功率与电能的测量

功率与电能的测量，包含功率与电能的测量方法、 电动系功率表、 低功率因数功率表、 三相功率的测量等。

功率与电能的测量

功率与电能的测量方法

直流功率的测量

用电流表和电压表测量直流功率

用功率表测量直流功率：测量直流功率最方便的方法是用电动系功率表进行直接测量。

用直流电位差计测量直流功率

用数字万用表测量直流功率

单相交流功率的测量

用间接法测量单相交流功率：只有功率稳定的情况下，才用间接法测量测量电能一般不用间接法

用功率表测量单相交流功率

三相功率的测量

三相有功功率可以用单相功率表分别测出各项功率，然后求其总和，即所谓三表法。

电能的测量

测量电能普遍使用电能表，直流电能表多为电动系，交流电一般用感应器或静止式电子电能表。

电动系功率表

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

扩大功率表电流量程

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。

功率表正确使用

电动系仪表的力矩方向与两个线圈的电流方向有关。为此要规定一个能使指针正向偏辑的电流方向，即功率表接线要遵守“电源端”守则。 “电源端”用符号“*”或“±”表示，接线时要使两个线圈的“电源端”接在电的同一极性上。P88例3-1

低功率因数功率表

低功率因数功率表的主要特点是仪表具有较高的灵敏度，能够在额定电压、额定电流cosφ=0.1 或0.2的条件下，使指针偏转到满刻度。

应用补偿线圈的低功率因数功率表

应用补偿电容的低功率因数功率表

带光标指示器的张丝结构的功率表

三相功率的测量

测量三相电路的功率可以用单相功率表或三相功率表。功表结构有电动系、铁磁电动系和变换式功率表等几种形式。

表法测三相对称的负载功率 在对称三相系统中，如果负载也是对称的，则可用一只功率表测量其中一相负载功率，仨相总功率等于功率表读数乘3，即 力率)，即 P=3P1 式中P--三相总功率;P1--单相功率表读数。

二表法测三相三线制的功率

二表法适用于三相三线制，不论负载对称或不对称都可以使用。若负载功率因数小于0.5(即|φ|>60°)则其中一只功率表的读数为负值。

三表法测三相四线制的功率 二元件三相功率表实质上等于两只单相功率表，但是将两只表的可动舜时功辜部分装在一个公共转轴上，只有一个指针，因此的平转轴上的力矩等于两个可动部分力矩的代数和。但只能按二表法进行接线，从指针位置可以直接卖出三相总功率值。三元件三相功率表相当于三个共轴的单相功率表，因此可以按三表法接线测出三相功率。 二元件只适用于三相三线制，三元件则适用于三相四线制。

感应系电能表及电能的测量

利用固定的交流磁场与由该磁场在可动部分的导体中所感应的电流之间的作用力而工作的仪表称为感应系仪表，常用的交流电能表(电能表俗称电度表)就是一种感应系仪表。

交流单相电能表的结构

感应系单相交流电能表有射线型和切线型两种形式，而结构的主要区别是电压线圈铁心平面安放位置不同，射线型(与转盘半径方向致)，切线型(与转盘半径方向垂直)。两种结构同样都能产生三个交变它们的作用原理完全相同，不同的仅仅是电压线圈的安装位置。

感应系单相交流电能表主要由以下几个部分组成：

(1)驱动元件，即产生转动力矩的元件，包括固定线圈和可动铝盘。固定线圈有电线圈1与负载并联，电流线圈2与负载串联;两线圈产生的三个交变磁通，都穿过铝盘，名为“三磁通”，铝盘在磁通作用下感应涡流，并与磁通相互作用，产生电磁力，驱使铝转动。

(2)制动元件，铝盘在转动力矩的作用下，做的是加速度运动，为了使铝盘能在不的转动力矩时，产生不同的恒定转速，需要用一个与速度成一定比例，方向与转动力矩相的制动力矩，使得铝盘能在转动力矩与制动力矩的共同作用下达到平衡，这时铝盘就能做速运转，转动力矩越大，平衡时的速度也越大。

