電工儀表及測量4第四章-電動系儀表與功率測量課件

1、第四章 電動系儀表與功率測量第一節(jié) 電動系測量機構 一、結構和工作原理 二、技術特性第二節(jié) 電動系電流表、電壓表 一、電動系電流表 二、電動系電壓表第三節(jié) 電動系功率表 一、電動系功率表構成 二、功率表的選擇及使用方法 三、低功率因數(shù)功率表第四節(jié) 三相交流電路中有功功率的測量 一、三相功率的測量方法 二、三相有功功率表第五節(jié) 三相交流電路中無功功率的測量 思考題第四章 電動系儀表與功率測量第一節(jié) 電動系測量機構 一、結構和工作原理 1.結構 電動系測量機構和磁電系以及電磁系測量機構不同，它不是利用通電線圈兒和磁鐵（或鐵片）之間的電磁力，而是利用兩個通電線圈之間的電動力來產生轉動力矩的，其結構如

2、圖4l所示。它有兩個線圈，即固定線圈和可動線圈，固定線圈1分為兩個部分，平行排列，這樣使固定線圈兩部分之間的磁場比較均勻；可動線圈2與轉軸固定連接，一起放置在固定線圈的兩部分之間。游絲用來產生反作用力矩，同時也作為可動線圈電流的引入引出通道，阻尼力矩由空氣阻尼器用來產生。圖4-1 電動系測量機構的結構示意圖l-固定線圈；2-可動線圈；3-指針；4-游絲5-空氣阻尼器葉片；6-空氣阻尼器外盒 2工作原理 電動系測量機構的工作原理如圖42所示。 1）兩線圈通入直流時 當固定線圈和可動線圈分別通入直流電流I1 和I2時，可動線圈將受到力矩的作用而發(fā)生偏轉，這是因為通電的可動線圈正處在固定線圈產生的磁

3、場之中。根據(jù)固定線圈電流I的方向，便可決定它的磁場B的方向。根據(jù)可動線圈電流I的方向，用左手定則便可定出可動線圈受力F的方向，由力F所形成的轉動力矩是可動線圈的電流I和固定線圈的磁場（其磁感應強度為B）相互作用產生的。當電流I不變時，磁感應強度B愈大，轉矩就愈大；而當B不變時，電流I愈大，轉矩也愈大。也就是說，轉動力矩M和BI的乘積成正比，即： M= （式41） 考慮到線圈磁場中沒有鐵磁性物質，在固定線圈匝數(shù)一定的情況下，B1應和產生它的電流I 成正比，即： B （式42） 因此轉動力矩為： M= （式43） 式中，k是一個與線圈的結構、尺寸和偏轉角有關的系數(shù)。這是由于固定線圈內的磁場并不完全

4、均勻的緣故，當角變化（即可動線圈位置改變）時，磁感應強度就要發(fā)生變化，磁感應強度發(fā)生變化就會引起轉動力矩的變化。同時，從圖42還可以看出，即使磁場是均勻的，形成轉矩的力F（F在線圈平面垂直方向上的分力）也將隨角的變化而變化。因此，電動系測量機構的轉動力矩不僅與電流I 及I 的乘積有關，還與偏轉角有關。 反作用力矩由游絲產生的，設游絲的反作用系數(shù)為D，則當可動部分偏轉角時，產生的反作用力矩為MD=D。根據(jù)力矩平衡的條件，有： MD= M即 D=則 （式44） 式（44）說明，當兩線圈通入直流時，角可以衡量I I 乘積的大小。根據(jù)圖42可以看出，如果同時改變電流I 和I 的方向，力F的方向仍然保持

5、不變，因而轉動力矩的方向也不會發(fā)生改變，由此可見電動系測量機構也可以用來測量交流。 圖42 電動系測量機構的工作原理 2）兩線圈通入交流時設通過固定線圈電流和可動線圈的電流分別為 式中 為i1與i2之相位差角。 則測量機構的瞬時轉動力矩為： = = 考慮到儀表可動部分的慣性，偏轉角將決定于瞬時轉矩在一個周期內的平均值，即平均轉矩的大小。上式第二項在一個周期內的平均值為零，因此，平均力矩 為： = （式4-5）式中， 和 分別為通過固定線圈和可動線圈交流電流的有效值， 角則是這兩個電流的相位差,根據(jù)平衡條件 有 故得 (式46) 式（44）說明，當電動系測量機構用于交流電路時，其可動部分的偏轉角

