04-无功电能表的工作原理和接线方式PPT课件

1、2021/7/231目的要求：目的要求：掌握无功电能的计量方法掌握无功电能的计量方法重重 点：点：接线方式接线方式课课 题：题：无功电能表及无功电能的测量无功电能表及无功电能的测量2021/7/232国家对电力用户实行了依据功率因数的高低国家对电力用户实行了依据功率因数的高低调整电费的办法，以鼓励用户采取措施，调整电费的办法，以鼓励用户采取措施，提高功率因数。如果负载功率因数低，意提高功率因数。如果负载功率因数低，意味着无功功率增加，则将产生下列后果：味着无功功率增加，则将产生下列后果： （1 1）发、供电设备的容量不能充分利用。）发、供电设备的容量不能充分利用。 当发、供电设备的容量一定时，

2、在额当发、供电设备的容量一定时，在额定电压和额定电流下，负载的功率因数越定电压和额定电流下，负载的功率因数越低，则发、供电设备发出的有功功率减少，低，则发、供电设备发出的有功功率减少，无功功率增大，发、供电设备的容量就不无功功率增大，发、供电设备的容量就不能充分利用。能充分利用。 2021/7/233 （2 2）增加输电线路损耗和电压降。）增加输电线路损耗和电压降。从从 公式得到，当负载的公式得到，当负载的功率功率P P和电压和电压U U确定后，则确定后，则 RIPI2cosUUIcoscosPUI2021/7/234 通过电压表、电流表和功率表的指示值，可通过电压表、电流表和功率表的指示值，

3、可以计算出功率因数，或用功率因数表进行监以计算出功率因数，或用功率因数表进行监视，但是这只能测量到某一时刻功率因数的视，但是这只能测量到某一时刻功率因数的瞬时值，而用户的功率因数是随着有功负载瞬时值，而用户的功率因数是随着有功负载和无功负载的变化而变化的。为了测量用户和无功负载的变化而变化的。为了测量用户在一个月的平均功率因数，规定以用户在一在一个月的平均功率因数，规定以用户在一个月内有功和无功负载的累积量来计算，它个月内有功和无功负载的累积量来计算，它等于等于 22cosQPPWWW2021/7/235无功功率：无功功率：sinUIQ 三相电路的无功功率三相电路的无功功率：CCCBBBAAA

4、CBASIUIUIUQQQQsinsinsin三相电压对称时三相电压对称时：)sinsinsin(CCBBAAPSPCBAIIIUQUUUU三相电路对称时三相电路对称时：sin3llSIUQ无功功率公式无功功率公式2021/7/236无功电能表正确计量无功的条件无功电能表正确计量无功的条件 复习电磁驱动力矩的公式：复习电磁驱动力矩的公式：sinUIQKM三相电路对称时：三相电路对称时：sin3llSIUQ所以，无功电能表正确计量无功的条件：所以，无功电能表正确计量无功的条件：1：电流元件产生的磁通正比于电流：电流元件产生的磁通正比于电流2：电压元件产生的磁通正比于电压：电压元件产生的磁通正比于

5、电压3：=2021/7/237无功电能表的分类无功电能表的分类1、正弦型无功电能表正弦型无功电能表 目前较少采用目前较少采用2、跨相跨相90无功电能表无功电能表 利用有功表采用不同接线方式可以测量无功利用有功表采用不同接线方式可以测量无功3、60 无功电能表无功电能表 多采用多采用2021/7/238一：正弦型无功电能表一：正弦型无功电能表 负荷电流负荷电流I不变，电能表阻抗不变，改变不变，电能表阻抗不变，改变R2，就能改变就能改变I1和和I2大小和方向，从而改变电流工作磁大小和方向，从而改变电流工作磁通通I和和I的夹角的夹角I。（上图向量分析。（上图向量分析忽略电流元件忽略电流元件的各种损耗

6、的各种损耗）1：有功电能表电流线圈并电阻：有功电能表电流线圈并电阻2021/7/2392：有功电能表电压线圈串电阻：有功电能表电压线圈串电阻 电源电压电源电压U不变，电能表阻抗不变，改变不变，电能表阻抗不变，改变RU，就能改变就能改变UU和和URU大小和方向，从而改变电压工大小和方向，从而改变电压工作磁通作磁通U和和U的夹角的夹角。（上图向量分析。（上图向量分析忽略电压忽略电压元件的各种损耗元件的各种损耗）2021/7/23103：正弦型单向无功电能表原理：正弦型单向无功电能表原理调整U和I的角度，使sin=sin（ = ）2021/7/23114：正弦型单向无功电能表原理（电流反极性）：正弦

7、型单向无功电能表原理（电流反极性）调整调整U和和I的角度，使的角度，使=180型无功电度表型无功电度表：=0 时，接入电度表的两时，接入电度表的两磁通为磁通为180 KQKUIKKMUIUIQsinsin)180sin(2021/7/23125：正弦型单向无功电能表原理（电压反极性）：正弦型单向无功电能表原理（电压反极性）调整调整U和和I的角度，使的角度，使=，180型无功电度表型无功电度表：=0 时，接入电度表的两磁时，接入电度表的两磁通为通为180 KQKUIKKMUIUIQsinsin)180sin(2021/7/23136：正弦型单向无功电能表原理（容性负载）：正弦型单向无功电能表原理

