第3章電氣測(cè)量課件電氣工程及其自動(dòng)化

1、第三章 功率和電能的測(cè)量l第一節(jié)第一節(jié) 功率和電能的測(cè)量方法功率和電能的測(cè)量方法l第二節(jié)第二節(jié) 電動(dòng)系功率表電動(dòng)系功率表l第三節(jié)第三節(jié) 低功率因數(shù)功率表低功率因數(shù)功率表l第四節(jié)第四節(jié) 三相功率的測(cè)量三相功率的測(cè)量l第五節(jié)第五節(jié) 感應(yīng)系電能表及電能的測(cè)量感應(yīng)系電能表及電能的測(cè)量l第六節(jié)第六節(jié) 三相有功電能表三相有功電能表l第七節(jié)第七節(jié) 三相無功電能表和無功電能的測(cè)量三相無功電能表和無功電能的測(cè)量l第八節(jié)第八節(jié) 電子式單相電子式單相電能表電能表l第九節(jié)第九節(jié) 電子式三相電能表電子式三相電能表l第十第十節(jié)節(jié) 電子式單相復(fù)費(fèi)電子式單相復(fù)費(fèi)率率電能表電能表l第十一節(jié)第十一節(jié) 集中抄表與電子式集中抄表與電

2、子式IC卡預(yù)付費(fèi)卡預(yù)付費(fèi)電能表電能表本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 本章介紹電動(dòng)系功率表、低功率因數(shù)功率表、三相功率表、感應(yīng)系電能表的原理與使用方法,其中工作原理可作一般了解，測(cè)量方法以及測(cè)量時(shí)的電路連線，包括單相與三相，有功與無功的功率表、有功與無功電能表都必須熟練掌握。 本章第八、九節(jié)介紹電子式電能表的原理與電路結(jié)構(gòu)，由于電測(cè)儀表廣泛應(yīng)用電子電路，通過電子電能表的電路結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步了解儀表中電子器件的使用方法。第一節(jié)第一節(jié) 功率和電能的測(cè)量方法功率和電能的測(cè)量方法 一、功率測(cè)量方法一、功率測(cè)量方法 1.直接法：直接法：用電動(dòng)系或數(shù)字的單相功率表測(cè)量單相功率。用單相功率表接成兩表法或三表法或用三相功率表測(cè)量

3、三相功率，兩表法或三表法雖然有求和過程，但一般仍將它歸為直接法。 2.間接法：間接法：直流通過測(cè)量電壓、電流間接求得功率。交流則需要通過電壓、電流和功率因數(shù)求得功率。 二、電能測(cè)量方法二、電能測(cè)量方法 1.直接法：直接法：直接測(cè)量電能，直流可使用電動(dòng)系電能表，交流用感應(yīng)系或電子電能表。 2.間接法：間接法：電能測(cè)量一般不用間接法，只有在功率穩(wěn)定不變的情況下用功率表和記時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行測(cè)量。 三、變換式功率表三、變換式功率表 常用的功率表多采用電動(dòng)系，由于電動(dòng)系儀表的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，抗干擾能力低，所以近年來利用磁電系表芯做成的變換式功率表。表的結(jié)構(gòu)如圖。 四、變換式功率表的工作原理四、變換式功率表的

4、工作原理 變換式功率表先通過由兩個(gè)互感器組成的取樣電路，檢測(cè)負(fù)載的電壓與電流，由于兩個(gè)互感器的一次繞組接法相反，使得互感器二次繞組的電流與負(fù)載的u、i關(guān)系如下式所示。 然后利用半導(dǎo)體二極管的平方律特性，使得磁電系指示儀表的兩端電壓 與負(fù)載的u、i 乘積即功率成正比。完成功率到電壓的變換。并在標(biāo)尺上刻以功率值。)()(212211iRuNNiiRuNNiAA)14()()()(2022120220121uiRRNNKRiKRiKuuuAppu返回本章首頁1u二極管平方律特性第二節(jié)第二節(jié) 電動(dòng)系功率電動(dòng)系功率表表 一、工作原理一、工作原理 電動(dòng)系儀表是測(cè)量功率的最常用儀表，測(cè)功率時(shí)儀表的固定線圈與

5、負(fù)載串聯(lián)，反映負(fù)載電流 I ，可動(dòng)線圈與負(fù)載并聯(lián)，反映負(fù)載電壓 U ，按電動(dòng)系儀表工作原理，可推出可動(dòng)線圈的偏轉(zhuǎn)角正比于負(fù)載功率P。PKRUKIIKIP21PKIUKRtUtIKiiKPP cos sin2)sin(2 21 如果U、I 為交流，同樣可推出可動(dòng)線圈的偏轉(zhuǎn)角正比于交流負(fù)載功率P。 二、擴(kuò)大功率表電流量程二、擴(kuò)大功率表電流量程 擴(kuò)大功率表量程可分別為擴(kuò)大電流量程或擴(kuò)大電壓量程，擴(kuò)大電流量程可將兩個(gè)固定線圈從串聯(lián)改為并聯(lián)，量程可相應(yīng)擴(kuò)大一倍。 固定線圈串聯(lián) 固定線圈并聯(lián) 但功率表的固定線圈只有兩個(gè)，因此這種辦法只能擴(kuò)大量程一倍。 三、擴(kuò)大功率表電壓量程三、擴(kuò)大功率表電壓量程 擴(kuò)大電壓

