感应式单相电能表的工作原理.docx

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1、感应式单相电能表的工作原理一、圆盘的转动定性分析1、磁通的分布情况：由右手螺旋定则，交变电流经过导线或线圈时，会产生磁场。如图1-6所示电线圈并联在电源两端，电压U在电压线圈中产生激磁电流IU,IU产生的磁通U从电压铁芯中柱经磁极穿过圆盘回中柱，叫电压工作磁通。电流元件位于圆盘下方,电流线圈串联在电路和负载之间，负载电流I产生的电流工作磁通I,I穿过原盘。因此，对圆盘而言，有两个大小相等、方向相反的两束电流工作磁通I,zI从不同位置两次穿过圆盘，而电压工作磁通U一次穿过圆盘，于是相当于有三束磁通作用于圆盘上，所以，我们把感应式电能友又称为“三磁通型”电能表。“三磁通型”电能表。如图1-7所示。

2、现规定：磁通从下往上通过转盘为N极，以”表示，磁通从上往下通过转盘为s极，以“X”表示，所以转盘上三个磁极的位置分别为AI（N极）、A2（N极）、分（S极）。2、驱动力矩的产生因电压铁芯和电流铁芯都不闭合，有气隙，所以在磁路不饱和段可看成线性铁芯，当激磁电流I和IU为正弦波时，其产生的响应磁通也为正弦波。三束交变的磁通作用在圆盘上，根据电磁感应定律，就会在圆盘内产生三个交变的感应电流，且相位滞后于对应的磁通909o这三个感应电流也叫涡流，其波形仍是正弦波。根据左手定则可知，三个工作磁通I,zI和U分别与穿过各自区域的涡流相互作用，产生推动圆盘转动的电磁力。其作用对应关系如图1-8所示(见图1-

3、8(ab)电磁力的产生和图1-8(cd)电磁力的产生)。由于磁通I,zI和U随时间按正弦规律变化，所以当磁通穿过转盘时，在转盘上呈现的磁极极性及磁通量的大小也是变化的。对时间tl至t4瞬时来说，穿过转盘磁通最大值从磁极Al向磁极A3逐渐移动，也就是说，在一个周期内，它经过了所有3个磁极，我们可看作有个磁场不断重复地从磁极Al移向A3,这就是旋转磁场。即旋转磁场的方向是从相位超前的磁通所在的空间位量(I)移向相位迟后的磁通(U)所在的空间位置。按图示的磁极位置中旋转磁场的方向为逆时针移动方向，如果改变磁通I和U的相位关系，便可以改变旋转磁场的方向。总的来说，转动力矩由两部分所组成：电压磁通由U与

4、电流磁通所产生的涡流iPI、i,PI,相互作用而产生Fl、F2；电流磁通I,I与电压磁通所产生的涡流iPU相互作用所产生F3、F4。我们可以分四个区域来研究电能表力矩的产生。如图1-8所示。1)、0l8T时间电磁力的方向分析(1)由图1-6得穿过转盘的磁通U、I,I方向。(2)由课本图1-8得该时间段内各磁通的变化趋势。(3)根据楞次定理和右手定则得涡流iPU、iPI、i,PI的方向。(4)由左手定则判断各电磁力的方向。2)、同理可分析其他时段电磁力的方向分析图1-8电磁力的方向分析a)(H/8T时间；b)t=(2/8)(3/8)T；C)t=(48)(58)T;d)t=(68)(78)T3)、

5、t=tx时电磁力的方向分析根据左手定则判定电磁力FhF2方向向左，F3、F4的方向向右，这时，转盘的转动方向由多数时刻电磁力的方向决定，且，其转动有惯性。所以，在一个周期T内，转盘始终逆时针方向转动。(3)圆盘转数与被测电能的关系：电能表常由上述条件，当负载功率不变时，驱动力矩与制动力矩保持平衡，于是圆盘便作勾速转动。当负载功率增加或减少时，驱动力矩便随之增加或减少，于是圆盘转速也随之变快或变侵。所以，制动力矩MT也要增加或减少，直到负载功率不再改变时，驱动力矩又在新的条件下与制动力矩保持平衡。于是圆盘便在新的转速下作匀速转动。总之，制动力矩总是能够与驱动力矩保持平衡。所以，当圆盘作匀速转动时

