电能表作为电力系统的重要组成部分，主要测量电路中消耗的电能。随着时代的发展和社会经济的进步，电能表的发展经历了一个漫长的过程。
世界上电能表的产生和发展已有一百多年的历史。最早的电能表是1881年根据电解原理制成的。虽然每块电能表重几十公斤，非常笨重，没有精度保证，但仍被视为科技领域的重大发明，并很快被工程采用。随着科技的发展，1888年交流电的发现和应用，诞生了感应式电能表。
20世纪80-90年代，使用了长寿命电能表、机电一体化电能表(半电子式电能表)、全电子式电能表、多功能全电子式电能表、预付费电能表、多费率电能表、最大需量表和损耗电能表。
20世纪90年代，一些电子式电能表相继问世，推动了电能表的发展。电子式电能表的优点是体积小、重量轻、灵敏度高、精度高、易于校准和安装、过载能力强、有脉冲信号输出，为实现自动抄表提供了有利条件。
自2000年以来，智能电能表得到了大力发展。智能电能表是一种新型的全电子式电能表，具有电能计量、信息存储与处理、实时监控、自动控制、信息交互等功能。它支持双向计量、阶梯电价、分时电价、峰谷电价等实际需求，也是实现分布式电能计量、双向互动服务、智慧家庭、智慧社区的技术基础。还能自动提醒居民用电负荷，避免因超载造成短路、火灾等严重事故。此外，居民可以使用预付卡或在线充值来支付电费，方便快捷。
感应电流表的工作原理
感应式单相电度表又称机械式单相电度表，是利用电磁感应原理设计的。当电能表接入被测电路时，被测电路的电压U加到电压线圈上，在其铁芯中形成交变磁通，这一磁通 u的一部分从后磁极穿过铝盘到达电压线圈的铁芯；同样，被测电路电流I通过电流线圈后，在电流线圈的U形铁芯中会形成交变磁通 I。这个磁通量会从下往上穿过铝盘，再从上往下穿过铝盘，回到U型铁芯的另一端。电度表的电路和磁路如图6-3所示，其中磁返回板4由钢板制成，其下端伸入铝板的下部，与铝板和电压元件隔开的铁芯柱相对应，形成电压线圈工作磁通的回路。
(a)铁芯结构(b)电路和磁路
因为穿过铝盘的两个磁通量是AC磁通量，并且它们在不同的位置穿过铝盘，所以在图4中磁通量和涡电流分别穿过铝盘的位置附近产生感应涡电流。如图所示，这两个磁通量和这些涡流的相互作用，在铝盘上产生一个旋转力矩，推动铝盘旋转。
作用在铝板上的旋转扭矩MP与被测电路的有功功率成正比。当铝盘在旋转力矩的作用下开始旋转时，穿过其永磁体的磁通量 f会在其上产生涡流if。涡流与永磁体的相互作用会产生一个作用在铝盘上的力矩Mf，方向与铝盘的旋转方向相反，这个力矩叫做制动力矩。显然，铝盘旋转得越快，穿过它的磁力线被切割得越快，磁场强度就越大
当铝板在旋转力矩的作用下开始旋转时，其制动力矩随着转速的增加而增加，直到制动力矩和旋转力矩达到平衡。此时，作用在铝板上的总扭矩为零，铝板的转速不增加，而是稳定在某一转速。
智能电表
智能电能表由计量单元、数据处理单元和通信单元组成，具有电能计量、数据处理、实时监控、自动控制和信息交互等功能。智能电表通过用户缴费给智能IC卡充值并输入电表，使电表可以供电，并在电表电量用完时自动关闭电源，有效解决了家庭抄表难、电费收缴难的问题。并且实现了用户购电信息的计算机管理，方便查询、统计、计费和打印账单。
与普通机械式电能表相比，智能电能表具有计量更准确、智能扣费、电价查询、电量记忆、余额报警、远程信息传输等优点。
智能电表的分类
目前国内智能电能表有两种：一种是机电一体化，一种是全电子式。
机电一体化
机电一体化就是在原有的机械式电能表上增加一定的元件，使其既能完成所需的功能，又能降低成本，便于安装。总的来说，它的设计方案是在不破坏电流表原有物理结构，不改变其国家计量标准的基础上，增加一个传感装置，成为一个具有机械计量和电脉冲输出的智能电能表。
第一类机电式电能表是在原有机械表的基础上，加装电子计数装置及相应的控制和通信电路，或配有ic卡读写接口，实现自动计量、计费和控制；其基本结构是在原有机械式电能表的转盘上打孔或涂上能吸收光线的材料，通过光电转换将机械转盘的转动转化为电脉冲信号，然后进行相应的计数处理。由于这种电度表的计量原理没有改变，其计量精度和特性与机械表完全一样，成本相对较高。
