数字电表的原理(智能电表线接反了会怎么样)

电能表作为电力系统中非常重要的一部分，主要测量电路中消耗的电能。随着时代的发展和社会经济的进步，电能表的发展经历了一个漫长的过程。

世界上电能表的产生和发展已有一百多年的历史。最早的电度表是1881年根据电解原理制成的。尽管每一米都有几十公斤重，但它非常笨重，而且无法保证精确度。但在当时，它仍被人们视为科技领域的一项重大发明而受到推崇，并很快被工程采用。随着科学技术的发展，1888年交流电的发现和应用，感应式电能表诞生了。

80-90年代，长寿命电能表、机电一体化电能表(半电子式电能表)、全电子式电能表、多功能全电子式电能表、预付费电能表、多费率电能表、最大需量表、损耗电能表等。开始被使用。

20世纪90年代，一些电子式电能表相继问世，推动了电能表的发展。电子式电能表的优点是体积小，重量轻，灵敏度高，精度高，便于校验安装，过载能力强，有脉冲信号输出，为自动抄表提供了有利条件。

自2000年以来，智能电表得到了大力发展。智能电表是一种新型的全电子式电能表，具有电能计量、信息存储与处理、实时监控、自动控制、信息交互等功能。支持双向计量、阶梯电价、分时电价、峰谷电价等实际需求。也是实现分布式电能计量、双向互动服务、智能家居、智慧社区的技术基础。还能自动预警居民用电负荷，避免因超载引发短路、火灾等严重事故。此外，居民可以使用预付卡或网上充值的方式缴纳电费，方便快捷。

感应式仪表的工作原理

感应式单相电度表又称机械式单相电度表，是利用电磁感应原理设计的。当电能表接入被测电路时，被测电路的电压U加在电压线圈上，在其铁芯中形成交变磁通，这一磁通φ U的一部分从后磁极穿过铝盘到达电压线圈的铁芯；同样，被测电路电流I通过电流线圈后，在电流线圈的U形铁芯中会形成交变磁通φ I。这个磁通会在U形构成的磁芯的一端从下往上穿过铝板，再从上往下穿过铝板回到U形磁芯的另一端。电度表的电路和磁路如图6-3所示，其中磁化板4由钢板冲压而成，其下端伸入铝板的下部，与分隔铝板和电压元件的铁芯柱相对应，形成电压线圈工作磁通的电路。

(a)铁芯结构(b)电路和磁路

由于穿过铝盘的两个磁通量是AC磁通量，并且在不同的位置穿过铝盘，所以在图4中，在磁通量和涡电流分别穿过铝盘的位置附近产生感应涡电流。如图所示，这两个磁通量和这些涡流的相互作用会在铝盘上产生一个转动力矩，带动铝盘转动。

作用在铝板上的旋转力矩MP与被测电路的有功功率成正比。当铝盘在旋转力矩的作用下开始旋转时，穿过其永磁体的磁通量φ f会在其上产生涡流if。涡流与永磁体的相互作用会产生一个与铝板旋转方向相反的力矩Mf作用在铝板上，称为制动力矩。显然，铝盘旋转越快，穿过它的磁力线被切割的速度越快，引起的磁通变化率越大，产生的涡流越大，制动力矩也就越大。当铝盘静止时，制动力矩不存在。制动力矩随着铝板的转动而产生，并随着转速的增加而增加，其方向始终与铝板的方向相反。

当铝盘在旋转力矩的作用下开始旋转时，其制动力矩随着转速的增加而增加，直到制动力矩与旋转力矩达到平衡。此时作用在铝板上的总扭矩为零，铝板的转速稳定在某一转速而不是增加。

智能电表

智能电能表由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成。它具有电能计量、数据处理、实时监控、自动控制和信息交互等功能。智能电表给智能IC卡充电，输入电表，电表就可以供电了。当电表中的电用完时，它会自动关闭电源，从而有效解决上门抄表和电费收缴难的问题。并且用户购电信息由微机管理，方便查询、统计、计费、打印账单。