6、量程可改變可動(dòng)線圈的串聯(lián)附加電阻，阻值不同時(shí)，可得到不同的電壓量程，但工程上使用的電壓等級(jí)都是按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的， 所以功率表的電壓量程也都取標(biāo)準(zhǔn)值。 四四、功率表正確接線功率表正確接線 功率表正確接線應(yīng)遵守“電源端”守則，即接線時(shí)應(yīng)將“電源端”接在電源的同一極性上。*號(hào)表示“電源端” 五五、功率表的錯(cuò)誤接線功率表的錯(cuò)誤接線電源端*不接同一極性的錯(cuò)誤可動(dòng)線圈與固定線圈間存在電位差的錯(cuò)誤第三節(jié)第三節(jié) 低功率因數(shù)功率表低功率因數(shù)功率表 用一般功率表測(cè)量低功率因數(shù)的功率存在如下問題 在低功率因數(shù)的情況下，電流大功率小，若按功率選用，電流的額定值太小。若按電流選用，在滿電流的情況下，也只能使用功率表標(biāo)尺的前

7、幾個(gè)小格，無法準(zhǔn)確讀數(shù)。 以測(cè)量功率因數(shù)為0.1，額定電壓為500V，額定電流為10A，功率為500W的電路為例。選用500V、500W的的普通功率表，額定電流只有1A。選用500V、10A的普通功率表，其最大示值為5000W。500W只能使用標(biāo)尺的前1/10部分。 可見測(cè)量低功率因數(shù)的功率表必須具備大電流和低功率示值兩個(gè)特點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)上必須采取一些措施，一方面提高儀表的靈敏度，使它能測(cè)量低功率，另一方面要提高功率表的電流額定值，在加大電流額定值的時(shí)候，還要注意不使表耗功率太大。 一、帶補(bǔ)償線圈的低功率因數(shù)功率表一、帶補(bǔ)償線圈的低功率因數(shù)功率表 這種功率表主要著眼于解決表耗問題。本來功率表的讀數(shù)

8、中就包含有表耗功率，但一般功率表，表耗功率比功率示值小很多，可以忽略，而低功率因數(shù)功率表，因?yàn)椴捎么箢~定電流，表耗功率較大，又采用小功率示值，使得示值中所含的表耗功率所占比例 加大，造成讀數(shù)的誤差， 因此在加大額定電流的 同時(shí)，要采取措施消除 示值中的表耗功率部分。 解決辦法是在電壓電路 中，串聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償線圈 產(chǎn)生附加力矩以抵消表 耗功率。使得所減少的 讀數(shù)值正好等于表耗功 率讀數(shù)的增加值。補(bǔ)償線圈 二、帶補(bǔ)償電容的低功率因數(shù)功率表二、帶補(bǔ)償電容的低功率因數(shù)功率表 由于功率表的電壓線圈存在感抗，通過電壓線圈的電流與電壓的相位差為 ，功率表指針偏轉(zhuǎn)角為 上式與無感抗的功率表指針偏轉(zhuǎn)角相比其誤差為

9、 功率因數(shù)越低 ， 越大，造成的誤差就越大，對(duì)于測(cè)量低功率因數(shù)的功率，十分不利，加接補(bǔ)償電容后，可消除感抗影響，使 減少，誤差下降。)cos(cos cos121adRUKIIKI tg1cos)sin tg(coscoscos-)-cos( cos補(bǔ)償電容D34W型功率表型功率表 主要用于直流電路中測(cè)量小功率或交流50赫茲電路中測(cè)量功率。（1）該表準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)，額定功率因數(shù)cos0.2?；炯夹g(shù)特性如下：a）儀表串聯(lián)電路的額定電流為雙量限，供應(yīng)下列五種規(guī)格：0.250.5A；0.51A；12A；2.55A；510A。b）儀表并聯(lián)電路的額定電壓為三量限，供應(yīng)下列各種規(guī)格：25/50/1

10、00V；50/100/200V；75/150/300V；150/300/600V。（2）連接方法 三、采用張絲結(jié)構(gòu)低功率因數(shù)功率表三、采用張絲結(jié)構(gòu)低功率因數(shù)功率表 1.采用張絲結(jié)構(gòu)低功率因數(shù)功率表，是從提高靈敏度方面著眼，解決功率示值的問題。使得功率較小時(shí)，也能有較大示值。這是因?yàn)閺埥z結(jié)構(gòu)不用轉(zhuǎn)軸，摩擦力小，靈敏度高。在同樣電流條件下，能得到較大的偏轉(zhuǎn)角度。 2.采用張絲結(jié)構(gòu)之后，如果使用光指示裝置，則可得到更高的儀表靈敏度。 張絲 四、使用低功率因數(shù)功率表的注意點(diǎn)：四、使用低功率因數(shù)功率表的注意點(diǎn)： 低功率因數(shù)功率表提供三個(gè)額定值，即額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)。使用時(shí)除電壓、電流不得超