另一种机电式电能表是利用电子计量电路获得数字脉冲信号，再由微电机驱动字轮，得到电能计数值。这种结构是电子式电能表最简洁可行的方案，但遗憾的是，它对计量电路的要求较高，即要求所有的电表都要将电能值按固定的比例转换成相应的数字脉冲数，才能以正确的速度驱动微型电机转动字轮。这个比值就是所谓的电表常数(imp/kWh)。由于电路中用于确定脉冲速度的计时元件多为参数离散度较大的阻容元件，为了保证电表的测量精度和产品一致性，需要在生产过程中加强元件的筛选和半成品的调整，也就是说要增加相应的人力物力，延长生产周期，从而增加电表的生产成本和费用。另外，这种结构的电度表，在数据采集和用户付费方面，与老式机械表没有什么区别，应该是一种过时的产品。
全电子式智能电表
全电子式智能电表从计量到数据处理都采用以集成电路为核心的电子器件，从而省去机械部件。与机电一体化智能电表相比，全电子式智能电表体积更小、可靠性更高、精度更高、功耗更低、生产工艺大大提高。全电子式智能电表将逐步用机械部件取代电表，这是未来社会发展的大趋势。
全电子式电能表系统的组成：
1、远程传输表。水表、电表、煤气表、热量表
2、收集器。采集器可以同时采集水表、电表、煤气表、热量表等输出的脉冲信息。并将这些脉冲信息转换成通过测量识别的物理量，存储在每个收集器的存储器中。通过管理微机，可以查询系统内任意一户的用能信息，在管理微机抄表的命令下上传用户信息。
3、转换器。转换器的主要任务是：完成与采集器的数据通信，向采集器发出电能数据冻结命令，周期性循环接收采集器的电能数据，或者根据系统要求接收一个电表或一组电表的数据。根据系统要求完成与主站的通信，将用户用电数据等主站需要的信息传输到主站数据库。下行是指转换器和采集器之间的通信线路，主要包括总线抄表系统、载波抄表系统和红外抄表系统。通信通道上行通道是指变频器与主站之间的通信线路，可以采用电话、无线、专线等通信介质。
4、系统治理软件功能。系统管理软件以通信为基础，以数据库为核心，提供数据处理、查询、统计、报表、备份等功能；采用面向对象和模块化相结合的方法，灵活支持不同客户的需求，如特殊格式报表、权限控制等。持有客户原有管理系统，能与其他管理软件接口，提供数据接口和通信接口，具有网络通信功能；可以同时管理多个小区，并为每个小区设置通信参数；电表管理，设置电表的原始参数、地址和状态；费率管理，可以随意设置多种费率，设置每种能源的单价；用户治理，治理和控制每户金额，治理用户结算；实时抄表功能，系统可以复制每个电能表的实时数据；自动成本计算，可将公共能耗平均或按比例分摊到每户，根据查表数据和单价自动计算出每项生产的成本，从而向用户收费；打印功能，打印用户的费用清单；查询功能，可随时查询全小区任意户、任意单元、所有住户的能源消耗信息。
智能电表的工作原理
下图是智能电表的原理框图：
下图是硬件设计示意图：
智能电表主要由电子元件组成。其工作原理是对用户提供的电压、电流进行实时采样，利用电能表专用集成电路对采样的电压、电流信号进行处理，转换成与电能成正比的脉冲输出。最后由单片机对脉冲进行处理和控制，并将脉冲显示为用电量和输出量。通常，智能电表测量一度电时A/D转换器发出的脉冲数称为脉冲常数，这是智能电表的一个重要常数，因为单位时间内A/D转换器发出的脉冲数将直接决定电表的精度。
目前智能电表大多采用一户一个A/D转换器的设计原则，但也有厂家生产多户使用一个A/D转换器的多用户集中式智能电表，所以电能只能分时排队计量，会导致计量精度下降。
智能电表的采样模式
目前电子式电能表对用户用电量的采样主要有两种方式，一种是用变压器采样，另一种是直接采样。
使用变压器采样是分别用电压互感器和电流互感器采集用户的电压信号和电流信号；直接采样是用热稳定性高的电阻分压网络获得电压信号，用电阻温度系数小的锰铜片直接采样电流。
使用变压器采样不如直接s
电能表作为电费的计量依据，涉及到抄表。从目前的技术来看，主要有IC卡型和远程抄电表型。
IC卡电表收费系统具有成本低、可靠性高、使用寿命长的优点。IC卡使用硅片(EEPROM)存储信息，一张IC卡至少可以使用10年。IC卡电表收费系统安全性高，不易被复制，收费正确，不易出错。它有很强的加密性。使用IC卡电表收费系统可以提高居民电费的治理水平，保证用电部分能及时收到电费(用户不继续购电将被断电)。IC卡电表的系统功能包括预充电功能、报警功能、断电功能、显示功能和加密功能。