6、必有以下关系：(1-7)假定某一段时间内负载功率保持不变，并设时间T内圆盘转过N转，则N=nT。代入式(1-7),则有：(1-8)式中W一时间T内通过电能表的电量，kwh；C一电能表的常数,r/(kwh)o式(18)说明，电能表在一定的功率下运行，经过时间T圆盘转过的转数是与这段时间内通过电能表的电量成正比的，因此通过记录转盘转数的计度器，可以显示出负载在一定时间内所消耗的电能。所以，可以用圆盘转数代表电量的多少，并且，它对变化的负载也是适用的。5、计度器示数与被测电能的关系：电能最终要通过计度器直接显示出来，则还需计度器的齿轮能将回盘的转数转换为以电能为单位的指示值。它们之间的关系可用下面的

7、公式表示：(1-9)式中，K传动比，它是末位字轮走一整圈，转盘转动的圈数。CJ一计度器的系数，kwh/字。末位字轮走一个字代表的千瓦小时数。为了方便电量的抄读。取CJ为10的整数次幕，则CJ=IOa,显然a由计度器窗口的小数值决定。当小数位窗口为一位时，a=T,小数窗口为两位时，a=-2以此类推，当末位窗口为整数位时，a=0o末位字轮转一周是10个字，因此，IOCJ是末位字轮转一周所代表的千瓦小时数。二者之间的比值恰符合电能表常数的定义，即每千瓦小时圆盘的转数。举例说明，例1T：某感应式电能表计度器传动比K=480r,其窗口有一位小数位。求该电能表常数应为多少？解：窗口有一位小数位，即CJ=I

8、O-1kwh/字。该电能表常数：(3)圆盘转数与被测电能的关系：电能表常由上述条件，当负载功率不变时，驱动力矩与制动力矩保持平衡，于是圆盘便作勾速转动。当负载功率增加或减少时，驱动力矩便随之增加或减少，于是圆盘转速也随之变快或变侵。所以，制动力矩MT也要增加或减少，直到负载功率不再改变时，驱动力矩又在新的条件下与制动力矩保持平衡。于是圆盘便在新的转速下作匀速转动。总之，制动力矩总是能够与驱动力矩保持平衡。所以，当圆盘作匀速转动时必有以下关系：(1-7)假定某一段时间内负载功率保持不变，并设时间T内圆盘转过N转，则N=nT。代入式(1-7),则有：(1-8)式中W一时间T内通过电能表的电量，kw

9、h；C一电能表的常数，r/(kwh)o式(18)说明，电能表在一定的功率下运行，经过时间T圆盘转过的转数是与这段时间内通过电能表的电量成正比的，因此通过记录转盘转数的计度器，可以显示出负载在一定时间内所消耗的电能。所以，可以用圆盘转数代表电量的多少，并且，它对变化的负载也是适用的。5、计度器示数与被测电能的关系：电能最终要通过计度器直接显示出来，则还需计度器的齿轮能将回盘的转数转换为以电能为单位的指示值。它们之间的关系可用下面的公式表示：(1-9)式中，K传动比，它是末位字轮走一整圈，转盘转动的圈数。CJ-计度器的系数，kwh/字。末位字轮走一个字代表的千瓦小时数。为了方便电量的抄读。取CJ为10的整数次基，则CJ=IOa,显然a由计度器窗口的小数值决定。当小数位窗口为一位时，a=-1,小数窗口为两位时，a=-2以此类推，当末位窗口为整数位时，a=0。末位字轮转一周是10个字，因此，IOeJ是末位字轮转一周所代表的千瓦小时数。二者之间的比值恰符合电能表常数的定义，即每千瓦小时圆盘的转数。举例说明，例1T：某感应式电能表计度器传动比K=480r,其窗口有一位小数位。求该电能表常数应为多少？解：窗口有一位小数位，即CJ=Io-1kwh/字。该电能表常数: