电工仪表与测量(第四版)第七章

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ΦA指向相位滞后磁通ΦU。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Mp＝C1P＝C1UIcosφ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＝Kn。•当制动力矩Mz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＝Kn•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/kW·h)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10kW·h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5kW·h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5kW·h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×kW·h”，或“100×kW·h”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10000／100V，100／5A，而实际使用的互感器变比是10000／100V，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20mm。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2000r／kW·h，月初读数为308kW·h，月底为529kW·h，如果每一kW·h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5136kW·h，5月初的读数变为5548kW·h，在这一个月里，该用户共消耗多少kW·h电?返回章目录