与普通机械式电能表相比，智能电表具有计量更准确、智能扣费、电价查询、电量记忆、余额报警、远程信息传输等优点。

智能电表的分类

目前国内智能电能表有两种:一种是机电一体化的，一种是全电子式的。

机电一体化

机电一体化就是在原有的机械仪表上增加一定的部件，使其既能完成所需的功能，又能降低成本，便于安装。总的来说，它的设计方案是在不破坏电流表原有物理结构，不改变其国家计量标准的基础上，加装一个传感装置，使之成为一个具有机械测量和电脉冲输出的智能仪表。

第一种机电式电能表是在原有机械式电能表的基础上，加装电子计数装置和相应的控制、通信电路，或ic卡读写接口，实现自动计量、计费和控制。其基本结构是在原机械式电能表的转盘上打孔或涂(贴)能吸收光线的材料。通过光电转换，将机械转盘的转动转换成电脉冲信号，然后进行相应的计数处理。这种电能表没有改变计量原理，计量精度和特性与机械式电表完全一样，但成本相对较高。

另一种机电式电能表是利用电子计量电路获得数字脉冲信号，然后由微电机带动字轮获得电能计数值。这种结构是电子式电能表最简洁可行的方案，但遗憾的是它对计量电路的要求较高，即要求所有的表计都要将电能值按固定的比例转换成相应数量的数字脉冲，才能以正确的速度驱动微电机转动字轮。这个比值就是所谓的电表常数(imp/kWh)。由于电路中用于确定脉冲速度的计时元件大多是参数离散性较大的阻容元件，为了保证电表的测量精度和产品的一致性，在生产过程中需要加强元件的选择和半成品的调整，也就是说要增加相应的人力物力的投入，延长生产周期，从而增加电表的生产成本和费用。另外，这种结构的电能表在数据采集和用户付费方面与老式的机械式电表没有区别，应该是淘汰的产品。

全电子智能仪表

所有电子智能仪表从测量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而省去机械部分。与机电一体化智能电表相比，电子智能电表体积更小、更可靠、更精确、功耗更低，并大大改进了生产工艺。全电子式智能电表将逐步用机械部件取代电表，这是未来社会发展的大趋势。

全电子式电能表系统的组成:

1.远程传输表。有脉冲输出的仪表，如水表、电表、煤气表、热量表等。，都是远程仪表，除了在原有的基表基础上增加了脉冲输出功能，每个脉冲代表一定的测量值外，其测量方法与传统仪表相同。采集器通过远程仪表的脉冲输出端口采集脉冲。

2.收藏家。采集器可以同时采集水表、电表、煤气表、热量表等输出的脉冲信息。，并将这些脉冲信息转换成经测量认可的物理量，存储在每个采集器的存储器中。通过管理微机，可以查询系统中任意一户的用能信息，并在管理微机的抄表命令下上传用户信息。

3.转换器。转换器的主要任务是完成与采集器的数据通信，向采集器发出电能数据冻结命令，周期性循环接收采集器的电能数据或根据系统要求接收一只或一组电表的数据。根据系统的要求，完成与主站的通信，并将用户用电数据等主站需要的信息传输到主站数据库。下行是指转换器和采集器之间的通信线路，主要包括总线抄表系统、载波抄表系统和红外抄表系统。通信信道上行信道是指变频器与主站之间的通信线路，可以采用电话、无线、专线等通信介质。

4.系统治理软件功能。系统的管理软件以通信为基础，以数据库为核心，提供数据处理、查询、统计、报表、备份等功能。采用面向对象和模块化相结合的方法，灵活支持不同客户的需求，如特殊格式报表、权限控制等。配合客户原有管理系统，可与其他管理软件接口，提供数据接口和通信接口，并具有网络通信功能；它可以同时管理多个小区，并为每个小区设置通信参数；电表管理，设置电表的原始参数、地址和状态；费率管理，可以任意设置多种费率，设置每种能源的单价；管理用户，管控每户消费，管理用户结算方式；实时抄表功能，系统可以复制每个电能表的实时数据；通过用电量自动计算，可以将公共能耗平均或按比例分摊到每户，并根据查表数据和单价，自动计算出每产出的用电量，从而向用户收费。打印功能，打印用户的费用清单；查询功能可以随时查询任意住户、任意单元所有住户、全小区所有住户的能耗信息。

