电子式电能表电原理图分析1
电子式电能表电原理图分析大纲：一、 电子式电能表原理（分类为5大部分：电源、采样计量、单片机处理、通讯、输出）：电表维修原则：1、通过现象查上一级电路输出的电压（或信号）是否正常。2、上一级电路输出的电压（或信号）是正常的，则故障不在上一级电路，查本级电路。3、上一级电路输出的电压（或信号）是不正常的，再查上上一级电路输出的电压（或信号）是否正常。4、通过分级检测输出的电压（或信号）是否正常来确定故障的范围。1、 供电原理（讲原理时要画出电路，提及有故障时的现象和检测维修方法）；1.1、 三相表供电原理：变压器供电原理（详细讲解）；电原理图如下：用变压器变压、整流、稳压对三相表进行供电，电路中有三个变压器。其中的每个变压器的工作原理都相同，只是各个变压器的初级输入电压是三相电压中的不同的相。对于三相四线电表：T1初级为AN线电压，T2初级为BN线电压，T3初级为CN线电压；对于三相三线电表：T1初级为AB相电压，T2初级为AC相电压，T3初级为BC相电压，对应我们经常在三相三线电表上显示的A相电压（为AB相电压）、B相电压（为AC相电压）、C相电压（为BC相电压）。用三个变压器供电的好处是：1、当电网出现某一相或两相无电压时，电表仍然可以计量有电压的相的用电情况；2、增加电表供电的带载能力，保证电表的正常工作。现以变压器T1为例详细说明以上供电电路的工作原理：1、 压敏电阻RV1压敏电阻的工作原理顾名思义，压敏电阻就是对电压敏感，由电压的改变而改变自身的电阻，我公司使用的压敏是正常时为开路，当电压达到一定值时（压敏的动作电压），压敏电阻会非常快速地阻值下降到零（短路。这个时间为t、t为1nS10 nS，t因选择的压敏型号不同而不同）。而对多少电压值（动作电压）会开始阻值下降也是因选用的型号不同而不同，一般是型号上的数值。比如：20K510的压敏电阻，则最大不动作电压为510V，可以查相关的电子元件资料，电子文档文件路径：Z:研发中心综合组陈大全。压敏电阻RV1在本电路中的作用当输入电表的电压线上有带高能量的短时高电压时，压敏电阻动作，使高电压短路（AN，三线为AB），达到保护电表的目的。此处的高电压不是由于错误接线产生的380V或420V之类的持续高压，而是由于雷电或其他情况产生的短时浪涌电压。压敏电阻特别注意事项压敏电阻在动作时可以承受1000A甚至于8000A的电流（因型号不同而不同），但是不能持续工作在动作状态（短路状态），因为压敏电阻是一种耗尽型的电子元件，通俗地说就是“动作一次就少一次，直至最后烧毁”，如果压敏电阻一直工作在动作状态（短路），那压敏电阻会因为电流持续时间长而爆炸。最初的电子式电能表使用380V的动作电压压敏电阻时，就有过电网发生接地故障（产生压敏两端一直有380V电压）而使整条电网线路上的电子式电表压敏电阻都爆炸的事件。后来就用420V的，再后来又认为420V的还不保险，现在就用510V的。2、 热敏电阻PTC1热敏电阻的工作原理热敏电阻在正常状态下呈现一个固定的阻值我们使用的热敏电阻的型号中有（3060）的标记，这个标记不是指一个热敏电阻的阻值在正常情况下可以在3060之间变化，而是指这一批的热敏电阻的阻值在3060的范围内。，当通过热敏电阻的电流达到一定值时（动作电流，因热敏电阻的型号不同而不同），热敏电阻的阻值会增大，按照欧姆定律I=U/R的原理，使流过有热敏电阻的回路中电流降低，保护此回路中的其他器件。 热敏电阻PTC1在本电路中的作用以上电路中，热敏电阻和T1初级串联，当输入电压正常时，此时热敏电阻和T1初级串联的回路中的电流为电表正常的电流（因为国标要求电表单相功耗不能超过2W，且要保证供电电路为电表提供足够的工作电流，由P=UI可以得出三相四线220V电表一般为10毫安左右），热敏电阻处于正常状态（固定的阻抗，因选择的型号不同而不同）。