模块十 感应系仪表,项目1 单相电度表 项目2 三相电度表 项目3 互感器 项目4 单相电度表的使用,模块十 感应系仪表,模块概述 感应系电度表由驱动部件、转动部件、制动部件以及积算机构组成。其基本原理是:电压线圈中产生的交变磁场作用于由电流线圈产生的交变磁通在铝制转盘上形成的感应涡流，使铝盘受到其大小与被测电路的有功功率成正比的转动力矩。 三相电度表的工作原理与单相电度表相同，只是在结构上采用多组驱动部件和固定在同一转轴上的多个铝盘的方式。 仪用互感器的基本结构与变压器相同，由一个用硅钢片叠制的闭合铁芯和装在铁芯上的一次线圈及二次线圈构成。电压互感器实际上就是一个降压变压器，其一次线圈的匝数远比二次线圈的匝数多。电流互感器实际上就是一个降流变压器，其一次线圈的匝数一般都比二次线圈的匝数少。,下一页,返回,模块十 感应系仪表,教学目标 1.了解感应系电度表的结构、技术特性、应用范围、维护保养及简单校验; 2.理解感应系电度表的工作原理，掌握其使用方法; 3.了解三相有功、无功电度表的工作原理及使用方法; 4.了解互感器的结构、技术特性; 5.理解互感器的工作原理，掌握其使用方法。,上一页,返回,项目1 单相电度表,电度表是日常生活和生产中必不可少的一种电工仪表，它能够实现电能的计量。在交流电能的测量中一般都是采用感应系电度表，它是利用电磁感应原理制成的。 一、结构 感应系电度表的型号很多，但其结构大致相同。如图10-1所示为感应系电度表的结构示意图，它主要由驱动部分、转动部分、制动部分、计算机构等组成。,下一页,返回,项目1 单相电度表,1.驱动部分 包括电流元件和电压元件两部分。电流元件由铁芯和绕在铁芯上的电流线圈构成。电流线圈的导线较粗，匝数较少，与负载串联，其铁芯是由硅钢片叠制而成的，故又称串联电磁铁。电压元件也是由铁芯和电压线圈构成。电压线圈的导线较细而匝数较多，与负载并联，其铁芯也是由硅钢片叠制而成，只是形状与电流元件不同，故又称并联电磁铁。 2.转动部分 由铝质的转动圆盘、固定转动圆盘的转轴构成，转轴支承在上下轴承中。电度表工作时，电流元件和电压元件产生的交变磁场使铝盘感应出的涡流与该交变磁场相互作用，驱使圆盘转动。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,3.制动部分 由永久磁铁构成，它是用来在铝盘转动时产生制动力矩的，使铝盘的转速能和被测负载功率成正比，从而使电度表能反映出负载所消耗的功率。 4.计算机构 由蜗杆、蜗轮、齿轮及滚轮组成，如图10-2所示为其结构示意图。可以用来计算铝盘的转数，实现电能的测量和时间的计算。当铝盘转动时，通过蜗杆、蜗轮及齿轮组的传动，带动滚轮组转动。滚轮组一般有五个滚轮，每个滚轮的侧面都刻有09十个数字，滚轮之间是按十进制进位，即右边第一个的滚轮转动一周(转过09十个数字)，带动右边第二个滚轮转过一个数字，当右边第二个滚轮转动一周就带动第三个滚轮转过一个数字。以此类推，可以通过五个滚轮上的数字来反映铝盘的转数，也就是所测电能的度数。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,二、工作原理 1.转动力矩 根据电磁感应原理，当交流电流流过感应系电度表的电流线圈和电压线圈时，在线圈中会产生交变的磁通，这些交变的磁通穿过铝盘，在铝盘上会产生涡流，而这些涡流与线圈中的交变磁通相互作用从而产生转动力矩。如图10-3所示为铝盘上的磁通与涡流示意图。 可以证明，作用于铝盘的转动力矩MP与被测电路的有功功率成正比，即（10-1） 式中，K为一比例常数; 为I与U的相位差。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,2.制动力矩 当铝盘在转动力矩的作用下开始转动时，铝盘切割穿过它的永久磁铁的磁通，从而在其上产生一个涡流。这个涡流与永久磁铁的磁场相互作用，将产生一个作用于铝盘上且与其转动方向相反的制动力矩Mf。显然，铝盘转动越快，切割穿过它的磁感线就越快，所引起的磁通变化率就越大，产生的涡流越大，则制动力矩就越大。所以制动力矩与铝盘的转速n ( r/s)成正比，即Mf =kn (10-2) 式中，k为比例常数。