1,2,3,5,6,7,8,9,10,11,1.1.3 瞬时无功功率,显然，瞬时无功功率 的均值为零，表示这部分功率不做功，但它表示负载与电源能量交换的状况。,12,1.1.3 瞬时无功功率,1）瞬时电流 、瞬时功率 是由负载的性质及所加的电压决定的。 2）有功电流 与电压 同形、同步(相)，即 ， 是实常数。 3）无功电流 ，即 ，并且 与 正交。 4）上式同乘电压 ，就得到 。 以上诸条在任何波形的条件下都成立,13,1.1.3 瞬时无功功率,无功现象产生的机理 1）若负载为纯阻性，则 电流 电流与 电压同步、同形，电流 是有功电流 ， 无功电流 ，系 统中没有无功交换现象。,14,1.1.3 瞬时无功功率,2）若负载中存在储能元件，或负载是非线性的，电流 不可能与电压 同步、同形， 这时电源除向负载提供与电压同步、同形的有功电流 外，还必须向负载提供一个无功电流 ，使 ，即电源除向负载提供一个有功功率， 外，还必须提供一个无功功率 ，这个无功功率在电源与负载之间进行流动和交换，但并不作功。这是负载正常工作的必要条件和必然结果，这就是无功现象产生的机理，那种认为只有负载中有储能元件才能产生无功现象的理解是片面的。事实上负载的非线性是产生无功现象的一个重要原因。,15,1.2 平均功率、无功功率、视在功率、功率因数和复功率,16,1.2.2 无功功率,17,1.2.2 无功功率,为提高电网的运行效率，通常采用无功补偿的方法，无功补偿设备的功能是向负载提供无功电流 ，这样从电源端看负载，负载就是一个纯电阻性的器件，电源只须向负载提供有功电流 就行了，从而提高了电网的运行效率。,18,1.2.3 视在功率,定义：视在功率 表示负载可吸收（消耗）的最大功率，也表示电源可供给的最大功率。 单位为伏安（VA）。 正弦条件下，有功功率、无功功率、视在功率满足功率三角形。,19,1.2.4 功率因数,20,1.2.5 复功率,正弦条件下 电压向量 电流向量 复功率定义,21,1.3 有功电能的测量,1.3.1 单相有功电能计量,22,1.3.2 三相电路有功电能计量,23,1） 三相四线制有功电能计量,24,2） 三相三线制有功电能计量,25,2） 三相三线制有功电能计量,26,2） 三相三线制有功电能计量,二表法 由以上分析，我们可以得到二表法的三相三线有功电能的计量方法,27,2） 三相三线制有功电能计量,28,1.4 无功电能的计量,为了充分发挥供电设备的运行效率，尽量减少无功电能损耗，加强对供电系统的无功测量和监管是一项十分重要的工作。本节所讨论的无功计量方法是基于正弦条件下的经典方法。若用于谐波条件下，将会产生很大的计量误差，这一点需要特别注意。,29,1.4.1 三相四线制无功电能计量,30,1） 跨线法,1） 跨线法,31,2） 90 无功电能表,，,90 无功电能表原理图 90 无功电能表相量图,32,式中： 的相角 的相角,2） 90 无功电能表,：电压 ，电流 ：电压 ，电流,测量单元,33,2） 90 无功电能表,34,1.4.2 三相三线无功电能的测量,，,35,1.5 90移相法无功电能的计量,36,第二章 电能表原理,37,第二章 电能表原理,用来计量有功、无功电能的仪表称为电能表，又叫电度表、千瓦（千乏）小时表。电能的测量不仅要反映负载功率，还要积算出负载消耗的电能，这是电能表的基本功能，近年来，随着电能表向电子化、集成化、智能化、网络化方向的发展，电能表的功能也在不断地扩展，从单一的电能计量功能，发展到用电的监督、电能管理领域，取得了非常好的效果，并具有非常广阔的发展前景，本章概要地介绍电能表的基本原理、结构，各组成部分的功能及实现的方法。