Transcript 功率、电能测量
功率、电能测量 测量电功率的仪表—功率表（瓦特表）： 指针仪表 测量电能的仪表—电度表：累计仪表 直流电路和交流电路中的功率分別为P=UI 和P=UIcosφ﹐U，I 为负载电压和电流，φ 为电流相量与相量间夹角﹐cosφ为功率因 数。虽然各系电表的测量机构都有可能构 成测量功率的电表﹐但最适于制成功率表 的是电动系电表和铁磁电动系电表的测量 机构。 单相电动系功率表 的接线原理 M=kI1I2cosφ 1、结构 固定部分—两个固定线圈 活动部分—活动线圈、指针、阻尼翼片、游丝等。 2、工作原理—根据通电固定线圈的磁场与通电活 动线圈相互作用产生转动力矩的原理制成的。 固定线圈与负载串联反映负载电流 活动线圈串联一附加电阻再与负载并联反映负载 电压 改变与动圈串联的电阻值﹐可改变电压量程﹐将 静圈的两线圈由串联改为并联﹐可扩大电流量程。 功率表的接线： 功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接线 规则。 1)功率表标有“*”号的电流端必须接至电源的一端， 而另一端则接至负载端。电流线圈是串联接入电 路的。 2) 功率表上标有“*”号的电压端子可接电流端的任 一端而另一端子则并联至负载的另一端。功率表 的电压支路是并联接入电路的。 a) 电压线圈前接法适用于负载电阻的电流线圈的 电阻大的情况，电流线圈的电压降使测量产生误 差。 b) 电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压，支 路电阻小的情况流过电压线圈的电流使测量产生 误差。 保证2线圈电流都从电源端“*”流入。 P67页有些图的判断 W * W * Z * Z * 错误的接法 尽管左图的表计正向偏转 为什么要把标有“*”号的端子连在一起呢？ 这两个端子称为对应端。它们的用途是﹕ ①如将对应端按图中所示接在一起﹐则当 功率表的指针正向偏转時﹐表示能量由左 向右传送﹔若指针反向偏转﹐表示能量由 右向左传送﹔②电流线圈的任一接线端应 与电压线圈标有 “ ”符号的接线端连接﹐ 这样线圈间电位比较接近﹐可减小其间的 寄生电容电流和静电力﹐保证功率表的准 确度和安全。 二、功率的直读测量 功率表的同名端——电压、电流支路接线端子各标有*的端子。 作用有二 1. 若要求电压端子与电流端子相连接，只能是标有同名端的 电压端子与电流端子相连接。 2. 功率表指针正偏时，电能从电流端子的标有同名端一侧流向 另一侧。 * * W Z 正确的接法 适合于阻抗值 较大的情况 * * W Z 正确的接法 适合于阻抗值 较小的情况 * W * * W * ~ 正确的接法 电能从右向左流动 仪表指针可能反向偏转 Z 功率表的量程：cosφ＝1时，U、I均为额定值时的乘积 电压、电流量程的选择要保证其电压、 电流不应超过表计的电压、电流量程。 为防止功率表的电压线圈和电流线圈过 载，用功率表测功率时，一般要接入相应的 电压表和电流表。如右图所示。 * *W A V 功率表的读数 功率表常数 C U N I N 功率表读数 P C m UN——功率表的电压量程； IN——功率表的电流量程； m——功率表标尺的满刻度读数 三、低功率因数的功率表 在测量某些负载的功率时，其功率因数很低，如果用 普通的功率表测量功率，会出现一些问题。由此引出低功率 因数的功率表。 问题一 较小的被测功率，导致表计偏转很小，从而产生 较大的测量误差。 解决方法：减小游丝的反抗力矩，使其在COS=0.1 或 0.2 的条件下，指针即可满刻度偏转。 问题二 功率因数很低时，表计中电压线圈的电感所产生 的角误差将使测量的误差增大，说明如下。 * U U IU cos ZU RU * IU U ZL RU U U IU cos ZU RU U KI I IU cos( ) K P IU cos cos( ) I IU 由于角误差，功率表测量的相对误差 cos tan sin cos 1 tan 结论：被测功率的功率因数越低（即越大），其角误差 就越大。 解决方法：表计的电压回路中并联电容，使该回路在工频下 为纯阻（即 =0）。 低功率因数 功率表常数 被测功率 C U N I N cos N P C m 其中cos N =0.1 或 0.2 无功功率的直读测量 单相正弦交流电路的无功功率Q定义为 Q U I sin 由右边的向量图 P UI cos UI sin Q jU 因此，只要找到一个量 jU，即可由电动 系测量机构测量相应的无功功率。 单相无功功率表 用与RU同值的容抗XCU代替RU ，同时将 U 动圈的两端对调，即可构成单相无功功率表。 由于随XCU 频率变化，所以此结构只能 测量单一频率（如工频）的无功功率。 I I * * X CU U 三相功率的测量 A、对三相四线制系统，测三相平均功率的接线如图所 示。