由上式可知，制动力矩是一个动态的量，当铝盘不动时(n=0)，制动力矩不存在。制动力矩是随铝盘的转动而产生的，并随转速增大而增大，其方向总是和铝盘的转动方向相反。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,当铝盘在转动力矩的作用下开始转动后，随着转速的增加，其制动力矩也不断增加，直到制动力矩与转动力矩相平衡。此时铝盘将匀速运行。根据平衡条件Mp= Mf，可得既转速n为（10-3） 式中，C=K/k，称为电度表的比例常数，单位为r/(kWh)，表示电度表每千瓦时下的铝盘转数。由此可见，电度表铝盘的转速和负载功率成正比。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,将式(10-3)两端同时乘以测量时间t，得nt=CPt=CW 将上式中nt用N来代替(表示为在测量时间t内电度表铝盘的转数)，可得被测负载在时间t内所消耗的电能为在设计电度表计算机构的传动比中，已经考虑了C的大小，因此窗口上可以直接读出电能的千瓦时(kWh)数。C是电度表的一个重要参数，通常标注在电度表的铭牌上，通常有3000r/kWh 、1 500r/kW.h等。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,三、技术特性及应用范围 1.准确度等级 国标规定有功电度表准确度等级为0.5级、1.0级和2.0级，无功电度表为2.0级和3.0级。另外还规定:交流电度表在额定电压、额定电流及cos=1的条件下，0.5级和1.0级三相电度表工作5000h后，其他级电度表工作3000h后，其基本误差仍应符合原准确度等级的要求。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,2.负载范围 它是表征电度表性能好坏的一个重要指标，表示其允许的负载电流范围的宽窄。对于“宽负载电度表”可以扩大其使用电流范围，在负载电流超过额定电流的若干倍的范围内，仍能保证电度表的基本误差不超过原规定的数值。而一般电度表在使用过程中，电路上不允许经常短路或负载超过额定值的125 %。 3.灵敏度 电度表的灵敏度是指电度表工作在额定电压、额定频率及cos=1的条件下，驱动铝盘转动的最小电流与电度表额定电流之比。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,4.潜动 潜动是指当负载电流为零时，由于惯性的作用，电度表转盘仍稍有转动的现象。按照规定，当电度表的电流线圈中没有电流，加在电压线圈上的电压为额定值的80%110%时，电度表转盘的转动不应超过一整转。 5.功率消耗 当电流线圈中没有电流时(即负载不工作)，在额定电压、额定频率下，单相电度表的电压线圈或三相电度表的单个电压线圈中仍然会消耗一定的功率。一般其消耗功率要符合相关规定。 感应系电度表可以用来测量某一段时间内发电机发出的电能或负载所消耗的电能。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,四、使用及维护 1.合理选择电度表 一是根据测量任务选择单相或三相电度表。对于三相电度表，应根据被测线路是三相三线制还是三相四线制来选择。二是额定电压、电流的选择，必须使负载电压、电流等于或小于其额定值。 2.正确安装电度表 电度表通常与配电装置安装在一起，为了使线路的走向简捷而不混乱，电度表应安装在配电装置的下方，其中心距地面1.51.8 m处;如需并列安装多只电度表，则两表的间距不得小于200 mm;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;安装电度表时，必须使表身与地面垂直，否则会影响其准确度。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,3.正确接线 各种电度表的接线不尽相同，在接线前可查看附在电度表上的说明书。接线时，要注意电源的相序关系，特别是无功电度表更要注意相序。接线完毕后，要反复查对无误才能合闸使用。