电工仪表与测量第7章

第 一 节 第 二 节第 三 节 第 四 节第 七 章 电 能 的 测 量 第 一 节感应系电能表 一 、 感 应 系 电 能 表 的 结 构 感 应 系 电 能 表 的 主 要 组 成 部 分 有 ：驱 动 元 件 用 来 产 生 转 动 力 矩 。转 动 元 件 由 铝 盘 和 转 轴 组 成 。 仪 表 工 作 时 ， 驱 动元 件 产 生 的 转 动 力 矩 将 驱 使 铝 盘 转 动 。制 动 元 件 由 永 久 磁 铁 组 成 。 用 来 在 铝 盘 转 动 时 产生 制 动 力 矩 ， 使 铝 盘 的 转 速 与 被 测 功 率 成 正 比 。计 度 器 （ 也 称 积 算 机 构 ） 用 来 计 算 铝 盘 的 转 数 ，实 现 累 计 电 能 的 目 的 。 它 包 括 安 装 在 转 轴 上 的 齿轮 、 滚 轮 以 及 计 数 器 等 。 电 能 表 最 终 通 过 计 数 器直 接 显 示 出 被 测 电 能 的 数 值 。 计度器的结构 感 应 系 电 能 表 的 铁 心 结 构 电 能 表 的 电 路 和 磁 路 单 相 感 应 系 电 能 表 的原 理 接 线 图 与 功 率 表相 似 ， 不 同 之 处 是 电能 表 的 电 压 线 圈 没 有串 联 分 压 电 阻 。二 、 感 应 系 电 能 表 的 工 作 原 理 二 、 感 应 系 电 能 表 的 工 作 原 理电 能 表 各 电 流 、 电 压 及 磁 通 的 关 系 铝 盘 转 动 力 矩 的 产 生铝 盘 转 动 力 矩 的 产 生 在 t1 时 刻 ， 由 于 iA和 iU的 变 化 ， 在 铝盘 中 感 应 出 涡 流 ， 而 各 涡 流 在 磁 通 作 用下 都 产 生 顺 时 针 方 向 的 转 动 力 矩 ， 使 得铝 盘 顺 时 针 转 动 起 来 。 铝 盘 所 受 转 动 力矩 的 方 向 ， 总 是 由 相 位 超 前 磁 通 A指 向相 位 滞 后 磁 通 U。 可 以 证 明 ， 铝 盘 所 受 平 均 转 动 力 矩 与负 载 的 有 功 功 率 成 正 比 ， 即 M p C1P C1UIcos 铝 盘 转 数 与 被 测 电 能 的 关 系 当 负 载 功 率 一 定 时 ， 铝 盘 所 受 转 动 力 矩 不 变 。 但 是 ，铝 盘 若 只 受 到 转 动 力 矩 的 作 用 ， 铝 盘 将 会 不 断 地 加速 运 动 ， 以 至 无 法 正 确 计 量 电 能 。 为 了 使 铝 盘 在 一 定 负 载 功 率 下 以 相 应 的 转 速 匀 速 转动 ， 能 正 确 反 映 电 能 的 大 小 ， 必 须 在 铝 盘 上 加 制 动力 矩 ， 铝 盘 所 受 制 动 力 矩 随 铝 盘 转 速 的 增 加 而 增 大 ，即 Mz K n。 当 制 动 力 矩 M z增 大 到 与 转 动 力 矩 Mp相 等 时 ， Mp Mz， 铝 盘 就 匀 速 转 动 。 将 上 面 两 个 式 子 整 理 ， 得 C1P K n 铝 盘 转 速 可 见 ， 铝 盘 的 转 速 n与 负 载 有 功 功 率 P成 正 比 。CPPKCn 1 将 两 边 同 乘 以 t得 nt CPt ,式 中 nt是 电 能表 在 时 间 t内 铝 盘 的 转 数 ， 用 N表 示 ； Pt是 负载 在 时 间 t内 所 消 耗 的 电 能 ， 用 E表 示 ， 则N=CE 在 时 间 t内 ， 电 能 表 的 铝 盘 转 数 与 这 段 时间 内 负 载 消 耗 的 电 能 成 正 比 。 