電工儀表與測量第7章

1、第一節(jié)第一節(jié)第二節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第七章電能的測量電能的測量第一節(jié)感應(yīng)系電能表 一、感應(yīng)系電能表的結(jié)構(gòu)感應(yīng)系電能表的主要組成部分有：驅(qū)動(dòng)元件 用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。轉(zhuǎn)動(dòng)元件 由鋁盤和轉(zhuǎn)軸組成。儀表工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩將驅(qū)使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)元件 由永久磁鐵組成。用來在鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測功率成正比。計(jì)度器（也稱積算機(jī)構(gòu)）用來計(jì)算鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)累計(jì)電能的目的。它包括安裝在轉(zhuǎn)軸上的齒輪、滾輪以及計(jì)數(shù)器等。電能表最終通過計(jì)數(shù)器直接顯示出被測電能的數(shù)值。 計(jì)度器的結(jié)構(gòu) 感應(yīng)系電能表的鐵心結(jié)構(gòu)電能表的電路和磁路 單相感應(yīng)系電能表的原理接線圖與功率表相似，不同之處是

2、電能表的電壓線圈沒有串聯(lián)分壓電阻。二、感應(yīng)系電能表的工作原理二、感應(yīng)系電能表的工作原理電能表各電流、電壓及磁通的關(guān)系鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生 在t1 時(shí)刻，由于iA和iU的變化，在鋁盤中感應(yīng)出渦流，而各渦流在磁通作用下都產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使得鋁盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)起來。鋁盤所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向，總是由相位超前磁通A指向相位滯后磁通U。 可以證明，鋁盤所受平均轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與負(fù)載的有功功率成正比，即 MpC1PC1UIcos鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)與被測電能的關(guān)系鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)與被測電能的關(guān)系 當(dāng)負(fù)載功率一定時(shí)，鋁盤所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩不變。但是，鋁盤若只受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，鋁盤將會(huì)不斷地加速運(yùn)動(dòng)，以至

3、無法正確計(jì)量電能。 為了使鋁盤在一定負(fù)載功率下以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，能正確反映電能的大小，必須在鋁盤上加制動(dòng)力矩，鋁盤所受制動(dòng)力矩隨鋁盤轉(zhuǎn)速的增加而增大，即MzK n。 當(dāng)制動(dòng)力矩Mz增大到與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩Mp相等時(shí)，Mp Mz，鋁盤就勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 將上面兩個(gè)式子整理，得 C1PK n 鋁盤轉(zhuǎn)速 可見，鋁盤的轉(zhuǎn)速n與負(fù)載有功功率P成正比。CPPKCn1 將兩邊同乘以t得ntCPt ,式中nt是電能表在時(shí)間t內(nèi)鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，用N表示；Pt是負(fù)載在時(shí)間t內(nèi)所消耗的電能，用E表示，則N=CE 在時(shí)間t內(nèi)，電能表的鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)與這段時(shí)間內(nèi)負(fù)載消耗的電能成正比。因此，可以通過計(jì)度器自動(dòng)累計(jì)鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，由計(jì)數(shù)器顯示出被

4、測電能的大小。 由上式可求出電能表常數(shù) (r/kWh)ENC 制動(dòng)力矩的產(chǎn)生 三、單相電能表的接線 單相電能表的接線應(yīng)遵從發(fā)電機(jī)端守則，即電能表的電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)，兩線圈的發(fā)電機(jī)端應(yīng)接電源的同一極性端。單相電能表的接線方法 思考與練習(xí) 比較電能表和功率表的異同。 感應(yīng)系電能表由哪幾個(gè)部分組成?各自的作用如何? 說明電能表常數(shù)的意義。 畫出單相電能表的接線圖。返回章目錄第二節(jié)電子式電能表 一、單相電子式電能表的組成及工作原理 電子式電能表原理方框圖 電子式電能表各組成部分的作用1.輸入變換電路 輸入變換電路包括電壓變換器和電流變換器兩部分。作用：將高電壓、大電流變換后送至乘

