功率的测量课件

一、直流功率的测量1.直接法：用电动系功率表、数字功率表或电位差计。2.间接法：用电流表和电压表通过测量电压、电流间接求得功率。二、单相交流功率的测量1.直接法：用电动系功率表、变换式功率表、数字功率表或电位差计。直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。2.间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。,第一节功率和电能的测量方法,三、三相功率的测量可以直接用三相功率表，也可以用单相功率表分别测出各相功率，然后求其总和，即所谓三表法。在一些特殊情况下，例如完全对称的三相制，也可以用一表法。三相三线制，也可以用二表法。四、电能的测量直接法测量直流电能可用电动系，测量交流电能可用感应系或静止式电子电能表。间接法测量电能，可用功率表测出功率，用测时仪器测出时间，然后算出电能。这种方法只适用于功率在被测时间范围内保持不变的场合，由于功率表、测时仪器的准确度大大超过电能表的准确度，所以可用这种方法校准电能表,一、工作原理电动系仪表是测量功率的最常用仪表，测功率时仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流I，可动线圈与负载并联，反映负载电压U，按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。,如果U、I为交流，同样可推出可动线圈的偏转角正比于交流负载功率P。,第二节电动系功率表,二、扩大功率表电流量程扩大功率表量程可分别为扩大电流量程或扩大电压量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应扩大一倍。,固定线圈串联固定线圈并联但功率表的固定线圈只有两个，因此这种办法只能扩大量程一倍。,三、扩大功率表电压量程扩大电压量程可改变可动线圈的串联附加电阻，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的，所以功率表的电压量程也都取标准值。,四、功率表正确接线功率表正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时应将“电源端”接在电源的同一极性上。,*号表示“电源端”,正确接线的选择,返回本章首页,D26-W型便携式单相功率表,返回本章首页,(一)单相功率表的结构和工作原理,1.结构静圈(固定线圈)：称为瓦特表的电流线圈匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。动圈(可动线圈)：称为瓦特表的电压线圈匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。,原理示意图,2.工作原理,是电压支路的总电阻，即动圈电阻和附加电阻之和。I2正比U，且可认为i2与u同相,I,(二)单相电功率表的使用方法,1功率表的量程及其选择电流量程IN电压量程UN功率量程PND19-W.型功率表的电流量程为5/10A，电压量程为150/300V，其功率量程有:,P1=5X150=750WP2=10X150=1500W或P2=5X300=1500WP3=10X300=3000W,有一感性负载，额定功率为400W，额定电压为220V,功率因数为0.75。现用D19-W.型功率表的电流量程为2.5/5A，电压量程为150/300V，去测量它实际消耗的功率，试选择所用功率表的量程。解:因为负载额定电压为220V，应选功率表电压量程为300V负载额定电流为I=2.42A故确定选用电流量程为2.5A，电压量程为300V，功率量程为300*2.5=750W的功率表。,在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的功率量程，通常还要用流表、电压表去监视被测电路的电流和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压量程，确保仪表安全可靠地运行。,2正确接线,1.电流线圈与负载串联2.电压线圈与负载并联3.两线圈端同接高电位端（或同接低电位端）,图（a）适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗，称为“瓦特表电压支路前接”；图（b）适用于负载阻抗远小于电流线圈阻抗，称为“瓦特表电压支路后接”。1）电压线圈前接法（负载电阻远大于电流线圈电阻）2）电压线圈后接法（负载电阻远小于电压线圈电阻）,正确接线的选择,返回本章首页,主要用于直流电路中测量小功率或交流50赫兹电路中测量功率。该表准确度等级为0.5级，额定功率因数cos0.2。基本技术特性如下：a）仪表串联电路的额定电流为双量限，供应下列五种规格：0.250.5A；0.51A；12A；2.55A；510A。b）仪表并联电路的额定电压为三量限，供应下列各种规格：25/50/100V；50/100/200V；75/150/300V；150/300/600V。