11、過額定值外，還應(yīng)注意 1.若被測(cè)功率因數(shù)大于額定功率因數(shù)，要注意指針是否超過滿度 2.若被測(cè)功率因數(shù)小于額定功率因數(shù)，要注意指針雖未超過滿度，電流圈的電流可能超過額定值。為此測(cè)量功率時(shí)最好再用一個(gè)電流表監(jiān)視電流狀態(tài)。返回本章首頁第四節(jié)第四節(jié) 三相功率的測(cè)量三相功率的測(cè)量 一、用單相功率表測(cè)三相功率一、用單相功率表測(cè)三相功率 一表法一表法 適用于電壓、負(fù)載對(duì)稱的系統(tǒng)。三相負(fù)載的總功率，等于功率表讀數(shù)的三倍。PP3對(duì)于三相三線完全對(duì)稱電路來說，則可按上圖接線方式測(cè)量；但如果被測(cè)電路的中點(diǎn)不便于接線，或負(fù)載不能斷開，則應(yīng)按下圖所示的線路進(jìn)行測(cè)量。圖中，電壓支路的非發(fā)電機(jī)端所接的是人工中點(diǎn)，即由兩個(gè)與

12、電壓支路阻抗值相同的阻抗接成丫形，作為人工中點(diǎn)。 二表法二表法 適用于三相三線制，通過電流線圈的電流為線電流，加在電壓線圈上的電壓為線電壓，三相總功率等于兩表讀數(shù)之和。1.負(fù)載對(duì)稱并為阻性時(shí)，兩表讀數(shù)相等。2.負(fù)載對(duì)稱且功率因數(shù)為0.5，有一只功率表讀數(shù)為0。3.負(fù)載對(duì)稱且功率因數(shù)小于0.5，一只功率表讀數(shù)為負(fù)值。21)cos()cos(PPIUIUIUIUPBBCBBCAACAAC兩表法測(cè)量的注意事項(xiàng)：兩表法測(cè)量的注意事項(xiàng)：（1）接線時(shí)應(yīng)使兩個(gè)功率表的電流線圈串聯(lián)接入電路任電流線圈串聯(lián)接入電路任意兩線意兩線，使其通過的電流為三相電路的線電流，兩只功兩只功率表的電壓支路的發(fā)電機(jī)端必須接至電流線

13、圈所在線率表的電壓支路的發(fā)電機(jī)端必須接至電流線圈所在線，而另一端則必須接至沒有接電流線圈的第三線。（2）讀數(shù)時(shí)必須把符號(hào)考慮在內(nèi)，當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)大于0.5時(shí)，兩功率表讀數(shù)之和即是三相總功率；當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)小于0.5時(shí)，將有一只功率表的指針反轉(zhuǎn)，此時(shí)應(yīng)將該表電流線圈的兩個(gè)端鈕反接，使指針正向偏轉(zhuǎn)，該表的讀數(shù)應(yīng)為負(fù)，三相總功率即是兩表讀數(shù)之差。 三表法三表法 適用于三相四線制，電壓、負(fù)載不對(duì)稱的系統(tǒng)，被測(cè)三相總功率為三表讀數(shù)之和，即321PPPP二、用三相功率表測(cè)三相功率二、用三相功率表測(cè)三相功率 將兩只或三只或單相功率表的可動(dòng)線圈裝在一個(gè)公共轉(zhuǎn)軸上即組成兩元件或三元件的三相功率表，分別用于三

14、相三線制與三相四線制。其公共轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩直接反映三相總功率，因此可從標(biāo)尺上直接讀出三相功率。返回本章首頁兩元件三相功率表結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 感應(yīng)系電能表及電能的測(cè)量感應(yīng)系電能表及電能的測(cè)量一、電能表的概述一、電能表的概述1 1、電能表的分類、電能表的分類我國(guó)電能表的標(biāo)準(zhǔn)體系可以有以下幾種分類。 (1)按使用電源的性質(zhì)使用電源的性質(zhì)分：交流電能表與直流電能表； (2)按用途用途分：有功電能表、無功電能表和復(fù)費(fèi)率電能表及多功能電能表； (3)按精度等級(jí)精度等級(jí)分：普通級(jí)：0.2S，0.2，0.5S，0.5，1.0，2.0，3.0級(jí)，用于測(cè)量電能； 精密級(jí)：0.01，0.05級(jí)，主要作為校驗(yàn)普通級(jí)電能表

