電工儀表與電氣測量第七章電能表

電能表的用途是測量一定時(shí)間內(nèi)負(fù)載所消耗電能的多少。由于實(shí)際生產(chǎn)中常采用“度”或“千瓦小時(shí)”作為電能的單位，所以測量電能的儀表稱為電能表或千瓦小時(shí)表。電能表與功率表的不同之處：電能表不僅能反映負(fù)載功率的大小，還能計(jì)算負(fù)載用電的時(shí)間，并通過計(jì)度器把一定時(shí)間內(nèi)消耗的電能自動(dòng)地累計(jì)起來。電能表類型：感應(yīng)系電能表、電子式電能表?！?-1單相感應(yīng)系電能表§7-2電子式電能表§7-3三相有功電能的測量§7-4三相無功電能的測量返回目錄1．熟悉單相感應(yīng)系電能表的組成及各部分的作用?！?-1單相感應(yīng)系電能表2．了解單相感應(yīng)系電能表的工作原理和技術(shù)特性。3．掌握單相電能表的使用方法。一、單相感應(yīng)系電能表的結(jié)構(gòu)1．單相感應(yīng)系電能表的組成（1）驅(qū)動(dòng)元件

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)元件（3）制動(dòng)元件

（4）計(jì)度器（也稱積算機(jī)構(gòu)）

計(jì)度器的結(jié)構(gòu)

單相感應(yīng)系電能表的結(jié)構(gòu)2．電能表的電路和磁路電流元件的鐵心和電壓元件的鐵心之間留有間隙，以便使鋁盤能在此間隙中自由轉(zhuǎn)動(dòng)。電壓元件鐵心上裝有用鋼板沖制成的回磁板。回磁板的下端伸入鋁盤下部，隔著鋁盤與電壓元件的鐵心柱相對應(yīng)，構(gòu)成電壓線圈工作磁通的回路。電能表的鐵心結(jié)構(gòu)

電能表工作時(shí)，通過電壓線圈的電流iU產(chǎn)生的磁通分為兩部分：工作磁通ΦU、非工作磁通ΦU

′。通過電流線圈的電流iA產(chǎn)生的磁通為ΦA(chǔ)，該磁通兩次穿過鋁盤，并通過電流元件鐵心構(gòu)成回路。

電能表的磁路示意圖

二、單相感應(yīng)系電能表的工作原理1．鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生單相感應(yīng)系電能表與功率表不同之處：電能表的電壓線圈沒有串聯(lián)分壓電阻。設(shè)負(fù)載的cosj＝1。通過電流線圈的電流ｉA與負(fù)載電壓u同相位，ｉA產(chǎn)生磁通ΦA(chǔ)。

單相電能表的原理接線圖

A——電流線圈B——電壓線圈相量圖

曲線圖

單相電能表各電流、電壓及磁通的關(guān)系

規(guī)定：磁通的正方向?yàn)樽陨隙麓┻^鋁盤。電流線圈中電流產(chǎn)生的磁通要兩次穿過鋁盤，用和－表示；電壓線圈中電流產(chǎn)生的磁通用表示。

t1時(shí)刻：iA

、－鋁盤中感應(yīng)出渦流i1和i1′在

的作用下產(chǎn)生作用力F1（向右）。

iU

和－的磁場作用于渦流i2

產(chǎn)生作用力F2和F2′（向右）。

鋁盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的原因：由于電流變化，在感應(yīng)作用下鋁盤中產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的產(chǎn)生

(動(dòng)畫)鋁盤所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向，總是由相位超前磁通ΦA(chǔ)指向相位滯后磁通ΦU。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

Mp＝C1P＝C1UIcosj根據(jù)上述方法試分析鋁盤在t2時(shí)刻受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩方向如何？2.鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)與被測電能的關(guān)系為了正確計(jì)量電能，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)，就必須在鋁盤上加一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大小相等、方向相反的力矩，這個(gè)力矩稱為制動(dòng)力矩。

制動(dòng)力矩一般是通過永久磁鐵獲得的。鋁盤所受制動(dòng)力矩隨鋁盤轉(zhuǎn)速的增加而增大，即Mz＝Kn。制動(dòng)力矩的產(chǎn)生

鋁盤轉(zhuǎn)速：

鋁盤的轉(zhuǎn)速n與負(fù)載有功功率P成正比。

N=CW

式中，N電能表在時(shí)間t內(nèi)鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)；W表示負(fù)載在時(shí)間t內(nèi)所消耗的電能。

