下圖是一個(gè)智能電表的原理框圖：
下圖是一個(gè)硬件設(shè)計(jì)圖：
智能電表主要是由電子元器件構(gòu)成，其工作原理是通過對(duì)用戶供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，采用專用的電能表集成電路，對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，最后通過單片機(jī)進(jìn)行處理、控制，把脈沖顯示為用電量并輸出。通常把智能電表計(jì)量一度電時(shí)a/d轉(zhuǎn)換器所發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)稱之為脈沖常數(shù)，對(duì)于智能電能表來說，這是一個(gè)重要的常數(shù)，因?yàn)閍/d轉(zhuǎn)換器在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出脈沖個(gè)數(shù)的多少，將直接決定著該表計(jì)量的準(zhǔn)確度。
目前智能電表大多數(shù)采用一戶一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原則，但也有些廠家生產(chǎn)的多用戶集中式智能電表采用多戶公用一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器，這樣對(duì)電能的計(jì)量只能采用分時(shí)排隊(duì)進(jìn)行，會(huì)造成計(jì)量準(zhǔn)確度的下降。
智能電表的采樣方式
當(dāng)前電子式電能表對(duì)用戶用電采樣方式主要有兩種形式，一種是用互感器采樣，一種是直接采樣。
采用互感器采樣是用電壓互感器和電流互感器分別采集用戶的電壓信號(hào)和電流信號(hào);而直接采樣是用熱穩(wěn)定性高的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)來取得電壓信號(hào)，用電阻溫度系數(shù)小的錳銅片進(jìn)行電流直接采樣。
采用互感器采樣，在啟動(dòng)電流、線性范圍、功耗和精度等方面都不如直接采樣，尤其是當(dāng)電流值很小的時(shí)候?；ジ衅鞑蓸拥膬?yōu)點(diǎn)是抗干擾性較強(qiáng)，線路簡單，成本比較低。例如，當(dāng)額定電流為20a的時(shí)候，直接采樣的啟動(dòng)電流為20ma，互感器采樣的啟動(dòng)電流為40ma。又比如，采用專用的錳銅片經(jīng)行直接電流采樣的全電子電能表誤差可調(diào)整到+0.5%,而采用電流互感器采樣，若不采取補(bǔ)償措施，互感器本身誤差可能超過5%。
智能電表的抄表方案
電度表作為電費(fèi)收取的計(jì)量依據(jù),涉及到抄表,從現(xiàn)行技術(shù)來看主要有ic卡式,遠(yuǎn)傳抄表式。
ic卡電表收費(fèi)系統(tǒng)的本錢較低、可靠性高、使用壽命長。ic卡是用硅片(eeprom)來存儲(chǔ)信息的,一張ic卡至少也可以使用10年以上。ic卡電表收費(fèi)系統(tǒng)安全性高,不易仿制,收費(fèi)正確,不易出錯(cuò)。它具有很強(qiáng)的加密性。采用ic卡電表收費(fèi)系統(tǒng)可進(jìn)步居民用電收費(fèi)的治理水平,確保電力部分能及時(shí)收到電費(fèi)(用戶不繼續(xù)買電,將被斷電)。ic卡表的系統(tǒng)功能包括預(yù)收費(fèi)功能,報(bào)警功能,斷電功能,顯示功能和加密功能。
ic卡表的整個(gè)收費(fèi)系統(tǒng)包括主機(jī),ic卡電表和ic卡三部分。ic卡電表收費(fèi)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了用電收費(fèi)電子化,技術(shù)成熟可靠。所以,ic卡收費(fèi)系統(tǒng)在我國得到了較大范圍的推廣。但是,從系統(tǒng)的角度來看,由于用戶終端與系統(tǒng)主機(jī)并沒有直接lian系,只有在用戶持卡交費(fèi)時(shí)才能了解到用戶情況,信息反饋滯后,可以講,用戶終端仍然與整個(gè)網(wǎng)絡(luò)脫節(jié)。從經(jīng)濟(jì)角度來看電力部分先收費(fèi)后送電不符合經(jīng)濟(jì)政策,可以說在一定程序上侵犯了用戶的利益,所以現(xiàn)在有很多城市已經(jīng)原則上不再審批新的ic卡表項(xiàng)目,從長遠(yuǎn)來看,ic卡收費(fèi)系統(tǒng)只能作為一種過渡性產(chǎn)品。
遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用電數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收,可杜盡人工操縱的一切弊端。用戶的用電數(shù)據(jù)可直接進(jìn)進(jìn)用電營業(yè)的計(jì)算機(jī)治理系統(tǒng),用電治理職員可隨時(shí)監(jiān)視用電情況,發(fā)現(xiàn)題目(如故障、竊電等)及時(shí)處理。線損情況直接影響著供電部分的經(jīng)濟(jì)效益,以前不管人工抄讀還是ic卡表都無法正確計(jì)量線損情況,找到線損原因也很困難,而采用遠(yuǎn)傳抄表后可以幾乎同時(shí)取得總表讀數(shù)和分表總讀數(shù),隨時(shí)把握線損情況,并較輕易地分析線損原因以便加以處理。隨著形勢的發(fā)展,居民在銀行開設(shè)個(gè)人賬戶,營業(yè)計(jì)算機(jī)治理系統(tǒng)與銀行聯(lián)網(wǎng),完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)抄收、處理、銀行轉(zhuǎn)賬交費(fèi)等全套操縱,可真正實(shí)現(xiàn)用電治理的自動(dòng)化?