第7章 电能的测量 第1节、2节、3节、4节课.doc

南京市高级技术学校教案首页授课日期班级课题： 第7章 电能的测量 第1节、2节、3节、4节课 教学目的、要求： 掌握感应系电能表的结构，了解感应系电能表的工作原理、电子式电能表、三相有功电能的测量，并掌握电能表的使用。 教学重点、难点： 感应系电能表的结构，了解感应系电能表的工作原理、电子式电能表、三相有功电能的测量，并掌握电能表的使用 授课方法： 讲授 教学参考及教具（含电教设备）： 电工仪表与测量 板书设计或授课提纲：【新课引入】【讲授新课】第7章 电能的测量第1节 感应系电能表一、感应系电能表的结构及原理二、单相电能表的接线第2节 电子式电能表一、单相电子式电能表第3节 三相有功电能的测量一、 三相三线有功电能表 二、三相四线有功电能表第4节 电能表的使用【课后小结】 【作业】教 案 纸第 6 页【复习提问】1、三相有功功率的测量方法有哪些？单相、三相功率表2. 三相无功功率和有功功率的测量方法有什么区别？【新课引入】电能=功率时间，电能表用来测量某一段时间内，发电机发出多少电能或负载吸收多少电能的仪表。实际中常用度或千瓦时作为电能的单位，故测量电能的仪表称为电能表或千瓦小时表。经过第六章的学习大家知道与两个电量有关的功率的测量，而电能不但与功率有关，还与非电量-时间有关。所以电能表与功率表不同之处：电能表不仅能反映负载功率的大小，还能计算负载用电的时间，并通过计度器把电能自动累加起来。为使仪表能正常工作，电能表要具有较大的转动力矩，故测量交流电能的仪表大多采用感应系电能表（转动力矩大，成本低）。本节课主要介绍感应系电能表的结构、原理及基础知识。【新课】第7章 电能的测量 第1节 感应系电能表一、电能表介绍1、电能表：来测量某一段时间内，发电机发出多少电能或负载吸收多少电能的仪表。 电气机械式电能表：电动、感应2、分类：结构和工作原理 数字式电能表 测量对象：有功、无功电能表1、驱动元件：用来产生转动力矩电压元件：在E字形铁心上绕有匝数多且导线截面较小的线圈，该线圈在使用时与负载并联电流元件：在U形铁心上绕有匝数少且导线截面较大的线圈，该线圈使用时要与负载串联2、转动元件：铝盘和转轴组成。转轴上装有传递铝盘转数的蜗杆。仪表工作时，驱动元件产生的转动力将驱使铝盘转动。 相数：单相、三相二、感应系电能表的结构（一）结构如图所示3、制动元件：由永久磁铁组成。用来在铝盘转动时产生制动力矩，使铝盘的转速与被测功率成正比。4、计度器（也称积算机构）：用来计算铝盘的转数，实现累计电能的目的。包括装在转轴上的齿轮、滚轮以及计数器等。电能表最终通过计数器直接显示出被测电能的数值。电流元件的铁心和电压元件的铁心之间留有间隙，以便使铝盘能在此间隙中自由转动。电压元件铁心上装有钢板冲制成的回磁板。回磁板的下端伸入铝盘下部，隔着铝盘与电压元件的铁心柱相对应，构成电压线圈工作磁通的回路。（二）电能表的电路和磁路电压线圈：与负载串联，匝数多，导线细，感抗大，可认为是纯电感线圈，故电压线圈电流iU比负载电压u滞后90，产生的磁通；电流线圈：匝数少，导线粗，其阻抗比负载电阻RL小很多，可忽略不计，故电流线圈电流iA与负载电压u同相位，iA产生磁通A。他们间关系如右：电能表工作时，通过电压线圈的电流产生的磁通分为两部分，一部分是穿过铝盘并经回磁板构成回路的工作磁通，另一部分是不经过铝盘而经左右铁轭构成回路的非工作磁通。通过电流线圈的电流产生的磁通为，该磁通两次穿过铝盘，并通过电流元件铁心构成回路。二、感应系电能表的工作原理1、铝盘转动力矩的产生对电容：电流超前电压90对电感：电压超前电流90对电阻：无相位差90ARLBkWhU相量图IAAUUIUiAiUt1t2wti曲线图总之：在某一时刻，由于iA和iU的变化，在铝盘中感应出涡流，而各涡流在磁通作用下产生顺时针方向的转动力矩，使得铝盘顺时针转动起来。i1i1i2-AAUF1F2F2转动力矩产生示意图：（推论过程）由曲线图可以看出，在t1，通过电流线圈的电流iA在减小，iA产生的磁通A、-A也同时减少，（楞次定律可知）在铝盘中产生感应电流即涡流，i1和i1。这两涡流在U的作用下，产生作用力F1，根据左手定则，其方向向右。同一时刻，iU正在增大，感应产生的涡流i2在A、-A磁场作用下，也产生向右的作用力F2和F2。可见，铝盘所受转动力矩的方向，总是相位超前磁通A指向相位滞后磁通U的。