6、不僅和交流電流的有效 的乘積有關，還于兩個電流相位差的余弦 的大小有關，這是與該機構用于直流電路時不同的地方，應值得注意。 二、技術特性 1）準確度高：由于電動系儀表中沒有鐵磁物質，基本上不存在渦流和磁滯的影響，所以其準確度很高，準確度可以達到 0.10.5級。 2）可以交直流兩用：在交流測量中，其頻率范圍比較廣，額定工作頻率為 152500Hz，擴大頻率范圍能達到500010000 Hz，同時還可以用來測量非正弦電流。 3）它不僅可以精確地測量電壓、電流、和功率，還可以用來測量功率因數(shù)、頻率、電容、電感和相位差等。 4）易受外磁場影響：這是由于電動系儀表的固定線圈磁場較弱的緣故。在一些準確度

7、較高的儀表中，要采用磁屏蔽的裝置，或者采用無定位結構，以消除外磁場對測量的影響。 5）儀表本身消耗的功率較大：為了產生工作磁場，必須保證線圈有足夠大的安匝數(shù)（NI），因此，其本身消耗的功率較大。 6）過載能力?。号c磁電系儀表相同，可動線圈中的電流需由游絲導入，所以過載能力較差。 7）電動系電流表、電壓表的標度尺刻度不均勻，標尺的起始部分刻度很密，讀數(shù)困難，但功率表的標度尺刻度是均勻的。 第二節(jié) 電動系電流表、電壓表 把電動系測量機構中的固定線圈和可動線圈作適當?shù)倪B接，并配以一定的元件就構成了電動系電流表和電壓表。 一、電動系電流表 把電動系測量機構的固定線圈和可動線圈直接串聯(lián)起來接入被測電路，

8、為了區(qū)別電動系儀表中的固定線圈和可動線圈，在線路圖中一般用圓圈加一水平粗實線表示固定線圈，加一細實線表示可動線圈，如圖4-3所示，就構成了一個最簡單的電動系電流表，由于流過固定線圈和可動線圈的電流相等，根據(jù)式（44）可知，電動系電流表指針的偏轉角正比于被測電流的平方，即： 所以，電動系電流表標度尺的刻度具有平方規(guī)律，其起始部分刻度較密，而靠近上量限部分較疏。由于可動線圈電流由游絲導入，所以這種兩個線圈直接串聯(lián)的電流表只能用于測量0.5A以下的電流。如果測量較大電流，通常是將定圈和可動線圈并聯(lián)，或用分流電阻對可動線圈分流來實現(xiàn)。 電動系電流表通常做成雙量程的可攜式儀表，通過改變線圈的聯(lián)接方式和可

9、動線圈的分流電阻可以改變其量程。圖4-4為D26A型雙量程電流表的原理電路。當量程為I時，用連接片將端鈕1和2短接，此時可動線圈Q和電阻R串聯(lián)，并被電阻（R和R）所分流。固定線圈的兩個分段Q和Q互相串聯(lián)后再和可動線圈電路串聯(lián)。當量程為2I時，用連接片短路端鈕2和3及1和4（如圖中虛線所示），此時可動線圈Q和電阻（R和R）串聯(lián)后被電阻 R所分流，然后再與固定線圈 Q和Q的并聯(lián)電路相串聯(lián)。 由于測量機構的磁路是空氣，磁阻很大，所需的勵磁安匝數(shù)很大。所以，電動系電流表的線圈匝數(shù)不能太少，和電磁系電流表一樣，其內阻較大，功率消耗也較大。 圖43 電動系電流表原理電路l固定線圈； 2一可動線圈圖44 D