5、法器。轉(zhuǎn)換后的信號應(yīng)分別與輸入的高電壓和大電流成正比。 常見的輸入變換電路有精密電阻分流分壓和儀用互感器兩種。 乘法器 乘法器是電子式電能表的核心，是一種能將兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號進(jìn)行相乘的電子電路，通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)。 乘法器的輸出信號與兩個(gè)輸入信號的乘積成正比。Uf 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 Uf 轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入電壓（電流）轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率輸出。在模數(shù)（AD）轉(zhuǎn)換中，Uf 轉(zhuǎn)換器是常用的一種電子電路。 計(jì)度器 包括計(jì)數(shù)器和顯示部分。計(jì)數(shù)器可將由Uf 轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖加以計(jì)數(shù)，然后送至顯示電路顯示。 全電子式電能表的顯示部分通常采用液晶顯示器進(jìn)行計(jì)度。由于取消了感

6、應(yīng)式電能表的儀表轉(zhuǎn)盤，故也稱之為靜止式電能表。 目前電子式電能表也有不少采用步進(jìn)電機(jī)式的機(jī)械計(jì)度器。 DDS673型系列電子式電能表二、單相電子式預(yù)付費(fèi)（IC卡）電能表 單相電子式預(yù)付費(fèi)（IC卡）電能表的用途是計(jì)量額定頻率為50Hz的交流單相有功電能并實(shí)現(xiàn)電量預(yù)購功能。 供電部門可通過計(jì)算機(jī)售電管理系統(tǒng)對用戶預(yù)購電量、預(yù)置等，并經(jīng)電卡傳遞給電能表。該電能表具有自動(dòng)計(jì)算用戶消耗電量、停電時(shí)表內(nèi)數(shù)據(jù)自動(dòng)保護(hù)、電能表具有最大負(fù)荷控制功能。 單相電子式預(yù)付費(fèi)（IC卡）電能表采用六位計(jì)度器顯示總消耗電量。電卡作媒介，由供電部門設(shè)置密碼，保證了用戶電卡只能自己使用而不能換用，電卡可反復(fù)使用達(dá)一千次以上。

7、單相電子式預(yù)付費(fèi)（IC卡）電能表的準(zhǔn)確度等級為1.0級。額定電壓220V，額定電流有2(10) 、5(25)、10(50) 、20(100)A等多種規(guī)格。單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表的工作原理 由分壓器完成電壓取樣，由取樣電阻完成電流取樣。 取樣后的電壓電流信號由乘法器轉(zhuǎn)換為功率信號。 經(jīng)Uf變換后，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)計(jì)度器工作，并將脈沖信號輸入單片機(jī)系統(tǒng)。 用戶需在供電部門交款購電，所購電量在售電機(jī)上被寫進(jìn)用戶電卡，由電卡傳遞給電能表，電卡經(jīng)多次加密可以保證用戶可靠地使用。 當(dāng)所購電量用完后，表內(nèi)繼電器將自動(dòng)切斷供電回路。單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表的安裝方法 電能表在出廠前經(jīng)檢驗(yàn)合格并加以鉛封，即可安裝使

8、用。 安裝表的底板應(yīng)固定在堅(jiān)固的耐火墻上，建議安裝高度為1.8m左右。要求環(huán)境溫度在2570，相對濕度不超過85，且周圍空氣中無腐蝕性氣體。 電能表應(yīng)按照接線圖接線，最好用銅線引入。單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表的外形IC卡插座接線盒計(jì)度器數(shù)碼管單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表使用方法 用戶到指定地點(diǎn)購電后，將購電后的電卡插入電表，保持5s后方可拔出電卡，即可用電。 在用戶拔下電卡約30s后，電表進(jìn)入隱顯狀態(tài)。 當(dāng)電表電量小于10kWh時(shí)，電表由隱顯變?yōu)槌ｏ@狀態(tài)，提醒用戶電量已剩余不多。 當(dāng)用戶電量剩至5kWh時(shí)，電能表斷電報(bào)警，再次提醒用戶及時(shí)購電，此時(shí)用戶將電卡重新插入表內(nèi)一次，可繼續(xù)使用5kWh電量。思考

9、與練習(xí) 電子式電能表的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 電子式電能表由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 簡述電子式電能表的工作原理。返回章目錄第三節(jié)三相有功電能的測量 電能表和功率表在測量負(fù)載功率這一點(diǎn)上是完全相同的，只不過電能的測量還需增加計(jì)度器，以計(jì)算功率的使用時(shí)間。因此，對三相電路有功功率測量的各種方法和理論，同樣適用于三相有功電能的測量。 生產(chǎn)實(shí)際中的三相電能測量，一般都采用三相電能表。三相電能表是根據(jù)兩表法或三表法的原理，把兩個(gè)或三個(gè)單相電能表的測量機(jī)構(gòu)組合在一只表殼內(nèi)。一、三相三線有功電能表 三相三線電能表由兩只單相電能表的測量機(jī)構(gòu)組合而成。 將它接入電路后，作用在轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)矩等于兩組元件產(chǎn)生