智能电表的工作原理

下图是智能电表的原理框图:

下图是硬件设计示意图:

智能电表主要由电子元件组成。其工作原理是对用户提供的电压、电流进行实时采样，用电表专用集成电路对采样的电压、电流信号进行处理，转换成与电能成正比的脉冲，最后由单片机进行处理和控制，脉冲显示为用电量和输出量。通常，智能电表测量1千瓦时，A/D转换器发出的脉冲数称为脉冲常数。对于智能电表来说，这是一个重要的常数，因为单位时间内A/D转换器发出的脉冲数将直接决定电表的测量精度。

目前，大多数智能电表采用每户一个A/D转换器的设计原则。但有些厂家生产多用户集中式智能电表，多户共用一个A/D转换器，这样电能的计量只能分时排队，会造成计量精度下降。

智能电表的采样模式

目前，电子式电能表对用户用电量的采样主要有两种方式，一种是用变压器采样，另一种是直接采样。

利用变压器采样是利用电压互感器和电流互感器分别采集用户的电压信号和电流信号；直接采样是通过热稳定性高的电阻分压网络获得电压信号，通过电阻温度系数低的锰铜片直接采样电流。

使用变压器采样在启动电流、线性范围、功耗、精度等方面都不如直接采样，尤其是电流值较小时。采样变压器的优点是抗干扰能力强，电路简单，成本低。比如额定电流为20A时，直接采样的启动电流为20A，变压器采样的启动电流为40mA。比如采用特殊锰铜片进行直流采样的全电子式电能表，其误差可以调整到+0.5%，而如果不采取补偿措施，电流互感器本身的误差可能超过5%。

智能电表的抄表方案

电能表作为电费的计量依据，涉及到抄表。从目前的技术来看，主要有IC卡型和远程抄表型。

IC卡收费系统成本低、可靠性高、使用寿命长。IC卡使用硅片(EEPROM)存储信息，一张IC卡至少可以使用10年。IC卡咪表收费系统安全性高，不易被复制，收费正确，不易出错。它有很强的加密性。使用IC卡电表收费系统可以提高居民电费的治理水平，保证用电部分能及时收到电费(用户不继续买电将被断电)。IC卡电表的系统功能包括预充电功能、报警功能、断电功能、显示功能和加密功能。

整个IC卡电表收费系统包括主机、IC卡电表和IC卡。IC卡电表收费系统实现了电费的电子化，技术成熟可靠。因此，IC卡收费系统在我国已经得到了广泛的推广。但从系统的角度来看，由于用户终端与系统主机不直接相连，用户的情况只有在用户刷卡支付时才能得知，信息反馈滞后。可以说用户终端仍然是断网的。从经济角度来说，先充电后送电不符合经济政策。可以说在一定程度上侵害了用户的利益，所以现在很多城市已经原则上不再审批新的IC卡计价器项目。从长远来看，IC卡收费系统只能作为一种过渡产品。