因 此 ， 可 以 通过 计 度 器 自 动 累 计 铝 盘 的 转 数 ， 由 计 数 器 显示 出 被 测 电 能 的 大 小 。 由 上 式 可 求 出 电 能 表 常 数 (r/kWh) ENC 制动力矩的产生 三 、 单 相 电 能 表 的 接 线 单 相 电 能 表 的 接 线 应 遵 从 发 电 机 端 守 则 ，即 电 能 表 的 电 流 线 圈 与 负 载 串 联 ， 电 压 线圈 与 负 载 并 联 ， 两 线 圈 的 发 电 机 端 应 接 电源 的 同 一 极 性 端 。 单相电能表的接线方法 思考与练习 比 较 电 能 表 和 功 率 表 的 异 同 。 感 应 系 电 能 表 由 哪 几 个 部 分 组 成 ?各 自 的作 用 如 何 ? 说 明 电 能 表 常 数 的 意 义 。 画 出 单 相 电 能 表 的 接 线 图 。 返 回 章 目 录 第 二 节电子式电能表 一 、 单 相 电 子 式 电 能 表 的 组 成及 工 作 原 理 电 子 式 电 能 表 原 理 方 框 图 电 子 式 电 能 表 各 组 成 部 分 的 作 用1.输 入 变 换 电 路 输 入 变 换 电 路 包 括 电 压 变 换 器 和 电 流 变 换 器 两 部 分 。作 用 ： 将 高 电 压 、 大 电 流 变 换 后 送 至 乘 法 器 。 转 换后 的 信 号 应 分 别 与 输 入 的 高 电 压 和 大 电 流 成 正 比 。 常 见 的 输 入 变 换 电 路 有 精 密 电 阻 分 流 分 压 和 仪 用 互感 器 两 种 。 乘 法 器 乘 法 器 是 电 子 式 电 能 表 的 核 心 ， 是 一 种能 将 两 个 互 不 相 关 的 模 拟 信 号 进 行 相 乘的 电 子 电 路 ， 通 常 具 有 两 个 输 入 端 和 一个 输 出 端 ， 是 一 个 三 端 网 络 。 乘 法 器 的 输 出 信 号 与 两 个 输 入 信 号 的 乘积 成 正 比 。 U f 转 换 器 U f 转 换 器 的 作 用 是 将 输 入 电 压 （ 电 流 ）转 换 成 与 之 成 正 比 的 频 率 输 出 。 在 模 数 （ A D） 转 换 中 ， U f 转 换 器 是 常 用的 一 种 电 子 电 路 。 计 度 器 包 括 计 数 器 和 显 示 部 分 。 计 数 器 可 将 由 U f 转换 器 输 出 的 脉 冲 加 以 计 数 ， 然 后 送 至 显 示 电 路显 示 。 全 电 子 式 电 能 表 的 显 示 部 分 通 常 采 用 液 晶 显 示器 进 行 计 度 。 由 于 取 消 了 感 应 式 电 能 表 的 仪 表转 盘 ， 故 也 称 之 为 静 止 式 电 能 表 。 目 前 电 子 式 电 能 表 也 有 不 少 采 用 步 进 电 机 式 的机 械 计 度 器 。 DDS673型 系 列 电 子 式 电 能 表 二 、 单 相 电 子 式 预 付 费 （ IC卡 ） 电 能 表 单 相 电 子 式 预 付 费 （ IC卡 ） 电 能 表 的 用 途 是 计量 额 定 频 率 为 50Hz的 交 流 单 相 有 功 电 能 并 实 现电 量 预 购 功 能 。 供 电 部 门 可 通 过 计 算 机 售 电 管 理 系 统 对 用 户 预购 电 量 、 预 置 等 ， 并 经 电 卡 传 递 给 电 能 表 。 