电气测量3章课件

1、第三章 功率和电能的测量第一节 功率和电能的测量方法第二节 电动系功率表第三节 低功率因数功率表第四节 三相功率的测量第五节 感应系电能表及电能的测量第六节 三相有功电能表第七节 三相无功电能表和 无功电能的测量第八节 电子式单相电能表第九节 电子式三相电能表Electrical Measure本章要点 本章介绍电动系功率表、低功率因数功率表、三相功率表、感应系电能表的原理与使用方法,其中工作原理可作一般了解，测量方法以及测量时的电路连线，包括单相与三相，有功与无功的功率表、有功与无功电能表都必须熟练掌握。 本章第八、九节介绍静止式电子电能表的原理与电路结构，由于电测仪表广泛应用电子电路，通过

2、电子电能表的电路结构，进一步了解仪表中电子器件的使用方法。一、直流功率的测量 1.直接法：用电动系功率表、数字功率表或电位差计。 2.间接法：用电流表和电压表通过测量电压、电流间接求得功率。二、单相交流功率的测量 1.直接法：用电动系功率表、变换式功率表、数字功率表或电位差计。直接测量电能，直流可使用电动系电能表，交流用感应系或电子电能表。 2.间接法：电能测量一般不用间接法，只有在功率稳定不变的情况下用功率表和记时时钟进行测量。返回本章首页第一节 功率和电能的测量方法 变换式功率表 常用的功率表多采用电动系，由于电动系仪表的生产工艺比较复杂，抗干扰能力低，所以近年来利用磁电系表芯做成的变换式

3、功率表。表的结构如图。返回本章首页 变换式功率表的工作原理 变换式功率表先通过由两个互感器组成的取样电路，检测负载的电压与电流，由于两个互感器的一次绕组接法相反，使得互感器二次绕组的电流与负载的u、i关系如下式所示。 然后利用半导体二极管的平方律特性，使得磁电系指示仪表的两端电压 与负载的u、i 乘积即功率成正比。完成功率到电压的变换。并在标尺上刻以功率值。二极管平方律特性返回本章首页三、三相功率的测量 可以直接用三相功率表，也可以用单相功率表分别测出各相功率，然后求其总和，即所谓三表法。在一些特殊情况下，例如完全对称的三相制，也可以用一表法。三相三线制，也可以用二表法。四、电能的测量 直接法

4、测量直流电能可用电动系，测量交流电能可用感应系或静止式电子电能表。 间接法测量电能，可用功率表测出功率，用测时仪器测出时间，然后算出电能。这种方法只适用于功率在被测时间范围内保持不变的场合，由于功率表、测时仪器的准确度大大超过电能表的准确度，所以可用这种方法校准电能表 返回本章首页 一、工作原理 电动系仪表是测量功率的最常用仪表，测功率时仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流 I ，可动线圈与负载并联，反映负载电压 U ，按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。 如果U、I 为交流，同样可推出可动线圈的偏转角正比于交流负载功率P。返回本章首页第二节 电动系功率表 二、扩大

5、功率表电流量程 扩大功率表量程可分别为扩大电流量程或扩大电压量程，扩大电流量程可将两个固定线圈从串联改为并联，量程可相应扩大一倍。 固定线圈串联 固定线圈并联 但功率表的固定线圈只有两个，因此这种办法只能扩大量程一倍。返回本章首页 三、扩大功率表电压量程 扩大电压量程可改变可动线圈的串联附加电阻，阻值不同时，可得到不同的电压量程，但工程上使用的电压等级都是按标准规定的， 所以功率表的电压量程也都取标准值。返回本章首页 四、功率表正确接线 功率表正确接线应遵守“电源端”守则，即接线时应将“电源端”接在电源的同一极性上。*号表示“电源端”返回本章首页*号表示“电源端”正确接线的选择返回本章首页D2

6、6-W型便携式单相功率表返回本章首页正确接线的选择返回本章首页主要用于直流电路中测量小功率或交流50赫兹电路中测量功率。该表准确度等级为0.5级，额定功率因数cos0.2。基本技术特性如下：a）仪表串联电路的额定电流为双量限，供应下列五种规格：0.250.5A；0.51A；12A；2.55A；510A。b）仪表并联电路的额定电压为三量限，供应下列各种规格：25/50/100V；50/100/200V；75/150/300V；150/300/600V。D34W型功率表返回本章首页 五、功率表的错误接线电源端*不接同一极性的错误可动线圈与固定线圈间存在电位差的错误返回本章首页一般功率表测量低功率因

