第三章功率和電能的測量

第三章功率和電能的測量第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)功率和電能的測量方法一、直流功率的測量1.用電流表和電壓表測量直流功率直流功率的計算式為可以通過測量U、I值間接求得。RAVURVUA電壓表接在靠近電源一端電壓表接在靠近負載一端第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四2.用功率表測量直流功率用電動系功率表直接測量。3.用直流電位差計測量直流功率準(zhǔn)確度比較高，可用來校驗功率表，或作為功率的精密測量之用。4.用數(shù)字功率表測量直流功率第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、單相交流功率的測量1.用間接法測量單相交流功率在交流電路中，有功功率無功功率視在功率S可以通過測量U、I值間接求得。P可以通過測量U、I、cosφ值間接求得。將S和P的測量結(jié)果，代入公式即可求得無功功率Q。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四2.用功率表測量單相交流功率電動系功率表既可作為直流功率表，也可以作為交流功率表。磁電系儀表也可以作為功率表，但需與變換器配合構(gòu)成所謂變換式功率表。三、三相功率的測量三相有功功率可以用單相功率表，分別測出各相功率，然后求其總和，即所謂三表法。第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四完全對稱的三相制，也可以用一表法。三相三線制，也可以用二表法。三相無功功率可以采用間接法測量。四、電能的測量測量電能普遍使用電能表，直流電能表多為電動系，交流電能表一般用感應(yīng)系和靜止式電子電能表。也可以采用間接法測量電能。第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)電動系功率表一、工作原理電動系功率表有兩個線圈：固定線圈1與負載串聯(lián)，以反映負載的電流；可動線圈2串接一定的附加電阻，然后與負載并聯(lián)，以反映負載的電壓。第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四如果功率表接在直流電路上，則式中，R2為可動線圈的電阻和附加電阻Rad之和，稱為電壓線路電阻。指針偏轉(zhuǎn)角與兩線圈電流乘積成正比，即第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四如果功率表接在交流電路上，并假設(shè)附加電阻Rad較大，則指針偏轉(zhuǎn)角：式中U、I—交流電壓與交流電流有效值。第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、功率表量程的擴大改變電流量程，通?？蓪⒐潭ň€圈接成串聯(lián)或并聯(lián)。改變電壓量程一般加附加電阻，功率表的附加電阻多數(shù)為內(nèi)附式多量程結(jié)構(gòu)。交流功率表擴大量程則多利用互感器。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四三、功率表的正確使用1.功率表的正確接線電動系儀表的力矩方向與兩線圈的電流方向有關(guān)。

為此要規(guī)定一個能使指針正向偏轉(zhuǎn)的電流方向，即功率表接線要遵守“電源端”守則。

接線時要使兩線圈的“電源端”接在電源的同一極性上，以保證兩線圈電流都能從該端子流入。第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四2.量程的選擇功率表量程包括功率、電壓、電流三個因素。功率量程表示負載功率因數(shù)cosφ=1，電流和電壓均為額定值時的乘積。若cosφ<1，即使電流和電壓均達到額定值，功率也不會達到額定值。功率表量程的選擇，實則就是選擇電流和電壓的額定值。第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四3.功率表的讀數(shù)功率表的標(biāo)尺上不注明瓦特數(shù)，只標(biāo)分格數(shù)。

被測功率數(shù)值的大小，需用功率表常數(shù)進行換算，而不能直接從標(biāo)尺上讀取。

功率表常數(shù)C，表示每一分格的瓦數(shù)式中UH—所接量程的電壓額定值；IH—所接量程的電流額定值；αm—功率表標(biāo)尺的滿刻度格數(shù)。被測功率的瓦數(shù)α—指針偏轉(zhuǎn)格數(shù)第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四4.正確接線的選擇電流線圈的電流等于負載電流電壓線路兩端的電壓為負載電壓U與電流線圈壓降之和，即式中RWA—電流線圈的電阻功率表的讀數(shù)為式中P—負載的功率I2RWA—電流線圈消耗的功率這種電路適用于RWA<<R，即負載電阻較大的場合。第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四電流線圈的電流為負載電流與電壓線路電流之和，即電壓線路兩端的電壓等于負載電壓式中RWV—電壓電路的電阻功率表的讀數(shù)為這種電路適用于RWV>>R，即負載電阻較小的場合。第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第三節(jié)低功率因數(shù)功率表普通功率表滿偏轉(zhuǎn)的條件是：外加電壓和電流達到額定值，功率因數(shù)。低功率因數(shù)功率表的主要特點是儀表具有較高的靈敏度，能夠在額定電壓、額定電流、或0.2的條件下，使指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四一、應(yīng)用補償線圈的低功率因數(shù)功率表