10、26A型電流表電路 二、電動系電壓表 將電動系測量機構的固定線圈和可動線圈串聯(lián)后，再和附加電阻串聯(lián)，就構成了電動系電壓表如圖45所示。由于線圈中電流和加在儀表兩端的被測電壓成正比，因此，儀表的偏轉角和被測電壓的平方有關，其標尺也具有平方的特性。 電動系電壓表一般做成多量程的可攜式儀表，通過改變附加電阻值的大小便可以改變其量程。圖46為三量程電壓表的電路。由于線圈電感的存在，當被測電壓的頻率變化時，將引起內阻抗的變化而造成誤差。但可以通過并聯(lián)電容的方法來補償這種誤差，圖中與附加電阻R并聯(lián)的電容C就是用來補償這種頻率誤差的，故稱C為頻率補償電容。當電壓表接入頻率補償電容后，可以用于較寬頻率范圍的測

11、量。 由于電壓表測量時的電流較小，所以電動系電壓表的線圈匝數(shù)較多。但由于通過測量機構的電流不能太小，所以串聯(lián)的附加電阻就不能太大，這限制了電動系電壓表內阻的提高，測量時儀表消耗的功率比較大。第三節(jié) 電動系功率表 用在電路中測量功率的儀表是功率表。在電路理論中我們已經知道，在直流電路中，功率是被測電路電壓和電流的乘積（ ）；在交流電路中，功率除是電路電壓和電流的乘積外，還與被測電路的電流與電壓之間的相位差的余弦，即電路的功率因數(shù) 有關（ ）。由前面的分析可知，電動系測量機構通入交流時，本身具有相敏特性，因此，它可以構成測量功率用的功率表。一、電動系功率表構成 1工作原理 把電動系測量機構的可動線

12、圈與附加電阻串聯(lián)后并聯(lián)接入被測電路用來反映電壓，固定線圈串聯(lián)接入被測電路用中來反映電流，便可構成電動系功率表。根據(jù)國家標準規(guī)定，在測量線路中，用一個圓加一條水平粗實線來表示電流線圈，用一條豎直細實線來表示電壓線圈，如圖 47所示。顯然，通過固定線圈的電流就是被測電路的電流I，所以通常稱固定線圈為電流線圈；可動線圈支路兩端的電壓就是被測電路兩端的電壓，所以通常稱可動線圈為電壓線圈，而可動圖46 三量限電壓表的測量電路圖45 電動系電壓表原理電路圖線圈支路也被稱為電壓支路。 電動系功率表測量直流電路的功率和交流電路的功率的工作原理如下： 1）測量直流電路的功率 如圖 47所示，通過固定線圈的電流I

13、1與被測電路電流相等，即I1=I，而可動線圈中的電流I2可由歐姆定律確定，即 。由于電流線圈兩端的電壓降遠小于負載兩端的電壓U，所以電流線圈兩端的電壓降可以忽略不計，可認為電壓支路兩端的電壓與負載電壓U是相等的。上式中R2是電壓支路總電阻，它是可動線圈電阻和附加電阻Rfj的總和。對于已制成的功率表，R2是一個常數(shù)。 由式（44）可以得出 （式4-7）圖47 電動系功率表的原理電路圖 可見用電動系功率表測量直流電路功率時，其可動部分的偏轉角于被測負載功率P成正比，表盤刻度是均勻的。 2）測量交流電路的功率 通過固定線圈的電流I1等于負載電流 I（有效值），即I1=I。而通過可動線圈的電流I2與負

14、載電壓U成正比，即 ， 為電壓支路的總阻抗。 由于電壓支路中附加電阻值比較大，如果工作頻率不太高，則可動線圈的感抗與Rfj相比之下可以忽略不計，因此，可以近似認為可動線圈電流與負載電壓U同相，即I2與U之間的相位差等于零，電壓支路是純電阻性質（這是構成有功功率表的必要條件），此時I1 (I)與I2之間的相位差與I1(I)與U之間的相位差恒相等，如圖48所示。 由式（47）可得： （式4-8）圖48 電壓、電流相量圖 可見用電動系功率表測量交流電路的功率時，其可動部分的偏轉角與被測電路的有功功率P成正比。雖然這一結論是在正弦交流電路的情況下得出的，但它也適用于非正弦交流電路。 綜上所述，不論用電

