《电磁测量技术》课件 李宝树 第四章解析

*
A *W
三
*相
B
*W
负
载
C
图4-17 两表法测量三 相功率的电路
* A *W
B
C *W *
三
相
*W *
负
载
*W *
图4-18 两表法测量三相功率的电路
说明： (1)图4-17和图4-18的三种接线方法测量结果完全相同，即使 负载不对称。
(2)在正确接线的情况下，由于1或2可能大于90o，W1或W2
章第五节)，计算出负载的功率因数，在计算出负载消耗的功率。
四、差流法
测量电路如图4-12所示，Z为被 测负载，R1和R2为已知标准电阻。分 别测出开关S合向“1”时的电流I1和开 关S合向“2”的电流I2，即可算出被测 负载消耗的功率
P
R1R2 2(R2 R1)
(I12
I
2 2
)
A
S
u
1
2
Z
R1
R2
U Rv
I2
图4-1 电动系功率表的电路
Rv是电压支路的总电阻，即动圈电阻和附加电阻之和。因此，偏
转角：
KI1I2 cos
KI U Rv
cos
K p IU cos K p P
KI1I 2
cos
KI
U Rv
cos
K p IU
cos
Kp
P
由此可见，指针偏转角与负载消耗的有功功率成正比，若按
有功功率刻度，即可制成功率表。电动系功率表可测直流功率，
在功率测量中常遇到被测电路功率因数很低的情况，从原理 上说，普通的电动式瓦特表也可以用于低功率因数电路的功率测 量，但在实际上，存在以下问题：
(1)读数误差大：由于被测功率较小，所以指针偏转较小； (2)角误差大：所谓角误差是指在普通瓦特表电压支路中由于 忽略了电压线圈的感抗,而认为电压支路中的电压与电流同相，这 样所引起的误差称为角误差。 (3)测量误差大：普通功率表本身的功率损耗大，在低功率因 数的电路中，被测功率较小，导致测量的(相对)误差增大。
内蒙古工业大学电力学院电力工程系 主讲: 李 雨 润
1
内蒙古工业大学电力学院电力工程系 主讲: 李 雨 润
2
第四章 功率和电能的测量
第一节 用电动系功率表直接测量单相有功功率
一、电动系功率表的工作原理
I1
静圈：称为瓦特表的电流线圈
动圈：称为瓦特表的电压线圈 U
Rm
ZL
由图4-1可见
I1 I
I2
图4-12 差流法测量功率的电路
五、功率------电压变换
i
如图4-13所示，假设
负载的电压、电流为
u Um sin t
RH
u
i Im sin( t )
将电流i通过线圈变换成磁
场，其磁感应强度为
R
B
H
iH
C
图4-13 功率----电压变换电路
B KBi KBIm sin( t )
将电压u通过霍尔元件变换成电流 iH，即
iH
u RH
KIUm sin t
霍尔元件输出的电动势为 eH KH BiH
RL
u0
eH KH BiH KH KBIm sin( t ) KIUm sin t
KH KBKIUmIm sin t sin( t )
KPUI cos KPUI cos(2t )
经有源滤波器将两倍频的交流分量滤掉，得
图4-4 电流线圈接反
图4-5 电压线圈接反
三、功率表的读数
P CD
式中P为被测功率,C为标尺的每格瓦数,又称功率表的功率常数。 C的数值可由下式决定：
C U N I N (瓦 / 格) Dm
正确选择功率表量程
功率表包括三个量程：电压量程、电流量程和功率量程。
四、低功率因数功率表
1.普通功率表测量低功率因数的负载存在的问题
图4-16 人工中性点法
2.两表法
适用于三相三线制电路，任意负载（对称、不对称均可）， 接线方法如图4-17所示，两表读数之和即为三相负载消耗的总功 率
P P1 P2 U ACI A cos1 UBCIB cos2
证明从略。可参阅邱关源《电路》(第五版)p.311。也可采用图418所示的两种接线方法。
)
I
IN
IZ
二、三电流表法
U
RN
Z
由图4-10及图4-11得：
I
2
I
2 Z
I
2 N
2IN
IZ
cos(
)
I
2 Z
I
2 N
2 U RN
IZ
cos
I
2 Z
I
2 N
2 RN
P
图4-10 三流表测量功率的电路
IN
U
I
IZ
图4-11 三流表测功率的相量图
P
RN 2
(I 2
I
2 Z
I
2 N
)
三、电位差计法
用电位差计分别测出负载两端的电压和通过负载的电流(第三
Uo KPUI cos
可见，滤波器输出的电压与负载消耗的功率成正比，把功率变换 成了电压。
第三节 三相功率的测量
一、三相有功功率的测量 1.一表法
A
*
* W
ZA B
ZB
C
ZC
图4-14 星形连接的负载
*
A
*W
B
ZCA
Z AB
Z BC C
图4-15 三角形连接的负载
*
A
*W
三
R0 B
R0
相 负
载
C
2.低功率因数功率表在结构上采取的措施
(1)提高灵敏度。用张丝代替轴承，即可消除摩擦力矩，又可 提高灵敏度。
(2)增加补偿线圈。(图4-6) (3)增加补偿电容。(图4-7)
*
*
*
*
U
Rm
ZL U
Rm1
C
ZL
Rm2
图4-6 带补偿线圈的功率表
图4-7 带补偿电容的功率表
3.低功率因数功率表的读数 低功率因数功率表是在较低的额定功率因数（通常有 cosφN=0.05、cosφN=0.1或cosφN=0.2 等）的条件下刻度的。因此， 其功率常数为：
如图4-8所示，分别测出标准电阻RN两端的电压UN、负载Z(设 为感性负载)两端的电压UZ和电源电压U，三电压的相量图如图4-9 所示,则根据余弦定理有
U
2
U
2 Z
U
2 N
2UZU N
cos(
)
U2
U
2 Z
U
2 N
2UZ IRN cos
U
2 Z
U
2 N
2RN P
P
1 2RN
(U 2
U
2 Z
U
2 N
C U N I N cosN (瓦 / 格)
Dm
注意：cosφN并非测量时负载的功率因数，而是在电流量程、电 压量程下指针满刻度偏转时的功率因数。
第二节 单相有功功率的间接测量
一、三电压表法
U N
RN
U
Z U Z
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图4-8 三电压表测量功率的电路
图4-9
U U Z
U N
I
三电压表测功率的相量图
也可测交流功率，且刻度均匀。
二、功率表的接线
1.两种正确的接线方法
*
*
U
Rm
图4-2 电压线圈前接
*
*
ZL
U
Rm
ZL
图4-3 电压线圈后接
图4-2电压线圈前接，适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗；
图4-3电压线圈后接，适用于负载阻抗远小于电流线圈阻抗。
2.两种错误的接线方法
Rm
*
*
*
*
U
Rm
ZL
U
ZL