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1、第五章 电能计量,在电力系统中，发电量和用电量都是以电能作为计算标准的，因此电能的测量是一种必不可少的测量。 我们知道，电能等于功率与时间的乘积。在测量发电机发出多少电能或负载吸收多少电能时，测量仪表不仅要反映出发电机发出多少功率或负载吸收多少功率，而且还要反映出功率延续的时间，即要反映出电能随时间积累的总和。电能表就是用来测量某一段时间内，发电机发出多少电能或负载吸收多少电能的仪表。 本章主要介绍感应系电能表的结构、工作原理和使用方法，三相有功和无功电能表等。,电能表的分类,电能表就是电度表。电能表按其结构、工作原理和测量对象等可以分为许多类，且分类方法也很多。 按结构和工作原理可分为电气机
2、械式电能表和数字式电能表两大类。 电气机械式电能表又分为电动系和感应系两类。,电能表的分类,电动系电能表相当于把电动系功率表的游丝去掉，采用多少个活动线圈，加上换向装置，让它的活动部分可以连续转动，从而进行电能测量。用来测量直流电能的电能表就是电动系电能表。由于电动系电能表结构复杂、造价高，所以对于需要量大、用来测量交流电能的电能表不宜采用电动系结构。 感应系电能表是用于交流电能测量的仪表，它的转动力矩较大，结构牢固，价格便宜。目前仍是国内外大量使用的一类交流电能表。,电能表的分类,（）数字式电能表。数字式电能表是随着电子技术的发展而出现的一种新型电能表。它的优点是没有转动部分，准确度高。例如
3、国内市场上，已有0.02级、0.05级、0.1和0.2级数字式标准电能表；国外德国西门子公?司生产的准确度为0.2级的7EC1021-1A型三相安装式数字电能表以及西纽姆伯格（）公司推出的系列单相数字电能表等就是这一类新型电能表。尽管数字电能表由于结构复杂，成本较高，可靠性较差等原因，使得它尚未被广泛应用，但它仍是一种很有发展前途的新型仪表。,电能表的分类,根据使用，电能表分为单相电能表和三相电能表。 根据测量对象的不同，电能表可分为有功电能表和无功电能表两类。有功?电能表用来测量有功电能，无功电能表用来测量无功电能。 根据电能表的准确度不同，可分为一般电能表和用于校验一般电能表的标准电能表。
4、,电能表的分类,按照用途不同，电能表可分为普通使用的电能表和作特殊使用的特种电能表。特种电能表有以下几种： （）用来自动监视并控制用电单位日用电量及电能计量控制的电力定量器。 （）附带有测量在一定积算周期内最大平均功率指示器的最大需量电能表。 （）测量线路损耗的铜损电能表（如DD14-2型）。 （）测量大型含铁心电器（如变压器）铁心损耗的铁损电能表（如DD14-1型）。,感应型电能表,由一个或几个固定的交流电磁铁产生的磁场与其在可动导体元件中感应的电流相互作用而工作的仪表称为感应仪表。它的主要用途是测量交流电能。本章以单相电能表为例说明其结构、工作原理、误差及调整方法。 感应系电能表作为测量的
5、专用仪表，在电力系统的发电，供电和用电的各个环节中，得到了广泛的应用。感应系电能表的种类、型号尽管很多，但是它们的基本结构都是相似的。,感应型电能表的结构和工作原理,感应系单相交流电能表有切线型和射线型二种形式，图是它的结构示意图，两种结构的主要区别是铁心平面安放位置不同。,感应型电能表的结构和工作原理,交流单相电能表的结构,1.电压线圈 2.电流线圈 3.铝盘 4.转轴 5.上轴承 6.下轴承 7.蜗轮、蜗杆 8.永久磁钢 9.计数装置 10.端纽 11.铭牌,感应型电能表的结构,图中包括以下几个主要部分 测量机构 （）驱动元件：即产生转动力矩的元件，包括固定线圈的可动铝盘。固定线圈有电压线