15、動系功率表測量直流電路的功率還是用電動系功率表測量交流電路的功率，其可動部分的偏轉角均與被測電路的功率成正比。因此，電動系功率表的標度尺刻度是均勻的。 2.多量限功率表 一般便攜式電動系功率表都是多量限的功率表，通常有兩個電流量限，兩個或三個電壓量限。通常用以下方法來改變電動系功率表的量限： 1）通過串聯(lián)或并聯(lián)電流線圈的兩個完全相同的繞組的方法來構成電流的兩個量限，如圖4-9所示。如果兩個繞組串聯(lián)時的電流量限為 I 則兩個繞組并聯(lián)時的電流量限為 2I 。一般是通過用連接片改變額定電流來轉換電流量限的。 2）功率表的電壓量限的改變用與電壓表相同的方法，即在電壓支路中串聯(lián)不同的附加電阻，如圖4-1

16、0所示。這種功率表的電壓電路有四個端鈕，其中標有“*”號的為公共端鈕。 需要注意的是，功率表的不同量限是通過選擇不同的電流量限和電壓量限來實現(xiàn)的。例如，D9W14型功率表的額定值為5/10 A 和150/300 V，那么功率量限可以有四種選擇： 5 A、 150 V量限：功率量限為 750 W； 5 A、 300 V量限：功率量限為 1500 W； 10 A、 150 V量限：功率量限為 1500 W； 10 A、 300 V量限：功率量限為 3000 W。 雖然 5 A、 300 V和 10 A、 150 V的功率量限相同，但使用時的意義卻不一樣，這一點必須特別注意。 【例 41】有一感性負

17、載，其功率約為 800 W，功率因數(shù)為 0. 8，工作在 220 V電路中，如用D9W14型功率表去測量它的實際功率，應怎樣選擇功率表的量限？ 圖410多量限功率表的電壓電路圖4-9 用聯(lián)接片改變功率表的電流量限（a）電流線圈的兩部分串聯(lián) (b)電流線圈的兩部分并聯(lián)解：因負載工作于 220 V電路中，故功率表的電壓額定值應選為 300 V，負載電流I可以按下式計算出： I= = A 4.54A 電流額定值應選為5A。 【例4-2】在例 41中，如果負載工作于 110 V電路中，假定其他條件不變，又應如何選擇功率表的量限？解：因負載在110 V電路中工作，故功率表的電壓額定值應選為150V， 負

18、載電流為： I= = A 9.1A 功率表的電流額定值應選為 10 A。 通過這兩道例題可以看出，由于工作狀態(tài)不同，盡管負載相同，功率表的量限選擇也是不同的。如果在例41中將功率表的量限誤選為 10 A150 V，雖然負載功率并未超出功率量限，但因負載電壓已超出其電壓支路所能承受的電壓 150 V，則可能因電壓支路電流過大而燒毀可動線圈或游絲。同樣，如果在例42中誤選5 A300 V量限，則固定線圈會因通過其電流超過額定值而燒毀。因此，功率表量限的選擇、須保證被測電路的電流、電壓不超過額定值。二、功率表的選擇及使用方法 1）選擇功率表時，不能只看功率表的功率量限，更應該注意正確選擇功率表的電流

19、量限和電壓量限（見例4-1和例42）。 2）功率表的正確接法必須遵守“發(fā)電機端”守則。即功率表標有“*”號的電流端必須接至電源端，而另一端則接至負載端，電流線圈與被測電路串聯(lián)；功率表上標有“*”號的電壓端鈕可以接電流端鈕的任意一端，而另一電壓端鈕則跨接至負載的另一端，即功率表的電壓支路與被測電路相并聯(lián)。 功率表上標有“*”號的電流端和電壓端稱為“發(fā)電機端”。這是為了防止接線錯誤而標出的特殊標記（有的功率表標的是“”或“”等符號）。功率表的正確接線如圖411所示。圖411功率表的正確接法（a）電壓線圈前接（b）電壓線圈后接 在功率表接線正確的情況下，如果指針反轉，是由于負載端實際含有電源向外輸出

20、功率的緣故。發(fā)生這種現(xiàn)象時應換接電流線圈的兩個端鈕，但絕不能換接電壓端鈕。如果換接電壓端鈕，則電壓支路中的附加電阻接在負載的高電位端，而可動線圈接在低電位端，由于附加電阻很大，電壓U幾乎全部降在 R 上，此時電壓線圈與電流線圈之間的電壓可能很高，會產生電場力的作用，引起附加誤差，同時有可能使絕緣擊穿。所以，電壓端鈕的接法是不能改變的。有的電壓線圈上裝有換向開關，如圖412所示。當發(fā)現(xiàn)指針反轉時，轉動換向開關S，即可使指針正向偏轉。此時S只是改變了電壓線圈中的電流方向，電壓線圈與附加電阻的相對位置并沒有改變。 3）選擇正確的功率表接線方式，有兩種不同的功率表接線方式，即電壓線圈前接方式和電壓線圈

