感應式電能表的智能化改進

　　現在使用的電能表可分為三種形式，即感應式電能表、脈沖電能表和電子電能表。感應式電能表由于價格低廉、計量準確而得到廣泛使用。它利用金屬鋁轉盤中的感應電流與通有交流電流的固定線圈的磁場相互作用來產生驅動力矩以驅動鋁盤旋轉，從而得到累計消耗的電能。但感應式電能表由于自身無防盜電功能，隨著電力事業的發展，這一缺點給電力部門帶來的損失日益突現出來。因此，在感應式電能表的基礎上加裝防盜電功能，具有一定的現實意義。

　　1 感應式電能表盜電現象分析

　　在感應式電能表的使用中，常見的盜電方式有以下幾種：

　　(1)在電能表的內部斷開電壓扣，使得固定線圈內無交流電流通過而不產生磁場，從而使鋁盤不能旋轉，并最終導致電能表不能對累計消耗的電能進行計量。

　　(2)電能表的進出線反接，使鋁盤產生相反的旋轉，以減小電能表計數。

　　(3)在電能表的外部用導線短接電能表，電能表的計量值僅為實際耗電的一半。

　　2 新型防盜電系統的原理結構

　　在分析了防盜電現象的基礎上，筆者設計了一種帶防盜電功能的新式智能化感應式電能表。該系統主要由光電轉換電路、電流檢測電路、單片機AT90S8515、繼電器和報警電路等組成。

　　該系統的工作原理是將鋁盤的轉動經光電轉換電路轉換為電脈沖信號輸入到單片機，然后由霍爾磁敏傳感器電路將電能表輸入端的電流轉換為電壓信號輸入到單片機中。這樣，當有人盜電時，會引起電能表的鋁盤不轉或反轉，而輸入導線中仍有電流，此時的單片機會檢測到這些狀態并使蜂鳴器發出報警聲，同時繼電器斷開，供電停止。

　　3 各電路工作原理

　　3.1 光電轉換電路

　　光電轉換電路主要將鋁盤的旋轉轉換為電脈沖，以此來作為單片機的一個檢測信號。它以感應式電能表的電磁系統為工作元件，并在電能表的鋁盤表面印上黑色的分度線進行分度。為了區分鋁盤的正反轉，分度線間隔寬度應按順時針方向逐漸增加，然后用反射式光電頭發射光束來采集分度線標記，再經光電轉換電路變換，最后輸出與鋁盤旋轉速度和分度線寬度成正比的電脈沖以給單片機提供一路檢測信號。

　　3.2 電流檢測電路

　　電流檢測電路主要由線性霍爾磁敏傳感器UGN3501T、鉗形冷軋硅鋼片和信號處理電路組成。

　　該電路將霍爾元件置于鉗形冷軋硅鋼片的空隙中，當有電流流過導線時，就會在鉗形圓環中產生磁場，其大小正比于流過導線的電流，這個磁場作用于霍爾元件上并感應出相應的霍爾電勢，該電勢經過運算放大器μA741放大后，再加到由運算放大器μA741組成的比較器中，這樣，當電路中有電流流過時，比較器輸出的高電平將作為單片機的一個檢測信號加到單片機的PC0端。

　　3.3 單片機系統電路

　　單片機系統電路主要完成對光電檢測信號、電流檢測信號的比較計算，同時輸出控制報警信號。該電路由單片機AT90S8515、固體繼電器，蜂鳴器報警電路等組成，電路如圖4所示。

　　該電路將光電信號加到單片機的輸入捕捉ICP端的目的是利用定時/計數器T1的輸入捕捉功能來檢測光電轉換電路輸出的脈沖及脈沖寬度的變化情況，以確定鋁盤的旋轉狀態。將電流檢測電路的輸出信號加到PC0端，然后通過讀取PC0的電平值和T1對光電信號的捕捉結果，就可以判斷是否有盜電情況發生。設計時應將 PC1端接繼電器驅動電路，PC2端接蜂鳴器報警電路。

　　4 系統的軟件設計

　　該系統的軟件設計主要完成對ICP端輸入信號的捕捉、信號脈沖寬度的記錄以及對相連3個脈沖信號的寬度進行比較。其信號捕捉與脈沖計算程序流程框圖如圖5所示。該電能表工作時，可根據上述比較結果和 PC0口電平的高低來判定是否有盜電情況發生，若檢測到PC0端為高電平，而定時/計數器T1的捕捉結果為零或脈沖寬度逐漸遞減(3個脈沖為1組)，則表明有盜電情況發生，此時，單片機PC1端會輸出繼電器控制信號，以使供電線路斷開，同時PC2將輸出1kHz的報警信號，并將其放大后驅動蜂鳴器發出報警聲。

　　5 結束語

　　由于該防盜電系統是在現有感應式電能表的基礎上進行改裝的，因而成本低，設計簡單，避免了用電戶的重復投資，既有經濟效益，又有一定的社會效益。只是，在改裝中，一定要注意系統電路與繼電器在電路中的接入順序。