电能计量基础及新技术(第二版) 第3章 感应式电能表.ppt

感应式电能表感应式电能表第第3章章第一节、电能表的分类与铭牌标志第一节、电能表的分类与铭牌标志按所测电能种类，分为有功电能表、无功电能表、直流电按所测电能种类，分为有功电能表、无功电能表、直流电能表三种。能表三种。按相别及接线方式，分为单相表、三相三线两元件表和三按相别及接线方式，分为单相表、三相三线两元件表和三相四线三元件表。相四线三元件表。按电压等级，分为高压表、低压表两种。按电压等级，分为高压表、低压表两种。按电流测量范围，分为直通表和经电流互感器接入两种。按电流测量范围，分为直通表和经电流互感器接入两种。按准确度等级，分为按准确度等级，分为0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0级。级。按结构原理，分为感应式电能表、全电子式电能表、机电按结构原理，分为感应式电能表、全电子式电能表、机电一体化电能表。一体化电能表。按测量功能，分为分时计费（复费率）电能表、最大需量按测量功能，分为分时计费（复费率）电能表、最大需量电能表、预付费电能表、集抄电能表、多功能电能表电能表、预付费电能表、集抄电能表、多功能电能表。（b）全电子电能表）全电子电能表 电能表的铭牌标志示例电能表的铭牌标志示例（a）机电一体化电能表）机电一体化电能表 电能表型号的意义电能表型号的意义类别类别代号代号组别组别代号代号结结构代号构代号功能代号功能代号设计设计序号序号辅辅助助说说明明D-电能表D-单相S-全电子式Y-预付费阿拉伯数字字母或数字S-三相三线F-复费率(厂家代号)（附加标注）T-三相四线D-多功能B-标准电能表I-载波抄表Z-最大需量X-无功电能电能表的额定参数电能表的额定参数 标定电流标定电流 是计算负载的基数电流值，额定最大是计算负载的基数电流值，额定最大 电流电流 是电能表长期工作，而且误差与温升完全满足技是电能表长期工作，而且误差与温升完全满足技术条件的最大电流值。如术条件的最大电流值。如5(20)A，10(40)A，31.5(6)A，30.3(1.2)A等等。直接接入式电能表的标定电流，应按正常运行负荷电流的直接接入式电能表的标定电流，应按正常运行负荷电流的30%选择；经选择；经TA接入的电能表，其标定电流不宜超过电流互感接入的电能表，其标定电流不宜超过电流互感器额定二次电流的器额定二次电流的30，其额定最大电流应为电流互感器额定，其额定最大电流应为电流互感器额定二次电流的二次电流的120。电流互感器额定二次电流为。电流互感器额定二次电流为5A和和1A时时,电电能表的额定电流分别选择能表的额定电流分别选择1.5（6）A 和和0.3（1.2）A。电压额定值，单相表为电压额定值，单相表为220V；低压三相表为；低压三相表为3220V380V；高压三相表为；高压三相表为3100V或或3100/V。电能表常数用电能表常数用A表示，它是电能表计度器的指示数和转盘转表示，它是电能表计度器的指示数和转盘转数之间的比例值，如数之间的比例值，如A=400rkWh的意义是用户每消的意义是用户每消耗耗1 kWh电能，对应于转盘转电能，对应于转盘转400圈圈。电子式电能表常数电子式电能表常数,如如 =1600imp kWh的意义是的意义是用户每消耗用户每消耗1 kWh电能，对应于个电能，对应于个1600脉冲，其中脉冲，其中“imp”表示脉冲。表示脉冲。若电能表有误差，其实际运行时每若电能表有误差，其实际运行时每kWh对应的圈数与标称对应的圈数与标称值不符，用值不符，用 表示，称为实际电能表常数。校准电能表时表示，称为实际电能表常数。校准电能表时要将实际电能表常数要将实际电能表常数 调到与标称值调到与标称值A一致。一致。电能表常数和脉冲常数电能表常数和脉冲常数 电能表的准确度等级电能表的准确度等级 电能表的准确度等级用百分比误差表示：电能表的准确度等级用百分比误差表示：r（）（）=为为被被检检表表显显示的示的电电能数；能数；为标为标准表准表显显示的示的电电能数，能数，认为认为是是实际电实际电能数。