铝盘所受平均转动力矩与负载的有功功率成正比，即 C1：比例常数；P：负载有功功率2、铝盘转数与被测电能的关系当负载功率一定时，铝盘所受转动力矩不变。但是，铝盘所受到转动力矩的作用，铝盘将不断地加速运动，以至无法正确计量电能。为了使铝盘在一定负载功率下以相应的转速匀速转动，从而正确反映电能的大小，就必须在铝盘上加一个与转动力矩大小相等、方向相反的力矩，这个力矩称为制动力矩，一般是通过永久磁铁获得的。铝盘所受制动力矩随铝盘转速的增加而增大，即制动力矩Mz=Kn K：比例常数；n：铝盘转速当Mz= Mp（转动力矩）时，铝盘可匀速转动可得，C1P= Kn 铝盘转速n=（C1/K）P=CP 可见，铝盘的转速n与负载的有功功率P成正比。式两边同乘以t，nt =CPt N= nt；E=Pt；N=CE上式说明：在时间t内，电能表的铝盘转数与这段时间内负载消耗的电能成正比。故可通过计度器自动累计铝盘的转数，并由计数器显示出被测电能的大小。常数C=N/E是电能表的一个重要参数，在电能表上加以标注。表示：电能表对应于1kWh时，铝盘转动的转数。三、单相电能表的接线接线应遵从发电机端守则，即电能表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联，两线圈的发电机应接电源的同一极性端。1、3接电源，2、4接负载。第2节 电子式电能表第3节 三相有功电能的测量三相有功电能表用来测量三相交流电路中电源输出（或负载消耗）的电能。由于测量电路接线方式不同，三相有功电能表又分三相三线制和三相四线制两种。（1）三相三线有功电能表（三相三线两元件电能表） 三相三线有功电能表适用于对三相三线对称或不对称负载作有功电能的计量，可将这种电能表看成是两只单相电能表的组合，其原理结构如图所示。它具有两组电流、电压线圈（即两组驱动元件），两个同轴转动的铝盘，两只制动磁铁，一套计度器。铁芯采用分离形式。电压元件为半封闭插片结构，性能较稳定，减小了摩擦力矩，有利于提高电能表的灵敏度，三相三线直人式电能表的读数直接反映了三相负载所消耗的电能。有的三相三线有功电能表（如DT2型三相有功电能表），将两组元件共同作用在一个铝盘上，其特点是减小了电能表的体积，但两组元件间的涡流和磁通相互干扰，比两个铝盘的电能表产生的误差大。三相三线有功电能表的工作原理与单相有功电能表的工作原理基本上相同，三相有功电能表由电流、电压元件产生一移进磁场，同时与制动力矩相互作用，使铝盘在磁场中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电能的目的。（2）三相四线有功电能表（三相四线三元件电能表） 三相四线有功电能表的工作原理与单相有功电能表的工作原理基本上相同，适用于对三相四线对称或不对称负载作有功电能的计量。三相四线有功电能表可以看作是三只单相电能表的组合，它具有三组电压、电流元件，两个同轴转动的铝盘上、下排列，上面一只铝盘装有一套驱动元件（即电压、电流线圈），下面一只铝盘装有两组驱动元件，一套计度器。铁芯采用分离形式，电压元件为半封闭插片结构，三相四线有功电能表工作时，由三组电流、电压元件产生一移动磁场，作用在铝盘上的总转矩为三组元件产生的转矩之和，使铝盘在磁场中获得的转速正比于负载的有功功率，从而达到计量电能的目的。第4节 电能表的使用电能表的种类很多，安装其测量对象不同可分为有功电能表和无功电能表，按照其使用场合的不同可分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表。电能表虽然种类规格不同，但使用方法大致相同。下面介绍电能表的使用方法：（1） 正确选用量程。电能表的额定电压与负载额定电压相符，且电能表的额定电流应大于或等于负载的最大电流（2） 正确接线接线遵守“发电机端守则”（3） 电能表的读数倍率：电能表上标有的“101kWh”“1001kWh”时，读数应乘以10倍或100倍，才是被测电能的实际值实际电量=两读数之差实用倍率；（4） 电能表的安装要求：通常要求电能表与配电装置装在一处。电能表应安装在配电装置的左方或下方。电能表应按照在干燥、无振动和无腐蚀性气体的场所。不同电价的用电线路应分别装表，同一电价的用电线路应合并装表。电能表安装要牢固竖直。【小结】1、感应系电能表2、电子式电能表3、三相有功电能的测量4、电能表的使用【作业】 1、练习册5分钟2分钟单位转换：1度=1千瓦时=1000瓦*3600秒=3.6*106焦（J）电能W=P*T