电能计量知识总结

1、电能计量（第一章至第三章知识总结）李贤芬 杨 红 高 辉 目录第一章第一章 交流感应电能表交流感应电能表的结构和工作原理的结构和工作原理第二章第二章 交流感应式电能交流感应式电能表的误差特性及误差调整表的误差特性及误差调整装置第三章装置第三章 电子式电能电子式电能表的结构和工作原理表的结构和工作原理第一节 单相交流感应式有功电能表的结构一一 、电能表的分类：、电能表的分类：1. 按使用电源性质分类按使用电源性质分类可分为交流电能表和直流电能表2. 按结构和原理分类按结构和原理分类 可分为感应式电能表和电子式电能表3. 按准确度等级分类按准确度等级分类 可分为普通安装式电能表 (0.2、0.5、

2、1.0、2.0、3.0级 )和携带式精密级电能表(0.01、0.02、0.05、0.1、0.2 级)4. 按用途分类按用途分类 可分为工业与民用电能表及特殊用途电能表二、电能表的结构： 电能表一般由测量机构和辅助部件这两大部分组成电能表一般由测量机构和辅助部件这两大部分组成 （一）测量机构（一）测量机构(图1-1） 测量机构是电能表实现电能测量的核心部分,它由驱动元件它由驱动元件 、转动元件转动元件 、制动元件、轴承和计度器五大部分组成。、制动元件、轴承和计度器五大部分组成。1、驱动元件、驱动元件 (电磁元件电磁元件) 包括电压元件和电流元件。包括电压元件和电流元件。 作用：作用：接受被测电路

3、的电压和电流，并产生交变磁通，此交变磁通通过转盘时，在转盘内产生感应电流，交变磁通和感应电流相互作用，产生驱动力矩，使转盘转动。（1）、电压元件）、电压元件 由电压铁芯由电压铁芯1 1、电压线圈、电压线圈1313和回磁极和回磁极1212组成。组成。 电压线圈的特点：电压线圈的特点： 匝数多匝数多 线径细。线径细。 电压线圈接到被测电路的电压回路，与负电压线圈接到被测电路的电压回路，与负载是并联连接。载是并联连接。 回磁极固定在电压铁芯上，它的作用是构成回磁极固定在电压铁芯上，它的作用是构成电压工作磁通回路电压工作磁通回路（2）电流元件）电流元件由电流元件由电流铁芯由电流元件由电流铁芯2和电流线

4、圈和电流线圈14组成。组成。 电流线圈的特点：电流线圈的特点： 匝数少匝数少 线径粗线径粗 电流线圈接到被测电路后，与负载是串联连接。电流线圈接到被测电路后，与负载是串联连接。 2、转动元件、转动元件 1、由转盘、由转盘3和转轴和转轴4组成组成 2、作用：是在电能表工作时，把转盘转动的、作用：是在电能表工作时，把转盘转动的转数传递给计度器。转数传递给计度器。3、制动元件、制动元件 1、由永久磁铁及其调整装置组成。、由永久磁铁及其调整装置组成。 2、作用：是产生与驱动力矩方向相反的制动、作用：是产生与驱动力矩方向相反的制动力矩，以便使转盘的转动速度与被测电路的功率力矩，以便使转盘的转动速度与被测

5、电路的功率成正比。成正比。4轴承轴承 它由上、下轴承组成。起定位和导向作用它由上、下轴承组成。起定位和导向作用 5计度器计度器 主要有两种形式：两种形式：指针式和字轮式指针式和字轮式。作用：是累计电能表转盘的转数，并通过齿轮比作用：是累计电能表转盘的转数，并通过齿轮比换算为电能单位的指示值。换算为电能单位的指示值。它们的板面如图1-10所示。其结构如图1-11所示。 （二）辅助部件（二）辅助部件 它包括底座、表盖、基架、端钮盒和它包括底座、表盖、基架、端钮盒和铭牌铭牌。单相交流感应式有功电能表工作原理： 感应式电能表用铝盘对用电功率进行采样它的电压电流铁芯线圈分别位于铝盘的上下两侧，将铝盘夹在

6、中间。铁芯线圈上产生的电压 电流交变磁通穿过铝盘时会在铝盘上产生感应电流，磁通和感应电流相互作用，使铝盘转动，铝盘的转数与电功率p成正比，电功率越大，铝盘转数越快，再用计度器的机械传动机构将铝盘所转圈数记录下来。 实际上就是驱动元件的相量图，它由并联电路和串联电路的相量图组成。通过相量图表明电压、负载电流与电能表内各磁通之间的相位关系，以便从中找到满足90o的条件。 以电压线圈中的电流为参考相量，画出相量图如图以电压线圈中的电流为参考相量，画出相量图如图1-20所示。所示。 单相电能表的相量图： 三相三线电能表 是由单相电能表发展而成的，同样由驱动元件、转动元件、制动元件和计度器等部件组成。三