能数。例如例如 级，表明该电能表在按检定规程检验其误差时，级，表明该电能表在按检定规程检验其误差时，其百分比误差其百分比误差r()的绝对值不允许超过的绝对值不允许超过2.0。即。即第二节、感应式电能表的结构第二节、感应式电能表的结构 包括电流电磁铁和电压电磁铁。包括电流电磁铁和电压电磁铁。电流电磁铁由电流电磁铁由“U”字形铁心和电流线圈（导线粗，匝数少）字形铁心和电流线圈（导线粗，匝数少）组成，电流线圈与负载串联，通过负载电流。组成，电流线圈与负载串联，通过负载电流。电压电磁铁由横电压电磁铁由横“日日”字形铁心和电压线圈（导线细，匝数多）字形铁心和电压线圈（导线细，匝数多）组成，电压线圈与负载并联，承受负载电压，始终带电。组成，电压线圈与负载并联，承受负载电压，始终带电。1、驱动元件：产生转动力矩的元件、驱动元件：产生转动力矩的元件第二节、感应式电能表的结构第二节、感应式电能表的结构 2、转动元件：由铝制园盘和转轴组成。、转动元件：由铝制园盘和转轴组成。驱动元件所产生的交变磁通穿过铝盘，在铝盘上产生涡流，驱动元件所产生的交变磁通穿过铝盘，在铝盘上产生涡流，该涡流又和产生它的磁通相互作用，产生电磁力驱使铝盘转动。该涡流又和产生它的磁通相互作用，产生电磁力驱使铝盘转动。3、轴承用于支持转轴及铝盘的重力，、轴承用于支持转轴及铝盘的重力，轴与轴承之间的摩轴与轴承之间的摩擦会引起计量负误差擦会引起计量负误差。4、制动元件：产生反作用力矩的元件。是一个永久磁铁。、制动元件：产生反作用力矩的元件。是一个永久磁铁。铝盘转动时，永久磁铁的磁场切割铝盘并在铝盘中产生感铝盘转动时，永久磁铁的磁场切割铝盘并在铝盘中产生感应电流，该感应电流和永久磁铁的磁场相互作用，产生反作用应电流，该感应电流和永久磁铁的磁场相互作用，产生反作用力矩。力矩。5、积算机构：用来计算铝盘的转数并将转数变换为被测、积算机构：用来计算铝盘的转数并将转数变换为被测电能的千瓦小时数。电能的千瓦小时数。包括转轴上的蜗轮、蜗杆及一套齿轮和字轮。通包括转轴上的蜗轮、蜗杆及一套齿轮和字轮。通常称为计度器。常称为计度器。第二节、感应式电能表的结构第二节、感应式电能表的结构计度器的结构计度器的结构减速器传动齿轮的传动比减速器传动齿轮的传动比K是三级传动齿轮的传动比之积是三级传动齿轮的传动比之积 G-蜗杆；蜗杆；A-蜗轮；蜗轮；B、D-主动轮；主动轮；C、E-从动轮；从动轮；14-横轴；横轴；5-进位轮；进位轮；6-长齿；长齿；7-短齿；短齿；8-梢齿；梢齿；9-槽齿；槽齿；10-转轴转轴K=A的关系的关系末位字末位字轮轮每个每个字代表的字代表的电电能能K=A0.1 kWhK=10A1 kWhK=100A10 kWh轴承轴承（a）磁悬轴承）磁悬轴承（b）磁推轴承）磁推轴承双宝石轴承双宝石轴承(a)三相三线两元件表 三相三线制计量 三相感应式电能表计量元件的相对位置三相感应式电能表计量元件的相对位置(b)三相四线三元件表 三相四线制计量第三节、感应式电能表的工作原理第三节、感应式电能表的工作原理 感应式电能表用铝盘对电功率进行采样，它感应式电能表用铝盘对电功率进行采样，它的电压、电流铁芯线圈分别位于铝盘的上下两侧，的电压、电流铁芯线圈分别位于铝盘的上下两侧，将铝盘夹在中间，铁芯线圈上产生的电压、电流交将铝盘夹在中间，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，使铝盘转动起来。铝盘的转和感应电流相互作用，使铝盘转动起来。铝盘的转速与电功率速与电功率p成正比，实现了对电功率的采样，电成正比，实现了对电功率的采样，电功率越大铝盘转速越快，再用计度器的机械传动机功率越大铝盘转速越快，再用计度器的机械传动机构将铝盘所转圈数记录下来。构将铝盘所转圈数记录下来。