如图10-4所示为单相电度表的跳入式接线原理图，目前多数电度表使用这种接线方式。 当负载在额定电压下是空载时，电度表铝盘应该静止不动，否则必须检查线路，找出原因。 当发现有功电度表反转时，必须进行具体分析。虽然有可能是接线错误造成的，但不能认定凡是反转都是接线错误。例如，在下列情况下的反转即属正常现象:,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,装在联络盘上的电度表，当由一段母线向另一段母线输出电能改为由另一段母线向这一段母线输出电能时。电度表转盘就会反转。因为此时通过电流线圈的电流的相位发生了180的变化。 当用两只电度表测定三相三线制负载的有功电能时，在电流与电压的相位差角大于60，即cos 0. 5时，其中一个电度表会反转。 4.正确读数 当电度表不经互感器而直接接入电路时，可以从电度表上直接读出实际电能数(Wh或kWh);如果电度表利用电流互感器或电压互感器扩大量程时，实际消耗电能应为电度表的读数乘以电流变比或电压变比。例如当电度表上标有“10xkWh”或“100 x kWh”等字样，表示应将电度表读数乘以10或100才是实际电能数。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,五、简单校验 单相电度表的校验方法与单相功率表的校验相近，如图10-5所示，其具体方法有两种。 1.标准电度表法 在图10-5中，用标准电度表和被校电度表同时替代标准功率表和被校功率表。调整T3,T4，使电压线圈两端电压为电度表的额定电压，调节T1、 T2使其工作在一定的“负载”条件下，比较两个电度表在相同时间内的转数，通过公式(10.5)计算出被校表的相对误差。（10-5） 式中，C0、Cx分别为标准表与被校表的比例常数；N0、Nx分别为标准表与被校表的转数。,上一页,下一页,返回,项目1 单相电度表,2.功率表-秒表法 此种方法是在图10-5中，保留标准功率表W0，用被校电度表代替被校功率表Wx。在一定的“负载”条件下，用秒表测出电度表转动一定转数所需的时间，然后与计算出的规定时间相比较，从而确定电度表的误差大小。 设电度表铝盘转动了N转，则可通过公式(10-6)计算得出规定时间T的大小。（10-6） 式中，P0为标准功率表的读数。若测量时间为t，则电度表的相对误差（10-7）,上一页,返回,项目2 三相电度表,三相电度表可以实现三相交流电路功率的测量，其工作原理与单相电度表相同，只是在结构上采用多组驱动部件和多个同轴铝盘的方式，以实现对三相电能的测量。 根据被测电能的性质，三相电度表可分为有功电度表和无功电度表。根据三相电路的接线形式的不同，可分为三相三线制电度表和三相四线制电度表。 一、三相有功电度表 三相有功电度表是根据两表法或三表法原理，将两只或三只单相有功电度表的测量机构有机的组合为一体，构成测量三相有功功率的仪表。按其组合方式的不同，可分为三相三线有功电度表(又称两元件式)和三相四线有功电度表。,下一页,返回,项目2 三相电度表,1.三相三线有功电度表 三相三线有功电度表相当于由两只单相电度表组合而成，结构如图10-6所示。它具有两个驱动元件、两个同轴转动的铝盘、两只制动磁铁和一只计算机构。将其接入被测电路时，作用在转轴上的总转动力矩为两个元件产生的转动力矩之和，并与三相负载的有功功率成正比。因此，铝盘的转数可以反映被测三相负载消耗的有功电能的大小，并通过积算机构显示出 具体数值。 2.三相四线有功电度表 三相四线有功电度表相当于三只单相电度表组合而成。与三相三线有功电度表相比，它由三个驱动元件、三个铝盘等组成，其读数同样可直接反映被测三相负载消耗的有功电能。接线方式如图10-7所示。,上一页,下一页,返回,项目2 三相电度表,二、三相无功电度表 在三相电路中，除了有功功率外，还有无功功率的存在。发电机或变压器等电源设备都有一定的功率容量。在负载的功率因数很低时，虽然供电设备已经满载，但实际输出的有功功率却很小，这既降低了供电设备的效率，又增加了线路上功率损耗。因此，提高功率因数是电力系统挖掘潜力的一项重要措施。提高功率因数就是要尽量减小负载的无功电能。可见，无功电能的测量是十分重要的。,上一页,下一页,返回,