该电 能 表 具 有 自 动 计 算 用 户 消 耗 电 量 、 停 电 时 表内 数 据 自 动 保 护 、 电 能 表 具 有 最 大 负 荷 控 制 功能 。 单 相 电 子 式 预 付 费 （ IC卡 ） 电 能 表 采 用 六 位 计度 器 显 示 总 消 耗 电 量 。 电 卡 作 媒 介 ， 由 供 电 部门 设 置 密 码 ， 保 证 了 用 户 电 卡 只 能 自 己 使 用 而不 能 换 用 ， 电 卡 可 反 复 使 用 达 一 千 次 以 上 。 单 相 电 子 式 预 付 费 （ IC卡 ） 电 能 表 的 准 确 度 等级 为 1.0级 。 额 定 电 压 220V， 额 定 电 流 有 2(10) 、5(25)、 10(50) 、 20(100)A等 多 种 规 格 。 单 相 电 子 式 预 付 费 电 能 表 的 工 作 原 理 由 分 压 器 完 成 电 压 取 样 ， 由 取 样 电 阻 完 成 电 流 取 样 。 取 样 后 的 电 压 电 流 信 号 由 乘 法 器 转 换 为 功 率 信 号 。 经 U f变 换 后 ， 由 步 进 电 机 驱 动 计 度 器 工 作 ， 并 将脉 冲 信 号 输 入 单 片 机 系 统 。 用 户 需 在 供 电 部 门 交 款 购 电 ， 所 购 电 量 在 售 电 机 上被 写 进 用 户 电 卡 ， 由 电 卡 传 递 给 电 能 表 ， 电 卡 经 多次 加 密 可 以 保 证 用 户 可 靠 地 使 用 。 当 所 购 电 量 用 完 后 ， 表 内 继 电 器 将 自 动 切 断 供 电 回路 。 单 相 电 子 式 预 付 费 电 能 表 的 安 装 方 法 电 能 表 在 出 厂 前 经 检 验 合 格 并 加 以 铅 封 ， 即 可安 装 使 用 。 安 装 表 的 底 板 应 固 定 在 坚 固 的 耐 火 墙 上 ， 建 议安 装 高 度 为 1.8m 左 右 。 要 求 环 境 温 度 在 25 70 ， 相 对 湿 度 不 超 过 85 ， 且 周 围 空气 中 无 腐 蚀 性 气 体 。 电 能 表 应 按 照 接 线 图 接 线 ， 最 好 用 铜 线 引 入 。 单 相 电 子 式 预 付 费 电 能 表 的 外 形IC卡 插 座接 线 盒计 度 器数 码 管 单 相 电 子 式 预 付 费 电 能 表 使 用 方 法 用 户 到 指 定 地 点 购 电 后 ， 将 购 电 后 的 电 卡 插 入 电表 ， 保 持 5s后 方 可 拔 出 电 卡 ， 即 可 用 电 。 在 用 户 拔 下 电 卡 约 30s后 ， 电 表 进 入 隐 显 状 态 。 当 电 表 电 量 小 于 10kWh时 ， 电 表 由 隐 显 变 为 常 显状 态 ， 提 醒 用 户 电 量 已 剩 余 不 多 。 当 用 户 电 量 剩 至 5kWh时 ， 电 能 表 断 电 报 警 ， 再次 提 醒 用 户 及 时 购 电 ， 此 时 用 户 将 电 卡 重 新 插 入表 内 一 次 ， 可 继 续 使 用 5kWh电 量 。 思考与练习 电 子 式 电 能 表 的 主 要 优 点 是 什 么 ？ 电 子 式 电 能 表 由 哪 几 部 分 组 成 ？ 各 部 分的 作 用 是 什 么 ？ 简 述 电 子 式 电 能 表 的 工 作 原 理 。 