感应式电能表磁通分布图感应式电能表磁通分布图 垂直穿过铝盘的三束交变磁通垂直穿过铝盘的三束交变磁通 单相电能表理想相量图与磁通的波形图单相电能表理想相量图与磁通的波形图 单相电能表理想相量图单相电能表理想相量图 磁通的波形图磁通的波形图 假设的理想化条件假设的理想化条件 假设铁心磁化曲线不存在非线性、没有磁饱和、没假设铁心磁化曲线不存在非线性、没有磁饱和、没有磁滞现象有磁滞现象。工作原理推导工作原理推导1 1、驱动力矩、驱动力矩2 2、驱动力矩与有功功率的关系、驱动力矩与有功功率的关系3 3、当负载功率稳定时，当负载功率稳定时，M MT T=M=MQ Q，铝盘匀速转动，则有，铝盘匀速转动，则有 工作原理推导工作原理推导工作原理推导工作原理推导N=nT=APT=AW感感应应式式电电能表的能表的满载调满载调整装置整装置设计设计用来用来调调整整和和4、上式、上式n=AP，两边同乘以用电时间，两边同乘以用电时间T，时间，时间T内铝盘内铝盘所转圈数所转圈数N为为小结小结 如果如果 三者在空间有不同位置，在时三者在空间有不同位置，在时间上也有不同相位间上也有不同相位(即三者达到最大值的时间前后即三者达到最大值的时间前后错开错开)，那么铝盘会转动起来，其电磁力方向是由，那么铝盘会转动起来，其电磁力方向是由时间上超前的磁通指向滞后的磁通。时间上超前的磁通指向滞后的磁通。N=nT=APT=AW 成立的条件成立的条件3.4 3.4 感应式电能表的误差及附加力矩感应式电能表的误差及附加力矩误差（按表示方法分）绝对误差相对误差被测电能量的测量读被测电能量的测量读数与实际值数与实际值(也称真也称真值值)之之差差测量的绝对误差与其测量的绝对误差与其实际值之比的百分数实际值之比的百分数1、误差、误差3.4 3.4 感应式电能表的误差及附加力矩感应式电能表的误差及附加力矩误差（按产生原因分）基本误差附加误差是电能表的固有误差。电能表的准确度等级是根据基本误差来确定的。指供电电压、频率、环境温度等外界条件偏离规定值时额外引起的误差。1、误差、误差3.4 3.4 感应式电能表的误差及附加力矩感应式电能表的误差及附加力矩附加力矩自抑制力矩摩擦力矩铝盘转动时，切割交变的电流和电压工作磁通，也会在转盘中产生相应的感应涡流，与交变磁通相互作用，形成阻碍转盘转动的力矩自抑制力矩增大会使电能表出现负误差。感应式电能表可动部件运转摩擦会产生与转动方向相反的力矩。电能表在轻载下运行时，摩擦力矩的影响较大2、附加力矩、附加力矩感应式电能表感应式电能表附加误差附加误差变化趋势变化趋势 当负载功率因数接近当负载功率因数接近1（感性）时，附加误差的变化趋势为：（感性）时，附加误差的变化趋势为：（1）电压升高超过额定值时，会产生较大的附加电压自）电压升高超过额定值时，会产生较大的附加电压自抑制力矩，出现负误差。增加永久磁铁制动力矩的绝对值抑制力矩，出现负误差。增加永久磁铁制动力矩的绝对值（会减小电能表常数（会减小电能表常数A），降低电压自抑制力矩在总制动力），降低电压自抑制力矩在总制动力矩中的比例；在电压非工作磁路中设置饱和段，如打孔或减矩中的比例；在电压非工作磁路中设置饱和段，如打孔或减小下磁轭截面积，都能减小这项误差的影响。小下磁轭截面积，都能减小这项误差的影响。（2）频率升高，磁路中的磁滞、涡流损耗加剧，出现负）频率升高，磁路中的磁滞、涡流损耗加剧，出现负误差。误差。（3）温度升高，永久磁铁磁性下降，）温度升高，永久磁铁磁性下降，减小，减小，制动力矩减小，出现正误差。制动力矩减小，出现正误差。3.4 3.4 感应式电能表的误差及附加力矩感应式电能表的误差及附加力矩3 3、电流铁芯的非线性影响、电流铁芯的非线性影响轻负载时实际获得的电流工作磁轻负载时实际获得的电流工作磁通比理论值小，实际的驱动力矩通比理论值小，实际的驱动力矩比理论值小，误差为比理论值小，误差为负；负；当负载电流增大到超出额定最大当负载电流增大到超出额定最大电流时又将引起较大电流时又将引起较大负误差负误差。