1、毕业设计文献综述电子信息科学与技术双费率数字电度表的设计摘要本文章通过对于参考文献的查阅以及综合要求的考虑，了解电能表的发展研究历史，现阶段的研究状况和电能表的发展趋势，并通过对于各种方案进行比较，选出最为合理、实现效果最好的策划。关键词发展历史发展趋势现状方案比较电能表的发展以及研究历史感应系电能表世界上最早的出现的电能表，是一个叫爱迪生的德国人1880年利用电解原理制成的直流电能表。交流电的出现和被利用，对电能计量仪表的功能提出了新的要求。1888年，意大利物理学教授费拉里斯首先想到将旋转磁场理论用于交流电能测量。与费拉里斯几乎同时，美国一物理教师也根据旋转磁场的原理试制出了感应系电能表的
2、雏形。1889年，德国人布勒泰制作出了无单独电流铁心的感应系电能表。1890年，带电流铁心的感应系电能表出现了。直到19世纪末，才逐步该用永久磁铁产生制动力矩，以降低转动元件旋转速度并增加转矩。至此，感应系电能表的制造理论基本形成。电能开发及利用的加快，对电能管理和电能表性能提高提出了更高的要求。电力系统的不断扩大以及对电能合理利用的探索，使感应系电能表暴露出准确度低、适用频率范围窄、功能单一等缺点。电子式电能表应运而生3。电子式电能表早期的电子式电能表仍采用感应系电能表的测量机构作为工作元件，这种电能表在国外早已有成熟产品，并自20实际70年代初起就已开始在一些工业国家逐步大面积采用，由于其
3、以感应系测量机构作为其测量主回路的原理性缺陷，无法逃脱被取代的命运。为了替代由感应系测量机构测量交变电能，从70年代起，人们开始研究并试验采用电子电路的方案。近20年来，大量新型电子元器件的相继出现，为电子式电能表的更新换代奠定了基础。考虑到电能管理现代化的必然发展趋势，需要访问多种信息并要求决策与电价器具之间的双向通信，而数字乘法器型电子式电能表功能的扩展十分方便，容易与配电自动化系统继承，故有专家预言，数字乘法器型电子式电能表将成为今后电子式电能表的主要发展方向。微电子技术和计算机技术的告诉发展是电子式电能表迅速进步、日益成熟的主要技术支撑。电子式电能表子在一些工业发达国家已经使用较为普遍
4、。特别是近年来，电子式电能表的发展是非常迅速的，芬兰、瑞典、挪威等北欧各国以及法国、英国、德国、西班牙、比利时和意大利等西欧许多国家，其工商用户计费电能表己实现100电子化。居民用户的计费电能表也正在逐步电子化过程中，如法国2001年起已停止购买安装感应式电能表；意大利在2005年已经将全部感应式电能表更新为自动抄表的电子式电能表；英国目前已有80居民计费用表为电子式电能表。现在上海电网65以上的居民使用了电子式电能表。电能表的研究现状多费率电表是对传统单一费率电表的一个创新，其产生原因是最近几年来日益加剧的用电量峰谷矛盾，我国国民经济的稳步提升使得居民用电量不断增加使得不同时间段用电量不均衡
5、的现象日益严重，导致电力系统的负荷曲线变化幅度很大，为电网的稳定以及电能资源的合理分配使用带来了许多不良因素。在做本课题时，我对于一些电能表设计文献进行了参考，发现在对双费率电能表的设计上大同小异。双费率电能表的设计师建立在普通单一费率电能表上的，设计时主要将电能表的设计分为多个模块，电压电流采样模块，电能计量模块，单片机控制模块、电源模块和数据显示模块，由于每个参考文献对于设计要求和设计方向的不同，在一些细节方面进行了增减，例如时钟模块，通信模块等。采样模块这个模块完成将主网中的大电量，大电流转化为小电量，小电流，并将这些模拟信号提供给电能计量模块实现模数之间的转换以及计算。电流采样1锰铜片
6、分流器以锰铜片作为分流电阻RS，当大电流IT流过时会产生相应的成正比的微弱电压UIT7,如图1其数学表达式为UITITR图1锰铜分流器测量电路原理图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侧不带强电，并可提高电子式电能表的抗干扰能力。如图2图2电流互感电气原理图数学表达式为UTITTRLLIRKTI电压采样1电流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7。如图3数学表达式UTKUUUT如图3电压互感器电路图2电阻网络采用电阻网络的最大优点是线性好、成本
7、低，缺点是不能实现电气隔离。使用中，一般采用多级分压，以便提高耐压和方便补偿与调试。如图4如图4典型电阻网络线路图显示器目前常见的电子式电能表显示器件有3种液晶LCD、发光二极管LED、荧光屏FTP液晶显示器LCD是利用液晶在一定电场下发生光学偏振而产生不同透光率来实现显示功能的。液晶显示器在静态直流电场下寿命很短一般为几千小时，而在动态交变电场下寿命很长，可达20WH；除具有长寿命的优点之外，还具有功耗小小于10UA，在有一定采光度时显示对比度强等优点。发光二极管LED是利用特殊结构和材质的二极管在施加工向工作电压、具有一定工作电流时，发出某一特定波长的可见光来实现显示功能的。具有温度范围宽
