電能計(jì)量（第一章至第三章知識總結(jié)）李賢芬楊紅高輝目錄第一章交流感應(yīng)電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第二章交流感應(yīng)式電能表的誤差特性及誤差調(diào)整裝置第三章電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理第一節(jié)單相交流感應(yīng)式有功電能表的結(jié)構(gòu)一、電能表的分類：1.按使用電源性質(zhì)分類可分為交流電能表和直流電能表2.按結(jié)構(gòu)和原理分類可分為感應(yīng)式電能表和電子式電能表3.按準(zhǔn)確度等級分類可分為普通安裝式電能表(0.2、0.5、1.0、2.0、3.0級)和攜帶式精密級電能表(0.01、0.02、0.05、0.1、0.2級)4.按用途分類可分為工業(yè)與民用電能表及特殊用途電能表二、電能表的結(jié)構(gòu)：

電能表一般由測量機(jī)構(gòu)和輔助部件這兩大部分組成（一）測量機(jī)構(gòu)(圖1-1）測量機(jī)構(gòu)是電能表實(shí)現(xiàn)電能測量的核心部分,它由驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)動元件、制動元件、軸承和計(jì)度器五大部分組成。1、驅(qū)動元件(電磁元件)

包括電壓元件和電流元件。

作用：接受被測電路的電壓和電流，并產(chǎn)生交變磁通，此交變磁通通過轉(zhuǎn)盤時(shí)，在轉(zhuǎn)盤內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，交變磁通和感應(yīng)電流相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。（1）、電壓元件

由電壓鐵芯1、電壓線圈13和回磁極12組成。電壓線圈的特點(diǎn)：

匝數(shù)多線徑細(xì)。電壓線圈接到被測電路的電壓回路，與負(fù)載是并聯(lián)連接?；卮艠O固定在電壓鐵芯上，它的作用是構(gòu)成電壓工作磁通回路（2）電流元件由電流元件由電流鐵芯2和電流線圈14組成。

電流線圈的特點(diǎn)：

匝數(shù)少線徑粗

電流線圈接到被測電路后，與負(fù)載是串聯(lián)連接。

2、轉(zhuǎn)動元件1、由轉(zhuǎn)盤3和轉(zhuǎn)軸4組成2、作用：是在電能表工作時(shí)，把轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)傳遞給計(jì)度器。3、制動元件

1、由永久磁鐵及其調(diào)整裝置組成。2、作用：是產(chǎn)生與驅(qū)動力矩方向相反的制動力矩，以便使轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動速度與被測電路的功率成正比。4．軸承

它由上、下軸承組成。起定位和導(dǎo)向作用

5．計(jì)度器主要有兩種形式：指針式和字輪式。作用：是累計(jì)電能表轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，并通過齒輪比換算為電能單位的指示值。它們的板面如圖1-10所示。其結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。

（二）輔助部件

它包括底座、表蓋、基架、端鈕盒和銘牌。單相交流感應(yīng)式有功電能表工作原理：感應(yīng)式電能表用鋁盤對用電功率進(jìn)行采樣它的電壓電流鐵芯線圈分別位于鋁盤的上下兩側(cè)，將鋁盤夾在中間。鐵芯線圈上產(chǎn)生的電壓電流交變磁通穿過鋁盤時(shí)會在鋁盤上產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通和感應(yīng)電流相互作用，使鋁盤轉(zhuǎn)動，鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)與電功率p成正比，電功率越大，鋁盤轉(zhuǎn)數(shù)越快，再用計(jì)度器的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)將鋁盤所轉(zhuǎn)圈數(shù)記錄下來。實(shí)際上就是驅(qū)動元件的相量圖，它由并聯(lián)電路和串聯(lián)電路的相量圖組成。通過相量圖表明電壓、負(fù)載電流與電能表內(nèi)各磁通之間的相位關(guān)系，以便從中找到滿足ψ＝90o﹣φ的條件。

以電壓線圈中的電流為參考相量，畫出相量圖如圖1-20所示。

單相電能表的相量圖：

三相三線電能表

是由單相電能表發(fā)展而成的，同樣由驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)動元件、制動元件和計(jì)度器等部件組成。三相電能表的結(jié)構(gòu)與單相電能表的結(jié)構(gòu)主要區(qū)別在于：

每只三相電能表都有兩組或三組電磁元件，它們產(chǎn)生的驅(qū)動力矩是共同作用在一個(gè)轉(zhuǎn)動元件上，并由一個(gè)計(jì)度器指示三相電路消耗的總電能。

1．兩元件雙轉(zhuǎn)盤式三相三線電能表。特點(diǎn)：

兩組電磁元件分別作用在每一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤同軸，作用在轉(zhuǎn)動元件上的驅(qū)動力矩決定于兩組電磁元件產(chǎn)生驅(qū)動力矩的代數(shù)和。