自动抄表系统可以实现用电数据的自动读取，克服了人工操作的所有弊端。用户用电数据可直接进入用电业务计算机管理系统，用电管理人员可随时监控用电情况，处理问题(如故障、窃电等。)及时。线损直接影响供电部分的经济效益。以往无论人工抄表还是IC卡抄表，都无法正确测量线损，也很难找出线损的原因。而利用远程抄表，几乎可以同时获得总表读数和总表读数，从而可以随时掌握线损情况，也可以方便地分析线损原因进行处理。随着形势的发展，居民在银行开立个人账户，业务计算机管理系统与银行联网，数据自动复制处理、银行转账支付等一整套操作，才能真正实现用电管理的自动化。目前，国内远程抄表系统主要有485总线和载波抄表两种形式。载波抄表系统采用专用芯片对用电数据进行调制解调，通过电力线进行通信，实现集中抄表。45总线模式的数据传输可靠性高，成本低。缺点是需要布线，安装复杂。此外，电缆很容易被人破坏。尤其是现在很多小区拒绝开通有线，这种公交模式很难建设。目前采用较多的方案，如用户终端与数据集中器之间采用电力线载波通信，数据集中器与主机之间采用专用电话线。当然，根据小区的不同情况，也有很多采用485总线配合电力载波的方案。

由于全电子式智能电表的用电数据已经数字化，可以很容易地与各种数据采集和传输电路相结合，形成自动计量计费系统，是目前家用电表的换代产品。这类产品的广泛使用将省去供电部门大量的抄表计算工作，并能及时收回电费，即先交费后用电，具有巨大的经济效益和社会效益。这类智能电表有两种常见的抄表方案:总线集中抄表和电力载波集中抄表。都是远程抄表。

总线集中抄表:电表部分采用智能电表，每个智能电表的信号线并联一条总线，总线接楼下的适配器，每栋楼的适配器接小区内的集中器，集中供电。

电力载波抄表:直接利用现有低压输电线路进行数据传输的集中抄表系统，省去了线路的铺设，优势明显。

该系统是集微电子、通信和计算机技术于一体的高科技产品。它具有可靠性高、安装简单的显著特点。广泛用于城市和农村的电表、煤气表的抄表、收费和监控。但是，由于电力线是用来向用电设备传输电能的，而不是数据，所以数据传输有很多限制:(1)配变会阻断电力载波信号，所以电力载波信号只能在一个配变区域内传输；(2)不同的信号耦合方式对电力载波信号的损耗不同；(3)电力线具有固有的脉冲干扰。此外，电力线上的高衰减、高噪声和高失真使得电力线成为不令人满意的通信介质。然而，随着现代通信技术的发展，电力线载波通信成为可能，其中数据信号的信噪比决定了传输的距离。电力线通信的关键是选择功能强大的专用于电力线载波的调制解调器芯片。

智能电表的工作特性

智能电表不仅采用了电子集成电路的设计，还具有远程通信功能，可以与计算机联网，由软件控制。因此，与感应式电表相比，智能电表在性能和操作功能上都有很大的优势。

1.功耗:由于智能电表采用电子元器件设计，每块电表的功耗一般只有0.6W ~ 0.7W左右，对于多用户集中式智能电表，平均到每户的功率就更小了。一般来说，每个感应表的功耗约为1 7w。

2.准确度:就电表的误差范围而言，2.0级电子电能表在5%~400%的校准电流范围内，测量误差为±2%，目前普遍采用1.0级的准确度水平，误差较小。感应式电能表的误差范围为+0.86% ~-5.7%，并且由于机械磨损这一不可克服的缺陷，感应式电能表走得越来越慢，最终误差越来越大。国家电网对感应式电表进行抽查，发现50%以上的感应式电表使用5年后，其误差超过允许范围。

3.过载，工频范围:智能电表过载倍数一般可达6~8倍，范围较广。目前8~10倍放大的仪表是越来越多用户的选择，有的甚至可以达到20倍放大的宽量程。工作频率也很宽，从40 Hz到1000 Hz。而感应式电表过载倍数只有4倍，工作频率范围只有45~55HZ。

4.功能:由于智能电表采用了电子电表技术，可以通过相关的通信协议与计算机联网，通过编程软件对硬件进行控制和管理。因此，智能电表不仅具有体积小的特点，还具有远程控制、多费率、识别恶性负荷、防窃电、预付费等功能。而且可以通过修改控制软件中的不同参数来满足不同的控制功能要求，这是传统的感应式电表难以或不可能实现的。