电能表原理

电能表是用来测量电能的仪表，又称电度表，火表，千瓦小时表，指测量各种电学量的仪表。按用途分为有功电能表，用于测量有功电量；无功电能表，用来计量发、供、用电的无功电能；Z大需量表，是一种既积算用户耗电量的数量，还指示用户在一个电费结算周期中，指定时间间隔内平均Z大功率的电能表；费率电能表，复费率电能表是按指定时段分别按要求计量各时段的用电量及总用电量的电能表；多功能电能表，除了计量有功（无功）电能外，还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表。根据接入电源的性质可分为：交流电能表和直流电能表。按照表计的安装接线方式可分为：直接接人式和间接接入式（经互感器接入）；其中由于测量电路的不同，通常又分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。

电能表原理

1.机械式电能表原理

机械式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器三大部分组成，工作原理框图如所示。

电能表原理

当把电能表接入被测电路时，电流线圈和电压线圈中就有交变电流流过，这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通；交变磁通穿过铝盘，在铝盘中感应出涡流；涡流又在磁场中受到力的作用，从而使铝盘得到转矩（主动力矩）而转动。负载消耗的功率越大，通过电流线圈的电流越大，铝盘中感应出的涡流也越大，使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大，转矩也越大，铝盘转动也就越快。铝盘转动时，又受到磁铁产生的制动力矩的作用，制动力矩与主动力矩方向相反；制动力矩的大小与铝盘的转速成正比，铝盘转动得越快，制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到暂时平衡时，铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时，带动计数器，把所消耗的电能指示出来。这就是电能表工作的简单过程。

光电转换器的作用是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲，此脉冲数也正比于被测电能，经过简单的光电转换得到的初始电能脉冲信号，由于波形不理想不能直接送至计数器计数或微处理器处理，还必须先经过整形放大、限幅限宽等一系列处理。分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。

光电转换器工作原理

由以上分析可以看出，光电转换器是机电式电能表的关键部分。

2.电子式电能表原理

电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出，通过计度器或数字显示器显示的物理器械。

电子式电能表与机械式电能表相比有明显优势。例如︰防窃电能力强、计量精度高、负荷特性较好、误差曲线平直、功率因数补偿性能较强、自身功耗低，特别是其计量参数灵活性好、派生功能多。由于单片机的应用给电能表注入了新的活力，这些都是一般机械表难以做到的。但是早期的电子式电能表也有一些明显的不足，如工作寿命较短、易受外界干扰、工作可靠性不及机械式电能表等。

电子式电能表是在数字功率表的基础上发展起来的，采用乘法器实现对电功率的测量，其工作原理框图如图所示。被测量的高电压u、大电流i经电压变换器和电流变换器转换后送至乘法器M，乘法器M完成电压和电流瞬时值相乘，输出一个与一段时间内的平均功率成正比的直流电压U，然后再利用电压/频率转换器，U被转换成相应的脉冲频率f，将该频率分频，并通过一段时间内计数器的计数，显示出相应的电能。

电子式电能表原理框图

电子式电能表中必须有电压和电流输入电路。输入电路的作用，一方面是将被测信号按一定的比例转换成低电压、小电流输入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电网隔离，减小干扰。

电流输入变换电路

要测量几安培乃至几十安培的交流电流，必须要将其转变为等效的小信号交流电压（或电流），否则无法测量。直接接入式电子式电能表一般采用锰铜分流片；经互感器接入式电子式电能表内部一般采用二次侧互感器级联，以达到前级互感器二次侧不带强电的要求。

电压输入变换电路

和被测电流一样，上百伏（100V或220V）的被测电压也必须经分压器或电压互感器转变为等效的小电压信号，方可送入乘法器。电子式电能表内使用的分压器一般为电阻网络或电压互感器。