8、4085、在弱光背景下显示醒目和低成本等优点；缺点是寿命短一般为3万5万H、耗电大一般510MA、露天下显示不清等。荧光显示板FIP是利用特种荧光物质在一定电场和一定红外热能下产生一定亮度的可见荧光来实现显示功能的。除成本高缺点外，其优缺点和发光二极管基本相同。由于LED数码管价格较LCD液晶显示器低，而且温度范围宽，适合电表的大面积推广和老百姓使用，所以选用LED电源模块电源模块为整个电能表系统提供所需要的电量。它可以将主网中的220V通过电能变换，降压整流等方法成为电能表可以使用的电能。从主网接入的电压经过变压器降压，再经由桥式整流电路整流后，电解电容储能、平波。滤波电容滤除高频纹波，再经
9、三端稳压器稳压即获得直流5V电源，为各种芯片正常工作提供必要的电源。当电网停电时，36V锂电池供电，电网上电时，由7805三端稳压器的输出引脚输出的5V直流供电1。如图5图5电源模块原理图电能计量模块ADE7755是一种高准确度电能测量集成电路。ADC和基准源为模拟电路，乘法器和滤波器都是数字电路，这可以使ADE7755能够保持极高的准确度和长期稳定性。两个ADC对来自电流和电压传感觉器的电压信号进行数字化，这两个ADC都是16位二阶一模数转换器，过采样速率达900KHZ，ADE7755的模拟输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口可以与传感器直接连接，也简化了抗混叠滤波器的设计。被测电流
10、经可编程增益放大器PGA放大后接电流通道的ADC，并由ADC转换为对应的数字信号。再经相位校J下和高通滤波，进入乘法器。乘法器的另一路输入是由电压通道ADC转换而来的与被测电压对应的数字信号。相乘后产生瞬时功率信号。此信号经低通滤波器滤除其中的交流分量，提取出负载消耗的瞬时有功功率。ADE7755对这个瞬时有功功率信号进行一段时间的累计和平均后，求得平均有功功率，并从管脚F1，F2输出。与此同时，以较短时间对瞬时有功功率进行累计，求得与瞬时有功功率成正比的高频频率并经CF输出1。如图6图6ADE7755功能框图发展趋势我国拥有世界上第一庞大的人口，作为一个电能表生产以及用户大国，广大国民对于电
11、能表的要求无疑将是电能表发展的趋势。多功能电表不在是一个幻想。复费率电能表将在未来的很长一段时间内继续使用，现在全球的科技仍在不断发展中，虽然可以从其他方面取得能源，但是总的用电紧张状态是不会有多大改变的。由于电子式可靠性好，准确度高，功能扩展性强，在电度表防窃电和增加谐波计算能力方面，电子式电度表更是表现出了强大的优势，因此，电子式电表有全面取代感应电表的趋势。电表的预付费技术将不断完善。在现在看来，从经济角度来说，先收费后送电的做法不符合现代中国经济政策的，在现在难以大面积的推广。但是此电表从原理上实现了无欠费的情况，深受电力部门的青睐，也预防了用电不付钱的现象。在技术方面，由于使用了非接
12、触式卡和CPU卡等新技术，这种电表在安全度和精确度将更上一个台阶，我相信在不久的未来将会得到使用。自动抄表系统在将来也会有不错的发展势头。现在在一些高档小区中自动抄表系统已经出现了他们的声影，但是现阶段这种自动抄表系统对于提高用户的用电质量毫无帮助，而且价格较一般电表高，很难投入广泛使用。但是随着通信技术的进步以及高自动化的管理，在已有技术的基础上加入红外线与GPRS技术，红外线用于短距离通信，而GPRS用于长距离通信，无线通信技术的发展将使这种系统广泛使用不在是一个梦想。电度表模块化设计将成为趋势。时代的发展对于电能表的进步提出了更高的要求，而模块化无疑将是解决这个问题的好方法，将系统的硬件
13、与软件分别模块化，比如这个设计中硬件的采样电路、电能计量模块以及软件的算模块、转换数据格式模块。这样的话，在对于电能表的开发中只要将精力集中于新模块、新功能的开发，这样就能有效提高新产品的更新速度，提高产品的可靠性4。参考文献1李剑单相智能复费率电能表的设计与开发DHTTP/WWWDOCINCOM/P50740083HTML2深圳周立功有限公司ZLG7289PDF3张伟军基于ADE7755的电子式单相电能表设计与制作DHTTP/WWWDOCINCOM/P48098465HTML4赵伟庞海波刘灿涛电能表技术的发展历程J电测与仪表，1999,6475DMMILOSAVLJEVI6,VVMILENK
14、OVI6,VDRADENKOVI6PRECISEPOWERANDENERGYMEASUREMENTTELSLKS99，1315OCTOBER1999,NIS,YUGOSLAVIA6376406EDDYSO,DANGELO,TOMNELSON,ANDLISASNIDERNRCNISTCOMPARISONOFPOWERMETERCALIBRATIONSAT60HZANDRANGESUPTO600V，100AIEEETRANSACTIONSONINSTRUMENTATIONANDMEASUREMENT,VOL50,NO2,APRIL20017电子式电能表的结构和工作原理HTTP/WWWDOCINCOM/P89686626HTML