21、后接方式，如圖411（a）和(b)所示。 電壓線圈前接法適用于負載電阻遠遠大于電流線圈電阻的情況。因為這時電流線圈中的電流雖然等于負載電流，但電壓支路兩端的電壓包含負載電壓和電流線圈兩端的電壓，即功率表的讀數(shù)中多出了電流線圈的功率消耗I R (I是負載電流，R 是電流線圈的電阻)，如果負載電阻遠比 R 大，那么I R 所引起的讀數(shù)誤差就很小。 電壓線圈后接法適用于負載電阻遠遠小于電壓支路電阻的情況，此時與上面的情況相反，雖然電壓支路兩端的電壓與負載電壓U相等，但電流線圈中的電流卻包含了負載電流和電壓支路電流I ，即讀數(shù)中多了電壓支路的功率消耗U R （R 為電壓支路總電阻）。如果R 比負載電阻

22、大得多，則電壓支路的功率消耗引起的讀數(shù)誤差就會很小。 如果在實際測量中被測功率很大，或測量工作要求對結果進行修正，則可以根據(jù)不同情況來選擇不同的接線方式。一般情況下，應根據(jù)負載大小和功率表的參數(shù)，按上述原則進行選擇，以減小功率表本身的功率消耗對測量結果的影響。 4.正確讀取功率表的示值，由于功率表一般都是多量限的，而且共用一條或幾條標度尺，所以功率表的標度尺都只標分格數(shù)，而不標明瓦特數(shù)。功率表的標度尺上，每一格所代表的瓦特數(shù)稱為分格常數(shù)。一般情況下，功率表的技術說明書上都給出了功率表在不同電流、電壓量限下的分格常數(shù)，以供查用。測量時，讀取指針偏轉格數(shù)后再乘上相應的分格常數(shù)，就得出被測功率的數(shù)值

23、，即 （式49）式中 P被測功率，W； C測量時所使用量限下的分格常數(shù)，W格； n指針偏轉的格數(shù)。 如果功率表的分格常數(shù)沒有給出，也可按下式來計算，即： （式410）式中 Um所使用的電壓額定值； Im所使用的電流額定值； N 標度尺滿刻度的格數(shù)。 圖412 功率表換向開關的原理電路圖 【例4-3】用一只滿刻度為150格的功率表去測量某一負載所消耗的功率，所選用量限的額定電流為10 A，額定電壓為75V，其讀數(shù)為80格，問該負載所消耗的功率是多少？ 解：功率表的分格常數(shù)為 = = 5（W格）故被測負載所消耗的功率為 P Cn80 5=400 （W） 根據(jù)上述讀數(shù)及計算的要求，用功率表進行測量時

24、，一定要記錄下所選用量限的電流、電壓的額定值及標度尺的滿刻度格數(shù)、指針偏轉格數(shù)，以便算出（或查出）分格常數(shù)。 三、低功率因數(shù)功率表 1.低功率因數(shù)電路功率測量的特殊問題 測量功率時，常遇到被測電路的功率因數(shù)很低的情況，例如測量鐵磁材料的損耗、變壓器的空載損耗和電容器的介質損耗等。從原理上說，普通的電動系功率表也可以用于低功率因數(shù)電路的功率測量，但在實際的測量當中，卻存在以下問題： （1）讀數(shù)偏差大：普通功率表標尺是按照額定功率因數(shù)COS=1來刻度的，儀表的滿刻度值相當于被測功率P=UeIe的情況。因功率表的轉動力矩和偏轉角均和被測功率（P= UICOS）成正比，因此，如果COS很小，則儀表的轉