說明：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)器顯示出被測電能的大小。

電能表常數(shù)是電能表的一個(gè)重要參數(shù)，一般在電能表銘牌上加以標(biāo)注。它表示電能表對應(yīng)于1kW·h，鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)。

r/kW·h電能表常數(shù)三、電能表主要技術(shù)參數(shù)1．準(zhǔn)確度電能表的準(zhǔn)確度用基本誤差來表示。電能表的基本誤差主要由傳動(dòng)部分的摩擦以及電流元件的電流與磁通之間存在的非線性關(guān)系所引起。此外，外界工作條件的變化還會(huì)產(chǎn)生一定的附加誤差。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有功電能表分為1.0級和2.0級兩種。在額定電壓、額定電流、額定頻率及cosj＝1的條件下，1.0級的三相電能表工作5000h，其他電能表工作3000h后，其基本誤差仍應(yīng)符合原來準(zhǔn)確度等級的要求。2．靈敏度電能表在額定電壓、額定頻率及cosj＝1的條件下，負(fù)載電流從零增加至鋁盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最小電流與額定電流的百分比，稱為電能表的靈敏度。按規(guī)定，這個(gè)電流不能大于額定電流的0.5％。3．潛動(dòng)

潛動(dòng)是指負(fù)載電流為零時(shí)，電能表鋁盤仍輕微轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。按照規(guī)定，當(dāng)負(fù)載電流為零而電壓為額定電壓的80％～110％時(shí)，鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)不應(yīng)超過一整圈。為了消除潛動(dòng)現(xiàn)象，一般電能表中都采用防潛動(dòng)裝置。防潛動(dòng)裝置

四、單相電能表的使用1．DD862型單相電能表簡介

DD862型單相電能表——感應(yīng)式儀表，用于計(jì)量頻率為50Hz的單相交流有功電能。特點(diǎn)：高精度、高靈敏、長壽命、性能穩(wěn)定，誤差曲線平直，精度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求、損耗小，一致性好等。優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定可靠，維修方便。DD862型單相電能表

規(guī)格及技術(shù)參數(shù)

準(zhǔn)確度等級：2.0級額定電壓：220V額定電流：1.5(6)A，2.5(10)A，5(20)A，10(40)A，15(60)A，20(80)A，30(100)A啟動(dòng)電流：0.5%IN，IN為電能表的額定電流2．單相電能表的使用方法

（1）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。（2）正確接線發(fā)電機(jī)端守則：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

為接線方便，單相電能表都有專門的接線盒，盒內(nèi)接有四個(gè)端鈕。連接時(shí)只要按照1、3端接電源，2、4端接負(fù)載即可。（3）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“10×kW·h”，或“100×kW·h”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。（4）電能表的安裝要求

1）與配電裝置裝在一處，并安裝在專門的電表箱內(nèi)。

2）應(yīng)安裝在配電裝置的左方或下方。安裝高度應(yīng)在0.6～1.8m范圍內(nèi)。

3）要安裝在干燥、無振動(dòng)和無腐蝕氣體的場所。

4）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。

5）電能表安裝要牢固垂直。本節(jié)小結(jié)

1．單相感應(yīng)系電能表的主要組成部分有：（1）驅(qū)動(dòng)元件；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)元件；（3）制動(dòng)元件；（4）計(jì)度器。

2．感應(yīng)系電能表的鋁盤所受轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的方向，總是由相位超前磁通ΦA(chǔ)指向相位滯后磁通ΦU。

3．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。

4．單相電能表連接時(shí)要按照“1、3端接電源，2、4端接負(fù)載”進(jìn)行接線。返回目錄1．熟悉電子式電能表的組成及工作原理。§7-2電子式電能表2．掌握電子式電能表的接線方法。一、單相電子式電能表電子式電能表測量的有功電能是有功功率與時(shí)間的乘積，與感應(yīng)式電能表一樣，交流電路中電壓U和電流I在某一段時(shí)間t內(nèi)，消耗的電能W為：

W＝UItcosj電子式電能表主要解決了機(jī)械式電能表的摩擦問題，從而大大提高了靈敏度，降低了儀表本身消耗的功率。這里只介紹目前常見的電子式電能表和電子式預(yù)付費(fèi)電能表。電子式電能表原理方框圖