6、圈，与负载并联；电流线圈，与负载串联，二线圈产生的三个交变磁通，都穿过铝盘，故名为“三磁通”铝盘在磁通作用下感应涡流，并与磁通相互作用，产生电磁力。,感应型电能表的结构,（）制动元件：为使铝盘在不同转动力矩作用下能产生不同转速，需要有一个与速度成一定比例的制动力矩，电能表制动力矩由永久磁铁与铝盘组成。因此永久磁铁产生的制动力矩方向总是与转矩方向相反。 （）积算机构：用来计算电能表铝盘的转数，以实现电能的测量和积算。它包括安装在转轴上的蜗杆、蜗轮、计数器齿轮和字轮。 补偿调整装置（如轻载调整、相角调整、温度补偿等）。 辅助部件（表盖、底座、基架端钮盒和铬牌等）。,感应型电能表的结构1,感应型电能
7、表的结构2,感应型电能表的结构3,感应型电能表工作原理1,电压线圈通入交流电压之后，产生U ，U分为两部分交变磁通； 穿过铝盘的部分U1称为工作磁通； 不穿过铝盘而自行闭合的部分L称为非工作磁通； 调节 L大小可以改变U1 与电压的相位差； 电流线圈通入负载电流后，产生交变磁通I， I二次穿过铝盘，分别标以I1 、 I2 见图。,感应型电能表工作原理2,三个交变磁通u1 、 I1 、 I2 穿过铝盘，分别感应出涡流Iu、Ii，磁通与涡流之间相互作用产生的电磁力矩，驱使铝盘转动 变交磁通u1 、 I1 、 I2 不但所处的空间不同，而且初相也不同。两者结合起来就形成了“移进磁场”。可以证明移进磁
8、场的移进方向是从相位超前的磁通位置移向相位滞后的磁通位置，这也是驱动铝盘转动的方向。,感应型电能表工作原理3,感应型电能表工作原理4,转动力矩由两部分所组成：电压磁通由u1与电流磁通所产生的涡流Ii，相互作用而产生，电流磁通I1 、I2与电压磁通所产生的涡流Iu相互作用所产生。我们可以分四个区域来研究电能表力矩的产生,感应型电能表工作原理5,感应型电能表工作原理6,感应型电能表工作原理7,感应型电能表工作原理8,感应型电能表工作原理9,感应型电能表工作原理10,电能表向量图,电能表调整,相位调整（力率调整）：为保证90，电能表中设置一个或两个调节装置，此即相位调整，也称力率调整。 满载调整:
9、在额定电压，额定电流和COS的条件下调整制动力矩，使铝盘转速和负载功率之间满足的关系，叫做满载调整。 轻载调整（摩擦力补偿） :电能表传动部分存在摩擦力，在轻载时，由于转动力矩较小会造成很大的误差。负载电流很小时，铝盘甚至不能转动。为此，在电能表中装有轻载调整节装置，用来补偿轻载时的摩擦误差。,电能表调整,潜动调整:有时经过轻负荷调整以后，可能出现这样一种现象，即当负荷电流为零时电度表的转盘仍然连续转动，这种现象称为电压潜动，简称潜动。产生潜动的主要原因是由于轻负荷补偿力矩过大或电磁元件装配倾斜等引起。,电能表调整,相位调整方法： 在电压线圈非工作磁通L气隙中，放置一调节铜片，以改变铜片中涡流
10、大小，冲而改变u1相位。铜片移进，涡流加大u滞后角加大，表速变慢，反之表速变快。 在电压工作磁通的磁极上，放置一短路环，环左移电阻减小u滞后角加大表变快。,电能表调整,相位调整U-u=900,电能表调整,相位调整,电能表调整,相位调整I-i,满载调整方法,满载调整方法: 1.改变制动力矩的力臂 制动力矩等于永久磁铁产生的电磁力和力臂的乘积。因此，改变力臂的大小便可达到调整制动力矩的目的。为了改变力臂，可以调整永久磁铁和铝盘轴心的相对位置。如果铝盘转速太慢，可将永久磁铁移进轴心以减小制动力矩。反之，则将永久磁铁外移。 2.改变永久磁铁穿过铝盘的磁通 移动永久磁铁，可使穿过铝盘的磁通量发生变化，造
11、成涡流和电磁力的变化，从而使制动转矩得到调整。,轻载调整 摩擦力补偿方法,在电压工作磁通的路径上，放置一导电铜环，见图516(a)，当电压磁通中。穿过图515 双重滞后调整 铜环时，它将感生一电流，根据楞次定律，此电流所产生的磁通，必然与穿过此铜环的磁通方向相反，因此，当中u自零增长时，铁芯被铜环罩住部分的磁通的增长，较未被罩住部分的增长慢。当中u自最大值降低时，被罩住部分的降低也较未被罩住部分的降低慢，即被铜环罩住部分的磁通比未被罩住部分的磁通在相位上落后一个角度。根据电能表转动原理，这一位移可以产生一个转动力矩，用来补偿摩擦力矩。将铜环对铁芯作左右移动，可以改变补偿力矩的大小，用来调整电能