IC卡电表的整个收费系统包括主机、IC卡电表和IC卡。IC卡电表收费系统实现了电费的电子化收费，技术成熟可靠。因此，IC卡收费系统在我国得到了广泛的推广。但从系统的角度来看，由于用户终端与系统主机没有直接接触，用户的情况只有在用户刷卡支付时才能得知，信息反馈是滞后的。可以说，用户终端仍然与整个网络脱节。从经济角度来说，先充了电再送，不符合经济政策。可以说在某个程序上侵害了用户的利益，所以很多城市原则上不再审批新的IC卡计价器项目。从长远来看，IC卡收费系统只能作为一种过渡产品。
远程自动抄表系统可以实现用电数据的自动抄表，克服了人工操作的所有弊端。用户用电数据可直接录入用电业务计算机管理系统，用电管理人员可随时监控用电情况，处理问题(如故障、窃电等。)及时。线损直接影响供电部分的经济效益。过去无论人工抄表还是IC卡抄表都无法正确测量线损，查找线损原因也非常困难。而采用远程抄表后，可以几乎同时获得总表读数和总表读数，随时掌握线损情况，轻松分析线损原因以便处理。随着形势的发展，居民在银行开立个人账户，业务计算机管理系统与银行联网，完成数据自动复制、处理、银行转账支付等一整套操作，可以真正实现用电管理的自动化。目前，我国远程抄表系统主要有两种形式：485总线和载波抄表。载波抄表系统采用专用芯片对用电数据进行调制解调，并通过电力线进行通信，实现集中抄表。485总线方式的数据传输可靠性高，成本低。缺点是需要布线，安装复杂。另外，电缆容易被人破坏。尤其是很多小区不允许布线，导致这种总线模式很难建设。目前采用的方案有多种，分别是用户终端到数据集中器的电力线载波通信和数据集中器到上位机的专用电话线。当然，根据小区的不同情况，也有很多采用485总线加电力载波的方案。
由于全电子式智能电表的用电数据已经数字化，可以很容易地与各种数据采集和传输电路相结合，形成自动计量收费系统，是目前家用电能表的换代产品。这种产品的广泛使用将省去供电部门大量的抄表计算工作，并能及时回收电费，即先交费后用电，具有巨大的经济效益和社会效益。这类智能电表常见的抄表方案有两种：总线集中抄表和电力载波集中抄表。都是远程抄表。
总线式集中抄表系统：电表部分采用智能电表，sig
该系统是集微电子技术、通信技术和计算机技术于一体的高科技产品。它具有可靠性高、安装简单的显著特点，广泛用于城乡用电、用气的抄表、收费和监控。但由于电力线是用来向用电设备传输电能的，而不是传输数据的，所以数据传输有很多限制：(1)配电变压器对电力载波信号有阻断作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域内传输；(2)不同的信号耦合方式对电力载波信号的损耗不同；(3)电力线具有固有的脉冲干扰。此外，电力线上的高衰减、高噪声和高失真使得电力线成为理想的通信介质。但由于现代通信技术的发展，电力线载波通信成为可能，其中数据信号的信噪比决定了传输的距离。电力线载波通信的关键是为电力线载波选择功能强大的调制解调器芯片。
智能电表的工作特性
智能电表不仅采用了电子集成电路的设计，还具有远程通信功能，可以与计算机联网，由软件控制。因此，与感应式电表相比，智能电表在性能和操作功能上有很大的优势。
1、功耗：由于智能电表采用电子元器件设计，每表功耗一般只有0.6W ~ 0.7W左右，对于多用户集中式智能电表，平均到每户的功率就更小了。一般来说，每个感应表的功耗约为1 7w。
2、准确度：就电表的误差范围而言，2.0级电子式电能表在被校准电流的5%~400%范围内，测量误差为2%，准确度等级为1.0，更小。感应式电能表的误差范围为0.86% ~-5.7%，并且由于机械磨损这一不可克服的缺陷，感应式电能表越来越慢，最终误差越来越大。国家电网对感应式电表进行了抽查，结果显示，超过50%的感应式电表在使用五年后超出了允许范围。
3、过载及工频范围：一般智能电表过载倍数可达6-8倍，范围较广。目前8~10倍放大的表现是越来越多用户的选择，有的甚至可以达到20倍的大范围。工作频率也很宽，从40 Hz到1000 Hz。而感应式电表的过载倍数一般只有4倍，工作频率范围也只有45~55HZ。
4、功能：由于智能电表采用电子电表技术，可以通过相关通信协议与计算机联网，通过编程软件对硬件进行控制和管理。因此，智能电表不仅具有体积小的特点，还具有远传控制、多费率、识别恶性负荷、防窃电、预付电费等功能。而且，通过修改控制软件中的不同参数，可以满足不同的控制功能要求，这对于传统的感应式电表来说是很难或者不可能实现的。