返 回 章 目 录 第 三 节三相有功电能的测量 电 能 表 和 功 率 表 在 测 量 负 载 功 率 这 一 点 上 是完 全 相 同 的 ， 只 不 过 电 能 的 测 量 还 需 增 加 计度 器 ， 以 计 算 功 率 的 使 用 时 间 。 因 此 ， 对 三相 电 路 有 功 功 率 测 量 的 各 种 方 法 和 理 论 ， 同样 适 用 于 三 相 有 功 电 能 的 测 量 。 生 产 实 际 中 的 三 相 电 能 测 量 ， 一 般 都 采 用 三相 电 能 表 。 三 相 电 能 表 是 根 据 两 表 法 或 三 表法 的 原 理 ， 把 两 个 或 三 个 单 相 电 能 表 的 测 量机 构 组 合 在 一 只 表 壳 内 。 一 、 三 相 三 线 有 功 电 能 表 三 相 三 线 电 能 表 由 两 只 单 相 电 能 表 的 测 量机 构 组 合 而 成 。 将 它 接 入 电 路 后 ， 作 用 在 转 轴 上 的 总 转 矩等 于 两 组 元 件 产 生 的 转 矩 之 和 ， 并 与 三 相电 路 的 有 功 功 率 成 正 比 。 因 此 ， 铝 盘 的 转数 可 以 反 映 有 功 电 能 的 大 小 ， 并 通 过 计 度器 直 接 显 示 出 三 相 电 能 的 数 值 。 三相三线电能表 三 相 三 线 电 能 表 的 接 线 方法 与 两 表 法 测 量 功 率 的 接线 方 法 相 同 。 按 规 定 ， 对低 压 供 电 线 路 ， 其 负 荷 电流 为 80A及 以 下 时 ， 宜 采用 直 接 接 入 式 电 能 表 。 若 负 荷 电 流 为 80A以 上时 ， 宜 采 用 经 电 流 互感 器 接 入 式 电 能 表 。 二 、 三 相 四 线 有 功 电 能 表 三 相 四 线 电 能 表 由 三 只 单 相 电 能 表 的 测 量 机 构 组 合 而 成 。目 前 常 见 的 DT862型 三 相 四线 有 功 电 能 表 的 外 形 与 三 相三 线 有 功 电 能 表 的 外 形 完 全一 样 。 当 负 载 电 流 为 80A以 上时 ， 也 应 配 以 电 流 互 感器 使 用 。 思考与练习 三 相 三 线 电 能 表 如 何 组 成 ？ 适 用 于 哪 些场 合 ？ 画 出 三 相 三 线 电 能 表 接 线 图 。 三 相 四 线 电 能 表 如 何 组 成 ？ 适 用 于 哪 些场 合 ？ 画 出 三 相 四 线 电 能 表 配 合 电 流 互 感 器 的接 线 图 。 返 回 章 目 录 第 四 节电能表的使用 正 确 选 择 量 程 选 择 电 能 表 量 程 时 ， 应 使 电 能 表额 定 电 压 与 负 载 额 定 电 压 相 符 ，电 能 表 额 定 电 流 应 大 于 或 等 于 负载 的 最 大 电 流 。 要 正 确 接 线 电 能 表 的 接 线 和 功 率 表 一 样 ， 必 须 遵 守 发电 机 端 守 则 。 通 常 情 况 下 ， 电 能 表 的 发 电机 端 已 在 内 部 接 好 ， 接 线 图 印 在 端 钮 盒 盖的 里 面 。 使 用 时 ， 只 要 按 照 接 线 图 进 行 接线 ， 一 般 不 会 发 生 铝 盘 反 转 的 情 况 。 接 线 正 确 铝 盘 仍 反 转 的 原 因1 装 在 双 侧 电 源 联 络 盘 上 的 电 能 表 ， 当一 段 母 线 向 另 一 段 母 线 输 出 电 能 改 变为 另 一 段 母 线 向 这 段 母 线 输 出 电 能 时 。