15、的校驗(yàn)基準(zhǔn)； (4)按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和工作和工作原理原理分：感應(yīng)式電能表和電子式電能表。2 2、國(guó)產(chǎn)電能表型號(hào)的含義國(guó)產(chǎn)電能表型號(hào)的含義 類別代號(hào)+組別代號(hào)+設(shè)計(jì)序號(hào)+派生號(hào)其代表意義為：1類別代號(hào)：D電能表。2組別代號(hào)：表示相線；D單相；S三相三線；T三相四線。表示用途及工作原理：X無功；B標(biāo)準(zhǔn)；A安培小時(shí)計(jì)；Z最大需量，J直流：F復(fù)費(fèi)率；H總耗；L長(zhǎng)壽命；S全電子式；Y預(yù)付費(fèi)；M脈沖；D多功能。3設(shè)計(jì)序號(hào)：用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。4派生號(hào)：T濕熱、干熱兩用；TH濕熱用；TA干熱用；G高原用；H船用；F化工防腐用。例如：DD單相感應(yīng)式有功電能表，如DD28型、DD862型等。 DS三相三線有功電能表，如

16、DS8型、DS864型等。 DSSD三相三線全電子式多功能電能表，如DSSD-331型、DSSD-110型等。 DT三相四線有功電能表，如DT8型、DT862型等。 DTF三相四線復(fù)費(fèi)率電能表，如DTF68型、DTF9型等。 DX無功電能表，如DX862型、DX863型等。二、感應(yīng)系電能表感應(yīng)系電能表結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(1) 驅(qū)動(dòng)元件：驅(qū)動(dòng)元件由電壓元件(電壓線圈及其鐵心)和電流元件(電流線圈及其鐵心)組成。(2) 轉(zhuǎn)動(dòng)元件：轉(zhuǎn)動(dòng)元件由可動(dòng)鋁盤和轉(zhuǎn)軸組成。(3) 制動(dòng)元件：制動(dòng)元件是一塊永久磁鐵，在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速與用電器的功率大小成正比。(4) 計(jì)算機(jī)構(gòu)：計(jì)算機(jī)構(gòu)又叫計(jì)算器，它

17、由蝸桿、 蝸輪、 齒輪和字輪組成。 三、工作原理三、工作原理 感應(yīng)式單相電能表是利用電磁感應(yīng)原理工作的，其鐵芯的結(jié)構(gòu)如下圖（a）所示，電流和磁通如圖（b）所示。當(dāng)交流電通過感應(yīng)式單相電能表的電壓線圈時(shí)，在電壓元件鐵芯中產(chǎn)生一個(gè)交變磁通u，這一磁通經(jīng)過伸入鋁盤下部的回磁板穿過鋁盤構(gòu)成磁回路，并在鋁盤上產(chǎn)生渦流iu。交流電流通過電流線圈時(shí)，會(huì)在電流元件鐵芯中產(chǎn)生一個(gè)交變磁通i ，這一磁通通過鐵芯柱的一端穿出鋁盤，又經(jīng)過鐵芯柱的另一端穿人鋁盤，從而構(gòu)成閉合的磁路。電壓線圈和電流線圈產(chǎn)生的是兩個(gè)交變磁通，這兩個(gè)交變磁通及其產(chǎn)生的渦流相互作用，產(chǎn)生電磁力矩。這個(gè)電磁力矩（即轉(zhuǎn)動(dòng)力矩）推動(dòng)鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)這

18、兩個(gè)磁通產(chǎn)生的渦流也與制動(dòng)永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩，制動(dòng)力矩的大小是隨鋁盤轉(zhuǎn)速的增大而增大的，與鋁盤轉(zhuǎn)速成正比。只有制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩平衡時(shí)，鋁盤才能勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。電能表的鋁盤向什么方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電能表中的磁通和渦流又是如何作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的呢？圖中，u為電壓線圈產(chǎn)生的穿過鋁盤的磁通，它與電壓線圈的電壓仍成正比，方向由紙面指向讀者，根據(jù)右手螺旋法則可以判斷出鋁盤產(chǎn)生的渦流iu的方向。i1和i2為電流線圈產(chǎn)生的磁通，其大小與電流線圈中的i成正比，方向如上圖所示。同樣，可以判斷出i1和i2產(chǎn)生的渦流i1和i2方向，如下圖所示。 鋁盤在電流線圈和電壓線圈作用下產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩與負(fù)載功率成正比，由

19、永久磁鐵產(chǎn)生的制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速成正比。寫成等式為CPqPKqPKqMPKMWWTW , , 即正比關(guān)系可求得轉(zhuǎn)速與功率的矩時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩等于制動(dòng)力。 2 , 2 2 2 成正比與電能所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)上式表示鋁盤經(jīng)過時(shí)間即可得乘以等式兩邊各除以WNtWCNtCPtt返回本章首頁四、電能表的安裝和使用要求四、電能表的安裝和使用要求(1)電能表應(yīng)按設(shè)計(jì)裝配圖規(guī)定的位置進(jìn)行安裝，應(yīng)注意不能安裝在高溫、潮濕、多塵及有腐蝕氣體的地方。 (2)電能表應(yīng)安裝在不易受震動(dòng)的墻上或開關(guān)板上，墻面上的安裝位置以不低于1.8 m為宜。 (3)為了保證電能表工作的準(zhǔn)確性，必須嚴(yán)格垂直裝設(shè)。 (4)電能表的導(dǎo)線中間不應(yīng)有接頭。(

