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1、第三章 功率和电能的测量,第一节 功率和电能的测量方法第二节 电动系功率表第三节 低功率因数功率表第四节 三相功率的测量第五节 感应系电能表及电能的测量第六节 三相有功电能表第七节 三相无功电能表和无功电能的测量第八节 电子式单相电能表第九节 电子式三相电能表第十节 电子式单相复费率电能表第十一节 集中抄表与电子式IC卡预付费电能表,Electrical Measure,本章要点,本章介绍电动系功率表、低功率因数功率表、三相功率表、感应系电能表的原理与使用方法，其中：工作原理可作一般了解测量方法以及测量时的电路连线，包括单相与三相，有功与无功的功率表、有功与无功电能表都必须熟练掌握。本章第八、
2、九节介绍电子式电能表的原理与电路结构，由于电测仪表广泛应用电子电路，通过电子电能表的电路结构，进一步了解仪表中电子器件的使用方法。,第一节 功率和电能的测量方法,一、功率测量方法,直接法：用电动系或数字的单相功率表测量单相功率。用单相功率表接成两表法或三表法或用三相功率表测量三相功率，两表法或三表法虽然有求和过程，但一般仍将它归为直接法。间接法：直流通过测量电压、电流间接求得功率。交流则需要通过电压、电流和功率因数求得功率。,(一)直流功率的测量,1、用电流表和电压表：P=UI2、功率表测量电动系功率表3、直流电位差计测量功率准确度较高，用来校验测量电压计算电流计算功率4、用数字功率表测量,回
3、顾电路课程中的相关知识,正弦交流电路的功率,1.瞬时功率(instantaneous power),*p0,电路吸收功率：p0，电路发出功率；,常数,2倍频,正弦交流电路的功率,2.有功功率P,=u-i：又称功率因数角。,cos：功率因数。,P 的单位：W（瓦）,纯电阻,纯电感=90,纯电容=-90,=0,P=0,P=0,如何定义储存、或释放的功率？,一般地 0cosj1,RLC串联电路：,3.无功功率Q,电阻消耗的功率,单位:var(乏),电感、电容储存或释放的功率,=QL QC,4.视在功率S(表观功率),反映电气设备的容量。,单位：VA,日光灯的问题：P=40W，S=90VA，Q=70V
4、ar,cos j=0.45,分析:,6、功率因数提高,并联电容前：设电压为参考量,（二）单相交流功率的测量,1、间接法P=UIcosQ=UIsinS=UI2、功率表测量电动系磁电系变换式功率表,二、变换式功率表,常用的功率表多采用电动系，由于电动系仪表的生产工艺比较复杂，抗干扰能力低，所以近年来利用磁电系表芯做成的变换式功率表。表的结构如图。,三、变换式功率表的工作原理 变换式功率表先通过由两个互感器组成的取样电路，检测负载的电压与电流，由于两个互感器的一次绕组接法相反，使得互感器二次绕组的电流与负载的u、i关系如下式所示。,然后利用半导体二极管的平方律特性，使得磁电系指示仪表的两端电压 与负
5、载的u、i 乘积即功率成正比。完成功率到电压的变换。并在标尺上刻以功率值。,二极管平方律特性,四、电能测量方法,直接法：直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。,电动系功率表的电路图,第二节 电动系功率表,一、工作原理,电动系仪表是测量功率的最常用仪表，测功率时仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流 I，可动线圈与负载并联，反映负载电压 U，按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。如果U、I 为交流，同样可推出 可动线圈的偏转角正比于交流负 载功率P。,扩大功率表
6、量程可分别为扩大电流量程或扩大电压量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应扩大一倍。,二、扩大功率表电流量程,固定线圈串联,固定线圈并联,但功率表的固定线圈只有两个，因此这种办法只能扩大量程一倍。,扩大电压量程可改变可动线圈的串联附加电阻，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的，所以功率表的电压量程也都取标准值。,三、扩大功率表电压量程,D26W型便携式单相功率表,由于电动系功率表指针的偏转方向与两线圈中电流的方向有关，为防止指针反转，规定了两线圈的发电机端，用符号“*”表示。功率表应按照“发电机端守则”进行接线。,1、功率表接线,四、功率