1．三元件雙轉(zhuǎn)盤式三相四線電能表圖1-23（a）是三元件雙轉(zhuǎn)盤式三相四線電能表的結(jié)構(gòu)示意圖。

它的特點(diǎn)是有三組電磁元件，其中一組電磁元件單獨(dú)作用在一個(gè)轉(zhuǎn)盤，另外兩組電磁元件共同作用在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，兩轉(zhuǎn)盤同軸。作用在轉(zhuǎn)軸上的驅(qū)動力矩取決于三組電磁元件產(chǎn)生的驅(qū)動力矩的代數(shù)和。一、計(jì)度器容量電能表在額定最大功率下運(yùn)行，計(jì)度器各位字輪的示數(shù)都從“0”變到“9”所需要的時(shí)間（TZ），單位為h（小時(shí)）。第二章：一、絕對誤差二、相對誤差三、電能表的誤差由于電能表自身結(jié)構(gòu)上的原因和外界條件的影響，它所測得的電量與負(fù)載實(shí)際消耗的電量是有差別的，我們把這種差別稱為誤差。

絕對誤差：是被測電量的測得值與實(shí)際值（也稱真值）之差，可表示為△W為正值說明測得的電量大于實(shí)際電量；△W為負(fù)值說明測得的電量小于實(shí)際電量。電能表的誤差按其產(chǎn)生的原因又可分為基本誤差和附加誤差。1.基本誤差基本誤差是電能表在規(guī)定條件下測得的相對誤差。電能表的準(zhǔn)確等級就是根據(jù)基本誤差確定的?；菊`差是由電能表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。2.附加誤差。把由于外界條件變化引起的誤差稱為附加誤差。產(chǎn)生附加誤差的主要原因有：電壓、頻率、環(huán)境溫度的變化，電壓波形畸變的影響，運(yùn)行不穩(wěn)定，相序的改變，三相電壓不對稱，負(fù)載不平衡等。一、電能表的附加力矩二、感應(yīng)式電能表的附加誤差1．抑制力矩轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動還切割交變的電流和電壓工作磁通，因而在轉(zhuǎn)盤中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。此電流與交變的磁通相互作用，也能形成阻礙轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的力矩，我們把這類力矩稱為抑制力矩或自制動力矩電流抑制力矩

電壓抑制力矩抑制力矩阻礙轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，使電能表出現(xiàn)負(fù)誤差電流抑制力矩MI比驅(qū)動力矩MQ隨負(fù)載電流變化的速度要快得多2．摩擦力矩MM包括靜摩擦力力矩和動摩擦力矩。動摩擦力矩主要包括以下幾個(gè)方面：（1）下軸承與轉(zhuǎn)軸間的摩擦力矩。（2）上軸承與轉(zhuǎn)軸間的摩擦力矩。（3）計(jì)度器傳動齒間的摩擦力矩。（4）轉(zhuǎn)動元件與空氣間的摩擦力矩。此摩擦力矩與轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)動速度及其表面光滑程度有關(guān)。摩擦力矩的方向總是與驅(qū)動力矩的方向相反，它阻礙轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，使電能表出現(xiàn)負(fù)誤差。3．電流鐵芯曲線的非線性影響實(shí)現(xiàn)電能表正確計(jì)量的條件之一是應(yīng)保證電流工作磁通與負(fù)載電流成正比，也就是磁通與電流是線性關(guān)系，如圖中直線2所示。但實(shí)際上，鐵芯的磁化曲線是非線性的，如圖中曲線1所示。4．補(bǔ)償力矩MB為了補(bǔ)償電流抑制力矩、摩擦力矩和電流鐵芯非線性影響引起的負(fù)誤差，在電能表結(jié)構(gòu)中設(shè)置輕負(fù)載調(diào)整裝置，用以產(chǎn)生和驅(qū)動力矩方向相同的附加力矩，以補(bǔ)償上述因素引起的誤差，稱為補(bǔ)償力矩。為獲得補(bǔ)償力矩，我們在電壓磁極下面設(shè)置銅片A，如圖2-2（α）所示。補(bǔ)償力矩與外加電壓有關(guān)，只要電能表接上電壓，不論電能表是否有負(fù)載電流，補(bǔ)償力矩總是存在。上述抑制力矩、摩擦力矩、電流鐵芯曲線的非線性影響及補(bǔ)償力矩，是使電能表產(chǎn)生基本誤差的主要原因。外界條件改變后，電能表的誤差就會改變，其改變量叫作電能表的附加誤差。1．電壓影響當(dāng)加在電壓線圈兩端的電壓發(fā)生變化時(shí)，使電能表產(chǎn)生了電壓附加誤差，簡稱電壓誤差γu。電壓誤差特性如圖2-3所示。2．溫度影響一般把標(biāo)準(zhǔn)溫度規(guī)定為﹢20℃。當(dāng)電能表所處的環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度不同時(shí)，從而產(chǎn)生附加誤差，稱它為溫度誤差γt，溫度誤差特性如圖2-4所示。對曲線分四個(gè)區(qū)域來分析1．負(fù)載電流低于標(biāo)定值的5％時(shí)2．負(fù)載電流在基本電流的5%～30％時(shí)3．負(fù)載電流在基本電流的30％～100％時(shí)4．負(fù)載電流大于基本電流的100％以上時(shí)