3.4 3.4 感应式电能表的误差及附加力矩感应式电能表的误差及附加力矩4 4、轻载误差补偿原理、轻载误差补偿原理轻载时，摩擦力矩轻载时，摩擦力矩MmMm、电流铁芯非线、电流铁芯非线性影响均引起的负误差性影响均引起的负误差因此感应式电能表在电压铁芯中心柱因此感应式电能表在电压铁芯中心柱下侧设置了轻载误差补偿调整装置，下侧设置了轻载误差补偿调整装置，用以产生和驱动力矩方向相同的附加用以产生和驱动力矩方向相同的附加力矩力矩M MB B。轻载补偿力矩的方向：导体轻载补偿力矩的方向：导体A置于哪一侧，置于哪一侧，补偿力矩就指向那一侧。补偿力矩就指向那一侧。三相感应式电能表有五个误差调整装置三相感应式电能表有五个误差调整装置单相表有四个单相表有四个调整顺序是：调整顺序是：满载调整满载调整相位角（力率）调整相位角（力率）调整轻载调整轻载调整灵敏度试验灵敏度试验防潜动试验防潜动试验3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整感应式电能表误差调整的项目与条件感应式电能表误差调整的项目与条件：项项目目方式方式调调整条件整条件(50HZ)调调整部位整部位满载误差调整合元Ue Imax cos=1.0永久磁铁分元Ue Imax cos=1.0三相平衡调整螺钉相位角误差调整合元Ue Ib cos=0.5（sin=0.5）相位角误差调整装置分元Ue Ib cos=0.5（sin=0.5）相位角误差调整装置轻载误差调整合元Ue I=10%Ib cos=1.0轻载误差调整装置分元Ue I=20%Ib cos=1.0轻载误差调整装置灵敏度试验合元Ue cos=1.0 规程规定的启动电流轻载误差调整装置防潜动试验合元80%110%Ue I=0防潜钩第五节、感应式电能表的误差调整第五节、感应式电能表的误差调整1 1、满载误差调整、满载误差调整 1 1）合元调整：合元指三相）合元调整：合元指三相电能表各个元件同时加负荷电能表各个元件同时加负荷电流进行调整。电流进行调整。电能表在最大额定电流下运行时，电能表在最大额定电流下运行时，影响基本误差的主要因素是制动影响基本误差的主要因素是制动力矩，因此满载合元调整就是要力矩，因此满载合元调整就是要调整永久磁铁的调整永久磁铁的 和和 的大小。的大小。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整粗调：改变制动力臂粗调：改变制动力臂 的大小。的大小。通过点越靠近轴心，通过点越靠近轴心，越小，制动力矩越小，制动力矩 越小，越小，铝盘转得越快。初调结束后，要将可调的螺钉紧固，铝盘转得越快。初调结束后，要将可调的螺钉紧固，并滴上漆以防人为松动。并滴上漆以防人为松动。细调：细调：U型制动磁铁的沟道中有一铁块，穿在一根长螺杆型制动磁铁的沟道中有一铁块，穿在一根长螺杆上，用螺丝刀调节该螺杆，铁块可在上，用螺丝刀调节该螺杆，铁块可在U形沟道中进出滑动。形沟道中进出滑动。铁块伸进铁块伸进U形沟道中，会使一部分制动磁通通过铁块环行，形沟道中，会使一部分制动磁通通过铁块环行，而不穿过铝盘，使而不穿过铝盘，使 下降，铝盘走快。下降，铝盘走快。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整2 2）分元调整）分元调整分元指三相电能表每个元件单独加负分元指三相电能表每个元件单独加负荷电流进行调整。荷电流进行调整。满载分元调整就是调整三相电能表的满载分元调整就是调整三相电能表的平衡。平衡。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整三相电能表有两组或三组三相电能表有两组或三组驱动元件，为保证在不对驱动元件，为保证在不对称负载下计量准确性，要称负载下计量准确性，要求电能表不仅整体计量准求电能表不仅整体计量准确，而且每组驱动元件在确，而且每组驱动元件在负荷电流相等时，误差也负荷电流相等时，误差也要相等，即使每个元件的要相等，即使每个元件的出力相等。