10、的轉(zhuǎn)矩之和，并與三相電路的有功功率成正比。因此，鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)可以反映有功電能的大小，并通過計(jì)度器直接顯示出三相電能的數(shù)值。 三相三線電能表 三相三線電能表的接線方法與兩表法測量功率的接線方法相同。按規(guī)定，對低壓供電線路，其負(fù)荷電流為80A及以下時(shí)，宜采用直接接入式電能表。 若負(fù)荷電流為80A以上時(shí)，宜采用經(jīng)電流互感器接入式電能表。二、三相四線有功電能表 三相四線電能表由三只單相電能表的測量機(jī)構(gòu)組合而成。目前常見的DT862型三相四線有功電能表的外形與三相三線有功電能表的外形完全一樣。當(dāng)負(fù)載電流為80A以上時(shí)，也應(yīng)配以電流互感器使用。思考與練習(xí) 三相三線電能表如何組成？適用于哪些場合？ 畫出三相三

11、線電能表接線圖。 三相四線電能表如何組成？適用于哪些場合？ 畫出三相四線電能表配合電流互感器的接線圖。返回章目錄第四節(jié)電能表的使用正確選擇量程 選擇電能表量程時(shí)，應(yīng)使電能表額定電壓與負(fù)載額定電壓相符，電能表額定電流應(yīng)大于或等于負(fù)載的最大電流。要正確接線 電能表的接線和功率表一樣，必須遵守發(fā)電機(jī)端守則。通常情況下，電能表的發(fā)電機(jī)端已在內(nèi)部接好，接線圖印在端鈕盒蓋的里面。使用時(shí)，只要按照接線圖進(jìn)行接線，一般不會(huì)發(fā)生鋁盤反轉(zhuǎn)的情況。接線正確鋁盤仍反轉(zhuǎn)的原因1裝在雙側(cè)電源聯(lián)絡(luò)盤上的電能表，當(dāng)一段母線向另一段母線輸出電能改變?yōu)榱硪欢文妇€向這段母線輸出電能時(shí)。2用兩只單相電能表測量三相三線有功負(fù)載，當(dāng)co

12、sj0.5時(shí)，其中一只電能表也會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 電能表在通過儀用互感器接入電路時(shí)，必須注意互感器接線端的極性，以便使電能表的接線仍能滿足發(fā)電機(jī)端守則。三相有功電能表和無功電能表與儀用互感器的聯(lián)合接線 電能表的讀數(shù) 對直接接入電路的電能表，以及與所標(biāo)明的互感器配套使用的電能表，都可以直接從電能表上讀取被測電能。 當(dāng)電能表上標(biāo)有“10kWh”，或“100kWh”字樣時(shí)，應(yīng)將表的讀數(shù)乘以10或100倍，才是被測電能的實(shí)際值。 當(dāng)配套使用的互感器變比和電能表標(biāo)明的不同時(shí)，則必須將電能表的讀數(shù)進(jìn)行換算后，才能求得被測電能實(shí)際值。 例如，電能表上標(biāo)明互感器的變比是10 000100V，1005A，而實(shí)際使用的互感器變比是10 000100V，505A，此時(shí)應(yīng)將電能表的讀數(shù)除以2，才是被測電能的實(shí)際值。電能表的安裝要求電能表的安裝要求通常要求電能表與配電裝置裝在一處。安裝電能表的木板正面及四周邊緣應(yīng)涂漆防潮。木板應(yīng)為實(shí)板，且厚度不應(yīng)小于20mm。木板必須堅(jiān)實(shí)干燥，不應(yīng)有裂縫，拼接處要緊密平整。電能表應(yīng)安裝在配電裝置的左方或下方。安裝高度應(yīng)在0.61.8m范圍內(nèi)（表水平中心線距地面尺寸）。電能表要安裝在干燥、無振動(dòng)和無腐蝕氣體的場所。不同電價(jià)的用電線路應(yīng)分別裝表，同一電價(jià)的用電線路應(yīng)合并裝表。電能表安裝要牢固垂直。每只表除掛表螺絲外，至少應(yīng)有一只定位螺釘，使表中心線向各方向傾斜度