20、5)電能表在額定電壓下，當(dāng)電流線圈無電流通過時(shí)，鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)不超過1轉(zhuǎn)，功率消耗不超過1.5W。 (6)電能表裝好后，開亮電燈，電能表的鋁盤應(yīng)從左向右轉(zhuǎn)動(dòng)。 (7)單相電能表的選用必須與用電器總瓦數(shù)相適應(yīng)。 (8)電能表在使用時(shí)，電路不容許短路及用電器超過額定值的125%。 (9)電能表不允許安裝在10%額定負(fù)載以下的電路中使用。 五、電能表的接線五、電能表的接線單相電能表的接線單相電能表的接線 在低壓小電流電路中，電能表可直接接在線路上，如圖（a）所示。在低壓大電流電路中，若線路負(fù)載電流超過電能表的量程，則須經(jīng)電流互感器將電流變小， 即將電能表間接連接到線路上, 接線方法如圖（b）所示。 Z4

21、321WhLN(a)Z4321WhLN(b)TAWh單相功率表；Z負(fù)載；TA電流互感器圖圖 單相電能表的接線方法單相電能表的接線方法 (a) 直接接入式；直接接入式； (b) 經(jīng)電流互感器接入式經(jīng)電流互感器接入式六、交流電能表常見故障及處理方法六、交流電能表常見故障及處理方法表表 交流電能表常見交流電能表常見故障及處理方法故障及處理方法返回本章首頁第六節(jié)第六節(jié) 三相有功電能表三相有功電能表 一、三相有功電能表的結(jié)構(gòu)一、三相有功電能表的結(jié)構(gòu) 三相電能表和三相功率表一樣，也有二元件和三元件兩種結(jié)構(gòu)， 二元件用于三相三線制，三元件可用于三相四線制。不論是二元件或三元件都有兩種形式，一種是一個(gè)公共轉(zhuǎn)軸

22、上裝三個(gè)鋁盤或兩個(gè)鋁盤分別由三個(gè)元件或兩個(gè)元件驅(qū)動(dòng)，另一種轉(zhuǎn)軸上只有一個(gè)鋁盤由三個(gè)元件或兩個(gè)元件共同驅(qū)動(dòng)。以二元件為例，其結(jié)構(gòu)如圖。二元件單鋁盤二元件二鋁盤 二、三相有功電能表的接線二、三相有功電能表的接線 感應(yīng)式三相有功電能表，是利用兩只或三只單相有功電能表，驅(qū)動(dòng)一個(gè)公共轉(zhuǎn)軸，使轉(zhuǎn)數(shù)直接反映三相電能。積算器的示值就是三相總電能，連接方法及使用范圍與功率表的兩表法或三表法相同。1 1、三相三相二元件電能表的接線二元件電能表的接線三相二元件電能表的直接接線方式如圖（a）所示，經(jīng)電流互感器的接線方法如圖(b)、(c)和(d)所示。L11 2 354687L2L3iL1iL2iL3(d)L11 2

23、35687L2L3iL1iL2iL3(c)4L11 2 35687L2L3iL1iL2iL3(b)4L11 2 35687L2L3iL1iL2iL3(a)4圖圖 三相二元件電能表接線方法三相二元件電能表接線方法(a) (a) 直接接入；直接接入； (b) (b) 經(jīng)經(jīng)TATA接入方法一；接入方法一；(c) (c) 經(jīng)經(jīng)TATA接入方法二；接入方法二； (d) (d) 經(jīng)經(jīng)TATA接入方法三接入方法三2、三相、三相三元件電能表的接線三元件電能表的接線三相三元件電能表（用于三相四線制）的接線方式如圖所示圖圖 三相三元件電能表接線方法三相三元件電能表接線方法(a) (a) 直接接入；直接接入； (b

24、) (b) 經(jīng)經(jīng)TATA接入；接入；(c) (c) 經(jīng)經(jīng)TATA和和TVTV接入；接入； (d)(d)三只單相電能表接入三相四線制接法三只單相電能表接入三相四線制接法 (d)L11 2 3798L2L3iL1iL2iL3(c)4 5 610NINL11 2 3798L2L3iL1iL2iL3(b)4 5 61011NINL11 2 3798L2L3iL1iL2iL3(a)4 5 611NIN10L112L2L3iL1iL2iL3NIN3 412 3 412 3 411三、三、三相三線有功電能表三相三線有功電能表 三相三線有功電能表（三相三線兩元件電能表） ，可將這種電能表看成是兩只單相電能表的

