电工仪表与测量培训教案(4)

6、易受外磁场的影响。因固定线圈所产生的工作磁场很弱。为消除外磁场的影响，线圈系统通常都采用磁屏蔽或无定位的结构，也可直接采用铁磁电动系测量机构。

四、感应系测量机构：功率表只能测量单位时间内负载所消耗的电能，而

负载在某一段时间内所消耗的电能通过功率表是测量不出来的，因此电能的测量要用另外一种仪表去测量，即电能表。电能表是专门用来测量电能的仪表，由于电能的单位是度和千瓦·时，所以电能表又叫电度表或千瓦·时表。电能表之所以能用来测量电能是因为它的内部有一个记度器也叫积算机构，它能把负载在某一段时间内消耗的电能自动的累计起来。目前，交流电能的测量大多采用感应系电能表，这种仪表的转动力矩大，成本低，是一种应用广泛的电工仪表。

（一）感应系电能表的结构组成及各部分的作用 1、驱动元件：

（1）组成：它是由电流元件和电压元件组成。

电流元件是由电流线圈和绕制电流线圈的U形铁心组成，电流线圈与负载串联，通过它的电流就是负载电流，因此，它的线粗，匝数少。

电压元件是由电压线圈和绕制它的E字形铁心组成，电压线圈与负载并联，通过它的电流很少，故其线很细而匝数多。

（2）作用：产生一交变的工作磁场。 2、转动元件

（1）组成：铝盘和固定铝盘的转轴

（2）作用：与驱动元件相互作用能产生一个转动力矩使铝盘转动。 3、制动元件

（1）组成：永久磁铁。

（2）作用：与铝盘相互作用能产生一个制动力矩，使铝盘的转速与被测功率成正比。

4、记度器（也叫积算机构）

（1）组成：与转轴连在一起的蜗杆、涡轮、齿轮和滚轮。 （2）作用：通过记度器能直接显示出被测电能的多少。 （二）感应系电能表的工作原理 1、电能表的电路和磁路

一般感应系电能表的铁心结构如图所示。电流元件和电压元件的铁心之间留有间隙，以便使铝盘能在间隙中自由的转动。电压元件的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。

电能表的电路和磁路如图所示。电能表工作时，通过电压线圈的电流产生的磁通分为两部分，一部分是穿过铝盘并经回磁板构成回路的工作磁通；另一部分是不经过铝盘而经左右铁轭构成回路的非工作磁通。通过电流线圈的电流产生的磁通两次穿过铝盘，并通过电流元件的铁心构成回路。

2、铝盘转动力矩的产生

单相感应系电能表的原理接线图与功率表相似，不同之处是电能表的电压线圈没有串联分压电阻。

如图所示：A表示电流线圈，B表示电压线圈。为讨论方便，设负载的cos?=1。由于电压线圈的匝数多，导线细，感抗较大，可认为是纯电感线圈。所以，电压线圈的电流比负载电压滞后900，而电流线圈的匝数少，导线粗，起阻抗比负载电阻小很多，可忽略不计。所以通过电流线圈的电流与负载电压同相位，iA产生磁通?A，iU产生的磁通?U，它们之间的相位关系及变化曲线如图所示。

从图6-5所示曲线可以看出，在t1时刻，通过电流线圈的电流iA正在减少，

iA所产生的磁通?A也同时减少，于是在铝盘中感应出涡流，涡流的方向由楞次

定律确定，见图中的i1和i1'，这两个涡流在?U的作用下将产生作用力F1，其方向可由左手定则来判断，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?A和-?A的作用下也产生了向右的作用力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。

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?A指向相位滞后的磁通?U。

可以证明，铝盘所受平均转矩与负载的有功功率成正比，即

MP?C1P?C1UIcos?

式中 C1——比例常数； P——负载有功功率。

3、铝盘转数与被测电能的关系

当负载功率一定时，铝盘所受的转动力矩不变，但是，铝盘若只受到转动力矩的作用，则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运动，能正确反映电能的大小，就必须在铝盘上加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，一般是采用永久磁铁获得的。

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，并在铝盘中产生感生电动势和感生电流，其方向可用楞次定律判定。该感生电流和永久磁铁的磁场相互作用产生作用力，其方向可用左手定则判断。该力总是和铝盘的转动方向相反，因此又称制动力。该力所产生的力矩叫制动力矩，它随铝盘转速的增加而增大，即：

MZ?Kn

式中 K—比例常数；n—铝盘转速。

当制动力矩MZ增大到与转动力矩MP相等时，铝盘就匀速转动。 即：

C1P?Kn

铝盘转速n?C1P?CP K可见，铝盘转速与负载有功功率成正比。式中C为比例常数。 将式两边同乘以时间t，可得

nt?CPt

式中nt为电能表在时间t内铝盘的转数，用N表示；Pt为负载在时间t内所消耗的电能，用W表示，则

N?CW

该式说明，在时间t内，铝盘转数与这段时间内负载所消耗的电能成正比。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。 由上式可求出电能表常数

C?N(r/kW?h) W电能表常数是电能表的一个重要参数，一般在电能表的铭牌上加以标注。它表示电能表对应于1千瓦时，铝盘转动的转数。

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