7、数的功率存在如下问题被测对象 功率因数为0.1 电压为500V 电流为10A 功率为500W选用功率表 额定功率因数为1 额定电压为500V 额定电流为1A 额定功率为500W选用功率表 额定功率因数为1 额定电压为500V 额定电流为10A 额定功率为5000W功率正好电流不够 ？电流够了但功率太大指针刻度只能用到在1/10？第三节 低功率因数功率表 一、带补偿线圈的低功率因数功率表 这种功率表主要着眼于解决表耗问题。本来功率表的读数中就包含有表耗功率，但一般功率表，表耗功率比功率示值小很多，可以忽略，而低功率因数功率表，因为采用大额定电流，表耗功率较大，又采用小功率示值，使得示值中所含的表

8、耗功率所占比例 加大，造成读数的误差， 因此在加大额定电流的 同时，要采取措施消除 示值中的表耗功率部分。 解决办法是在电压电路 中，串联一个补偿线圈 产生附加力矩以抵消表 耗功率。使得所减少的 读数值正好等于表耗功 率读数的增加值。补偿线圈返回本章首页 二、带补偿电容的低功率因数功率表 由于功率表的电压线圈存在感抗，通过电压线圈的电流与电压的相位差为 ，功率表指针偏转角为 上式与无感抗的功率表指针偏转角相比其误差为 功率因数越低 ， 越大，造成的误差就越大，对于测量低功率因数的功率，十分不利，加接补偿电容后，可消除感抗影响，使 减少，误差下降。补偿电容返回本章首页 三、采用张丝结构低功率因数

9、功率表 1.采用张丝结构低功率因数功率表，是从提高灵敏度方面着眼，解决功率示值的问题。使得功率较小时，也能有较大示值。这是因为张丝结构不用转轴，摩擦力小，灵敏度高。在同样电流条件下，能得到较大的偏转角度。 2.采用张丝结构之后，如果使用光指示装置，则可得到更高的仪表灵敏度。 张丝返回本章首页 四、使用低功率因数功率表的注意点： 低功率因数功率表提供三个额定值，即额定电压、额定电流和额定功率因数。使用时除电压、电流不得超过额定值外，还应注意 1.若被测功率因数大于额定功率因数，要注意指针是否超过满度 2.若被测功率因数小于额定功率因数，要注意指针虽未超过满度，电流圈的电流可能超过额定值。为此测量

10、功率时最好再用一个电流表监视电流状态。返回本章首页 一、用单相功率表测三相功率 一表法 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。返回本章首页第四节 三相功率的测量 二表法 适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。2.负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为0。3.负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负值。返回本章首页 三表法 适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即返回本章首页二、用三相功率表测三相功率 将两只或三只

11、或单相功率表的可动线圈装在一个公共转轴上即组成两元件或三元件的三相功率表，分别用于三相三线制与三相四线制。其公共转轴的转矩直接反映三相总功率，因此可从标尺上直接读出三相功率。返回本章首页两元件三相功率表结构第五节 感应系电能表及电能的测量一、感应系电能表结构返回本章首页感应系电能表外形返回本章首页 图 电能表计度器结构图 感应系电能表字轮结构返回本章首页二、工作原理 铝盘在电流线圈和电压线圈作用下产生的驱动力矩与负载功率成正比，由永久磁铁产生的制动力矩与转速成正比。写成等式为返回本章首页 一、三相有功电能表的结构 三相电能表和三相功率表一样，也有二元件和三元件两种结构， 二元件用于三相三线制，

12、三元件可用于三相四线制。不论是二元件或三元件都有两种形式，一种是一个公共转轴上装三个铝盘或两个铝盘分别由三个元件或两个元件驱动，另一种转轴上只有一个铝盘由三个元件或两个元件共同驱动。以二元件为例，其结构如图。二元件单铝盘二元件二铝盘返回本章首页第六节 三相有功电能表 二、三相有功电能表的接线 感应式三相有功电能表，是利用两只或三只单相有功电能表，驱动一个公共转轴，使转数直接反映三相电能。积算器的示值就是三相总电能，连接方法及使用范围与功率表的两表法或三表法相同。返回本章首页三相二元件有功电能表的接线盒返回本章首页图 三相三元件电能表接线方法(a) 直接接入； (b) 经TA接入；(c) 经TA