25、組合，其原理結(jié)構(gòu)如圖所示。它具有兩組電流、電壓線圈（即兩組驅(qū)動(dòng)元件），兩個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁盤，兩只制動(dòng)磁鐵，一套計(jì)度器。鐵芯采用分離形式。電壓元仵為半封閉插片結(jié)構(gòu)，性能較穩(wěn)定，減小了摩擦力矩，有利于提高電能表的靈敏度，三相三線直人式電能表的讀數(shù)直接反映了三相負(fù)載所消耗的電能。 三相三線有功電能表的工作原理與單相有功電能表的工作原理基本上相同，三相有功電能表由電流、電壓元件產(chǎn)生一移進(jìn)磁場(chǎng)，同時(shí)與制動(dòng)力矩相互作用，使鋁盤在磁場(chǎng)中獲得的轉(zhuǎn)速正比于負(fù)載的有功功率，從而達(dá)到計(jì)量電能的目的。 四、四、三相四線有功電能表三相四線有功電能表 三相四線有功電能表（三相四線三元件電能表） ，可以看作是三只單相電能表的

26、組合，它具有三組電壓、電流元件，兩個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鋁盤上、下排列，上面一只鋁盤裝有一套驅(qū)動(dòng)元件（即電壓、電流線圈），下面一只鋁盤裝有兩組驅(qū)動(dòng)元件，一套計(jì)度器。三相四線有功電能表工作時(shí)，由三組電流、電壓元件產(chǎn)生一移動(dòng)磁場(chǎng)，作用在鋁盤上的總轉(zhuǎn)矩為三組元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和，使鋁盤在磁場(chǎng)中獲得的轉(zhuǎn)速正比于負(fù)載的有功功率，從而達(dá)到計(jì)量電能的目的。返回本章首頁第七節(jié)第七節(jié) 三相無功三相無功電能表和電能表和無功無功電能的測(cè)量電能的測(cè)量 無功功率一般無需測(cè)量，但電力系統(tǒng)為了限制用戶濫用無功電能，對(duì)裝機(jī)容量大的用戶，采取無功電能收費(fèi)政策，促使用戶采取措施提高功率因數(shù)。為此要對(duì)這種用戶加裝無功電能表。 DX1型三相無功

27、電能表 DX2型三相無功電能表。適用于電源對(duì)稱的三相四線制適用于三相三線制 一、三相四線制無功一、三相四線制無功電能的測(cè)量電能的測(cè)量 對(duì)三相四線制系統(tǒng)，測(cè)量無功電能可用DX1型無功電能表，該表為兩元件結(jié)構(gòu)，兩組鋁盤裝在同一轉(zhuǎn)軸上，讀數(shù)為三相總無功電能。每一組驅(qū)動(dòng)元件有兩個(gè)固定電流線圈，即基本線圈與附加線圈，兩線圈繞在同一鐵心上，匝數(shù)相等，極性相反。 DX1型三相無功電能表測(cè)量無功電能的原理：型三相無功電能表測(cè)量無功電能的原理： 。，QKMMMIUKMIUKMUUUUIIIIIIUKMIUKM，III、IIIIIIWCPCPCPLLWCPLLWCPLCABCABCBABCBACBABWCPABB

28、CWCPBCCBBAABBCA電能總力矩同樣正比于無功時(shí)可以證明在負(fù)載不對(duì)稱即總力矩正比于無功電能兩組線圈對(duì)鋁盤產(chǎn)生的力矩分別為稱時(shí)每組線圈對(duì)鋁盤的可推出電源對(duì)稱負(fù)載對(duì)由于力矩分別由下式?jīng)Q定兩組線圈對(duì)鋁盤產(chǎn)生的三相負(fù)載對(duì)稱對(duì)稱設(shè)三相電源成正比的合成磁場(chǎng)將分別與兩組線圈通過附加線圈的電流為為若通過基本線圈的電流 3 )30sin(3 )30sin(3 3/3/ )30(90cos )30(90cos ， 212121二、三相三線制無功二、三相三線制無功電能的測(cè)量電能的測(cè)量 測(cè)量三相三線制無功電能可用DX2型無功電能表，該表也是二元件結(jié)構(gòu)，可直接讀出三相無功電能，該表電壓圈串接一電阻,調(diào)節(jié)R，使電

29、壓與工作磁通相位差為60，接線如圖。 圖圖 無功電能表的接線方法無功電能表的接線方法（a） 直接接入直接接入; （b) 經(jīng)電流互感器接入經(jīng)電流互感器接入;（c） 經(jīng)電流互感器、經(jīng)電流互感器、 電壓互感器接入電壓互感器接入 TAL3TAL2L11 2 3798L2L3iL1iL2iL3(a)4 5 6NINL11 23798L2L3iL1iL2iL3(b)4 56NINTAL1三三、無功無功電能表的接線電能表的接線TAL3L11 23798L2L3iL1iL2iL3(c)4 56NINTAL1 圖圖 無功電能表的接線方法無功電能表的接線方法（a） 直接接入直接接入; （b) 經(jīng)電流互感器接入經(jīng)電

