电气技术
功率表也叫瓦特表。一种测量电功率的仪器。电功率包括有功功率、无功功率和视在功率。未作特殊说明时,功率表一般是指测量有功功率的仪表。在超高频和微波频段,有TEM波和非TEM波之分。在TEM波的同轴系统中,电压和电流虽有确切含意,但测量其绝对值很困难。在波导系统中,因为存在不同的电磁模式,电压和电流失去唯一性。在个频段和各传输系统中,功率是单值表征信号强度的重要方法。在射频范围直接测量功率代替了电压和电流的测量。
图1所示为三相功率因数表表后接线柱情况及接线方法示意。三个电压接线柱分别标有UA、UB、UC、两个电流接线柱务标有IA,意思是功率因数表所取电流应与左边电压接线柱所接电压同相。并且与负荷电流同方向的电流互感器二次电流应以标有*号的接线柱流入,从另一个接线柱流出。左边电压接线柱也标有*号,也是说明此电压应与电流同相。下面通过一个实例来具体介绍一下功率因数表的正确接线方法。
图2是一个低压母线示意简图。准备在电容柜上安装一只三相功率因数表,由于安装位置有限,为功率因数表取电流的电流互感器安装在中相。
由于电流互感器安装在中相(绿相),则电压接线柱左边那个应接绿色相电压。然后以绿色相为UA,用相序表测定黄、绿、红三相电压的相序,结果是绿一黄一红为正相序。图2中括号所标的UA、UB、UC即为相序表测定的结果.则在中间的电压接线柱应接黄相电压.右边的电压接线应接红色相电压。电压线接好后,
再看电流线怎样连接。由于电流互感器的极性标注法是减极性的,即一次电流从L1端流人互感器,则互感器的二次电流从K1端流出,所以就应把电流互感器的K1端与功率因数表的标有*号的电流接线往相连,K2端与另一电流接线柱相连。这样就相当于负荷电流流入了标有*号的电流接线柱(如图2中箭头方向所示)。
虽然功率因数表装在电容柜上,但它反映的是低压总母线上的功率因数,故电流互感器应安装在总母线上
电动系测量机构用于功率测量时,其定圈串联接入被测电路;而动圈与附加电阻串联后并联接人被测电路。国家标准规定,在测量线路中,用一个圆加-条水平粗实线和一条竖直细实线来表示电压与电流相乘的线圈。电动系功率表的电路原理图如图1所示。显然,通过定圈的电流就是被测电路的电流I,所以通常称定圈为电流线圈;动圈支路两端的电压就是被测电路两端的电压,所以通常称动圈为电压线圈,而动圈支路也常被称为电压支路。
①当用于直流电路的功率测量时,通过电流线圈的电流I;与被测电路电流相等,即
I1=I
图1 电动系功率表的原理电路图
而电压线圈中的电流Jz可由欧姆定律确定,即
由于电流线圈两端的电压降远小于负载两端的电压U,所以可以认为电压支路两端的电压与负载电压tJ是相等的。式(2-21)中R2是电压支路总电阻,它包括电压线圈电阻和附加电阻Rfj。对于一个已制成的功率表,R2是一个常数。又因为电动系功率表可动部分的偏转角为
即电动系功率表用于直流电路的测量时,其可动部分的偏转角α正比于被测负载功率P。
②当用于交流电路的测量时,通过电流线圈的电流I,等于负载电流I,即
而通过电压线圈的电流I2与负载电压J成正比,即
式中 Z2——电压支路的总阻抗。
由于电压支路中附加电阻R凸总是比较大,在工作频率不太高时,电压线圈的
感抗可以忽略不计。因此,可以近似认为电压线圈电流I2与负载电压J是同相的,即I2与山之间的相位差等于零,而I1与I2之间的相位差矽跟J;与山之间的相位差¢相等,如图2所示。
因此可得
图2 I1、U、∮、I2、φ的相位关系
即电动系功率表用于交流电路的功率测量时,其可动部分的偏转角α与被测电路的有功功率P成正比。虽然这一结论是在正弦交流电路的情况下得出的,但它对非正弦交流电路同样适用。
如下:
功率表的使用分为如下三个步骤。
①正确选择功率表的量程。选择功率表的量程就是选择功率表中的电流量程和电压量程。使用时应使功率表中的电流表程不小于负载电流,电压量程不低于负载电压,而不能仅从功率量程来考虑。例如,两只功率表,量程分别是ia、300v和2a、150v,由计算可知其功率量程均为30ow,如果要测量一负载电压为220v、电流为ia的负载功率时应逸用ia、300v的功率表,而2a、150v的功率表虽功率量程也大于负载功率,但是由于负载电压高于功率表所能承受的电压150v,故不能使用。所以,在测量功率前要根据负载的额定电压和额定电流来选择功率表的量程。
②正确连接测量线路。电动系测量机构的转动力矩方向和两线圈中的电流方向有关,为了防止电动系功率表的指针反偏,接线时功率表电流线标有“·”号的端钮必须接到电源的正极端,而电流线圈的另一端则与负载相连,电流线圈以串联形式接入电路中。功率表电压线圈标有“·”号的端钮可以接到电源端钮的任一端上,而另一电压端钮则跨接到负载的另一端,如图1所示。 当负载电阻远大于电流线圈的电阻时,应采用电压线圈前接法见图1(a)。这时电压线圈的电压是负载电压和电流线圈电压之和,功率表测量的是负载功率和电流线圈功率之和。如果负载电阻远远大于电流线圈的电阻,则可以略去电流线圈分压所造成的影响,测量结果比较接近负载的实际功率值。 当负载电阻远远小于电压线圈电阻时,应采用电压线圈后接法见图1(b) 。这时电压线圈两端的电压虽然等于负载电压,但电流线圈中的电流却等于负载电流与功率表电压线圈中的电流之和,测量时功率读数为负载功率与电压线圈功率之和。由于此时负载电阻远小于电压线圈电阻,所以电压线圈分流作用大大减小,其对测量结果的影响也可以大为减小。 如界被测负载本身功率较大,可以不考虑功率表本身的功率对测量结果的影响,则两种接法可以任意选择。但最好选用电压线圈前接法,因为功率表中电流线圈的功率一般都小于电压线圈支路的功率。
③正确读数。一般安装式功率表为直读单量程式,表上的示数即为功率数。但便携式功率表一般为多量程式,在表的标度尺上不直接标注示数,只标注分格。在选用不同的电流与电压量程时,每一分格都可以表示不同的功率数。在读数时,应先根据所选的电压量程u、电流量程i以及标度尺满量程时的格数&,求出每格瓦数(又称功率表常数)c,然后再乘上指针偏转的格数夕,就可得到所测功率p,即 例:有一只电压量程为250v,电流量程为3a,标度尺分格数为75的功率表,现用它来测量负载的功率。当指针偏转50格时负载功率为多少? 解:先计算功率表常数c c=ui/a,=250v×3a/75格=10w/格 故被测功率为 p=c色=10w/格×50格=500w。
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