7、表的正确使用,2、发电机端守则,电流线圈：使电流从发电机端流入，电流线圈与负载串联。电压线圈：保证电流从发电机端流入，电压线圈支路与负载并联。,3、电压线圈前接方式适用于负载电阻比功率表电流线圈电阻大得多的情况。,电压线圈后接方式适用于负载电阻比功率表电压线圈支路电阻小得多的情况。,不论采用电压线圈前接或者后接方式，其目的都是为了尽量减小测量误差，使测量结果较为准确。,功率表正确的接线，接线时应将“电源端”接在电源的同一极性上。,*号表示“电源端”,五、功率表的错误接线,电源端*不接同一极性的错误,可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误,实际测量中，如果功率表接线正确，但指针仍反转，两种情况：一
8、是发生在负载端含有电源，并且负载本身不是消耗功率而是发出功率时；二是发生在三相电路的功率测量中。这时，为了取得正确读数，必须在切断电源之后，将电流线圈的两个接线端对调，并且将测量结果前面加上负号。但不得调换功率表电压线圈支路的两个接线端。,六、选择功率表量程,功率表包含有三种量程：电流量程、电压量程和功率量程。选择时，要使功率表的电流量程略大于被测电流，电压量程略高于被测电压。实际上，只要在功率表中选定不同的电流量程和电压量程，功率量程也就随之确定了。,在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的功率量程，通常还要用电流表、电压表去监视被测电路的电流和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压
9、量程，以确保仪表安全可靠地运行。,例：D26W型便携式单相功率表的电流量程为510A，电压量程为150300600 V，其功率量程有：P1=5150=750W P2=5300=1500W P3=5600=3000W P4=10150=1500W P5=10300=3000W P6=10600=6000W 这里的功率是指负载的功率因数cosj1时的情况。而感性或容性负载的cosj1，所以，上述量程是指最大功率量程。,便携式功率表一般都有几种电流和电压量程，但标度尺却只有一条，因此功率表的标度尺上只标有分格数，而不标瓦特数。当选用不同的量程时，功率表标度尺的每一分格所表示的功率值不同。通常把每一分
10、格所表示的瓦特数称为功率表的功率表常数（分格常数），用C表示。,七、功率表读数,如果功率表中没有附加的分格常数表，其分格常数C也可按下式计算,求得功率表的分格常数C后，便可求出被测功率,PC,例若选用一只功率表，它的电压量程为450V、电流量程为5A，标度尺满刻度格数为150格，用它测量某负载消耗的功率时，指针偏转80格。求负载消耗的功率。解 先求功率表的分格常数 W/div 被测功率 W,第三节 低功率因数功率表,用一般功率表测量低功率因数的功率存在如下问题在低功率因数的情况下，电流大功率小，若按功率选用，电流的额定值太小。若按电流选用，在满电流的情况下，也只能使用功率表标尺的前几个小格，无
11、法准确读数。以测量功率因数为0.1，额定电压为500V，额定电流为10A，功率为500W的电路为例。选用500V、500W的的普通功率表，额定电流只有1A。选用500V、10A的普通功率表，其最大示值为5000W。500W只能使用标尺的前1/10部分。可见测量低功率因数的功率表必须具备大电流和低功率示值两个特点。在结构上必须采取一些措施，一方面提高仪表的灵敏度，使它能测量低功率，另一方面要提高功率表的电流额定值，在加大电流额定值的时候，还要注意不使表耗功率太大。,一、带补偿线圈的低功率因数功率表 这种功率表主要着眼于解决表耗问题。本来功率表的读数中就包含有表耗功率，但一般功率表，表耗功率比功率
12、示值小很多，可以忽略，而低功率因数功率表，因为采用大额定电流，表耗功率较大，又采用小功率示值，使得示值中所含的表耗功率所占比例加大，造成读数的误差，因此在加大额定电流的同时，要采取措施消除示值中的表耗功率部分。解决办法是在电压电路中，串联一个补偿线圈 产生附加力矩以抵消表耗功率。使得所减少的读数值正好等于表耗功率读数的增加值。,补偿线圈,二、带补偿电容的低功率因数功率表,由于功率表的电压线圈存在感抗，通过电压线圈的电流与电压的相位差为，功率表指针偏转角为,上式与无感抗的功率表指针偏转角相比其误差为,功率因数越低，越大，造成的误差就越大，对于测量低功率因数的功率，十分不利，加接补偿电容后，可消除
13、感抗影响，使 减少，误差下降。,补偿电容,D34W型功率表,主要用于直流电路中测量小功率或交流50赫兹电路中测量功率。（1）该表准确度等级为0.5级，额定功率因数cos0.2。基本技术特性如下：a）仪表串联电路的额定电流为双量限，供应下列五种规格：0.250.5A；0.51A；12A；2.55A；510A。b）仪表并联电路的额定电压为三量限，供应下列各种规格：25/50/100V；50/100/200V；75/150/300V；150/300/600V。（2）连接方法,三、采用张丝结构低功率因数功率表 1.采用张丝结构低功率因数功率表，是从提高灵敏度方面着眼，解决功率示值的问题。使得功率较小时