13、和TV接入； (d)三只单相电能表接入三相四线制接法 返回本章首页三相三元件有功电能表的接线盒第七节 三相无功电能表和无功电能的测量 无功功率一般无需测量，但电力系统为了限制用户滥用无功电能，对装机容量大的用户，采取无功电能收费政策，促使用户采取措施提高功率因数。为此要对这种用户加装无功电能表。 DX1型三相无功电能表 DX2型三相无功电能表。适用于电源对称的三相四线制适用于三相三线制返回本章首页 一、三相四线制无功电能的测量 对三相四线制系统，测量无功电能可用DX1型无功电能表，该表为两元件结构，两组铝盘装在同一转轴上，读数为三相总无功电能。每一组驱动元件有两个固定电流线圈，即基本线圈与附加

14、线圈，两线圈绕在同一铁心上，匝数相等，极性相反。返回本章首页 DX1型三相无功电能表测量无功电能的原理： 返回本章首页二、三相三线制无功电能的测量 测量三相三线制无功电能可用DX2型无功电能表，该表也是二元件结构，可直接读出三相无功电能，该表电压圈串接一电阻,调节R，使电压与工作磁通相位差为60，接线如图。返回本章首页 三、用单相电能表测对称的三相三线制的无功电能 按下图接法，将单相电能表读数除以 ，等于三相三线制无功电能。这可由鋁盘所受的平均转矩推出。 返回本章首页一、电子式单相能表结构 图中乘法器和频率变换器可选用专用集成电路。步进电动机和字轮也有单独的部件产品，所以电子电能表实际是在电能

15、表专用集成电路和字轮部件的基础上加上取样电路构成，生产工艺简单，可靠性高，已开始取代过去生产工艺复杂、耗材多的感应系电能表。返回本章首页第八节 电子式单相电能表二、电子式单相电能表的专用集成电路 可供选择的电能表专用集成电路有AD7755、AD7750等芯片，下图为AD7755的结构与引脚示意图。 电流取样输入电压取样输入基准电压输入直流电源晶振连接点增益调节复位高通滤波器接步进电机输出校验脉冲电能输入输出判别校验脉冲频率调节步进电机驱动频率调节返回本章首页三、AD7755外接电路返回本章首页 四、AD7755外接电路计算 AD7755需要两组直流电源，（1）片内电路所需直流电源VDD由二极管

16、VD2整流并经IC2稳压后提供，（2）基准电压由IC4产生。 使用时要根据电能表的额定电流、额定电压选择取样电阻，并进行调节，取样电阻计算步骤如下：1.求从F1、F2输出的脉冲频率：可根据计数器的电表常数推算。设配套用的计数器的电表常数为100imp/kWh（即字轮转动1kWh需要100脉冲推动），电能表的额定电压为220V，额定电流为10A，可求得工作在额定电压、额定电流时的脉冲频率。（若工作电流未达到额定，相应的脉冲频率将减少。）返回本章首页 2.求电流通道取样电压：设电流通道取样电阻选用350，电能表额定电流为10A，可求得取样电压为 这个电压不能超过集成电路AD7755的允许值。 3.

17、 求电压取样电路的电压值:设基准电压为2.5V, 按产品目录提供的 值当 时为3.4,可求出 4.求电压取样电路的分压电阻：由于取样电压从220V降压得来，可推出应接入的分压电阻，例如图中R4-R14为分压电阻。可求得 一、电子式三相电能表的专用集成电路 常用的专用集成电路有ADE7752、ADE7754等。 ADE7752的内部结构图三相取样输入计数脉冲输出三相求和返回本章首页第九节 电子式三相电能表 ADE7752的引脚图 从内部结构图和引脚图可以看出，三相电能表的专用集成电路，是由三组单相电路组成，分别从三组电路测出每相耗用功率，然后通过求和得出三相总耗用功率。每一相的电路结构与原理，跟

18、单相集成电路的结构与原理基本相同，所用的引脚名称于功能也类似。返回本章首页 二、电子式三相电能表的电路组成 电路结构与单相主要区别是：1.必须对三相电压、电流取样。2.对于大负荷的电能表要用互感器取样。返回本章首页 三、电子式三相电能表的取样电路 三相电子电能表是在单相基础上，分别对三相计量后求和。所以其结构与单相同。但三相多为高压、大负载的用户，所以一般需要通过电流、电压互感器取样。返回本章首页 四、外接电路计算 三相电能表和单相一样,也要计算取样电阻，其步骤与单相计算方法基本相同。 第一步：求F1、F2输出的脉冲频率fF1 可根据计数器每转过1千瓦小时所需要的脉冲个数（即电能表计量常数），及电能表的额定功率，求得额定状态下ADE7752的 F1、F2引脚输出的脉冲频率。 例如电能表的额定电压为220V，额定电流为100A，功率因数为1，可求得额定功率为66kW，计数器计量常数为100imp/Kw,可求得工