电工仪表与电气测量第七章电能表

电能表的用途是测量一定时间内负载所消耗电能的多少。由于实际生产中常采用“度”或“千瓦小时”作为电能的单位，所以测量电能的仪表称为电能表或千瓦小时表。电能表与功率表的不同之处：电能表不仅能反映负载功率的大小，还能计算负载用电的时间，并通过计度器把一定时间内消耗的电能自动地累计起来。电能表类型：感应系电能表、电子式电能表。§7-1单相感应系电能表§7-2电子式电能表§7-3三相有功电能的测量§7-4三相无功电能的测量返回目录1．熟悉单相感应系电能表的组成及各部分的作用。§7-1单相感应系电能表2．了解单相感应系电能表的工作原理和技术特性。3．掌握单相电能表的使用方法。一、单相感应系电能表的结构1．单相感应系电能表的组成（1）驱动元件

（2）转动元件（3）制动元件

（4）计度器（也称积算机构）

计度器的结构

单相感应系电能表的结构2．电能表的电路和磁路电流元件的铁心和电压元件的铁心之间留有间隙，以便使铝盘能在此间隙中自由转动。电压元件铁心上装有用钢板冲制成的回磁板。回磁板的下端伸入铝盘下部，隔着铝盘与电压元件的铁心柱相对应，构成电压线圈工作磁通的回路。电能表的铁心结构

电能表工作时，通过电压线圈的电流iU产生的磁通分为两部分：工作磁通ΦU、非工作磁通ΦU

′。通过电流线圈的电流iA产生的磁通为ΦA，该磁通两次穿过铝盘，并通过电流元件铁心构成回路。

电能表的磁路示意图

二、单相感应系电能表的工作原理1．铝盘转动力矩的产生单相感应系电能表与功率表不同之处：电能表的电压线圈没有串联分压电阻。设负载的cosj＝1。通过电流线圈的电流ｉA与负载电压u同相位，ｉA产生磁通ΦA。

单相电能表的原理接线图

A——电流线圈B——电压线圈相量图

曲线图

单相电能表各电流、电压及磁通的关系

规定：磁通的正方向为自上而下穿过铝盘。电流线圈中电流产生的磁通要两次穿过铝盘，用和－表示；电压线圈中电流产生的磁通用表示。

t1时刻：iA

、－铝盘中感应出涡流i1和i1′在

的作用下产生作用力F1（向右）。

iU

和－的磁场作用于涡流i2

产生作用力F2和F2′（向右）。

铝盘顺时针转动的原因：由于电流变化，在感应作用下铝盘中产生顺时针方向的转动力矩。

转动力矩的产生

(动画)铝盘所受转动力矩的方向，总是由相位超前磁通ΦA指向相位滞后磁通ΦU。铝盘所受平均转动力矩与负载的有功功率成正比，即

Mp＝C1P＝C1UIcosj根据上述方法试分析铝盘在t2时刻受到的转动力矩方向如何？2.铝盘转数与被测电能的关系为了正确计量电能，使铝盘在一定负载功率下以相应的转速匀速转动，就必须在铝盘上加一个与转动力矩大小相等、方向相反的力矩，这个力矩称为制动力矩。

制动力矩一般是通过永久磁铁获得的。铝盘所受制动力矩随铝盘转速的增加而增大，即Mz＝Kn。制动力矩的产生

铝盘转速：

铝盘的转速n与负载有功功率P成正比。

N=CW

式中，N电能表在时间t内铝盘的转数；W表示负载在时间t内所消耗的电能。

说明：在时间t内，电能表的铝盘转数与这段时间内负载消耗的电能成正比。因此，可以通过计度器自动累计铝盘的转数，由计数器显示出被测电能的大小。

电能表常数是电能表的一个重要参数，一般在电能表铭牌上加以标注。它表示电能表对应于1kW·h，铝盘转动的转数。

r/kW·h电能表常数三、电能表主要技术参数1．准确度电能表的准确度用基本误差来表示。电能表的基本误差主要由传动部分的摩擦以及电流元件的电流与磁通之间存在的非线性关系所引起。此外，外界工作条件的变化还会产生一定的附加误差。国家标准规定，有功电能表分为1.0级和2.0级两种。在额定电压、额定电流、额定频率及cosj＝1的条件下，1.0级的三相电能表工作5000h，其他电能表工作3000h后，其基本误差仍应符合原来准确度等级的要求。2．灵敏度电能表在额定电压、额定频率及cosj＝1的条件下，负载电流从零增加至铝盘开始转动时的最小电流与额定电流的百分比，称为电能表的灵敏度。按规定，这个电流不能大于额定电流的0.5％。3．潜动