,38,2.1 电能表分类,可以从不同的角度对电能表进行分类，例如按用途分类可分为：安装式电能表（用于电能计量）和标准式电能表（用于电能表的校验），根据测量原理、电能累计方法的不同又可分为：电解式（以化学反应为基础，用于化工及有色金属冶炼），机电式，又可分为：电动式和感应式 （电动式主要用于直流电能计量、感应式用于交流电能计量），电子式（基于电子集成电路的电能表），另外还有特种电能表，如预付费，最大需量、复费率、多功能等电能表。,39,2.2 有功电能表的基本原理框图,40,2.2 有功电能表的基本原理框图,41,2.2 有功电能表的基本原理框图,3） 运算 对电子式电能表，平均功率通常用 或 转换电路，转换成频率与之成正比的脉冲，送到计数器进行计数，而对感应式电能表，平均功率转化成转盘的转数，推动计数器计数。 4）对功率的累计计算 电能是平均功率对时间的积分运算，只要对与功率成正比的脉冲用计数进行累计计数，或用计数器对转盘的转数进行计数即可。,42,2.3 感应式电能表,2.3 感应式电能表,43,2.3.1 感应式电能表,电压元件线圈匝数很多，电感量很大，可以看作一个纯电感，电流 滞后电压 ，电流元件线圈的匝数很少。电感量极小，产生的磁通可以看作与电流 同相。电压磁通 只一次通过铝盘。通过导磁板返回到电压元件铁芯，电流磁 两次通过铝盘，根据电磁感应定律，工作磁通在导体铝盘上，要产生涡流，而通电导体在磁场中要受到力的作用。从而使铝盘产生转动力矩，可以证明，铝盘的转动力矩 铝盘转动时，切割永久磁铁产生的磁通 ，在铝盘上产生感应电流，并在铝盘上产生制动力矩 （ :铝盘转动的角速度）。在动态平衡条件下， ，因此平均功率 ，在一段时间 内的电能 ， 时间内，铝盘的转数，用计度器记录转数n，也就记录了这段时间的电能。,44,2.3.2 电能表常数,定义： （转数/千瓦小时， ） 式中， N：转数 E：电能,单位为千瓦小时（ ） 电能表常数表示电能表每千瓦小时应转的转数，是电能表的一个重要参数，并标注在电能表的名牌上。,45,2.3.3 主要技术特性,46,2.3.3 主要技术特性,2）灵敏度 灵敏度又叫起动电流，是指电能表在额定电压，额定频率及 的条件下，负载电流从零增加到铝盘开始转动时的最小电流与额定电流的百分比。标准中规定，这个电流不应大于额定电流的0.5%。 3）潜动 潜动是指电能表无载自转的情况。按规定当负载电流为零，电压为额定电压的（80110）时， 铝盘的潜动不应超过一周。 4）负载范围 即允许的负载电流范围大小，它是电能表性能好坏的一个重要指标。所谓“宽负载电能表”， 是指这种电能表允许扩大电流的使用范围，例如超过额定电流的2倍、4倍，甚至68倍等，在允许超载的范围内，电能表的基本误差不应超过原规定的指标。,47,2.4 电子式电能表的基本原理,所谓电子式电能表是以高度集成的电能测量芯片为核心器件的一种电能计量仪表，因为没有转盘，所以这种电能表也称为静止式电能表、固态电能表。 电子式电能表的特点是准确度高，体积小、重量轻、功耗低、智能化程度高、功能多、性价比高，技术已经完全成熟，可以断言，将来电能表的市场，必定是电子式电能表的天下。不足之处是可靠性、寿命尚不及感应式电能表。,48,2.4.1 基本工作原理及技术参数,49,2） 技术参数,（1） 电能计量标准脉冲fH（或fL），是指在额定电压UN，额定电流IN输入下，电能表所输出的标准高频脉冲fH和标准低频脉冲fL，当输入功率改变时， fH和fL也会跟着改变，频率与输入功率成正比。