,D34W型功率表,返回本章首页,五、功率表的错误接线,电源端*不接同一极性的错误,可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误,返回本章首页,一般功率表测量低功率因数的功率存在如下问题,被测对象功率因数为0.1电压为500V电流为10A功率为500W,选用功率表额定功率因数为1额定电压为500V额定电流为1A额定功率为500W,选用功率表额定功率因数为1额定电压为500V额定电流为10A额定功率为5000W,功率正好电流不够？,电流够了但功率太大指针刻度只能用到在1/10,？,第三节低功率因数功率表,一、带补偿线圈的低功率因数功率表这种功率表主要着眼于解决表耗问题。本来功率表的读数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，而低功率因数功率表，因为采用大额定电流，表耗功率较大，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，造成读数的误差，因此在加大额定电流的同时，要采取措施消除示值中的表耗功率部分。解决办法是在电压电路中，串联一个补偿线圈产生附加力矩以抵消表耗功率。使得所减少的读数值正好等于表耗功率读数的增加值。,补偿线圈,返回本章首页,二、带补偿电容的低功率因数功率表,由于功率表的电压线圈存在感抗，通过电压线圈的电流与电压的相位差为，功率表指针偏转角为,上式与无感抗的功率表指针偏转角相比其误差为,功率因数越低，越大，造成的误差就越大，对于测量低功率因数的功率，十分不利，加接补偿电容后，可消除感抗影响，使减少，误差下降。,补偿电容,返回本章首页,三、采用张丝结构低功率因数功率表1.采用张丝结构低功率因数功率表，是从提高灵敏度方面着眼，解决功率示值的问题。使得功率较小时，也能有较大示值。这是因为张丝结构不用转轴，摩擦力小，灵敏度高。在同样电流条件下，能得到较大的偏转角度。2.采用张丝结构之后，如果使用光指示装置，则可得到更高的仪表灵敏度。,张丝,返回本章首页,四、使用低功率因数功率表的注意点：低功率因数功率表提供三个额定值，即额定电压、额定电流和额定功率因数。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意1.若被测功率因数大于额定功率因数，要注意指针是否超过满度2.若被测功率因数小于额定功率因数，要注意指针虽未超过满度，电流圈的电流可能超过额定值。为此测量功率时最好再用一个电流表监视电流状态。,返回本章首页,一、用单相功率表测三相功率一表法适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。,返回本章首页,第四节三相功率的测量,二表法适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。,1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。,返回本章首页,三表法适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即,返回本章首页,二、用三相功率表测三相功率将两只或三只或单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即组成两元件或三元件的三相功率表，分别用于三相三线制与三相四线制。其公共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此可从标尺上直接读出三相功率。,返回本章首页,两元件三相功率表结构,第五节感应系电能表及电能的测量,一、感应系电能表结构,返回本章首页,感应系电能表外形,返回本章首页,图电能表计度器结构图,感应系电能表字轮结构,返回本章首页,二、工作原理铝盘在电流线圈和电压线圈作用下产生的驱动力矩与负载功率成正比，由永久磁铁产生的制动力矩与转速成正比。写成等式为,返回本章首页,三、电能表的安装和使用要求,(1)电能表应按设计装配图规定的位置进行安装，应注意不能安装在高温、潮湿、多尘及有腐蚀气体的地方。(2)电能表应安装在不易受震动的墙上或开关板上，墙面上的安装位置以不低于1.8m为宜。(3)为了保证电能表工作的准确性，必须严格垂直装设。(4)电能表的导线中间不应有接头。,(5)电能表在额定电压下，当电流线圈无电流通过时，铝盘的转动不超过1转，功率消耗不超过1.5W。(6)电能表装好后，开亮电灯，电能表的铝盘应从左向右转动。(7)单相电能表的选用必须与用电器总瓦数相适应。(8)电能表在使用时，电路不容许短路及用电器超过额定值的125%。(9)电能表不允许安装在10%额定负载以下的电路中使用。,五、电能表的接线,单相电能表的接线在低压小电流电路中，电能表可直接接在线路上，如图（a）所示。在低压大电流电路中，若线路负载电流超过电能表的量程，则须经电流互感器将电流变小，即将电能表间接连接到线路上,接线方法如图（b）所示。,图单相电能表的接线方法(a)直接接入式；(b)经电流互感器接入式,电能表接线盒相线进、出中性线进、出进端接电源，出端接负载电流线圈接相线,一、三相有功电能表的结构三相电能表和三相功率表一样，也有二元件和三元件两种结构，二元件用于三相三线制，三元件可用于三相四线制。