潜动是指负载电流为零时，电能表铝盘仍轻微转动的现象。按照规定，当负载电流为零而电压为额定电压的80％～110％时，铝盘的转动不应超过一整圈。为了消除潜动现象，一般电能表中都采用防潜动装置。防潜动装置

四、单相电能表的使用1．DD862型单相电能表简介

DD862型单相电能表——感应式仪表，用于计量频率为50Hz的单相交流有功电能。特点：高精度、高灵敏、长寿命、性能稳定，误差曲线平直，精度满足国家标准的要求、损耗小，一致性好等。优点：稳定可靠，维修方便。DD862型单相电能表

规格及技术参数

准确度等级：2.0级额定电压：220V额定电流：1.5(6)A，2.5(10)A，5(20)A，10(40)A，15(60)A，20(80)A，30(100)A启动电流：0.5%IN，IN为电能表的额定电流2．单相电能表的使用方法

（1）正确选择量程选择电能表量程时，应使电能表额定电压与负载额定电压相符，电能表额定电流应大于或等于负载的最大电流。（2）正确接线发电机端守则：电流线圈与负载串联；电压线圈与负载并联；两线圈的发电机端应接电源的同一极性端。

单相电能表的接线方法

为接线方便，单相电能表都有专门的接线盒，盒内接有四个端钮。连接时只要按照1、3端接电源，2、4端接负载即可。（3）电能表的读数

对直接接入电路的电能表，以及与所标明的互感器配套使用的电能表，都可以直接从电能表上读取被测电能。当电能表上标有“10×kW·h”，或“100×kW·h”字样时，应将表的读数乘以10或100倍，才是被测电能的实际值。（4）电能表的安装要求

1）与配电装置装在一处，并安装在专门的电表箱内。

2）应安装在配电装置的左方或下方。安装高度应在0.6～1.8m范围内。

3）要安装在干燥、无振动和无腐蚀气体的场所。

4）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。

5）电能表安装要牢固垂直。本节小结

1．单相感应系电能表的主要组成部分有：（1）驱动元件；（2）转动元件；（3）制动元件；（4）计度器。

2．感应系电能表的铝盘所受转动力矩的方向，总是由相位超前磁通ΦA指向相位滞后磁通ΦU。

3．选择电能表量程时，应使电能表额定电压与负载额定电压相符，电能表额定电流应大于或等于负载的最大电流。

4．单相电能表连接时要按照“1、3端接电源，2、4端接负载”进行接线。返回目录1．熟悉电子式电能表的组成及工作原理。§7-2电子式电能表2．掌握电子式电能表的接线方法。一、单相电子式电能表电子式电能表测量的有功电能是有功功率与时间的乘积，与感应式电能表一样，交流电路中电压U和电流I在某一段时间t内，消耗的电能W为：

W＝UItcosj电子式电能表主要解决了机械式电能表的摩擦问题，从而大大提高了灵敏度，降低了仪表本身消耗的功率。这里只介绍目前常见的电子式电能表和电子式预付费电能表。电子式电能表原理方框图

1．输入变换电路包括电压变换器和电流变换器两部分。其作用是将高电压、大电流按一定比例变换后送至乘法器。转换后的信号应分别与输入的高电压和大电流成正比。常见的输入变换电路有精密电阻分流、分压和仪用互感器两种。2．乘法器乘法器是电子式电能表的核心，是一种能将两个互不相关的模拟信号进行相乘的电子电路。乘法器通常具有两个输入端和一个输出端，是一个三端网络。其输出信号与两个输入信号的乘积成正比。电能表常见的乘法器有霍尔效应乘法器、热电变换型乘法器、时分割乘法器等。3．U／f转换器