它是设计电子式电能表的一个重要参数，也是电子式电能表的最基本的技术参数。电能计量标准高频脉冲fH和标准低频脉冲fL的关系是 fH/fL=n， n 是整数。fL 相当于 fH 的均值，因此，fL可代表平均功率，而fH则代表短时有功功率。 fH的功能是用校验电能表，而fL则用于驱动计度器或显示器。我们使用标准高频脉冲fH可以方便地测量有功功率值。 例如，额定电压UN200V,额定电流IN=5A，fH=1kHz,则功 率值可由 求出。如果测得fx=0.5kHz ，则被测功率 。,50,2） 技术参数,51,第三章 电能表的 结构与电路,52,3.1 单相多功能电能表原理框图,53,采样测量电能表的结构原理如下图所示。图中采用了3片单相电能测量芯片实现三相四线电能的测量。,3.2 三相多功能电能表,绪论,54,电子电能表功能板框图如下图所示。,3.2 三相多功能电能表,55,3.3 分时计量电能表（复费率电能表）,依据电网发、供、用电的实际情况，科学合理地将用电时间分段，对不同的用电时段按不同的电价计费。采用多部电价制，使用经济手段调整用电负荷，使电网能够经济、高效、安全运行。,56,3.3 分时计量电能表（复费率电能表）,目前我国拟实行的电费差价有： 峰平谷电费差价、季节差价、地区差价、超计划用电差价、产品超耗用电差价、涉外差价等。 分时计量电能表是配合电价改革的重要计量设备之一。它可以分别计量、记录一天中不同时段发出或消耗的有功电能和无功电能。科学、灵活地运用分时计量电能表，能够方便地记录电力负荷的峰谷时间、不同季节以及超计划使用的电量等。因此，分时计量电能表不仅能按分部电价收费提供依据，还能为技术、经济管理决策提供依据。 时控部分：时基信号将分频后得到秒信号，将秒信号经 900分频得到15min 一个脉冲的时间信号。用两位的十进制计数器计录这个脉冲，并进行编码控制：如要7：15 信号，这这时计度器应计录47+1 =29 个脉冲，即当计度器计录到 24 时，译码器即输出控制信号；又如 16：45， 当计度器计录到416+3=67时，译码器则输出一个控制信号，到 0 时，清零。 存储器的作用是使分断切换时不足分频数的脉冲存储起来，待下次时段切换回来时再加上去，从而不丢失脉冲。,57,3.4 最大需量电能表,电力系统在运行时，当电力负荷峰谷差别过大时，将使电力系统运行效率大大降低。为了平抑电网负荷曲线，提高电网运行效率，对大中型电力用户采用计量其最大需量的方法，引导用户均衡用电，是当前电能管理的一个重要方法。 电能需量：是指在某一指定时间间隔内电能用户消耗功率的平均值。这一事件间隔通常称为需量积算周期，我国规定积算周期为15min。 需量 To ：积算周期 ：瞬间功率,58,3.4 最大需量电能表,例：某机电脉冲式电能表的仪表常数为1500r/kWh.它每转产 生两个脉冲。求由输出脉冲f0，求需量P。 解：由仪表常数知：3000个脉冲/kWh, 则脉冲当量为 （w） 即电能脉冲经750分频后，再在15min内积算即得需量值。 最大需量是指每次测量得到的需量值，都与前一次测量的需量值相比较，保留大的值，去掉小的值。如此不间断进行，则在一个结算周期内，电能表保留的即是最大需量值。测得的最大需量与设定的最大需量值比较，若超限即可发出警报，同时计入超限次数。当超过需量限定值规定时间后，就会发出控制信号，切断电源。,59,3.5 预付费电能表,60,3.6 电子式电能表的输入变换电路,如前所述，输入变换电路的功能