14、，也能有较大示值。这是因为张丝结构不用转轴，摩擦力小，灵敏度高。在同样电流条件下，能得到较大的偏转角度。2.采用张丝结构之后，如果使用光指示装置，则可得到更高的仪表灵敏度。,张丝,四、使用低功率因数功率表的注意点：低功率因数功率表提供三个额定值，即额定电压、额定电流和额定功率因数。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意 1.若被测功率因数大于额定功率因数，要注意指针是否超过满度 2.若被测功率因数小于额定功率因数，要注意指针虽未超过满度，电流圈的电流可能超过额定值。为此测量功率时最好再用一个电流表监视电流状态。,第四节 三相功率的测量,一表法 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率
15、，等于功率表读数的三倍。,一、用单相功率表测三相功率,对于三相三线完全对称电路来说，则可按上图接线方式测量；但如果被测电路的中点不便于接线，或负载不能断开，则应按下图所示的线路进行测量。图中，电压支路的非发电机端所接的是人工中点，即由两个与电压支路阻抗值相同的阻抗接成丫形，作为人工中点。,二表法 适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。,1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。,两表法测量的注意事项：（1）接线时应使两个功率
16、表的电流线圈串联接入电路任意两线，使其通过的电流为三相电路的线电流，两只功率表的电压支路的发电机端必须接至电流线圈所在线，而另一端则必须接至没有接电流线圈的第三线。（2）读数时必须把符号考虑在内，当负载的功率因数大于0.5时，两功率表读数之和即是三相总功率；当负载的功率因数小于0.5时，将有一只功率表的指针反转，此时应将该表电流线圈的两个端钮反接，使指针正向偏转，该表的读数应为负，三相总功率即是两表读数之差。,三表法 适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即,二、用三相功率表测三相功率 将两只或三只或单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即组成两元件或三元件的
17、三相功率表，分别用于三相三线制与三相四线制。其公共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此可从标尺上直接读出三相功率。,两元件三相功率表结构,考虑问题：三相无功功率如何测量？,测量无功功率的仪表叫作无功功率表。实际上，有功功率表不仅能测量有功功率，只要适当改换它的接线方式，就能用来测量无功功率。,1、一表跨相法,一表跨相法适用于三相电路完全对称的情况。,已知单相无功功率Q UIsinjUIcos（900j）三相无功功率 只要设法使加在电压线圈支路上的电压U与通过电流线圈的电流I之间的相位差等于（900j），那么，功率表就能够用来测量无功功率了。,由相量图可以看出，当三相电路完全对称时，线电压Uvw与
18、电流Iu之间存在（900j）的相位差。所以，只要按照图示的接线方式进行接线，则功率表的读数就是 Q1=UvwIucos（900j）UIsinj,只要把一表法测量的功率Ql乘以，则得三相无功功率,2、两表跨相法,两表跨相法适用于三相电路对称的情况。但是，由于供电系统电源电压不对称的情况是难免的，而两表跨相法在此情况下测量的误差较小，因此对供电系统电源电压不对称的情况最好用两表跨相法测量。,采用两只单相功率表，每表都按一表跨相法的原则接线，就得到如图所示两表跨相法的接线图。在三相电路对称的情况下，每只功率表的读数Q1和Q2与一表跨相法一样，即 Q1=Q2=UIsinj 所以，两表读数之和为 Q1+Q2=2UIsinj,两表跨相法接线图,将两表读数之和乘以，就得到三相无功功率，即,3、三表跨相法,三表跨相法适用于电源电压对称，而负载不对称的情况。,采用三只单相功率表，每表都按一表跨相法的原则接线，就是三表跨相法，其接线图和相量图如图所示。,当三相负载不对称时，三只功率表的读数各不相同，即 由于电源电压对称，式中的,三只功率表读数之和为三相总无功功率 上式说明，三相电路的无功功率等于三只功率表的读数之和除以。,