30、流互感器接入;（c） 經(jīng)電流互感器、經(jīng)電流互感器、 電壓互感器接入電壓互感器接入 四、用單相電能表測(cè)四、用單相電能表測(cè)對(duì)稱的三相三線制的無功電能對(duì)稱的三相三線制的無功電能 按下圖接法，將單相電能表讀數(shù)除以 ，等于三相三線制無功電能。這可由鋁盤所受的平均轉(zhuǎn)矩推出。QKIUKIUKMWABCWABCWCP3 sin )90cos( 3五五、無功無功電能表電能表的特點(diǎn)的特點(diǎn)返回本章首頁第八節(jié)第八節(jié) 電子式單相電子式單相電能電能表表一、電子式單相能表結(jié)構(gòu)一、電子式單相能表結(jié)構(gòu) 圖中乘法器和頻率變換器可選用專用集成電路。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和字輪也有單獨(dú)的部件產(chǎn)品，所以電子電能表實(shí)際是在電能表專用集成電路和字輪部

31、件的基礎(chǔ)上，配置相應(yīng)的取樣電路構(gòu)成，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，已開始取代過去生產(chǎn)工藝復(fù)雜、耗材多的感應(yīng)系電能表。二、電子式單相電能表的專用集成電路二、電子式單相電能表的專用集成電路 可供選擇的電能表專用集成電路有AD7755、AD7750等芯片，下圖為AD7755的結(jié)構(gòu)與引腳示意圖。 電流取樣輸入電壓取樣輸入基準(zhǔn)電壓輸入直流電源晶振連接點(diǎn)增益調(diào)節(jié)復(fù)位高通濾波器接步進(jìn)電機(jī)輸出校驗(yàn)脈沖電能輸入輸出判別校驗(yàn)脈沖頻率調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)三、三、AD7755AD7755外接電路外接電路 四、四、AD7755AD7755外接電路計(jì)算外接電路計(jì)算 AD7755需要兩組直流電源，其中片內(nèi)數(shù)字電路、模擬電路所

32、需直流電源由二極管VD2整流并經(jīng)IC2穩(wěn)壓后提供，基準(zhǔn)電壓由IC4產(chǎn)生。 使用時(shí)要根據(jù)電能表的額定電流、額定電壓選擇取樣電阻，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，取樣電阻計(jì)算步驟如下：1.求從求從F1、F2輸出的脈沖頻率：輸出的脈沖頻率：可根據(jù)計(jì)數(shù)器的電表常數(shù)推算。設(shè)配套用的計(jì)數(shù)器的電表常數(shù)為100imp/kWh（即字輪轉(zhuǎn)動(dòng)1kWh需要100脈沖推動(dòng)），電能表的額定電壓為220V，額定電流為10A，可求得工作在額定電壓、額定電流時(shí)的脈沖頻率。（若工作電流未達(dá)到額定，相應(yīng)的脈沖頻率將減少。）Hz06111. 0sh3600110A220Vimp/kWh100Ff 2.求電流通道取樣電壓：求電流通道取樣電壓：設(shè)電流通道取

33、樣電阻選用350，電能表額定電流為10A，可求得取樣電壓為 這個(gè)電壓不能超過集成電路AD7755的允許值。 3. 求電壓取樣電路的電壓值求電壓取樣電路的電壓值:設(shè)基準(zhǔn)電壓為2.5V, 按 產(chǎn)品目錄提供的 值當(dāng) 時(shí)為3.4,可求出 4.求電壓取樣電路的分壓電阻求電壓取樣電路的分壓電阻：由于取樣電壓從220V降壓得來，可推出應(yīng)接入的分壓電阻，例如圖中R4-R14為分壓電阻?？汕蟮?110、SSmV5 . 3350101AUmV9 .24806.84 .1122fGURfUREFF4 . 1f返回本章首頁145442202RRRRU 一、電子式三相電能表的專用集成電路一、電子式三相電能表的專用集成電

34、路 常用的專用集成電路有ADE7752、ADE7754等。 ADE7752的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖三相取樣輸入計(jì)數(shù)脈沖輸出三相求和第九節(jié)第九節(jié) 電子式三相電能表電子式三相電能表 ADE7752的引腳圖 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳圖可以看出，三相電能表的專用集成電路，是由三組單相電路組成，分別從三組電路測(cè)出每相耗用功率，然后通過求和得出三相總耗用功率。每一相的電路結(jié)構(gòu)與原理，跟單相集成電路的結(jié)構(gòu)與原理基本相同，所用的引腳名稱于功能也類似。 二、電子式三相電能表的電路組成二、電子式三相電能表的電路組成 電路結(jié)構(gòu)與單相主要區(qū)別是：1.必須對(duì)三相電壓、電流取樣。2.對(duì)于大負(fù)荷的電能表要用互感器取樣。 三、電子式三相電能表