出力相等。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整2 2、相位角误差调整、相位角误差调整 实际的电压线圈含有电阻成分，所以实际的电压线圈含有电阻成分，所以 滞后滞后 的相位不的相位不到到9090，只有，只有75758080；而且；而且 、也因磁滞现象分也因磁滞现象分别滞后于别滞后于 与与 一个小的角度，损耗越大，滞后越多。一个小的角度，损耗越大，滞后越多。因此保证感应式电能表准确测量的相位角条件不能成立，因此保证感应式电能表准确测量的相位角条件不能成立，出现相位角误差。出现相位角误差。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整 电电能表种能表种类类负负荷性荷性质质有功有功电电能表能表无功无功电电能表能表用用户为户为感性感性负负荷荷短路短路块块5往外端往外端头调头调,记为记为“+”，表走快，表走快短路短路块块5往外端往外端头调头调,记为记为“一一”，表走慢，表走慢用用户为户为容性容性负负荷荷短路短路块块5往外端往外端头调头调,记为记为“一一”，表走慢，表走慢短路短路块块5往外端往外端头调头调,记为记为“+”，表走快，表走快3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整3 3、轻载误差调整、轻载误差调整 图示为单相表调整装置的示图示为单相表调整装置的示意图，其中意图，其中2 2为一铜质短路为一铜质短路方框，有二条棱位于电压铁方框，有二条棱位于电压铁芯中心柱的左右两侧，可依芯中心柱的左右两侧，可依靠一颗与铜质方框连在一起靠一颗与铜质方框连在一起的螺钉左右移动。下端面短的螺钉左右移动。下端面短路框移向哪侧，补偿力矩就路框移向哪侧，补偿力矩就指向哪侧。指向哪侧。第五节、感应式电能表的误差调整第五节、感应式电能表的误差调整 右图为三相表调整右图为三相表调整装置的示意图，其中装置的示意图，其中3 3为为贴在电压回磁极下方的贴在电压回磁极下方的一块铁条，较窄的一端一块铁条，较窄的一端伸入电压铁芯中心柱的伸入电压铁芯中心柱的下侧，铁条可用螺丝刀下侧，铁条可用螺丝刀左右扳动。铁条窄端扳左右扳动。铁条窄端扳向哪一方补偿力矩就指向哪一方补偿力矩就指向哪一方。向哪一方。3.5 3.5 感应式电能表的误差调整感应式电能表的误差调整灵敏度试验与防潜调整灵敏度试验与防潜调整：感应式电能表的灵敏度定义：感应式电能表的灵敏度定义：准确度等准确度等级级0.51.02.0S (%)0.40.40.5感应式电能表在负载电流为零时，铝盘若会连续向前或向后蠕感应式电能表在负载电流为零时，铝盘若会连续向前或向后蠕动，并且在计度器窗口两次看见黑色标记，判定为动，并且在计度器窗口两次看见黑色标记，判定为“电压潜动电压潜动”。电压潜动的原因是电磁元件装配不对称；或轻载补偿过当。电压潜动的原因是电磁元件装配不对称；或轻载补偿过当。防潜力矩、潜动力矩均与电压的平方成正比，因此要求在防潜力矩、潜动力矩均与电压的平方成正比，因此要求在0.8 1.1倍的额定电压内均应不出现潜动。倍的额定电压内均应不出现潜动。防潜装置示意图防潜装置示意图 图中图中1为电压线圈，为电压线圈，2、3为为防潜铁片，只要电压线圈带电，防潜铁片，只要电压线圈带电，产生产生 ，定片，定片2就被磁化，当就被磁化，当潜动着的铝盘带动动片潜动着的铝盘带动动片3靠近定靠近定片片2时，定片时，定片3被吸引，可能导致被吸引，可能导致转盘停转，因为此时转盘受到的转盘停转，因为此时转盘受到的电磁驱动力矩是很小的。改变定电磁驱动力矩是很小的。改变定片片2与动片与动片3之间的距离，改变两之间的距离，改变两者间重叠的面积可增减防潜力矩者间重叠的面积可增减防潜力矩的大小。的大小。