1．輸入變換電路包括電壓變換器和電流變換器兩部分。其作用是將高電壓、大電流按一定比例變換后送至乘法器。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。2．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。乘法器通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)。其輸出信號與兩個(gè)輸入信號的乘積成正比。電能表常見的乘法器有霍爾效應(yīng)乘法器、熱電變換型乘法器、時(shí)分割乘法器等。3．U／f轉(zhuǎn)換器

U／f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)（A／D）轉(zhuǎn)換中，U／f轉(zhuǎn)換器是常用的一種電子電路。4．計(jì)度器計(jì)度器包括計(jì)數(shù)器和顯示部分。計(jì)數(shù)器可將由U／f轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖進(jìn)行計(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。由于取消了感應(yīng)式電能表的儀表轉(zhuǎn)盤，故也稱為靜止式電能表。但目前也有采用步進(jìn)電機(jī)式的機(jī)械計(jì)度器。電子式電能表的工作原理：

（1）首先，將被測電壓U和電流I經(jīng)電壓輸入電路和電流輸入電路分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（2）然后，通過模擬乘法器將輸入電路轉(zhuǎn)換后的UU和UI進(jìn)行相乘，模擬乘法器的增益為K。乘法器產(chǎn)生一個(gè)與U和I的乘積（有功功率P）成正比的信號U0。

（3）再通過U／f轉(zhuǎn)換型A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬量U0轉(zhuǎn)換成與P成正比的頻率脈沖輸出。（4）最后，經(jīng)計(jì)數(shù)器累積計(jì)數(shù)而測得在某段時(shí)間t內(nèi)的電能數(shù)值。二、DDS673型單相電子式電能表

DDS673型系列電子式單相電能表采用了專用大規(guī)模集成電路，增加了防干擾措施；在結(jié)構(gòu)方面采用阻燃材料作表殼、帶步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械計(jì)度器記錄電量，結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便、牢固耐用，操作使用簡單、方便。DDS673型系列電子式電能表

安裝接線要求：與單相感應(yīng)式電能表的完全相同。接線原則：1、3端接電源，2、4端接負(fù)載”。三、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。1.工作原理單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表具有兩個(gè)功能系統(tǒng)：測量系統(tǒng)和單片機(jī)處理系統(tǒng)。測量系統(tǒng)實(shí)際上就是一塊單相電子式電能表。

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)U／f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)。2.外形及使用方法用戶購電——將電卡插入電表，保持5s后拔出電卡——用電。隱顯狀態(tài)：用戶拔下電卡約30s后。常顯狀態(tài)：當(dāng)電表電量小于10kW·h時(shí)，電表轉(zhuǎn)為常顯狀態(tài)，提醒用戶電量已剩余不多。斷電報(bào)警：當(dāng)用戶電量剩至5kW·h時(shí)，電能表斷電報(bào)警。電卡內(nèi)裝有集成電路，為防止被靜電損壞，電卡一定要妥善保管，不應(yīng)放入易產(chǎn)生靜電的物體中（如纖維、塑料），并注意保持電卡插頭的清潔。如電卡丟失，應(yīng)及時(shí)到售電部門申請補(bǔ)發(fā)。電能表在運(yùn)輸與裝卸過程中應(yīng)避免受到劇烈沖擊。本節(jié)小結(jié)

1.電子式電能表的主要組成部分有：（1）輸入變換電路；（2）乘法器；（3）U／f轉(zhuǎn)換器；（4）計(jì)度器。

2.單相電子式預(yù)付費(fèi)電能表具有兩個(gè)功能系統(tǒng)：測量系統(tǒng)和單片機(jī)處理系統(tǒng)。

3.單相電子式電能表的安裝接線要求與單相感應(yīng)式電能表的完全相同。返回目錄1．了解三相三線電能表的組成并掌握正確的使用方法。§7-3三相有功電能的測量2．掌握三相四線電能表的組成并掌握正確的使用方法。

電能表和功率表在測量負(fù)載功率這一點(diǎn)來講，它們是完全相同的，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。三相電路有功電能的測量，可用一表法、兩表法、三表法實(shí)現(xiàn)。通常不采用人工中點(diǎn)法。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是根據(jù)兩表法測量三相功率的原理，由兩只單相電能表的測量機(jī)構(gòu)組合而成。鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)可以反映三相有功電能的大小，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

