电工测量 教学课件 作者 陈惠群第6章第1～2学时.ppt

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1、第6章电能的测量1．掌握感应系电能表的组成及工作原理。2．熟练掌握感应系电能表的使用方法。3．了解感应系电能表的调试方法。4．掌握电子式电能表的组成及工作原理。5．掌握电能表的安装使用方法。学习目标内容简介电能表是一种专门用来测量某一段时间内发电机发出电能或负载消耗电能多少的仪表，凡是需要计量用电量的场合都要使用电能表。测量直流电能时一般采用电动系电能表，测量交流电能通常采用感应系电能表和电子式电能表。本章重点介绍目前常用的感应式电能表的结构、工作原理、使用与调整等知识，同时还简要介绍电子式电能表的组成及使用方法。第一节感应系电能表一、单相感应

2、系电能表的组成二、单相感应系电能表的工作原理三、三相电能表的组成及工作原理图6-1家庭常见的电能表一、单相感应系电能表的组成由公式W＝Pt可以看出，测量电能W的电能表与测量电功率P的功率表之间的不同之处在于，电能表不仅能反映负载功率P的大小，还能计算负载用电的时间t，并通过计度器把消耗的电能自动地累计起来。为使计度器的机械部分能够顺利地转动，电能表要具有较大的转矩。目前交流电能的测量大多采用感应系电能表，它具有转矩大、成本低、抗干扰性强、安全可靠等优点。单相感应系电能表的主要组成包括驱动元件、转动元件、制动元件和计度器4部分。单相感应系电能表的结

3、构驱动元件由电压元件和电流元件两部分组成，其作用是分别通过被测电压和电流，产生交变磁通，与其在铝盘中产生的感应电流相互作用，进而产生驱动力矩，驱动铝盘转动。驱动元件图6-3电能表的铁心结构转动元件转动元件由铝盘和转轴组成，转轴上装有传递铝盘转数的蜗杆。仪表工作时，驱动元件产生的转动力矩将驱使铝盘转动。为了使下轴承减小摩擦，通常采用双宝石轴承或磁力轴承以构成长寿命电能表。制动元件制动元件由永久磁铁组成。用来在铝盘转动时产生制动力矩，使铝盘的转速与被测功率成正比。计度器计度器主要用来计算铝盘的转数，实现累计电能的目的。它包括安装在转轴上的齿轮、滚轮以

4、及计数器等，如图6-4所示。电能表最终通过计数器直接显示出被测电能的数值。图6-4电能表计度器结构图单相感应系电能表的原理接线图与功率表十分相似，如图6-5所示。不同之处是电能表的电压线圈没有串联分压电阻。二、单相感应系电能表的工作原理图6-5电能表的原理接线图图6-5中A表示电流线圈，B表示电压线圈。为讨论方便，设负载的cosj＝1。由于电压线圈的匝数多且导线细，感抗较大，可认为是纯电感线圈。所以，通过电压线圈的电流ｉU比负载电压u滞后900，ｉU产生磁通ΦU；而电流线圈的匝数少且导线粗，其阻抗比负载电阻RL小得多，可以忽略不计。所以通过电流线

5、圈的电流ｉA与负载电压u同相位，ｉA产生磁通ΦA。它们之间的相量关系及变化曲线如图6-6所示。(a)(b)图6-6电能表各电流、电压及磁通的关系(a)相量图(b)曲线图为便于讨论，规定磁通的正方向为自上而下穿过铝盘。由于电流线圈中电流产生的磁通要两次穿过铝盘，分别用ΦA和－ΦA表示；电压线圈中电流产生的磁通用ΦU表示。各磁通的正方向如图6-8所示。图6-7电能表中的磁通路径从图6-6b所示的曲线图中可以看出，在t1时刻，通过电流线圈的电流iA正在减小，ｉA所产生的磁通ΦA、－ΦA也同时减少，于是在铝盘中感应出两个涡流i1和i1，，涡流的方向由楞次

6、定律确定，见图6-8所示。这两个涡流在ΦU的作用下将产生作用力F1，其方向用左手定则可以判定出，是指向右边的。而在同一时刻，由于iU正在增大，感应产生的涡流i2在ΦA和－ΦA的磁场作用下，也产生向右的作用力F2和F2，。可见，在t1时刻，由于iA和iU的变化，在铝盘中感应出涡流，而各涡流在磁通作用下都产生顺时针方向的转动力矩，使得铝盘顺时针转动起来。图6-8转动力矩的产生用同样的方法可以分析出其他各个时刻铝盘所受合成转动力矩的方向，其结果仍应是顺时针方向。由此可见，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。可以证明，铝盘

7、所受平均转动力矩与负载的有功功率成正比，即Mp＝C1P＝C1UIcosj铝盘若只受到转动力矩的作用，铝盘将会不断地加速运动，以至无法正确计量电能。为了使铝盘在一定负载功率下以相应的转速匀速转动，能正确反映电能的大小，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，一般是通过永久磁铁获得的。图6-9制动力矩的产生当铝盘以转速n按逆时针方向在永久磁铁的磁场中转动时，铝盘切割永久磁铁的磁通Φz，产生感生电动势ez和感生电流iz，其方向可用楞次定律确定。磁通Φz与铝盘中的感生涡流iz相互作用产生反作用力Fz，其方向用左手定则

8、判断。由于Fz总是和铝盘的转动方向相反，因此又称为制动力。铝盘所受制动力矩随铝盘转速的增加而增大，即Mz＝kn当制动力矩Mz增大到与转动