第三章功率和电能的测量

第三章功率和电能的测量第1页，课件共50页，创作于2023年2月第一节功率和电能的测量方法一、直流功率的测量1.用电流表和电压表测量直流功率直流功率的计算式为可以通过测量U、I值间接求得。RAVURVUA电压表接在靠近电源一端电压表接在靠近负载一端第2页，课件共50页，创作于2023年2月2.用功率表测量直流功率用电动系功率表直接测量。3.用直流电位差计测量直流功率准确度比较高，可用来校验功率表，或作为功率的精密测量之用。4.用数字功率表测量直流功率第3页，课件共50页，创作于2023年2月二、单相交流功率的测量1.用间接法测量单相交流功率在交流电路中，有功功率无功功率视在功率S可以通过测量U、I值间接求得。P可以通过测量U、I、cosφ值间接求得。将S和P的测量结果，代入公式即可求得无功功率Q。第4页，课件共50页，创作于2023年2月2.用功率表测量单相交流功率电动系功率表既可作为直流功率表，也可以作为交流功率表。磁电系仪表也可以作为功率表，但需与变换器配合构成所谓变换式功率表。三、三相功率的测量三相有功功率可以用单相功率表，分别测出各相功率，然后求其总和，即所谓三表法。第5页，课件共50页，创作于2023年2月完全对称的三相制，也可以用一表法。三相三线制，也可以用二表法。三相无功功率可以采用间接法测量。四、电能的测量测量电能普遍使用电能表，直流电能表多为电动系，交流电能表一般用感应系和静止式电子电能表。也可以采用间接法测量电能。第6页，课件共50页，创作于2023年2月第二节电动系功率表一、工作原理电动系功率表有两个线圈：固定线圈1与负载串联，以反映负载的电流；可动线圈2串接一定的附加电阻，然后与负载并联，以反映负载的电压。第7页，课件共50页，创作于2023年2月如果功率表接在直流电路上，则式中，R2为可动线圈的电阻和附加电阻Rad之和，称为电压线路电阻。指针偏转角与两线圈电流乘积成正比，即第8页，课件共50页，创作于2023年2月如果功率表接在交流电路上，并假设附加电阻Rad较大，则指针偏转角：式中U、I—交流电压与交流电流有效值。第9页，课件共50页，创作于2023年2月二、功率表量程的扩大改变电流量程，通常可将固定线圈接成串联或并联。改变电压量程一般加附加电阻，功率表的附加电阻多数为内附式多量程结构。交流功率表扩大量程则多利用互感器。第10页，课件共50页，创作于2023年2月三、功率表的正确使用1.功率表的正确接线电动系仪表的力矩方向与两线圈的电流方向有关。

为此要规定一个能使指针正向偏转的电流方向，即功率表接线要遵守“电源端”守则。

接线时要使两线圈的“电源端”接在电源的同一极性上，以保证两线圈电流都能从该端子流入。第11页，课件共50页，创作于2023年2月2.量程的选择功率表量程包括功率、电压、电流三个因素。功率量程表示负载功率因数cosφ=1，电流和电压均为额定值时的乘积。若cosφ<1，即使电流和电压均达到额定值，功率也不会达到额定值。功率表量程的选择，实则就是选择电流和电压的额定值。第12页，课件共50页，创作于2023年2月3.功率表的读数功率表的标尺上不注明瓦特数，只标分格数。

被测功率数值的大小，需用功率表常数进行换算，而不能直接从标尺上读取。

功率表常数C，表示每一分格的瓦数式中UH—所接量程的电压额定值；IH—所接量程的电流额定值；αm—功率表标尺的满刻度格数。被测功率的瓦数α—指针偏转格数第13页，课件共50页，创作于2023年2月4.正确接线的选择电流线圈的电流等于负载电流电压线路两端的电压为负载电压U与电流线圈压降之和，即式中RWA—电流线圈的电阻功率表的读数为式中P—负载的功率I2RWA—电流线圈消耗的功率这种电路适用于RWA<<R，即负载电阻较大的场合。第14页，课件共50页，创作于2023年2月电流线圈的电流为负载电流与电压线路电流之和，即电压线路两端的电压等于负载电压式中RWV—电压电路的电阻功率表的读数为这种电路适用于RWV>>R，即负载电阻较小的场合。第15页，课件共50页，创作于2023年2月第三节低功率因数功率表普通功率表满偏转的条件是：外加电压和电流达到额定值，功率因数。低功率因数功率表的主要特点是仪表具有较高的灵敏度，能够在额定电压、额定电流、或0.2的条件下，使指针偏转到满刻度。第16页，课件共50页，创作于2023年2月一、应用补偿线圈的低功率因数功率表