不论是二元件或三元件都有两种形式，一种是一个公共转轴上装三个铝盘或两个铝盘分别由三个元件或两个元件驱动，另一种转轴上只有一个铝盘由三个元件或两个元件共同驱动。以二元件为例，其结构如图。,二元件单铝盘,二元件二铝盘,返回本章首页,第六节三相有功电能表,二、三相有功电能表的接线感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，驱动一个公共转轴，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法及使用范围与功率表的两表法或三表法相同。,返回本章首页,三相二元件有功电能表的接线盒,返回本章首页,图三相三元件电能表接线方法(a)直接接入；(b)经TA接入；(c)经TA和TV接入；(d)三只单相电能表接入三相四线制接法,返回本章首页,三相三元件有功电能表的接线盒,第七节三相无功电能表和无功电能的测量,无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。DX1型三相无功电能表DX2型三相无功电能表。,适用于电源对称的三相四线制,适用于三相三线制,返回本章首页,一、三相四线制无功电能的测量对三相四线制系统，测量无功电能可用DX1型无功电能表，该表为两元件结构，两组铝盘装在同一转轴上，读数为三相总无功电能。每一组驱动元件有两个固定电流线圈，即基本线圈与附加线圈，两线圈绕在同一铁心上，匝数相等，极性相反。,返回本章首页,DX1型三相无功电能表测量无功电能的原理：,返回本章首页,二、三相三线制无功电能的测量测量三相三线制无功电能可用DX2型无功电能表，该表也是二元件结构，可直接读出三相无功电能，该表电压圈串接一电阻,调节R，使电压与工作磁通相位差为60，接线如图。,返回本章首页,三、用单相电能表测对称的三相三线制的无功电能按下图接法，将单相电能表读数除以，等于三相三线制无功电能。这可由鋁盘所受的平均转矩推出。,返回本章首页,一、电子式单相能表结构图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是在电能表专用集成电路和字轮部件的基础上加上取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表。,返回本章首页,第八节电子式单相电能表,二、电子式单相电能表的专用集成电路可供选择的电能表专用集成电路有AD7755、AD7750等芯片，下图为AD7755的结构与引脚示意图。,电流取样输入,电压取样输入,基准电压输入,直流电源,晶振连接点,增益调节,复位,高通滤波器,接步进电机,输出校验脉冲,电能输入输出判别,校验脉冲频率调节,步进电机驱动频率调节,返回本章首页,三、AD7755外接电路,返回本章首页,四、AD7755外接电路计算AD7755需要两组直流电源，（1）片内电路所需直流电源VDD由二极管VD2整流并经IC2稳压后提供，（2）基准电压由IC4产生。使用时要根据电能表的额定电流、额定电压选择取样电阻，并进行调节，取样电阻计算步骤如下：1.求从F1、F2输出的脉冲频率：可根据计数器的电表常数推算。设配套用的计数器的电表常数为100imp/kWh（即字轮转动1kWh需要100脉冲推动），电能表的额定电压为220V，额定电流为10A，可求得工作在额定电压、额定电流时的脉冲频率。（若工作电流未达到额定，相应的脉冲频率将减少。）,返回本章首页,2.求电流通道取样电压：设电流通道取样电阻选用350，电能表额定电流为10A，可求得取样电压为这个电压不能超过集成电路AD7755的允许值。3.求电压取样电路的电压值:设基准电压为2.5V,按产品目录提供的值当时为3.4,可求出4.求电压取样电路的分压电阻：由于取样电压从220V降压得来，可推出应接入的分压电阻，例如图中R4-R14为分压电阻。可求得,一、电子式三相电能表的专用集成电路常用的专用集成电路有ADE7752、ADE7754等。ADE7752的内部结构图,三相取样输入,计数脉冲输出,三相求和,返回本章首页,第九节电子式三相电能表,ADE7752的引脚图从内部结构图和引脚图可以看出，三相电能表的专用集成电路，是由三组单相电路组成，分别从三组电路测出每相耗用功率，然后通过求和得出三相总耗用功率。每一相的电路结构与原理，跟单相集成电路的结构与原理基本相同，所用的引脚名称于功能也类似。,返回本章首页,二、电子式三相电能表的电路组成电路结构与单相主要区别是：1.必须对三相电压、电流取样。2.对于大负荷的电能表要用互感器取样。,返回本章首页,三、电子式三相电能表的取样电路三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。所以其结构与单相同。但三相多为高压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样。,返回本章首页,四、外接电路计算三相电能表和单相一样,也要计算取样电阻，其步骤与单相计算方法基本相同。第一步：求F1、F2输出的脉冲频率fF1可根据计数器每转过1千瓦小时所需要的脉冲个数（即电能表计量常数），及电能表的额定功率，求得额定状态下ADE7752的F1、F2引脚输出的脉冲频率。例如电