12、表低负荷时的表速。补偿力矩的方向为超前磁通指向滞后磁通。,轻载调整1,为了实现补偿，在电压元件工作磁通的磁路空气隙中，装设一块可以移动的铜片，将工作磁通分为不穿过铜片的磁通U1和穿过铜片的磁通U2两部分，由于铜片中涡流的作用，使U2的相位滞后于 U一个角度角，称为“裂相”。裂相使得工作磁通穿过铝盘时，空间位置不同而且存在相位差的两个磁，通根据前面的分析，铝盘上将产生附加转矩。,电能表调整,(3)在电压铁芯上旋进一条长的铁螺丝杆，螺丝从工作磁通中分出一部分磁力线经铝转盘而到达下磁铁，若螺丝位置对铁芯不对称，那么铁芯两侧的磁场就不对称，因而产生一个不大的力矩用来补偿摩擦力，见图516(c)。,电能
13、表调整,摩擦力补偿轻载调整,电能表调整,防潜装置：电能表中设置防潜装置，如图所示，电能表转轴上固接一钢丝，在电压线圈下部固定一钢片。当钢片和钢丝靠近时，由于钢片被电压铁芯的漏磁通1磁化，当钢丝靠近钢片时，其间产生电磁力矩Mi，使转盘转速加快；当完全靠近时，相当于没有附加力矩（吸引力指向转盘中心，不产生转矩）；稍大于时，产生一个方向相反的附加制动力矩阻止转盘转动。改变钢丝和钢片之间的距离及钢片面积，就改变了电磁力矩Mi的大小。 此外，有电能表的铝盘上钻孔，防止转盘潜动。,电能表调整,潜动调整,负荷特性1,由于电磁元件磁导体的磁化曲线并非线性，以及 图517 潜动调整I一铁丝钩；2一磁化舌片3一磁
14、通；4一电压元件负荷增大时，电磁元件的自制动增加等因素，使电能表在不同负荷情况下，它的指示值与实际消耗的电能有所差异。电能表这些误差的变化，常以负荷曲线来表征。图518给出一般电能表的负荷曲线，它是在额定电压，额定频率，正常使用温度，cos1.0及cos=0.5(滞后)的条件下测得的。它们处于上下两条直线之间，后者是容许误差的极限。 从图518可以看出，当负荷电流低于30时，曲线向负的方向弯曲，这是由于电流铁芯磁化曲线的非直线性及摩擦力矩所造成的。,负荷特性2,超过额定电流，特性曲线又向负的方向弯曲，这是由电流磁通自制动力矩增加所引起。电流磁通制动力矩正比于电流磁通的平方与铝盘转速的乘积，而驱
15、动力矩仅与电流成正比，因而在负荷电流增大时，负荷曲线向负方向下降。改善电能表负荷特性的方法，可从大负荷与小负荷两个方面 进行 。,负荷特性3,大负荷时主要矛盾是电流磁通自制动力矩的增加，从这一点出发，可以采取的措施是： (1)增大电能表常数(即转盘每转的瓦时数)，降低转动元件的转速，为此选用强磁性制动磁钢。 (2)添加过负荷补偿装置，即用磁分路将一部分电流磁通分出，使之不通过铝转盘，当负荷电流增大时，通过磁分路的磁通也增大，磁分路到某+程度时即达到饱和，饱和Sm过磁分路的磁通就不随负荷电流成正比增大，因而使通过铝转盘的I作磁通相对增大，9S动力矩也随之增大，使电流特性曲线保持平直。 (3)增加
16、电压工作磁通，驱动力矩与电压电流工作磁通的乘积成比例，若电压磁通增加，电流磁通对于驱动力矩的比例相对降低，电流磁通自制动力矩也随着减小，因而过负荷曲线得到改善。,负荷特性5,在小负荷时特性曲线受摩擦力与铁芯导磁非线性的影响较大，为此，可以采取以下措施： (1)减轻转动部件的重量； (2)改进下轴承结构，如采用双宝石轴承； (3)提高计数器各部件光洁度； (4)电流铁芯选用 高导磁的材料； 合理选择电流铁心参数； 增加驱动力矩,电能表负荷曲线,电能表启动灵敏度,电能表误差,温度影响 频率影响 电压影响 倾斜影响 自热影响 电压、电流波形畸变影响,电能表温度误差特性,电能表温度误差补偿,频率影响,频率影响：电压线圈的阻抗随频率的升高而增大，是电压线圈里的电流减小，从而电压磁通减小、驱动力减弱，导致表速变慢。