在并联的电压线路中串联了一个补偿线圈3，它的匝数及结构与电流线圈相同。但绕向相反地绕在电流线圈上，所产生的磁场将抵消部分的电流线圈所形成的磁场，抵消部分相当于电压线路电流I2所造成的功耗。这就等于从功率表的读数中自动减去并联电路的功率损耗。这种功率表的正确接线只能将电压线路接负载端，而不能把电压线路接在电源端。第17页，课件共50页，创作于2023年2月二、应用补偿电容的低功率因数功率表功率表测量单相交流功率时，电压线路电流比电压滞后的相位角为θ，称作角误差。如果θ≠0，则I2与I1的相位差，则式中αθ—θ≠0时功率表指针偏转角。第18页，课件共50页，创作于2023年2月

由于存在角误差θ，使功率表指针偏转角产生的相对误差等于

功率因数愈低，tgφ愈大，由角误差引起的相对误差愈大。

在附加电阻Rad上并联一个电容C，从而使并联电路成了一个纯阻性电路，即θ=0，也就消除了误差γθ。第19页，课件共50页，创作于2023年2月三、带光标指示器的张丝结构的功率表

采用张丝结构代替轴承。一方面消除了轴承摩擦，另一方面提高仪表灵敏度，以实现低功率因数条件下的功率测量。

低功率因数功率表满偏转条件是，电压等于额定电压UH，电流等于额定电流IH，功率因数等于额定功率因数，所以功率表常数为被测功率为第20页，课件共50页，创作于2023年2月第四节三相功率的测量一、一表法测三相对称的负载功率三相总功率等于功率表读数乘3，即式中P—三相总功率P1—单相功率表读数第21页，课件共50页，创作于2023年2月二、二表法测三相三线制的功率二表法适用于三相三线制，不论负载对称或不对称都可以使用。设负载为星形接法，功率表读数由下式决定二只功率表读数P1、P2之和等于三相交流总功率。第22页，课件共50页，创作于2023年2月功率表PW1、PW2所反映的瞬时功率分别为对于星形接法的负载有式中uAC、uBC—线电压瞬时值；uA、uB、uC—相电压瞬时值。第23页，课件共50页，创作于2023年2月对于三相三线制，代入上式得：式中：p12—由PW1、PW2二个功率表测出的瞬时功率之和；pΣ—三相总功率瞬时值。两功率表对应的瞬时功率之和，等于三相总的瞬时功率。第24页，课件共50页，创作于2023年2月功率表测出的是功率平均值，两功率表平均功率之和也等于三相总的平均功率。只要是三相三线制，满足iA+iB+iC=0，不论负载是否对称，三相总功率都可用二表法测得。第25页，课件共50页，创作于2023年2月如果负载对称、电源对称，即则式中UL—线电压IL—线电流第26页，课件共50页，创作于2023年2月若负载为阻性，，则两表读数相等，即若负载功率因数为0.5，则其中一只功率表读数为零，即有若负载功率因数为小于0.5，则其中一只功率表读数为负值，即有用两表法测三相功率，总功率应为两表读数的代数和。第27页，课件共50页，创作于2023年2月三、三表法测三相四线制的功率三相四线制的负载一般是不对称的，此时可用三只功率表分别测出各相功率，而三相总功率，则等于三只功率表读数之和。二表法或三表法测量三相总功率，可以用单相功率表，也可以用三相功率表。三相功率表的结构，有二元件和三元件之分。二元件适用于三相三线制，三元件适用于三相四线制。第28页，课件共50页，创作于2023年2月第五节感应系电能表及电能的测量利用固定的交流磁场与由该磁场在可动部分的导体中所感应的电流之间的作用力而工作的仪表称为感应系仪表。电能表用于测量从电源送给负载的电能量。它等于负载消耗的功率与时间乘积的积分，即电能表和一般指示仪表的主要区别是用计算总和的积算机构，来代替指针和标尺。第29页，课件共50页，创作于2023年2月一、交流单相电能表的结构1—电压线圈2—电流线圈3—永久磁铁4—铝盘5—蜗轮6—蜗杆7—转轴感应系单相交流电能表有切线型和射线型两种形式。第30页，课件共50页，创作于2023年2月（1）驱动元件产生转动力矩的元件，包括固定线圈和可动铝盘。（2）制动元件