当输入电压变大时（一般是接地故障），热敏电阻和T1初级串联的回路中的电流也将变大，当此电流达到或超过热敏电阻的动作电流时，热敏电阻将动作，热敏电阻阻值会变大，而阻值变大的速度取决于此时电流的大小，电流越大，速度越快。当热敏的阻值变大时，由欧姆定律I=U/R，可以得出整个回路的电流将变小，T1初级得到保护。如果没有热敏电阻，T1初级的电流过大后，线圈会发热，发热的热量会使T1的绕组（漆包铜线）上的绝缘漆熔化，从而导致T1绕组匝间短路，最后烧毁T1。如果变压器本身能承受420V时的电流而不会烧毁（不会出现匝间短路），那是最好的，可以不用热敏电阻。并且，变压器如果输入端为420V时，变压器次级输出的电压必须满足：整流后的电压值不能大于滤波电容的耐压值和三端稳压块的输入极限电压，这样才不会损坏滤波电容和三端稳压块。热敏电阻特别注意事项1、热敏电阻的选型，必须达到电表正常工作时，热敏电阻不能动作，这里有个问题是：当环境温度变高时，热敏电阻的动作电流会变小。这种情况要注意：常温220V电表可以工作，虽然高温时电表工作的功耗电流和常温一样，但是热敏电阻的动作电流在高温下已经改变为现在的电流甚至更低，高温（比如70度）时220V可能热敏电阻已经动作，电表不工作了。所以热敏电阻选型要满足1.2倍正常电压高温不保护。要求1.5倍正常电压下电表要工作时，则要满足1.5倍正常电压高温不保护。2、热敏电阻的选型，最好（企业标准是必须）在动作后，电表能显示并走字（精度可不要求）。这样就要使热敏动作后达到：T1初级与热敏电阻分压后，T1初级的电压仍然是220V左右，保证电表工作。这也是选型时要试验后才能定的。3、三相三线的电表不需要热敏电阻，因为三相三线的三根线无论如何错接，其电压差都不会变大，只是如果在调试和使用中如果错误地接到了220V电压上，电表的变压器将被烧毁，所以高档的三线电表或者客户有要求的表还是加了热敏的。4、57.7V的四线表使用的热敏动作电流比220V的要大（因为国标要求的功耗、电表本身需要的工作功率决定的），工作原理与220V相同。3、 变压器T1 变压器的工作原理变压器是把漆包线绕在磁性材料上，绕好后，初级通电产生磁场，这个磁场旁边的次级再感应出电压，以此达到把电压改变的目的。其原理定理为：Uin/Uout=N1/N2；Iin/Iout=N2/N1，Uin为输入电压，Uout为输出电压，N1为初级绕组的匝数，N2为次级绕组的匝数，Iin为输入电流（流过初级绕组的电流），Iout为输出电流（流过次级绕组的电流）。变压器T1在本电路中的作用T1初级N12加电压Uin ：AN（三线为AB），则在T1次级N34感应到一个电压，我们设为U34，在N56感应到一个电压，我们设为U56。具体的电压变化按照变压器原理：Uin/Uout=N1/N2进行计算，我们可以按照变压器的型号查看我公司的自制件文件，电子文档文件路径：Z:研发中心综合组陈大全自制件文件，使用“搜索”功能查文件名关键字可以很容易查到：比如查“TET35I01-220”，搜索“TET35I”就可以，然后在搜索的结果中寻找需要的型号。纸制的文件在我公司下发技术文件的各个部门文员处。通过以上途径我们可以知道变压器的具体输出电压，可以知道绕组脚分布情况，以便检测变压器是否损坏。因为对电表的安全性的要求（人身安全和设备安全），电表的试验和实际使用中都会要求电表的输出端子必须和强电（既A、B、C、N）隔离，而电表的端子中如果有485口，那么485电路的供电电源也要和强电隔离：因为485口和485电源之间是不能做到要求的隔离强度的，既485口和485电源应该看做是等电位。