电子式电能表的误差及其调整方法

R

普通猛铜

硅猛铜

Y

t

20℃0.4 5 600 U/U (%)

N 图1 锰铜电阻温度曲线图2 模拟乘法器的输入电压误差特性曲线

电子式电能表的误差及其调整方法

电流、一次负载和工作频率有关。

(1)一次回路电流与误差绝对值及相位误差成反比。 (2)

二次负载与误差绝对值成正比，与相位误差成反比。

(3)频率(25～1000Hz)对误差的影响很小。电压采样器

带来的误差电压采样器分为分压器和电压互感两种。对

于分压器来

说误差情况如下： (1)温度误差。电子式电能表分压器

一般选用1％

精度的金属膜电阻，其温度系a≤50×10－6，故对于

0.5级以下精度的电能表，其误差随温度变化可以忽略

不计。

(2)一次电压误差。因为其为电阻分压，一次电压变化对

误差影响几乎可忽略不计。

(3)负载影响。无论是模拟还是数字乘法器，均采用

CMOS大规模集成电路，其电压回路的输入电阻相对于几

十千欧的电阻分压网络为无穷大，故而负载引起误差几乎

为零。

(4)频率(0～1kHz)对误差的影响几乎为零。同样电压

互感器的误差特性也存在上述几个方面，但都

不如电阻网络分压器。

着电力市场的逐步形成和完善，电能计量表计需要承

担的功能越来越多，尤其是供电、用电对自身的权益

也越来越关心，这就对电能计量表计的准确度提出了越来越

高的要求。而感应式电能表受其结构和原理上的制约，要进

一步提高准确度和拓展其功能很困难，因此电子式电能表得

以出现并得到了飞速发展。

电子式电能表的误差分布

电流采样器带来的误差

电流采样器分为分流器和电流互感器两种，当前多数

单相电子式电能表的电流采样器由锰铜合金板制成，其温

度系数小，电阻随温度变化而发生非线性变化，如图1所

示。这会引起电子式电能表误差对温度影响呈现非线性变

乘法器带来的误差

(1)模拟乘法器引起的误差

1)输入电压误差特性。模拟乘法器由运算放大器和大规

模集成电路实现，故其误差随着输入电压的变化有非线性变

化的特性，如图2所示

2)输入频率误差特性。模拟乘法器在很宽的频率范围内

误差特性稳定。

3)温度误差特性。其温度(-40～85℃)范围内，误差变化化。因为锰铜为纯电阻，若选择其阻值很小(电子式电能

表一般选35～88uΩ)，电流在一定范围内变化(5%～

600%I )时，其阻值不会发生变化，即其对电流的非线性

b

几乎为零。随着电子技术的发展和高精度的要求，出现了

霍尔器件

和带电子补偿的高精度电流互感器，其误差主要与一次回路

随

电子式电能表具有精度高、线性好、量程宽等

优点。但对于各种测量仪表，不论其质量如何，它

的指示值与被测量的实际值之间总是存在着差别，

这种仪表的误差，电子式电能表也不例外。

N 线输入 AD7755 150Ω V P 3300PF 150Ω 图3 单相电子式电能表的误差 调整电路

u=U sin ω t u ′=U ′sin ω t m TV 与前置机放大

m A /D C P U i=I sin(ωt φ+ ) i ′=I ′sin(ω t+φ+ ξ) m TA 与前置机放大 m

图4 软件补偿示意图

TUIcos(φ＋ξ)－TUIcos φ

×100%＝ 基本可以忽略不计。

(2)数字乘法器引起的误差 数字乘法器采用高精度A/D 转换进行数字化，然后对数 字量进行乘法运算。除了A/D 转换引起的误差(高精度电子 式电能表一般采用12位A/D ，准确度为0.0244%)外，其他 如温度、频率误差都可忽略不计。采用12位A/D ，由于其转 换分辨率高，对0.5级及以下精度的电子式电能表也可忽略 不计。 δ＝ W ′－ W TUIcos φ

W ＝(cos ξ－1)＋sin ξtg φ

式中，φ——电流、电压相位差； ξ——附加相位差。 上式说明电能表误差不但与φ有关，还与附加相位差ξ 有关。 一般情况，既有幅值误差又有相位误差时，令

W ′＝TU ′I ′cos(φ＋ξ)

误差的调整 δ＝ W ′－ W

TU ′I ′cos(φ＋ξ)－TUIcos φ

×100%＝ TUIcos φ

W 电子式电能表的误差调整可以分为硬件和软件调整。目 前生产的单相电子式电能表以硬件调整为主，而电子式三相 电能表以软件调整为主。特别是多功能电能表的误差更是以 软件调整为主。 硬件调整 单相电子式电子电能表一般以硬件调整为主。由于其电 压、电流采样主要采用分压器、分流器，因此其误差主要是 式中，U ′——实际电压幅值；

I ′——实际电流幅值；

U ——理论电压幅值；

I ——理论电流幅值。

令，γ= U ′I ′/UI ，则

δ=γ[cos(φ＋ξ)/cos φ]-1=γ(cos ξ-tg φsin ξ)-1 任何一只电能表经电压互感器变换电压，经电流互感器 幅值误差，硬件调整主要调整采样电阻。下面以ADI 公司的 AD7755为核心器件的某单相电子式电能表为例，说明单相 电子式电能表的误差调整。 如图3所示，通过短接9个采样电阻，来调整AD7755 电压输入端Up 的采样电压幅值，达到调整单相表误差的 目的。 交换电流、又经A/D 的前置运算器放大，由于元器件的分散 性，A/D 采样的电压、电流之间都会存在一个相位误差ξ和 一个UI 乘积的幅值误差γ。实际上电能计量芯片都是按W ′

＝TU ′I ′cos(φ＋ξ)计算电能的。 (2)软件补偿方法 所谓软补偿方法就寻找一个ξ、γ的函数f(ξ，γ)使 得按采样计算电能计算公式算得W ′＝TU ′I ′cos(φ＋ξ)

乘以f (ξ，γ)近似等于实际电能W=TUIcos φ，即

W ≈ W ′f (ξ，γ) (3)软件补偿的实现

软补偿过程参见图4。在CPU 计算时，引入一个软件补

偿系数f(ξ′，γ′)，使得电能计算符合 W ＝W ′f (ξ′，γ′)

其中W ′是含有误差的采样计算电能。

软件调整

三相电子式电能表由于采用了互感器，其误差包括相位

误差和幅度误差。因此其误差一般采用软件调整。 (1)误差分析 根据电子式电能表的测量机理，可知W=TUIcos φ是没 有附加误差时一个周期之内电能计算公式，其中，T 代表正

弦波周期，U 、I 是电流、电压的有效值，φ为相差。假定由 电流互感器、电压互感器或A/D 采样引起一个相位误差ξ， 那么电能计算式就变成 W ′=TUIcos(φ＋ξ) 电子式电能表的误差调整可以分为硬件和软件调整。对

于单相电子式电能表以硬件调整为主，主要调整采样电阻。

对于电子式三相电能表则以软件调整为主，即在CPU 计算

电能表误差用δ表示，得 时，引入一个软件补偿系数。EA

| 电气时代 2004 年第 3 期 125

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