25、矩和指針偏轉角也很小，這樣就會造成很大的讀數(shù)誤差。 （2）測量誤差大：因轉動力矩很小，所以儀表本身的功率損耗、摩擦等因素就對測量結果有較大的影響，造成的測量誤差很大；此外，又因電動系功率表的角誤差隨COS的減小而增大，所以，當被測電路的功率因數(shù)很低時，其角誤差可能會很大。 可見，如用普通功率表來測量低功率因數(shù)電路的功率，不但會造成讀數(shù)困難，而且更重要的是不能保證測量的準確性。因此，測量低功率因數(shù)電路的功率時必須采用專門的低功率因數(shù)功率表。 2.低功率因數(shù)功率表 低功率因數(shù)功率表是專門用來測量低功率因數(shù)電路功率的一種儀表，其工作原理和普通功率表基本相同。但是，為了解決小功率下的讀數(shù)問題，其標尺應

26、按較低的額定功率因數(shù)（通常COSe取0.1或0.2）來刻度，這就要求儀表應有較高的靈敏度。同時，為了在較小的轉矩下保證儀表的準確度，在儀表的結構上還要采取以下幾種誤差補償措施： 1）采用補償線圈：在電壓線圈后接的功率表電路中圖411（b），功率表的讀數(shù)由于包括了電壓回路的功率損耗U2/R而造成了誤差。如被測功率很小，則相對誤差就會很大，因此，為了補償這個功率消耗，可以采用補償線圈。補償線圈的結構、匝數(shù)和電流線圈完全相同，并且繞向相反地繞在電流線圈上。補償線圈串聯(lián)在功率表的電壓回路中，如圖413所示，因此，通過補償線圈的電流就是電壓回路的電流I2，由I2所建立的磁勢N1I2（N是補償線圈亦即電流

27、線圈 的匝數(shù)）和電流線圈中由于通過電壓回路的電流而產生的附加磁勢（也是N1I2）大小相等，但是方向相反，這就抵消了電流線圈中因流過電壓回路電流所造成的影響，從而在功率表的讀數(shù)中消除了電壓回路功率消耗的誤差。 圖 413具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表 圖414 帶有補償電容的低功率因數(shù)功率表 1一基本電流線圈 2一補償線 2）采用補償電容：功率表的角誤差是由電壓線圈的電感所引起的，被測電路的功率因數(shù)愈低，角誤差就愈大。因此，在低功率因數(shù)的情況下，必須設法減小角誤差對測量的影響。一般是采用補償電容的方法來消除角誤差的，如圖414所示。圖中電容器C并聯(lián)在電壓支路的附加電阻的一部分上，從而可以使原來的

28、感性電路變?yōu)榧冸娮栊噪娐贰＿@樣也就消除了角誤差的影響。在D34-W型低功率因數(shù)功率表中就應用了這種方法。 3）采用張絲支承、光標指示的結構：為了減小摩擦誤差，提高靈敏度，可采用張絲支承、光標指示的結構。這樣，儀表可以在較小的轉矩下工作，并且使功率消耗大為減少。在 D4W型和 D37W型低功率因數(shù)功率表中，就采用了這樣的結構。 3.低功率因數(shù)功率表的使用 1）正確接線：低功率因數(shù)功率表的接線和普通功率表相同，即應遵守發(fā)電機端守則。但對具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表，則須采用電壓線圈后接的方式。 2）正確讀數(shù)：低功率因數(shù)功率表是在較低的額定功率因數(shù)COSe下刻度的，因此其分格常數(shù)為 （W格） (式

29、411) 所以，在測量時應根據(jù)所選用的額定電壓Ue、額定電流Ie以及儀表上標明的額定功率因數(shù)和標尺的滿刻度格數(shù)Ne計算出每格瓦數(shù)C，然后再根據(jù)指針偏轉的格數(shù)，把被測功率按式（49）計算出來。 另外需注意，在實際測量中，被測電路的功率因數(shù)COS不一定等同于功率表的額定功率因數(shù)COSe，當COSCOSe時，可能會出現(xiàn)電壓和電流未達額定值，而功率卻超過了儀表的功率量程的情況，可能使表針打彎，因此，要特別注意低功率因數(shù)功率表在COSCOSe時的使用。第四節(jié) 三相交流電路中有功功率的測量 三相交流電路在實際工程上應用很廣，因此，對三相交流電路進行功率測量更有實際意義。根據(jù)被測三相電路的性質，可以選擇不同