第三章：1、機(jī)電式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理2、全電子式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理3、單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表4、單相預(yù)付費(fèi)電能表5、三相三線電子式多功能電能表

機(jī)電式電能表主要由感應(yīng)式測量機(jī)構(gòu)、光電轉(zhuǎn)換器和分頻器、計(jì)數(shù)器及顯示器四大部分組成，工作原理框圖如圖3-1所示。1、感應(yīng)式測量機(jī)構(gòu)的主要作用是將電能信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)2、光電轉(zhuǎn)換器的作用是將正比于電能的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖3、分頻器和計(jì)數(shù)器的主要作用是對經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的脈沖信號進(jìn)行分頻、計(jì)數(shù)，從而得到所測量的電能。3、顯示器的作用是把電能表所測量的電能用電子器件顯示出來，以方便讀取數(shù)據(jù)。一、單向脈沖式電能表單向脈沖式電能表的光電轉(zhuǎn)換器主要包括光電頭和光電轉(zhuǎn)換電路兩部分。1．光電頭（光電頭由發(fā)光器件和光敏器件組成）

2．光電轉(zhuǎn)換電路。一種最基本的光電轉(zhuǎn)換電路如圖3-4所示二、雙向脈沖式電能表1、雙向脈沖式電能表具有雙向計(jì)度的功能，既能測量正向消耗電能，又能測量反向消耗電能。2、雙向脈沖式電能表光電轉(zhuǎn)換及雙向脈沖輸出控制電路如上圖3-8所示。全電子電能表的優(yōu)點(diǎn)：是準(zhǔn)確度高、頻帶寬、體積小，適合遙控、遙測功能。缺點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴輸入電路的作用，一方面是將被測信號按一定的比例轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流輸入到乘法器中；另一方面是使乘法器和電網(wǎng)隔離，減小干擾。2、電流互感器：作用是起到隔離，準(zhǔn)確度高，但成本高。1、輸入變換電路：模擬乘法器是一種完成兩個(gè)互不相關(guān)的模擬信號（如輸入電能表內(nèi)連續(xù)變化的電壓和電流）進(jìn)行相乘作用的電子電路，通常具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，是一個(gè)三端網(wǎng)絡(luò)。乘法器電路：（一）時(shí)分割乘法器：實(shí)質(zhì)是一個(gè)對被測對象進(jìn)行調(diào)寬調(diào)幅的工作過程四、分頻計(jì)數(shù)器所謂分頻，就是使輸出信號的頻率分為輸入信號頻率的整數(shù)分之一；所謂計(jì)數(shù)，就是對輸入的頻率信號累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)。

五、顯示器目前常見的電子式電能表顯示器件有三種：液晶（LCD）、發(fā)光二極管（LED）、熒光管（FIP）1．復(fù)費(fèi)率電能表

有多個(gè)計(jì)度器分別在規(guī)定的不同費(fèi)率時(shí)段內(nèi)記錄交流有功或無功電能的電能表。單相電子式復(fù)費(fèi)率電能表的工作原理框圖如圖3-24所示。電流、電壓采樣電路是將流過線路的大電流和外部220V交流電壓變換為合適的小電流、小電壓信號，經(jīng)電能專用集成電路轉(zhuǎn)換成隨功率變化的脈沖信號。單片微處理器接收到功率脈沖信號后進(jìn)行電能累計(jì)，數(shù)據(jù)存入存儲器中，同時(shí)讀取時(shí)鐘信號，按照預(yù)先設(shè)定好的時(shí)段分時(shí)計(jì)量，將數(shù)據(jù)輸出到顯示器中顯示，并且隨時(shí)接收串行通信口的通信信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。單相預(yù)付費(fèi)電能表原理框圖如圖3-25所示。

工作原理：測量模塊為表計(jì)核心，它和普通電子式單相電能表采用相同技術(shù)輸出功率脈沖到微處理器。微處理器接收到測量部分的功率脈沖進(jìn)行電能累計(jì)，并且存入存儲器中，同時(shí)進(jìn)行剩余電費(fèi)遞減，在欠費(fèi)時(shí)給出報(bào)警信號并控制跳閘。它隨時(shí)監(jiān)測IC卡接口，判斷插入卡的有效性以及購電數(shù)據(jù)的合法性，將購電數(shù)據(jù)進(jìn)行讀入和處理。它還將數(shù)據(jù)輸出到相應(yīng)的顯示器中顯示。

2．主要功