三相四線電能表實(shí)際上是按照三表法測功率的原理，由三只單相電能表的測量機(jī)構(gòu)組合而成。二、三相四線有功電能表三、三相有功電子式電能表

三相有功電子式電能表是通過兩個(gè)或者三個(gè)模擬乘法器，分別將每一相的有功功率運(yùn)算成與該相這一個(gè)單相有功功率成正比的模擬電壓信號；通過模擬加法器將兩個(gè)電壓信號U1、U2（或者U1、U2、U3）相加得到它們的和U0，U0與三相有功功率P成正比。

U0再通過U／f轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字脈沖輸出，經(jīng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)去驅(qū)動(dòng)顯示器，把三相三線電能數(shù)值或三相四線電能數(shù)值顯示出來。四、三相有功電能表的使用方法1．正確選擇量程選擇三相有功電能表量程時(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。2．正確接線（1）三相三線有功電能表的接線低壓供電線路，其負(fù)載電流為80A及以下時(shí)，可采用直接接入式電能表。三相三線電能表的接線圖

三相三線電能表配以電流互感器的接線圖負(fù)載電流為80A以上時(shí)，宜采用經(jīng)電流互感器接入式電能表，其接線方法如下：（2）三相四線有功電能表（DT862型）的接線負(fù)載電流為80A以下時(shí)，其接線方法如下：三相四線有功電能表的接線圖

三相四線電能表配以電流互感器的接線圖

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，其接線方法如下：電能表接線正確，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)cosj<0.5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，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)合接線方式。三相有功電能表和無功電能表與儀用互感器的聯(lián)合接線通常情況下，為方便三相有功電能表的接線，都將其電能表的接線圖印在使用說明書中或端鈕盒蓋的里面，使用時(shí)只要按照接線圖接線即可。

3．正確讀數(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“10×kW·h”，或“100×kW·h”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。五、常用三相有功電能表實(shí)例

DS862機(jī)械式三相三線電能表是感應(yīng)式交流電能表。該系列產(chǎn)品規(guī)格齊全、性能穩(wěn)定，適用于三相交流電網(wǎng)中工業(yè)用電和民用電的電能計(jì)量。1．DS862型三相三線有功電能表DS862型三相三線電能表該表用于計(jì)量額定頻率為50Hz，額定電壓為220/380V的三相三線制交流有功電能。若電能表配用互感器時(shí)，需將窗口讀到的度數(shù)乘以互感器的變比后，才是實(shí)際度數(shù)。（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采用雙盤結(jié)構(gòu)。制動(dòng)元件采用高矯頑力合金永磁磁鋼，性能更加穩(wěn)定。該表過載倍數(shù)可達(dá)4倍，具有過載能力強(qiáng)、誤差線性好、質(zhì)量穩(wěn)定、設(shè)計(jì)使用壽命可達(dá)15年，性能可靠等特點(diǎn)。（3）主要技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確度等級：2.0級額定電壓：3×220/380V

額定電流：1.5(6)A，

5(20)A，10(40)A，15(60)A，20(80)A，30(100)A

額定頻率：50Hz

環(huán)境條件：工作溫度－25℃～+55℃，相對濕度≤85%

啟動(dòng)電流：≤0.5%IN2．DT862型三相四線有功電能表（1）適用范圍

DT862型三相四線有功電能表是一種感應(yīng)系電能表，適用于計(jì)量三相正弦交流電網(wǎng)，計(jì)量額定頻率為50Hz、額定電壓為3×220/380V的三相四線制交流有功電能。若電能表配用互感器時(shí)，需將窗口讀到的電度表數(shù)乘以互感器的倍率后，才是實(shí)際度數(shù)。DT862系列三相四線有功電能表

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、外形美觀、計(jì)量準(zhǔn)確、高過載、可靠性好等。使用壽命：由于改進(jìn)設(shè)計(jì)后降低了電能表常數(shù)，使其使用壽命在原來基礎(chǔ)上提高了2～3年。性價(jià)比：性能很好，符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，價(jià)格不高，有很好的性價(jià)比。（3）規(guī)格及技術(shù)參數(shù)準(zhǔn)確度等級：2.0級額定電壓：220V/380V額定電流：1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、15(60)A、20(80)A、30(100)A額定頻率：50Hz電表功耗：<2W，8V·A環(huán)境溫度：－10～50℃相對濕度：≤85%三相四線電能表的接線

本節(jié)小結(jié)

1.三相三線電能表是根據(jù)兩表法測量三相功率的原理，由兩只單相電能表的測量機(jī)