(3）积算结构积算机构 用来计算电能表铝盘的转数，以实现电能的测量和积算。积算机构包括安装在转轴7上的蜗杆6、蜗轮5，以及由齿轮和字轮组成的计数器。

交流单相电能表的工作原理

铝盘转动也可以看成是“移进磁场”的推动，因为交变磁通 Ф、中、"，不但它们所处的空间不同，而且交变的初相也不同。两者结合起来就形成了所谓“移进磁场”。可以证明，移进磁场的移进方向是从相位超前的磁通位置移向相位滞后的磁通位置，这也是驱动铝盘转动的方向。

电能表的正确使用

正确使用电能表，首先是正确选择额定电压、额定电流和准确度，电能表的额定申与电网的电压相符。电能表的最大额定电流应大于或等于负载最大电流。电能表的准确为0.5级、1.0级、2.0级和3.0级。电能表的准确度一般指在额定电压、标定电流、频率和 cosφ=1的条件下，基本误差不超过标准规定的相应值。使用时，可根据使用选择适合准确度的电能表。 电能表的正确接线如同功率表一样，应遵守“电源端”守则。不过电能表都有接线电压和电流线圈的电源端已经连在一起，接线盒有四个端子，即相线的一“进”和中性线(零线)的一“进”一“出“。 配线应采取进端接电源端，出端接负载端，电流线圈应接于相线，而不要接中性线。

三相有功电能表

在电力系统中，三相电能多采用三相电能表测量。三相电能表是两只单相电能表业，或三只单相电能表的组合，其结构与单相电能表相同，但铝盘装在一个公共转轴上，用一个积算机构读出三相总电能。

三元件三相电能表

三元件三相电能表用于三相四线制电能的测量，它的原理与三表法测功率相同 三元件电能表还有两种形式，例如国产的D型电能表是三铝盘结构，在一个公共转轴上装三个铝盘，分别由三个元件驱动;而国产的D2型电能表则是单铝盘结构，一个公共转轴上只有一个铝盘，在铝盘不同位置装三组驱动线圈。

二元件三相电能表

二元件三相电能表和二表法测功率一样，可用于三线制三相电能的测量，它的原理与二表法测功率相同，接法如图3-25由于二表法只适用三线制，一般只用于动力用户。二元件三相电能表也有两铝盘两元件和一铝盘两元件两种结构。

三相无功电能表及无功电能的测量

无功电能除了用无功电能表测量以外，也可以用单相有功电能表或三相有功电能表通过接线的变化来测量。

三相四线制无功电能的测量 测量三相四线制的无功电能可以用一种带附加电流线圈的三相无功电能表。适用于三相四线制，也适用于三相三线制。

三相三线制无功电能的测量 三相三线制的无功电能，广泛用一种60度相位差的三相无功电能表(如DX2型)进行测量。

用单相有功电能表测对称的三相三线制的无功电能

用三相有功电能表测三相无功电能

电子式单相电能表

电子式电能表从根本上改变了电能表的结构，取消了转动铝盘、电压圈和电流圈，而改用电子元件，显示读数用步进电动机驱动的字盘或液晶。

电子式单相电能表的结构 使用步进电动机驱动字盘的电子式单相电能表结构包括以下几个部分

1.电压、电流取样电路：对电网电压u和用户从电网取用电流i的测量以又称取样，相应的测量电路又称取样电路。

2.乘法器：为了求出功率需要将分压器输出的电压和分流器输出的电流值相乘，相乘时可以直接用模拟量相乘，也可以转换为数字量后相乘。

3.功率-频率转换器(P -F转换)：乘法器输出的电压值，还需要通过转换，产生频率与平均功率成正比的脉冲信号。

4.步进电动机计数器：频率转换器输出的是与平频率转换器输出的是与平均功率成正比的脉冲信号，必须随时间进行累加消耗的电能值，累加工作由计数器完成，电子式单相电能表采用步进电动机作为计数器。

电子式三相电能表

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。

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。

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第四步根据第3步取样电压选择电压互感器；第二步：选择电流通道配用的电流互感器变比及电流互感器的负载电阻；第三步求电压取样电路的电压值；第四步根据第3步取样电压选择电压互感器。