30、的測量方法，按照一定的測量原理還可以構成三相功率表。下面先介紹一下三相功率的測量方法，然后再介紹各種用途的三相功率表。 一、三相功率的測量方法 三相交流電路按電源和負載的連接方式的不同，分為三相三線制和三相四線制兩種系統(tǒng)，而每一種系統(tǒng)在運行時又有如下幾種情況：三相交流電路完全對稱電路（電源對稱、負載對稱）和不對稱電路，而不對稱電路又分為簡單不對稱電路（電源對稱，負載不對稱）和復雜不對稱電路（電源和負載都不對稱）。 三相交流電路特點不同，其測量方法也不同，具體測量方法如下： 1.用一表法測量對稱三相電路的有功功率 利用一只單相功率表直接測量三相四線制完全對稱的電路中任意一相的功率，然后將其讀數(shù)乘

31、以3，便可得出三相交流電路所消耗的總功率，如圖415（a）所示。對于三相三線完全對稱的角接電路來說，則可按圖415（b）所示的接線方式進行測量。圖415一表法測量對稱三相電路的有功功率（a）Y對稱負載接法；（b） 對稱負載接法 如果被測電路的中點不便于接線，或負載不能斷開時，可按圖416所示的線路進行測量。圖中，電壓支路的非發(fā)電機端所接的是人工中點，即該人工中點是由兩個與電壓支路阻抗值相同的阻抗接成星形而形成的。 圖416 應用人工中點的一表法接線 2.用兩表法測量三相三線制的有功功率 在三相三線制電路中，可以用圖 417(a)所示的兩表法來測量它的功率。其三相總功率P為兩個功率表的讀數(shù)P1和

32、P2的代數(shù)和，即 P= P1P2 ，圖 417(b) 是這種接線方法的相量圖。圖417 兩表法測量三相三線電路有功功率的接線圖與相量圖 在圖417(a)中，功率表W1的電流線圈串聯(lián)接入A相，通過線電流IA，電壓支路的發(fā)電機端也接在A相。而電壓支路的非發(fā)電機端接至C相，這樣加在功率表W1上的電壓為UAC。功率表W2的電流線圈接在B相，通過線電流IB，電壓支路發(fā)電機端也接在B相，非發(fā)電機端也接在C相，這樣加在功率表W2上的電壓為UBC。在這樣的連接方式下，我們來證明兩個功率表的讀數(shù)之和就是三相電路的總功率。 按照圖417(a)的接線方式，功率表W1的瞬時力矩是與iAuAC成正比的，而功率表W2的瞬

33、時力矩是與iBuBC成正比的。但本章前面已講過，由于儀表活動部分有慣性，所以功率表的偏轉角和讀數(shù)都決定于一個周期內的平均轉矩，此平均轉矩是與功率表所接的電壓的有效值、電流的有效值以及該電壓電流的相位差角的余弦等三項成正比。對于現(xiàn)在所討論的情況，功率表W1和W2的讀數(shù)應分別為： (式412) (式413)式中:1是UAC和IA之間的相位差角，2是UBC和IB之間的相位差角。 從圖417(b)中可以看出，帶入(式412) 和(式413)中，得 (式414) (式415) 如果三相線路對稱，則有，三相線路總功率為 (式416) 由此可見：按圖417(a)的接線方式，功率表W1和W2讀數(shù)之代數(shù)和正好反

34、映了三相總功率P。 實際上，這種測量三相總功率的“兩表法”，不管三相電路是否對稱，只要滿足 iA+iB+iC=0 的條件的電路，都是適用的。三相三線制是符合這個條件的，而三相四線制不對稱電路不符合這個條件，所以，這種測量三相總功率的“兩表法”只適用于三相三線制，而不適用于三相四線制不對稱電路。 現(xiàn)在來看看負載的阻抗角對兩功率表讀數(shù)的影響： 從（式4-14）和（式4-15）可以看出，兩個功率表的讀數(shù)與負載的功率因數(shù)之間存在著一定的關系： 1)如果負載為純電阻性的，=0，則兩功率表的讀書相等。 2)如果負載的功率因數(shù)等于0.5，即=60，這時將有一個功率表的讀數(shù)等于零。 3)如果負載的功率因數(shù)低于