7、相电能表的结构与单相电能表的结构主要区别在于：主要区别在于： 每只三相电能表都有两组或三组电磁元件，它们产每只三相电能表都有两组或三组电磁元件，它们产生的驱动力矩是共同作用在一个转动元件上，并由一个生的驱动力矩是共同作用在一个转动元件上，并由一个计度器指示三相电路消耗的总电能。计度器指示三相电路消耗的总电能。 1两元件双转盘式三相三线电能表。特点：两元件双转盘式三相三线电能表。特点： 两组电两组电磁元件分别作用在每一个转盘上，两个转盘同轴，作用磁元件分别作用在每一个转盘上，两个转盘同轴，作用在转动元件上的驱动力矩决定于两组电磁元件产生驱动在转动元件上的驱动力矩决定于两组电磁元件产生驱动力矩的代

8、数和。力矩的代数和。 1三元件双转盘式三相四线电三元件双转盘式三相四线电能表能表 图1-23（a）是三元件双转盘式三相四线电能表的结构示意图。 它的特点是有三组电磁元件，它的特点是有三组电磁元件，其中一组电磁元件单独作用在一其中一组电磁元件单独作用在一个转盘，另外两组电磁元件共同个转盘，另外两组电磁元件共同作用在一个转盘上，两转盘同轴。作用在一个转盘上，两转盘同轴。作用在转轴上的驱动力矩取决于作用在转轴上的驱动力矩取决于三组电磁元件产生的驱动力矩的三组电磁元件产生的驱动力矩的代数和。代数和。一、计度器容量一、计度器容量电能表在额定最大功率下运行，计电能表在额定最大功率下运行，计度器各位字轮的示

9、数都从度器各位字轮的示数都从“0”变到变到“9”所需要的时间（所需要的时间（TZ），单位为），单位为h（小时）。（小时）。第二章：一、绝对误差 二、相对误差三、电能表的误差由于电能表自身结构上的原因和外界条件的影响，它所测得的电量与负载实际消耗的电量是有差别的，我们把这种差别称为误差误差。 绝对误差：绝对误差：是被测电量的测得值与实际值（也称真值）之差，可表示为 W为正值说明测得的电量大于实际电量；W为负值说明测得的电量小于实际电量。 电能表的误差按其产生的原因又可分为基本误差和附加误差。1.基本误差基本误差基本误差是电能表在规定条件下测得的相对误差。 电能表的准确等级就是根据基本误差确定的。

10、基本误差是由电能表的内部结构决定的。 2.附加误差。把由于外界条件变化引起的误差称为附加误差。附加误差。把由于外界条件变化引起的误差称为附加误差。产生附加误差的主要原因有：电压、频率、环境温度的变化，电产生附加误差的主要原因有：电压、频率、环境温度的变化，电压波形畸变的影响，运行不稳定，相序的改变，三相电压不对称，压波形畸变的影响，运行不稳定，相序的改变，三相电压不对称，负载不平衡等。负载不平衡等。真值示值 0WWW一、电能表的附加力矩 二、感应式电能表的附加误差1抑制力矩 转盘的转动还切割交变的电流和电压工作磁通，因而在转盘中产生相应的感应电流。此电流与交变的磁通相互作用，也能形成阻碍转盘转

11、动的力矩，我们把这类力矩称为抑制力矩抑制力矩或自制动力矩自制动力矩 电流抑制力矩 电压抑制力矩抑制力矩阻碍转盘的转动，使电能表出现负误抑制力矩阻碍转盘的转动，使电能表出现负误差差电流抑制力矩MI比驱动力矩MQ随负载电流变化的速度要快得多 nKMIII2nKMUUU22摩擦力矩MM包括静摩擦力力矩和动摩擦力矩。动摩擦力矩主要包括以下几个方面：（1）下轴承与转轴间的摩擦力矩。（2）上轴承与转轴间的摩擦力矩。（3）计度器传动齿间的摩擦力矩。（4）转动元件与空气间的摩擦力矩。此摩擦力矩与转动元件的转动速度及其表面光滑程度有关。摩擦力矩的方向总是与驱动力矩的方向相反，摩擦力矩的方向总是与驱动力矩的方向相

12、反，它阻碍转盘的转动，使电能表出现负误差。它阻碍转盘的转动，使电能表出现负误差。 3电流铁芯曲线的非线性影响 实现电能表正确计量的条件之一是应保证电流工作磁通与负载电流成正比，也就是磁通与电流是线性关系，如图中直线2所示。但实际上，铁芯的磁化曲线是非线性的，如图中曲线1所示。4补偿力矩MB 为了补偿电流抑制力矩、摩擦力矩 和电流铁芯非线性影响引起的负误差，在电能表结构中设置轻负载调整装置，用以产生和驱动力矩方向相同的附加力矩，以补偿上述因素引起的误差，称为补偿力矩。为获得补偿力矩，我们在电压磁极下面设置铜片A，如图2-2（）所示。补偿力矩与外加电压有关，只要电能表接上电压，不论电能表是否有负载