U／f转换器的作用是将输入电压（电流）转换成与之成正比的频率输出。在模／数（A／D）转换中，U／f转换器是常用的一种电子电路。4．计度器计度器包括计数器和显示部分。计数器可将由U／f转换器输出的脉冲进行计数，然后送至显示电路显示。全电子式电能表的显示部分通常采用液晶显示器进行计度。由于取消了感应式电能表的仪表转盘，故也称为静止式电能表。但目前也有采用步进电机式的机械计度器。电子式电能表的工作原理：

（1）首先，将被测电压U和电流I经电压输入电路和电流输入电路分别进行转换。（2）然后，通过模拟乘法器将输入电路转换后的UU和UI进行相乘，模拟乘法器的增益为K。乘法器产生一个与U和I的乘积（有功功率P）成正比的信号U0。

（3）再通过U／f转换型A／D转换器，将模拟量U0转换成与P成正比的频率脉冲输出。（4）最后，经计数器累积计数而测得在某段时间t内的电能数值。二、DDS673型单相电子式电能表

DDS673型系列电子式单相电能表采用了专用大规模集成电路，增加了防干扰措施；在结构方面采用阻燃材料作表壳、带步进电动机的机械计度器记录电量，结构简单、小巧轻便、牢固耐用，操作使用简单、方便。DDS673型系列电子式电能表

安装接线要求：与单相感应式电能表的完全相同。接线原则：1、3端接电源，2、4端接负载”。三、单相电子式预付费（IC卡）电能表单相电子式预付费（IC卡）电能表的用途是计量额定频率为50Hz的交流单相有功电能并实现电量预购功能。供电部门可通过计算机售电管理系统对用户预购电量、预置等，并经电卡传递给电能表。该电能表具有自动计算用户消耗电量、停电时表内数据自动保护、电能表具有最大负荷控制功能。1.工作原理单相电子式预付费电能表具有两个功能系统：测量系统和单片机处理系统。测量系统实际上就是一块单相电子式电能表。

工作原理：由分压器完成电压取样，由取样电阻完成电流取样，取样后的电压电流信号由乘法器转换为功率信号，经U／f变换后，由步进电机驱动计度器工作，并将脉冲信号输入单片机系统。2.外形及使用方法用户购电——将电卡插入电表，保持5s后拔出电卡——用电。隐显状态：用户拔下电卡约30s后。常显状态：当电表电量小于10kW·h时，电表转为常显状态，提醒用户电量已剩余不多。断电报警：当用户电量剩至5kW·h时，电能表断电报警。电卡内装有集成电路，为防止被静电损坏，电卡一定要妥善保管，不应放入易产生静电的物体中（如纤维、塑料），并注意保持电卡插头的清洁。如电卡丢失，应及时到售电部门申请补发。电能表在运输与装卸过程中应避免受到剧烈冲击。本节小结

1.电子式电能表的主要组成部分有：（1）输入变换电路；（2）乘法器；（3）U／f转换器；（4）计度器。

2.单相电子式预付费电能表具有两个功能系统：测量系统和单片机处理系统。

3.单相电子式电能表的安装接线要求与单相感应式电能表的完全相同。返回目录1．了解三相三线电能表的组成并掌握正确的使用方法。§7-3三相有功电能的测量2．掌握三相四线电能表的组成并掌握正确的使用方法。

电能表和功率表在测量负载功率这一点来讲，它们是完全相同的，只不过电能的测量还需增加计度器，以计算功率的使用时间。因此，对三相电路有功功率测量的各种方法和理论，同样适用于三相有功电能的测量。三相电路有功电能的测量，可用一表法、两表法、三表法实现。通常不采用人工中点法。生产实际中的三相电能测量，一般都采用三相电能表。三相电能表是根据两表法或三表法的原理，把两个或三个单相电能表的测量机构组合在一只表壳内。一、三相三线有功电能表三相三线电能表是根据两表法测量三相功率的原理，由两只单相电能表的测量机构组合而成。铝盘的转数可以反映三相有功电能的大小，并通过计度器直接显示出三相电能的数值。三相三线电能表