制动力矩由永久磁铁3与铝盘4组成。永久磁铁产生的制动力矩方向总是与转动力矩方向相反。（3）积算机构

用来计算电能表铝盘的转数，以实现电能的测量和积算。第31页，课件共50页，创作于2023年2月二、交流单相电能表的工作原理电压线圈通入交流电压之后，产生两部分交变磁通，穿过铝盘的部分ΦU称为工作磁通，不穿过铝盘而自行闭合的部分Φf称为非工作磁通。

调节Φf的大小可以改变ΦU与电压U的相位差。电流线圈通入负载电流后，产生交变磁通ΦI，ΦI二次穿过铝盘，分别标以。第32页，课件共50页，创作于2023年2月

交变磁通ΦU、穿过铝盘，分别感应出涡流。磁通与涡流之间相互作用产生的电磁力矩，驱使铝盘转动。

交变磁通ΦU、,不但它们所处的空间不同，而且交变的初相也不同。两者结合起来就形成了所谓“移进磁场”。移进磁场的移进方向是从相位超前的磁通位置移向相位滞后的磁通位置，这也是驱动铝盘移动的方向。第33页，课件共50页，创作于2023年2月1.铝盘的驱动力矩作用在铝盘上总的平均力矩为铝盘所受总力矩不仅与磁通ΦU及ΦI有关，且必须保证ΦU与ΦI不同相，否则铝盘将不转动。设负载为感性，功率因数角为。第34页，课件共50页，创作于2023年2月在磁路不饱和时，ΦU将正比于IU，IU又与U成正比，故有ΦU=KU。电能表铝盘力矩与负载功率成正比，但应指出若条件不能满足，上式就不成立。

ΦI正比于负载电流I，即ΦI=KI。满足上述电能表理想条件，则第35页，课件共50页，创作于2023年2月2.铝盘的转数与被测电能的关系铝盘在转动力矩作用下，将越转越快，但由于铝盘旁边还装有制动磁铁，当铝盘以ω转速转动时，铝盘切割永久磁铁的磁通ΦM，并感应产生涡流iM。iM与ΦM相互作用，产生制动力矩MT，其方向与转动力矩方向相反。

当转动力矩与制动力矩相等时，达到平衡，铝盘以稳定速度转动。铝盘转速正比于负载所消耗的功率。第36页，课件共50页，创作于2023年2月式中N—在t1至t2的时间内铝盘转动的圈数；W—在t1至t2的时间内负载消耗的电能；C’—电能表常数。铝盘转动的圈数正比于负载消耗的电能将上式在时间t1至t2内取积分，得C’的单位为（kW·h）-1，代表每消耗1kW·h电能对应铝盘转动的圈数，将C’取倒数得第37页，课件共50页，创作于2023年2月代表电能表每一圈所对应的电能值。第38页，课件共50页，创作于2023年2月三、电能表的正确使用

正确使用电能表，首先是正确选择额定电压、额定电流和准确度。电能表额定电压应与负载额定电压相符。电能表最大额定电流应大于或等于负载最大电流。电能表准确度分为0.5级、1.0级、2.0级和3.0级。准确度一般指在额定电压、标定电流、额定频率和在的条件下，基本误差不超过标准规定相应值。电能表的正确接线，应遵守“电源端”守则。配线应采取进端接电源端，出端接负载端，电流线圈应接于火线，而不要接零线。第39页，课件共50页，创作于2023年2月第六节三相有功电能表测量三相有功电能可以用单相电能表，其接法和功率测量一样有一表法、二表法和三表法之分。在电力系统中，三相电能多采用三相电能表测量。三相电能表是二只单相电能表或三只单相电能表的组合。第40页，课件共50页，创作于2023年2月一、三元件三相电能表三元件三相电能表适用于三相四线制电能的测量，它的原理与三表法测功率相同。二、二元件三相电能表二元件三相电能表适用于三相三线制电能的测量，它的原理与二表法测功率相同。第41页，课件共50页，创作于2023年2月第七节三相无功电能表和无功电能的测量一、三相四线制无功电能的测量测量三相四线制的无功电能可以用一种带附加电流线圈的三相无功电能表。该电能表的电流线圈除基本线圈外还有附加线圈，两个线圈的匝数相等、极性相反并绕在同一铁心上。第42页，课件共50页，创作于2023年2月负载附加线圈基本线圈接线端子第43页，课件共50页，创作于2023年2月

第一个元件的基本线圈通以电流