它的接线特点是每个功率表所接的电压均是以中线 N 为参考点，三个功率表WAN，WBN 和WCN 的读数 分别为PAN，PBN 和PCN，可用式表示。 PAN=UAN IA cosϕ PBN=UBN IB cosϕ PCN=UCN IC cosϕ 若是三相四线制对称三相电路，有如下可用： 二表法：测三相三线制功率（无论负载是否对称） 接线：W1电流线圈串接A相，电压线圈接AC； W2电流线圈串接B相，电压线圈接BC 总功率P=P1+P2 三表法—测三相四线制不对称功率： P=P1+P2+P3 三相对称电路的无功功率的测量采用跨线的接法。 * A B C * 三相 电路 U A I A U BC U BC Q3 3Q 3 I A cos 3U BC I A sin 3 表计读数 3 感应系电度表的结构和工作原理 一、结构 由驱动元件、制动元件、转动 元件、计数器组成。 驱动元件—包括电压元件和电 流元件； 转动元件—铝制圆盘，装在驱 动元件和制动磁铁的空隙中。 计数器—计算电度表铝盘的转 数，以实现电能的测量和积算。 电压电磁铁—电压线圈与负载相并联 匝数：25~50/伏； 线径：0.08~0.16mm 功耗:0.5~1.5W 电流电磁铁—电流线圈与负载相串联 安匝数：60~150AN 电流密度：3~3A/mm2 为测量电能，要对功率进行随时间的累积计算，因此在电能表 中采用了积算机构来代替电表指针。通常，测量直流电能的电 能表多采用电动系电表的测量机构，而测量交流电能的电能表 则采用感应系电表的测量机构 制动元件—由永久磁铁（铝镍合金、铝镍 钴合金）及调整装置组成。 计度器—字轮式较普遍。通过蜗轮 蜗杆结构与转轴连接。 辅助部件—支架、外壳、端钮盒、铭牌。 二、单相感应系电度表的工作原理 驱动力矩 电压线圈和电流线圈分别产生 - i 电压磁通U和电流磁通I，交变的 U和I 在转盘上产生涡流 iI 和 iU 。 此电流与电压磁通、电流磁通相互作用， ii 产生驱动力矩。 u iu i ii U 设 I I sin t 则 U U sin( t ) iI 2 I I sin( t 90 ) iU 2 IU sin( t 90 ) 转盘所受的瞬时驱动力矩m为 ma k1i I U k 2 iU I I , I U E U , IU E I , II 各工作磁通及感应电流 的相位关系 k1 2 I I sin( t 90 ) U sin( t ) k 2 2 I U sin( t 90 ) I sin t Ma 1 mdt k1 I I U sin k 2 I U I sin TT 因为 I I I , IU U ，所以 M a kU I sin U 因为 所以 只要 或 则有 I I , U U M a k UI sin sin cos 90 M a k UI cos k P I , I U E U , IU E I , II 各工作磁通及感应电流 的相位关系 条件+=90 的满足是由在电压磁路中设置电压磁分路实现的。 制动力矩 由永久磁铁产生，Mf 与转盘的转速n成正比。 M f k M M2 n 当 Ma=Mf 时，转盘匀速转动。此时 2 k P kM M n k n PKP 2 kM M 在时间间隔 T 内负载功率不变，转盘转过的圈数N为 N nT KPT KE 即电度表记录的圈数与消耗的电能成正比。 系数K为电表常数（转/千瓦小时）。 电压自制动力矩 负载 电压 电压 磁通 电压磁通 涡流IU 电流磁通 涡流II 负载 电流 电流 磁通 驱动 驱动 力矩 = 力矩 Mf n Ma=kP 电流自制动力矩 感应系电度表各元件相互作用关系示意图 磁钢磁通 M 电能表正确使用 正确选择额定电压、额定电流及准确度。 额定电压：与负载额定电压相符。 额定电流：其最大值应大于或等于负载最大 电流。 正确接线 遵守‘电源端’守则 配线采取进端接电源端，出端接负载端 电流线圈应接于火线 应用 电能表用于对生产单位、科研机构及家庭 等消耗电能的测量，以作为控制电能消耗、 实行经济核算和征收电费的依据。感应系 电能表的工作频率范围很窄，一般限于用 在工频50Hz和50Hz以下。家用电能表的准 确级通常为2.0级，工矿企业用是0.5～1.0 级，最高可达0.2级。由于家用电器种类和 容量不断增大，要求电能表至少有2～3倍 过载能力，间或要求有6～8倍过载能力。 预付费电度表 在市场经济的环境下，电力部门为了加强用电管理，越来 越多地使用了预付费式电度表。 特点： • 取消了抄表人员； • 避免了漏抄、错抄和不实抄； 预付费式电度表主要采用IC卡式 显示 测试脉冲输出 IC卡 接口 电源 单片机 数据处理 电能计量 断电机构 负荷 IC卡主要信息： • 拥护密码； • 预售电量； • 报警电量； •最大负荷； • 累积用电量； • 剩余电量； • ...