U56为供485电压的次级电压，U34为供电表除485电路以外的电路的次级电压，所以N56与初级、N56与N34是隔离的，按照国家标准GB/T 17215，GB/T17883的要求，必须满足施加交流4KV电压60S时间，N56与初级之间漏电流不能超过1毫安，N56与N34之间漏电流也不能超过1毫安。变压器T1在本电路中的作用则是：1、输出两个次级电压U34和U56；2、U56和Uin之间，U56和U34之间必须做到施加交流4KV电压60S时间，漏电流不能超过1毫安。变压器特别注意事项1、变压器每个绕组都应该有一个固定的阻值（组成绕组的铜线决定：次级十几欧姆到几十欧姆左右，初级1.5K欧姆左右。），如果是开路或者是短路都表示变压器的这个绕组坏了，或者是变压器绕组脚的分布与图纸不符。2、因为有三个变压器供电，所以检测电表时要做单相供电试验。这里的单相供电和误差测试时检测单相电压不是同的：因为供电是一个电路，而电压取样是另外一个电路，两者没有任何联系。既：能检测到A相电压只能表明A相电压采样正常，不能表示A相供电正常；同样，供电正常也不能表示采样正常。且各相的供电和采样都没有关联关系，需要一个个地全面检测，才能判断所有相的供电和采样是否正确。4、 半波整流D5半波整流的工作原理由于二极管是PN结组成的，具有单向导电性：P到N的电压为正（加正向电压），且到一定值（二极管的阀值，硅管：硅材料二极管为0.6V0.8V，锗管：锗材料二极管为0.2V0.3V）后二极管会呈现低阻抗状态（导通），使电流通过二极管。而N到P的电压为正时（加反向电压），二极管会呈现高阻抗状态（开路），电流不能通过二极管。所以当有一个正弦波通过一个硅二极管时将产生如下图的波形变化：正弦交流电将成为一个断续的只有正且大于0.7V的电压，这个电压已不再是交流电压，而是直流电。当然，只是一个断续的、不稳定的直流电压。半波整流D5在此电路中的作用半波整流D5在此电路中的作用是：把交流电压U56整流为断续的、不稳定的直流电压。半波整流特别注意事项1、每个变压器都有一组供电是电表的485供电，所以当某相变压器没有输出（变压器坏或D5损坏），而其他两相或一相有输出时，485电路仍然可以工作，但是可能会成功率会降低（因为功率不够），也可能没有问题（一相或两相完全满足485电路的功率要求）。所以检测时要单相通485，才能检测到某一相485供电是否正常。5、 桥式整流D1、D2、D3、D4桥式整流的工作原理桥式整流也是利用二极管的单向导电性能工作的，以电路中D1、D2、D3、D4进行分析，当有一个正弦波通过一个桥式整流二极管网络时，将产生如下图的波形变化：桥式整流D1、D2、D3、D4在本电路中的作用桥式整流D1、D2、D3、D4在本电路中的作用是：把交流电压U34整流为比较连续的，比较稳定的直流电压。桥式整流特别注意事项1、同变压器特别注意事项2。2、桥式整流D1、D2、D3、D4如果只损坏（或焊反：焊反的可以目测）其中的一个（或同一个整流回路中的两个），另外一个整流回路正常，比如D1、D2坏D3、D4好，或D3、D4坏D1、D2好，则桥式整流还可以输出半波整流后的波形，仍然可以对后级电路供电，但是功率会只有原来的一半，这样的话电表可能工作，也可能不工作。要检查这种故障，要对电表进行单相80%Un或70%Un（甚至更低电压）的供电工作检测，对比正常电表的80%Un或70%Un（甚至更低电压）供电工作情况进行判断某相是否有此故障。6、 滤波电容C1、C3、C5、C7滤波电容的工作原理电容的结构是两端（有极性的电容则是两极）为导电极，导电极中间是绝缘介质。电容最大的特点是两端电压不能突变：它的一端加一个电压U1时，电容上的电压是要经过一端时间充电才能达到U2的（如果电容容值很大，则C两端电压可能一直不能达到U1），U1波形到达峰值后，电容两端电压将保持U2不变，外部电压变小或变为负，电容将放电，电压又会从U2开始下降。滤波电容C1、C3、C5、C7在此电路中的作用