8、（容性负载）KQKUIKMUIQsinsin0型无功电度表型无功电度表：=0 时，接入电度表的两磁通为时，接入电度表的两磁通为0 测量容性无功时，不必改变电压或电流的极性。测量容性无功时，不必改变电压或电流的极性。2021/7/23147：正弦型两元件三相无功电能表：正弦型两元件三相无功电能表实际上是两只单相正弦型无功电能表的组合体实际上是两只单相正弦型无功电能表的组合体2021/7/23158：正弦型三元件三相无功电能表：正弦型三元件三相无功电能表 三元件三相正弦型无功电能表实际上是三只三元件三相正弦型无功电能表实际上是三只单相正弦型无功电能表的组合体，其接线原则与单相正弦型无功电能表的组合

9、体，其接线原则与三相四线有功电能表相同。三相四线有功电能表相同。 正弦型无功电能表缺点：成本高，功耗正弦型无功电能表缺点：成本高，功耗大，准确度难以提高。大，准确度难以提高。 目前较少采用目前较少采用正弦型无功电能表优点：适用范围广，单相和三正弦型无功电能表优点：适用范围广，单相和三相电路均可采用，三相电路电压是否对称、负载相电路均可采用，三相电路电压是否对称、负载是否平衡均能正确计量。是否平衡均能正确计量。2021/7/2316 这种无功电能表的结构与三相四线有功电能表完全这种无功电能表的结构与三相四线有功电能表完全相同，有三组电磁元件，区别在于内部接线不同相同，有三组电磁元件，区别在于内部

10、接线不同。 用以测量电压对称的三相三线和三相四线电路中的用以测量电压对称的三相三线和三相四线电路中的无功电能。无功电能。第一元件接入：第一元件接入：第二元件接入：第二元件接入：BCAiu第三元件接入：第三元件接入：CABiuABCiu二、跨相二、跨相90型无功电能表型无功电能表2021/7/23171：跨相：跨相90型三相无功电能表原理接线和向量图型三相无功电能表原理接线和向量图 每组电磁元件上的每组电磁元件上的电压线圈（如电压线圈（如UBC）的相位的相位滞滞后后对应电流线圈（如对应电流线圈（如IA）所接相）所接相 的的电压（如电压（如UA）相相位位90。2021/7/2318AAAAIUQs

11、in)cos(ABCAAAIUIUQ ）（AAAAIUQ90cos)cos(31ABCABCAIUIUQ A相电流，相电流，BC相电压和他们夹角的余弦是有功功率相电压和他们夹角的余弦是有功功率的公式。所以，利用有功电能表可以测量的公式。所以，利用有功电能表可以测量A相无功电能，相无功电能，接线是接线是A相电流，相电流，BC相电压。但测量值要除以相电压。但测量值要除以32021/7/2319AABCAABCABCABCIUIUiuIUQsin)90cos()cos(01BBCABBCABCABCAIUIUiuIUQsin)90cos()cos(02CCABCCABCABCABIUIUiuIUQs

12、in)90cos()cos(032：跨相：跨相90型三相无功电能表各元件测量功率型三相无功电能表各元件测量功率当三相电压对称时当三相电压对称时：PlCABCABUUUUU3SCCBBAAPQIIIUQQQQ3)sinsinsin(3321利用三元件三相有功电能表，测量无功，读数除以利用三元件三相有功电能表，测量无功，读数除以 或改造有功表，将电流或电压线圈减少或改造有功表，将电流或电压线圈减少 倍即可直接倍即可直接读数读数332021/7/23203、跨相、跨相90型三相无功电能表适用范围：型三相无功电能表适用范围：按跨相按跨相90原理制成的三元件三相无功电能表，原理制成的三元件三相无功电能表

13、，只在完全对称或简单不对称的三相三线和三相只在完全对称或简单不对称的三相三线和三相四线电路中才能实现正确计量。四线电路中才能实现正确计量。2021/7/2321 这种无功电能表的结构与三相三线有功电能表相似，区这种无功电能表的结构与三相三线有功电能表相似，区别在于电能表的内相角别在于电能表的内相角（u与与u u的相位差角）的相位差角）有功电能表有功电能表的内相角的内相角为为 ：= += +I I+=+=90900 0+I I ( ( +=90+=900 0 ) ) 若若I I=0 =0 则则=90=900 0 （正弦型无功电能表正弦型无功电能表= = I I） 无功电能表在电压线圈中串接了一个

14、电阻无功电能表在电压线圈中串接了一个电阻R，并加大电，并加大电压工作磁通磁路的空气气隙，来降低电压线圈的感抗，从而压工作磁通磁路的空气气隙，来降低电压线圈的感抗，从而使使减小，由有功表的减小，由有功表的=90=900 0 +I I ，降到降到=60=600 0 +I I 若若I I=0 =0 则则=60=600 0 三：三：60 型无功电能表原理型无功电能表原理2021/7/23221：两元件：两元件60型无功电能表接线及向量图型无功电能表接线及向量图 假设电流元件的损耗角为假设电流元件的损耗角为0，调节，调节R，使使UBC 滞后滞后UBC 60 ，UAC 滞后滞后UAC 60 1=150 -

15、A2021/7/2323电能表两组元件的驱动力矩分别为：电能表两组元件的驱动力矩分别为：)30sin()210sin()30sin()150sin(21CUACICCUACICAUBCIAAUBCIAKKMKKM当三相电压对称时，电能表的总驱动力矩为：当三相电压对称时，电能表的总驱动力矩为：)30sin()30sin(21CCAAlQIIKUMMM2：驱动力矩：驱动力矩2021/7/23240CBAiii具体步骤见具体步骤见P105-106：可推得：可推得SCCBBAAPQKQIIIKUM)sinsinsin(适用范围是：适用范围是：三相电压对称的三相三线电路三相电压对称的三相三线电路1：完全对称（电压电流对称），：完全对称（电压电流对称），2：简单不对称（电压对称电流不对称）：简单不对称（电压对称电流不对称） 2021/7/23253：三