多功能单相电子式电能表-毕业设计.doc

多功能单相电子式电能表1毕业设计说明书作者：学号：系部：电力系专业：电网监控题目：多功能单相电子式电能表指导者：（教授）评阅者：2004年6月多功能单相电子式电能表2电子式电能表摘要：电能是国民经济、工业、商业、等人民生活的重要二次能源，电能在现代社会中是普遍使用的，所以电能计量装置在发、供、用电的地位是十分重要的。电能计量装置就更显得重要，电能表作为测量电能的专用仪表其性能直接影响着电能管理的效率，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飞速发展的需求电子式电能表应运而生本次设计的多功能单相电子式电能表能采集计算电压、电流、有功电能、无功电能，在电能表本体上有LCD显示器，显示采集和计算的各种所需数据；并具有RS485通讯接口关键词：电能表电子式单相式RS485多功能Measuringapparatusofelectricenergy.Abstract：Electricenergyfornationaleconomy,industry,commerce,etc.peopleslivestheenergyimportant,electricenergybeusedgenerallyamongmodernsociety,soelectricenergymeasuringapparatustakeplace,support,usestatusofcableveryimportant.IfafterChinahasparticipatedinworldcommerce,themeasuringapparatusofelectricenergyseemsmoreimportantevenmore,becauseforeigncountriesrequirecollectelectricrateaccuratelyrationally,especiallythoseindividualproprietorshipfactoryorjointventurepaymoreattentiontoelectricenergymeasuringapparatus.多功能单相电子式电能表3前言在现代化社会中，电能已经成为最重要的能源。电力工业的发展需要电能计量仪表制造业的进步与之相适应，发电、输电、配电与用电均需要准确的计量电能。在世界资源匮乏的今天，电能的节约与有效利用均具有十分重要的意义。电能表作为测量电能的专用仪表，自诞生已有100多年的历史。电能表在电能管理用仪器仪表中占有很大比例，其性能直接影响着电能管理的效率和科学文化水平。100多年来，随着电力系统、所有以电能为动力的产业的发展以及电能管理系统的不断完善，电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程。本设计的单相电子电能表具有用电计量、监视、控制、管理四大功能，由于内部无机械摩擦而准确度高，灵敏度高，易实现自动化测量，用RS485可实现远方通信。在设计过程中，承蒙母校提供良好的上机环境，始终受到电网监控教研室主任韩念杭教授的关心和指导，在此表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意！由于本人水平有限，设计中还存在不妥和欠缺之处，敬请各位老师谅解，恳请批评指正。谢谢！作者2005年6月多功能单相电子式电能表4目录前言3第一章电能计量基本概念1.1电能计量装置第二章电子式电能表2.1电子式电能表的发展史2.2电子式电能表的一般结构与原理2.3电子式电能表的功能与分类2.4各种电能表的比较第三章多功能单相电子式电能表的硬件结构3.1电子式电能表的硬件框图3.2电源电路部分3.3计量部分3.4通讯部分3.5MCU及其它电路部分第四章多功能单相电子式电能表的软件结构4.1电能表的系统软件结构框图、4.2电能表的程序流程图第五章电子式电能表的整体结构5.1完整的电路原理图和印制电路板5.2电能表的结构图附录一参考文献附录二参考程序多功能单相电子式电能表5第一章电能计量基本概念电能是国民经济、工业、商业等人民生活的重要二次能源，电能可以方便地转化为其他形式的能量。电力的生产和其他产品的生产不同，其特点是发电厂发电、供电部门供电、用户用电这三个部门是连成一个系统，不能间断地同时完成，而且是互相紧密联系缺一不可，它们互相如何销售，如何经济计算，那就需要一个计量器具在三个部门之间进行测量计算出电能的数量，这个装置就是电能计量装置。在电力市场的整体运作中，电能计量装置的读数作为电力产品贸易结算的依据，已经越来越受到贸易双方的重视，是贸易双方经济核算的重要指标。随着我国加入WTO、融入国际大市场的步伐，工农业生产的自动化程度及劳动生产率已大大提高，降低产品的电能成本已成为广大电力用户追求的目标。必须加强电能计量的学习，加强电能计量新技术的学习，使电能计量工作管理规范化，符合国家标准，计量准确可靠。1.1电能计量装置电能计量是由电能计量装置来确定电能量值的一组操作，是为实现电能量单位及其量值准确、可靠的一系列活动。电能计量原理框图如图所示。高压配电系统电压信号传输线电流信号传输线用户配电变压器用户供电线路分支是与高压配电系统相连接的，要对这个高压供电系统分支电压信号源器件电流信号源器件电能量采样测量计算显示存储器件多功能单相电子式电能表6的电能进行计量，首先要通过电压信号源器件将高电压信号成正比地变为低电压信号，通过电流信号源器件将大电流成正比地变为小电流信号；然后通过传输线将这个低电压、小电流信号传输给电能量采样、测量、计算、显示、存储器件。电压信号源器件一般选用电磁式电压互感器，也有用电容分压器或电阻分压器的，高新技术选用光电压互感器；电流信号源器件一般选用电磁式电流互感器，高新技术选用电子式电流互感器、光电流互感器；传输线一般选用电缆，高新技术选用光缆；电能量采样、测量、计算、显示、存储一般由电能表来完成，高新技术直接用计算机来取代电能表。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。第二章电子式电能表2.1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多功能单相电子式电能表7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。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。2.2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。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。（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多功能单相电子式电能表8IU2.3电子式电能表的功能与分类2.3.1电子式电能表的功能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。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。电压互感器电流互感器测量部分管理部分接口部分显示部分电源部分多功能单相电子式电能表9定长时间也称为需量周期，一般为5、10、15、30、60min。而计算需量的间隔称为滑差步进时间，一般为1、3、5、15min。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15min，滑差步进时间为5min，即每5min计算一次当前15min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15101520253035404550556065707580859095时间(min)如图所示，电能表从0min开始计算需量，每5min计算一次最大需量，当第50min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