35、0.5，|60，這時將有一個功率表的讀數(shù)為負值。也就是說，在這種情況下，有一個功率表將出現(xiàn)反轉。為了取得讀數(shù)，這時就要把這個功率表的電流線圈的兩個端扭對換，使功率表往正方向偏轉，相應地，三相電路的功率等于這兩個功率表的讀數(shù)之差。 由上可知，在用兩個功率表測量三相電路的功率時，即使功率表接線完全正確，也有可能其中一個功率表出現(xiàn)讀數(shù)為零或為負值的情況。遇到這種情況時，必須把該功率表的電流線圈的兩個端鈕反接，這時，該功率表的讀數(shù)應為負值。三相電路的總功率等于兩個功率表讀數(shù)之差。了解到這一點，我們就可以做到心中有數(shù)和有把握地去進行測量。 用“兩表法”測量三相功率時，必須遵守下面接線規(guī)則： 應用兩表法測

36、量三相三線制的有功功率時，應注意兩點： 1)接線時應使兩只功率表的電流線圈串聯(lián)接入任意兩線，使其通過的電流為三相電路的線電流，兩只功率表的電壓支路的發(fā)電機端必須接至電流線圈所在線，而另一端則必須同時接至沒有接電流線圈的第三線。 2)讀數(shù)時必須把符號考慮在內，當負載的功率因數(shù)大于0.5時，兩功率表讀數(shù)相加即是三相總功率；當負載的功率因數(shù)小于0.5時，將有一只功率表的指針反轉，此時應將該表電流線圈的兩個端鈕反接，使指針正向偏轉，該表的讀數(shù)應計為負值，三相總功率即是兩表讀數(shù)之差。 3.用三表法測量三相四線制的有功功率 在三相四線制電路中，不論其對稱與否，都可以利用三只功率表測量出每一相的功率，然后將

37、三個讀數(shù)相加即為三相總功率，三表法的接線如圖418所示。 二、三相有功功率表 三相有功功率表每個元件的工作原理與單相功率表的相同，在結構上分為“二元件三相功率表”和“三元件三相功率表”。 1.二元件三相功率表根據(jù)兩表法原理就可構成二元件三相功率表，二元件三相功率表有兩個獨立單元，每一個單元就是一個單相功率表，這兩個單元的可動部分機械地固定在同一轉軸上。因此，用這種儀表測量時，其讀數(shù)取決于這兩個獨立單元共同作用的結果。這種二元件三相功率表適合于測量三相三線制交流電路的功率。二元件三相功率表的內部線路如圖419所示。它的面板上有7個接線端鈕，如圖4一19所示。二元件三相功率表的外部接線如圖4-20

38、所示。圖 418 三表法測量三相四線制電路的有功功率接線圖圖4-19 二元件三相功率表的內部線路A 、A 一電流線圈 B 、B 一電壓線圈R 、R 一附加電阻 R 、R 一電壓線圖分流電阻 接線時應遵循下列兩條原則，兩個電流線圈A 、A 可以任意串聯(lián)接入被測三相三線制電路的兩線；使通過線圈的電流為三相電路的線電流，同時應注意將“發(fā)電機端”接到電源側。兩個電壓線圈 B 和B 通過U 端鈕和U 端鈕分別接至電流線圈A 和A 所在的線上，而U 端鈕接至三相三線制電路的另一線上。 2.三元件三相功率表 三元件三相功率表是根據(jù)三表法原理構成的，它有三個獨立單元，每一單元就相當于一個單相功率表，三個單元的

39、可動部分都裝置在同一轉軸上。因此它的讀數(shù)就取決于這三個單元的共同作用。三元三相功率表適用于測量三相四線制交流電路的功率。 三元三相功率表的面板上有10個接線端鈕，其中電流端鈕6個、電壓端鈕4個。接線時應注意將接中性線的端鈕接至中性線上；三個電流線圈分別串聯(lián)接至三根相線中；而三個電壓線圈分別接至各自電流線圈所在的相線上，如圖4-21所示。圖4-20 二元件三相功率表外部接線圖圖421 三元件三相功率表的接線第五節(jié) 三相交流電路中無功功率的測量 交流電路的無功功率也可以用有功功率表來測量，這是因為無功功率Q=UIsin=UIcos（90），如果改變接線方式，使功率表電壓支路的電壓U與電流線圈中的電流I之間的相位