在并聯(lián)的電壓線路中串聯(lián)了一個補償線圈3，它的匝數(shù)及結(jié)構(gòu)與電流線圈相同。但繞向相反地繞在電流線圈上，所產(chǎn)生的磁場將抵消部分的電流線圈所形成的磁場，抵消部分相當(dāng)于電壓線路電流I2所造成的功耗。這就等于從功率表的讀數(shù)中自動減去并聯(lián)電路的功率損耗。這種功率表的正確接線只能將電壓線路接負載端，而不能把電壓線路接在電源端。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、應(yīng)用補償電容的低功率因數(shù)功率表功率表測量單相交流功率時，電壓線路電流比電壓滯后的相位角為θ，稱作角誤差。如果θ≠0，則I2與I1的相位差，則式中αθ—θ≠0時功率表指針偏轉(zhuǎn)角。第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

由于存在角誤差θ，使功率表指針偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的相對誤差等于

功率因數(shù)愈低，tgφ愈大，由角誤差引起的相對誤差愈大。

在附加電阻Rad上并聯(lián)一個電容C，從而使并聯(lián)電路成了一個純阻性電路，即θ=0，也就消除了誤差γθ。第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四三、帶光標(biāo)指示器的張絲結(jié)構(gòu)的功率表

采用張絲結(jié)構(gòu)代替軸承。一方面消除了軸承摩擦，另一方面提高儀表靈敏度，以實現(xiàn)低功率因數(shù)條件下的功率測量。

低功率因數(shù)功率表滿偏轉(zhuǎn)條件是，電壓等于額定電壓UH，電流等于額定電流IH，功率因數(shù)等于額定功率因數(shù)，所以功率表常數(shù)為被測功率為第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第四節(jié)三相功率的測量一、一表法測三相對稱的負載功率三相總功率等于功率表讀數(shù)乘3，即式中P—三相總功率P1—單相功率表讀數(shù)第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、二表法測三相三線制的功率二表法適用于三相三線制，不論負載對稱或不對稱都可以使用。設(shè)負載為星形接法，功率表讀數(shù)由下式?jīng)Q定二只功率表讀數(shù)P1、P2之和等于三相交流總功率。第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四功率表PW1、PW2所反映的瞬時功率分別為對于星形接法的負載有式中uAC、uBC—線電壓瞬時值；uA、uB、uC—相電壓瞬時值。第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四對于三相三線制，代入上式得：式中：p12—由PW1、PW2二個功率表測出的瞬時功率之和；pΣ—三相總功率瞬時值。兩功率表對應(yīng)的瞬時功率之和，等于三相總的瞬時功率。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四功率表測出的是功率平均值，兩功率表平均功率之和也等于三相總的平均功率。只要是三相三線制，滿足iA+iB+iC=0，不論負載是否對稱，三相總功率都可用二表法測得。第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四如果負載對稱、電源對稱，即則式中UL—線電壓IL—線電流第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四若負載為阻性，，則兩表讀數(shù)相等，即若負載功率因數(shù)為0.5，則其中一只功率表讀數(shù)為零，即有若負載功率因數(shù)為小于0.5，則其中一只功率表讀數(shù)為負值，即有用兩表法測三相功率，總功率應(yīng)為兩表讀數(shù)的代數(shù)和。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四三、三表法測三相四線制的功率三相四線制的負載一般是不對稱的，此時可用三只功率表分別測出各相功率，而三相總功率，則等于三只功率表讀數(shù)之和。二表法或三表法測量三相總功率，可以用單相功率表，也可以用三相功率表。三相功率表的結(jié)構(gòu)，有二元件和三元件之分。二元件適用于三相三線制，三元件適用于三相四線制。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第五節(jié)感應(yīng)系電能表及電能的測量利用固定的交流磁場與由該磁場在可動部分的導(dǎo)體中所感應(yīng)的電流之間的作用力而工作的儀表稱為感應(yīng)系儀表。電能表用于測量從電源送給負載的電能量。它等于負載消耗的功率與時間乘積的積分，即電能表和一般指示儀表的主要區(qū)別是用計算總和的積算機構(gòu)，來代替指針和標(biāo)尺。第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四一、交流單相電能表的結(jié)構(gòu)1—電壓線圈2—電流線圈3—永久磁鐵4—鋁盤5—蝸輪6—蝸桿7—轉(zhuǎn)軸感應(yīng)系單相交流電能表有切線型和射線型兩種形式。第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四（1）驅(qū)動元件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩的元件，包括固定線圈和可動鋁盤。（2）制動元件