13、电流，补偿力矩总是存在。上述抑制力矩、摩擦力矩、电流铁芯曲线的非线性影响及补偿力矩，是使电能表产生基本误差的主要原因。 外界条件改变后，电能表的误差就会改变，其改变量叫作电能表的附加误差。 1电压影响 当加在电压线圈两端的电压发生变化时，使电能表产生了电压附加误差，简称电压误差u。电压误差特性如图2-3所示。 2温度影响 一般把标准温度规定为20。当电能表所处的环境温度与标准温度不同时，从而产生附加误差，称它为温度误差t，温度误差特性如图2-4所示。 对曲线分四个区域来分析1负载电流低于标定值的5时 2负载电流在基本电流的5%30时 3负载电流在基本电流的30100时 4负载电流大于基本电流的

14、100以上时 第三章：1、 机电式电能表的结构和工作原理机电式电能表的结构和工作原理 2、 全电子式电能表的结构和工作原理全电子式电能表的结构和工作原理 3、单相电子式复费率电能表、单相电子式复费率电能表 4、单相预付费电能表、单相预付费电能表 5、三相三线电子式多功能电能表、三相三线电子式多功能电能表 机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及机电式电能表主要由感应式测量机构、光电转换器和分频器、计数器及显示器四大部分组成，工作原理框图如图显示器四大部分组成，工作原理框图如图3-1所示。所示。 1、感应式测量机构的主要作用是将电能信号转变为转盘的转数 2、光电转换器的作用

15、是将正比于电能的转盘转数转换为电脉冲3、分频器和计数器的主要作用是对经光电转换器转换成的脉冲信号进行分频、计数，从而得到所测量的电能。 3、显示器的作用是把电能表所测量的电能用电子器件显示出来，以方便读取数据。一、单向脉冲式电能表 单向脉冲式电能表的光电转换器主要包括光电头和光电转换电路两部分。1光电头光电头 （光电头由发光器件和光敏器件组成） 2光电转换电路光电转换电路 。一种最基本的光电转换电路如图3-4所示二、双向脉冲式电能表 1、双向脉冲式电能表具有双向计度的功能，既能测量正向消耗电能，又能测量反向消耗电能。 2、双向脉冲式电能表光电转换及双向脉冲输出控制电路如上图3-8所示。 全电子

16、电能表的优点：是准确度高、频带全电子电能表的优点：是准确度高、频带宽、体积小，适合遥控、遥测功能。宽、体积小，适合遥控、遥测功能。 缺点：是结构复杂、价格昂贵缺点：是结构复杂、价格昂贵输入电路的作用，一方面是将被测信号按一定的比例转换成低电压、小电流输入到乘法器中；另一方面是使乘法器和电网隔离，减小干扰。 2、电流互感器：作用是起到隔离，准确度高，但成本高。1、输入变换电路： 模拟乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号（如输入电能表内连续变化的电压和电流）进行相乘作用的电子电路，通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络。乘法器电路：（一）时分割乘法器：（一）时分割乘法器：实质是一个对被测

17、对象进行调宽调幅的工作过程实质是一个对被测对象进行调宽调幅的工作过程 四、分频计数器四、分频计数器 所谓分频，就是使输出信号的频率分为输入信号频率的整数分之一；所谓计数，就是对输入的频率信号累计脉冲个数。 五、显示器五、显示器目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（目前常见的电子式电能表显示器件有三种：液晶（LCD）、）、发光二极管（发光二极管（LED）、荧光管（）、荧光管（FIP）1复费率电能表复费率电能表 有多个计度器分别在规定的不同费率时段内记录交流有功或无功电能的电能表。有多个计度器分别在规定的不同费率时段内记录交流有功或无功电能的电能表。单相电子式复费率电能表的工作原理框图如图3

18、-24所示。电流、电压采样电路是将流过线路的大电流和外部电流、电压采样电路是将流过线路的大电流和外部220V交流电压变换为合适的小电流、交流电压变换为合适的小电流、小电压信号，经电能专用集成电路转换成随功率变化的脉冲信号。单片微处理器接收小电压信号，经电能专用集成电路转换成随功率变化的脉冲信号。单片微处理器接收到功率脉冲信号后进行电能累计，数据存入存储器中，同时读取时钟信号，按照预先到功率脉冲信号后进行电能累计，数据存入存储器中，同时读取时钟信号，按照预先设定好的时段分时计量，将数据输出到显示器中显示，并且随时接收串行通信口的通设定好的时段分时计量，将数据输出到显示器中显示，并且随时接收串行通信口的通信信号进行数据处理。信信号进行数据处理。单相预付费电能表原理框图如图3-25所示。 工作原理：工作原理： 测量模块为表计核心，它和普通电子式单相电能表采用相同技术输出功率脉冲到测量模块为表计核心，它和普通电子式单相电能表采用相同技术输出功率脉冲到微处理器。微处理