻率也較寬,在40HZ~1000HZ范圍,。而感應(yīng)式電表的過(guò)載倍數(shù)一般僅為4倍,,且工作頻率范圍僅為45~55HZ之間。

  (4)功能:智能電表由于采用了電子表技術(shù),可以通過(guò)相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),,通過(guò)編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制管理,。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn),還具有了遠(yuǎn)傳控制,、復(fù)費(fèi)率,、識(shí)別惡性負(fù)載、反竊電,、預(yù)付費(fèi)用電等功能,,而且可以通過(guò)對(duì)控制軟件中不同參數(shù)的修改,來(lái)滿足對(duì)控制功能的不同要求,,而這些功能對(duì)于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來(lái)說(shuō)都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的,。

  四、智能電表帶給用戶的好處

  智能電表較普通機(jī)械式電能表有著計(jì)量更精準(zhǔn),、智能扣費(fèi),、電價(jià)查詢、電量記憶,、余額報(bào)警,、信息遠(yuǎn)程傳送的優(yōu)勢(shì)。

  對(duì)電力公司而言,,采用智能電表可省去人工抄表的成本,,并且減少竊電的損失。除此之外,,電力公司利用智能電表取得客戶的用電量資料后,,再用Internet的方式實(shí)時(shí)回傳給用戶參考,客戶可據(jù)以分散用電的時(shí)間(因尖峰時(shí)段費(fèi)率高),,作電力使用的管理,,達(dá)到節(jié)省電費(fèi)成本的效益。

  對(duì)政府而言,,智能電表有助用戶節(jié)約用電,,可以達(dá)到節(jié)能減碳的政策目標(biāo)。

  對(duì)于用戶來(lái)說(shuō),,可以節(jié)省電費(fèi)開(kāi)支,,用戶可充分利用峰、谷電價(jià)的差異自主定制用電方案,,做到用相同的電,,花最少的錢(qián)。

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