制動力矩由永久磁鐵3與鋁盤4組成。永久磁鐵產(chǎn)生的制動力矩方向總是與轉(zhuǎn)動力矩方向相反。（3）積算機構(gòu)

用來計算電能表鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，以實現(xiàn)電能的測量和積算。第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四二、交流單相電能表的工作原理電壓線圈通入交流電壓之后，產(chǎn)生兩部分交變磁通，穿過鋁盤的部分ΦU稱為工作磁通，不穿過鋁盤而自行閉合的部分Φf稱為非工作磁通。

調(diào)節(jié)Φf的大小可以改變ΦU與電壓U的相位差。電流線圈通入負載電流后，產(chǎn)生交變磁通ΦI，ΦI二次穿過鋁盤，分別標(biāo)以。第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

交變磁通ΦU、穿過鋁盤，分別感應(yīng)出渦流。磁通與渦流之間相互作用產(chǎn)生的電磁力矩，驅(qū)使鋁盤轉(zhuǎn)動。

交變磁通ΦU、,不但它們所處的空間不同，而且交變的初相也不同。兩者結(jié)合起來就形成了所謂“移進磁場”。移進磁場的移進方向是從相位超前的磁通位置移向相位滯后的磁通位置，這也是驅(qū)動鋁盤移動的方向。第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四1.鋁盤的驅(qū)動力矩作用在鋁盤上總的平均力矩為鋁盤所受總力矩不僅與磁通ΦU及ΦI有關(guān)，且必須保證ΦU與ΦI不同相，否則鋁盤將不轉(zhuǎn)動。設(shè)負載為感性，功率因數(shù)角為。第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四在磁路不飽和時，ΦU將正比于IU，IU又與U成正比，故有ΦU=KU。電能表鋁盤力矩與負載功率成正比，但應(yīng)指出若條件不能滿足，上式就不成立。

ΦI正比于負載電流I，即ΦI=KI。滿足上述電能表理想條件，則第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四2.鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)與被測電能的關(guān)系鋁盤在轉(zhuǎn)動力矩作用下，將越轉(zhuǎn)越快，但由于鋁盤旁邊還裝有制動磁鐵，當(dāng)鋁盤以ω轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，鋁盤切割永久磁鐵的磁通ΦM，并感應(yīng)產(chǎn)生渦流iM。iM與ΦM相互作用，產(chǎn)生制動力矩MT，其方向與轉(zhuǎn)動力矩方向相反。

當(dāng)轉(zhuǎn)動力矩與制動力矩相等時，達到平衡，鋁盤以穩(wěn)定速度轉(zhuǎn)動。鋁盤轉(zhuǎn)速正比于負載所消耗的功率。第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四式中N—在t1至t2的時間內(nèi)鋁盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)；W—在t1至t2的時間內(nèi)負載消耗的電能；C’—電能表常數(shù)。鋁盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)正比于負載消耗的電能將上式在時間t1至t2內(nèi)取積分，得C’的單位為（kW·h）-1，代表每消耗1kW·h電能對應(yīng)鋁盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，將C’取倒數(shù)得第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四代表電能表每一圈所對應(yīng)的電能值。第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四三、電能表的正確使用

正確使用電能表，首先是正確選擇額定電壓、額定電流和準(zhǔn)確度。電能表額定電壓應(yīng)與負載額定電壓相符。電能表最大額定電流應(yīng)大于或等于負載最大電流。電能表準(zhǔn)確度分為0.5級、1.0級、2.0級和3.0級。準(zhǔn)確度一般指在額定電壓、標(biāo)定電流、額定頻率和在的條件下，基本誤差不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相應(yīng)值。電能表的正確接線，應(yīng)遵守“電源端”守則。配線應(yīng)采取進端接電源端，出端接負載端，電流線圈應(yīng)接于火線，而不要接零線。第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第六節(jié)三相有功電能表測量三相有功電能可以用單相電能表，其接法和功率測量一樣有一表法、二表法和三表法之分。在電力系統(tǒng)中，三相電能多采用三相電能表測量。三相電能表是二只單相電能表或三只單相電能表的組合。第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四一、三元件三相電能表三元件三相電能表適用于三相四線制電能的測量，它的原理與三表法測功率相同。二、二元件三相電能表二元件三相電能表適用于三相三線制電能的測量，它的原理與二表法測功率相同。第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四第七節(jié)三相無功電能表和無功電能的測量一、三相四線制無功電能的測量測量三相四線制的無功電能可以用一種帶附加電流線圈的三相無功電能表。該電能表的電流線圈除基本線圈外還有附加線圈，兩個線圈的匝數(shù)相等、極性相反并繞在同一鐵心上。第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四負載附加線圈基本線圈接線端子第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期四

第一個元件的基本線圈通以電流IA