35、的取樣電路三、電子式三相電能表的取樣電路 三相電子電能表是在單相基礎(chǔ)上，分別對(duì)三相計(jì)量后求和。所以其結(jié)構(gòu)與單相同。但三相多為高壓、大負(fù)載的用戶，所以一般需要通過電流、電壓互感器取樣。 四、外接電路計(jì)算四、外接電路計(jì)算 使用三相電能表和單相一樣,也要計(jì)算取樣電阻，其步驟與單相計(jì)算方法基本相同。 第一步：求第一步：求F1、F2輸出的脈沖頻率輸出的脈沖頻率 可可根據(jù)計(jì)數(shù)器每轉(zhuǎn)過1千瓦小時(shí)所需要的脈沖個(gè)數(shù)（即電能表計(jì)量常數(shù)），及電能表的額定功率，求得額定狀態(tài)下ADE7752的 F1、F2引腳輸出的脈沖頻率。 例如電能表的額定功率為66kW，計(jì)數(shù)器計(jì)量常數(shù)為100imp/Kw,可求得工作于額定狀態(tài)時(shí)F1

36、、F2輸出的脈沖頻率Hz833.1Hz3600100661Ff外接電路計(jì)算第二步：選擇電流通道配用的電流互感器第二步：選擇電流通道配用的電流互感器變比及電流互感器的負(fù)載電阻變比及電流互感器的負(fù)載電阻 :若額定負(fù)載電流為100A，互感器變比可取2500:1，二次繞組電流為100/2500=0.04A。用二次繞組負(fù)載電阻的輸出電壓作為ADE7752專用集成電路電流通道的輸入電壓，該電壓不得超過允許值，例如ADE7752的允許電壓有效值為176mV，負(fù)載電阻壓降可取允許值或允許值的一半88mV，若為一半，則二次繞組負(fù)載電阻應(yīng)為2.2 88mV/0.04A=2.2 。 外接電路計(jì)算 第三步第三步 求電

37、壓取樣電路的電壓值：求電壓取樣電路的電壓值：設(shè)基準(zhǔn)電壓為2.5V，按ASDE7752產(chǎn)品目錄提供的計(jì)算公式流通道取樣電壓為以上第二步求出的電式中可求得時(shí)15 . 112125 . 1 328. 6 ） 01110(07.39 UfUUfU、SCF、SSfREFF 第四步第四步 根據(jù)取樣電壓選擇電壓互感器：根據(jù)取樣電壓選擇電壓互感器： 或與分壓電阻結(jié)合取得。 五、電子式三相電能表可擴(kuò)充功能五、電子式三相電能表可擴(kuò)充功能 常用的三相電子電能表，一般不需要配置單片機(jī)及相關(guān)接口，只要在電能表專用集成電路之后，用字輪進(jìn)行計(jì)度即可。但在需要擴(kuò)充功能的場(chǎng)合，如要計(jì)量負(fù)向電能或需要對(duì)所計(jì)的數(shù)值進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸時(shí)才

38、需要配置單片機(jī)及相關(guān)接口。第十節(jié) 電子式單相復(fù)費(fèi)率電能表 利用微處理器設(shè)置不同時(shí)段的起止時(shí)間，然后按不同時(shí)段測(cè)量用電量，存入不同的內(nèi)存單元，供顯示或抄錄。下圖是DDSF111型復(fù)費(fèi)率電能表的結(jié)構(gòu)示意圖。 一、時(shí)鐘電路一、時(shí)鐘電路 復(fù)費(fèi)率電能表利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RTC4553A提供實(shí)時(shí)時(shí)間，包括年、月、日、時(shí)、分、秒，作為分時(shí)計(jì)費(fèi)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。圖3-43為RTC4553內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 二、電能計(jì)量電路二、電能計(jì)量電路電流信號(hào)接VIN、VIP端ADE7755作為計(jì)量芯片電壓信號(hào)接V2N、V2P端消耗功率轉(zhuǎn)換的低頻脈沖校驗(yàn)用高頻脈沖三、控制電路三、控制電路 控制電路由單片機(jī)MC68HC05L16及相關(guān)

39、外圍電路包括液晶顯示器、通信接口和檢測(cè)電路等組成。 控制電路的外圍部件控制電路的外圍部件 1液晶顯示器 顯示器有33個(gè)顯示電極和4個(gè)背電極，連接到單片機(jī)MC68HC05L16的FP、BP有關(guān)引腳，并通過紅外開關(guān)控制翻頁，依次顯示42種不同的數(shù)據(jù)。 2通信接口 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過485通信接口向電能表要設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，或從電能表取出數(shù)據(jù)。返回本章首頁第十一節(jié) 集中抄表與電子式IC卡預(yù)付費(fèi)電能表一、集中抄表與電能表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送的幾種方式一、集中抄表與電能表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送的幾種方式 1.紅外傳輸方式：用戶電能表通過紅外輸出信號(hào)接口，向抄表者傳送表內(nèi)數(shù)據(jù)。 2.利用RS485串口的傳輸方式：用戶電能表通過RS485串口將表內(nèi)數(shù)據(jù)送送抄表中心。 3.利用電力線或有線電視網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)姆绞剑河脩敉ㄟ^電子式載波電能表，將計(jì)量數(shù)據(jù)通過專用載波芯片饋入電力線或有線電視網(wǎng)