2 用 两 只 单 相 电 能 表 测 量 三 相 三 线 有 功负 载 ， 当 cosj0.5时 ， 其 中 一 只 电 能 表也 会 出 现 反 转 现 象 。 电 能 表 在 通 过 仪 用 互 感 器 接 入 电 路 时 ，必 须 注 意 互 感 器 接 线 端 的 极 性 ， 以 便 使电 能 表 的 接 线 仍 能 满 足 发 电 机 端 守 则 。三 相 有 功 电 能 表 和 无 功 电 能 表 与 仪 用 互 感 器 的 联 合 接 线 电 能 表 的 读 数 对 直 接 接 入 电 路 的 电 能 表 ， 以 及 与 所 标明 的 互 感 器 配 套 使 用 的 电 能 表 ， 都 可 以直 接 从 电 能 表 上 读 取 被 测 电 能 。 当 电 能 表 上 标 有 “ 10 kWh”， 或“ 100 kWh”字 样 时 ， 应 将 表 的 读 数乘 以 10或 100倍 ， 才 是 被 测 电 能 的 实 际值 。 当 配 套 使 用 的 互 感 器 变 比 和 电 能 表 标 明的 不 同 时 ， 则 必 须 将 电 能 表 的 读 数 进 行换 算 后 ， 才 能 求 得 被 测 电 能 实 际 值 。 例 如 ， 电 能 表 上 标 明 互 感 器 的 变 比 是 10 000 100V， 100 5A， 而 实 际 使 用 的 互感 器 变 比 是 10 000 100V， 50 5A， 此时 应 将 电 能 表 的 读 数 除 以 2， 才 是 被 测 电能 的 实 际 值 。 电 能 表 的 安 装 要 求通 常 要 求 电 能 表 与 配 电 装 置 装 在 一 处 。 安 装 电 能表 的 木 板 正 面 及 四 周 边 缘 应 涂 漆 防 潮 。 木 板 应 为实 板 ， 且 厚 度 不 应 小 于 20m m 。 木 板 必 须 坚 实 干 燥 ，不 应 有 裂 缝 ， 拼 接 处 要 紧 密 平 整 。电 能 表 应 安 装 在 配 电 装 置 的 左 方 或 下 方 。 安 装 高度 应 在 0.6 1.8m 范 围 内 （ 表 水 平 中 心 线 距 地 面 尺寸 ） 。 电 能 表 要 安 装 在 干 燥 、 无 振 动 和 无 腐 蚀气 体 的 场 所 。不 同 电 价 的 用 电 线 路 应 分 别 装 表 ， 同 一电 价 的 用 电 线 路 应 合 并 装 表 。电 能 表 安 装 要 牢 固 垂 直 。 每 只 表 除 挂 表螺 丝 外 ， 至 少 应 有 一 只 定 位 螺 钉 ， 使 表中 心 线 向 各 方 向 倾 斜 度 不 大 于 1 ， 否 则会 影 响 电 能 表 的 准 确 度 。 思考与练习 安 装 电 能 表 时 须 注 意 哪 些 问 题 ？ 有 一 电 能 表 ， 电 能 表 常 数 为 2 000 r kWh， 月初 读 数 为 308kWh， 月 底 为 529kWh， 如 果 每一 kWh电 费 为 0.50元 ， 求 这 个 月 的 电 费 和 电 能表 铝 盘 的 转 数 各 为 多 少 ? 一 配 有 变 比 为 50 5A电 流 互 感 器 的 单 相 有 功 电能 表 ， 4月 初 的 读 数 为 5 136kWh， 5月 初 的 读数 变 为 5 548kWh， 在 这 一 个 月 里 ， 该 用 户 共消 耗 多 少 kWh电 ? 返 回 章 目 录