三相四线电能表实际上是按照三表法测功率的原理，由三只单相电能表的测量机构组合而成。二、三相四线有功电能表三、三相有功电子式电能表

三相有功电子式电能表是通过两个或者三个模拟乘法器，分别将每一相的有功功率运算成与该相这一个单相有功功率成正比的模拟电压信号；通过模拟加法器将两个电压信号U1、U2（或者U1、U2、U3）相加得到它们的和U0，U0与三相有功功率P成正比。

U0再通过U／f转换器变成数字脉冲输出，经计数器计数去驱动显示器，把三相三线电能数值或三相四线电能数值显示出来。四、三相有功电能表的使用方法1．正确选择量程选择三相有功电能表量程时，应使电能表额定电压与负载额定电压相符，电能表额定电流应大于或等于负载的最大电流。2．正确接线（1）三相三线有功电能表的接线低压供电线路，其负载电流为80A及以下时，可采用直接接入式电能表。三相三线电能表的接线图

三相三线电能表配以电流互感器的接线图负载电流为80A以上时，宜采用经电流互感器接入式电能表，其接线方法如下：（2）三相四线有功电能表（DT862型）的接线负载电流为80A以下时，其接线方法如下：三相四线有功电能表的接线图

三相四线电能表配以电流互感器的接线图

当负载电流为80A以上时，也应配以电流互感器使用，其接线方法如下：电能表接线正确，铝盘仍反转的原因：

1）装在双侧电源联络盘上的电能表，当一段母线向另一段母线输出电能改变为另一段母线向这段母线输出电能时。

2）用两只单相电能表测量三相三线有功负载，当cosj<0.5时，其中一只电能表也会出现反转现象。电能表在通过仪用互感器接入电路时，必须注意互感器接线端的极性，满足发电机端守则。三相有功电能表和无功电能表与仪用互感器的联合接线方式。三相有功电能表和无功电能表与仪用互感器的联合接线通常情况下，为方便三相有功电能表的接线，都将其电能表的接线图印在使用说明书中或端钮盒盖的里面，使用时只要按照接线图接线即可。

3．正确读数对直接接入电路的电能表，以及与所标明的互感器配套使用的电能表，都可以直接从电能表上读取被测电能。当电能表上标有“10×kW·h”，或“100×kW·h”字样时，应将表的读数乘以10或100倍，才是被测电能的实际值。五、常用三相有功电能表实例

DS862机械式三相三线电能表是感应式交流电能表。该系列产品规格齐全、性能稳定，适用于三相交流电网中工业用电和民用电的电能计量。1．DS862型三相三线有功电能表DS862型三相三线电能表该表用于计量额定频率为50Hz，额定电压为220/380V的三相三线制交流有功电能。若电能表配用互感器时，需将窗口读到的度数乘以互感器的变比后，才是实际度数。（2）结构特点采用双盘结构。制动元件采用高矫顽力合金永磁磁钢，性能更加稳定。该表过载倍数可达4倍，具有过载能力强、误差线性好、质量稳定、设计使用寿命可达15年，性能可靠等特点。（3）主要技术指标准确度等级：2.0级额定电压：3×220/380V

额定电流：1.5(6)A，

5(20)A，10(40)A，15(60)A，20(80)A，30(100)A

额定频率：50Hz

环境条件：工作温度－25℃～+55℃，相对湿度≤85%

启动电流：≤0.5%IN2．DT862型三相四线有功电能表（1）适用范围

DT862型三相四线有功电能表是一种感应系电能表，适用于计量三相正弦交流电网，计量额定频率为50Hz、额定电压为3×220/380V的三相四线制交流有功电能。若电能表配用互感器时，需将窗口读到的电度表数乘以互感器的倍率后，才是实际度数。DT862系列三相四线有功电能表

特点：结构合理、性能稳定、外形美观、计量准确、高过载、可靠性好等。使用寿命：由于改进设计后降低了电能表常数，使其使用寿命在原来基础上提高了2～3年。性价比：性能很好，符合国家有关标准规定，价格不高，有很好的性价比。（3）规格及技术参数准确度等级：2.0级额定电压：220V/380V额定电流：1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、15(60)A、20(80)A、30(100)A额定频率：50Hz电表功耗：<2W，8V·A环境温度：－10～50℃相对湿度：≤85%三相四线电能表的接线

本节小结

1.三相三线电能表是根据两表法测量三相功率的原理，由两只单相电能表的测量机