，F(xiàn)在國內(nèi)的遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)主要有485總線和載波抄表兩種形式,載波集抄系統(tǒng)是利用專用芯片對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制解調(diào),通過電力線進(jìn)行通訊以實(shí)現(xiàn)集中抄表。485總線方式的數(shù)據(jù)傳輸可靠性高,且造價(jià)較低,缺點(diǎn)是需布線,安裝較復(fù)雜,另外拉線易被人為破壞,特別是現(xiàn)在很多小區(qū)不答應(yīng)拉明線,使這種總線方式難于施工。現(xiàn)在采用較多的方案是用戶終端到數(shù)據(jù)集中器采用電力線載波通訊,數(shù)據(jù)集中器到上位機(jī)用專用dian話線。當(dāng)然,根據(jù)小區(qū)的不同情況,也有很多采取485總線與電力載波配合使用的方案。
由于全電子式智能電表的用電量數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化，可以很方便地與各種數(shù)據(jù)收集傳送電路配合組成自動(dòng)計(jì)量計(jì)費(fèi)地系統(tǒng)，是現(xiàn)行家用電度表地?fù)Q代產(chǎn)品，該類產(chǎn)品的大量使用將節(jié)省供電部門大量的抄表計(jì)算工作，并能及時(shí)回收電費(fèi)，即先付費(fèi)后用電，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這樣的智能電表有兩種常見的抄表方案：總線制集中抄表和電力載波集中抄表。都是遠(yuǎn)程抄表。
總線制集中抄表：電表部分采用智能電表，各戶智能電表信號(hào)線并接在一根總線上，總線連接到樓下轉(zhuǎn)接器，各樓轉(zhuǎn)接器與小區(qū)的集中器相連，由集中器集中供電。
電力載波抄表：直接利用現(xiàn)有低壓輸電線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募谐硐到y(tǒng)，省去了鋪線工程，優(yōu)勢明顯。
該系統(tǒng)是集微電子技術(shù)、通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新產(chǎn)品，具有高可靠且安裝簡單等顯著特點(diǎn)，廣泛適用于城市及農(nóng)村的電表、氣表抄收、計(jì)費(fèi)和監(jiān)控。但由于電力線是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制：(1)配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送;(2)不同信號(hào)耦合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同;(3)電力線存在本身固有的脈沖干擾。另外電力線上的高削減、高噪聲、高變形，使電力線成為一個(gè)不理想的通信媒介，但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使電力線載波通信成為可能，其中數(shù)據(jù)信號(hào)的信噪比決定傳輸距離的遠(yuǎn)近。電力線載波通信的關(guān)鍵就是選用一個(gè)功能強(qiáng)大的電力線載波專用modem芯片。
智能電表的工作特點(diǎn)
智能電表不只采用了電子集成電路的設(shè)計(jì)，再加上具有遠(yuǎn)傳通信功能，可以與電腦聯(lián)網(wǎng)并采用軟件進(jìn)行控制，因此與感應(yīng)式電表相比，智能電表不管在性能還是操作功能上都具有很大的優(yōu)勢。
1、功耗：由于智能電表采用電子元件設(shè)計(jì)方式，因此一般每塊表的功耗僅有0·6w~0·7w左右，對(duì)于多用戶集中式的智能電表，其平均到每戶的功率則更小。而一般每只感應(yīng)式電表的功耗為1·7w左右。
2、精度：就表的誤差范圍而言，2·0級(jí)電子式電能表在5%~400%標(biāo)定電流范圍內(nèi)測量的誤差為±2%,而且目前普遍應(yīng)用的都是精確等級(jí)為 1·0 級(jí)，誤差更小。感應(yīng)式電表的誤差范圍則為+0·86%~-5·7%,而且由于機(jī)械磨損這種無法克服的缺陷，導(dǎo)致感應(yīng)式電能表越走越慢，最終誤差越來越大。國家電網(wǎng)曾對(duì)感應(yīng)式電表進(jìn)行抽查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%以上的感應(yīng)式電表在用了5年以后，其誤差就超過了允許的范圍。
3、過載、工頻范圍：智能電表的過載倍數(shù)一般能達(dá)到6~8倍，有較寬的量程。目前8~10倍率的表成正為越來越多用戶的選擇，有的甚至可以達(dá)到20倍率的寬量程。工作頻率也較寬，在40hz~1000hz范圍。而感應(yīng)式電表的過載倍數(shù)一般僅為4倍，且工作頻率范圍僅為45~55hz之間。
4、功能：智能電表由于采用了電子表技術(shù)，可以通過相關(guān)的通信協(xié)議與計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過編程軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制管理。因此智能電表不僅有體積小的特點(diǎn)，還具有了遠(yuǎn)傳控制、復(fù)費(fèi)率、識(shí)別惡性負(fù)載、反竊電、預(yù)付費(fèi)用電等功能，而且可以通過對(duì)控制軟件中不同參數(shù)的修改，來滿足對(duì)控制功能的不同要求，而這些功能對(duì)于傳統(tǒng)的感應(yīng)式電表來說都是很難或不可能實(shí)現(xiàn)的。