第二章 感應(yīng)式電能表

1第二章感應(yīng)式電能表第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理本章的主要內(nèi)容：第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置2

感應(yīng)式電能表的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、調(diào)整容易。

缺點體積大、制造精度不容易提高。電能表的分類：1、按使用電源性質(zhì)分：交流電能表和直流電能表2、按結(jié)構(gòu)和原理分：感應(yīng)式電能表和電子式電能表3、按準(zhǔn)確度等級分類：普通式安裝式電能表(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：工業(yè)與民用電能表及特殊用途電能表31.1

單相交流感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)感應(yīng)式儀表：利用固定的交變磁場與由該磁場在可動部分的導(dǎo)體（轉(zhuǎn)盤）所產(chǎn)生的感生電流之間的相互作用，產(chǎn)生一驅(qū)動力矩，使轉(zhuǎn)盤以正比于負(fù)載功率的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的儀表。單相感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)：測量機構(gòu)：驅(qū)動元件1-4轉(zhuǎn)動元件5、6（8、9、10、11）制動元件7永久磁鐵及其調(diào)整裝置軸承鋼珠寶石軸承、磁力軸承磁懸式計度器積算機構(gòu)字輪式和指針式輔助部件：基架外殼端鈕盒銘牌底座磁推式利用固定的交變磁場與由該磁場在可動部分的導(dǎo)體中所感應(yīng)的電流之間的作用力而工作的儀表，稱為感應(yīng)式儀表。常用的單相電能表就是一種感應(yīng)式儀表，它是4第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理利用固定交流磁場與該磁場在可動部分的導(dǎo)體所感應(yīng)的電流之間的作用力而工作的儀表，稱為感應(yīng)式儀表。常用的單相電能表就是一種感應(yīng)式儀表。盡管單相電能表的型號繁多，但其結(jié)構(gòu)基本相同，都是由測量機構(gòu)和輔助部件（基架、底座、外殼、端鈕盒和銘牌）組成。測量機構(gòu)是電能表實現(xiàn)電能測量的核心。由以下部件組成：驅(qū)動元件、轉(zhuǎn)動元件、制動元件、上軸承、下軸承、計度器組成。5第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理一、單相感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)1、測量機構(gòu)1）驅(qū)動元件：包括電壓元件和電流元件，作用是在交變的電壓和電流產(chǎn)生的交變磁場穿過轉(zhuǎn)盤時，該磁通與其在轉(zhuǎn)盤中感應(yīng)的電流相互作用，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。電壓元件：電壓元件由電壓鐵芯1、電壓線圈2和回磁極12組成。繞在電壓鐵芯上的電壓線圈與負(fù)載相并聯(lián)，不論有無負(fù)載電流，電壓線圈總是消耗功率的，一般其消耗功率控制在0.5-1.5W之內(nèi)。電壓線圈的特點：

匝數(shù)多，線徑細(xì)。6第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理電流元件：電流元件由電流鐵芯3和電流線圈4組成。繞在電流鐵芯上的電流線圈與負(fù)載相串聯(lián)，因此通過電流線圈的電流就是負(fù)載電流。電流線圈采用0.35mm厚的“U”形高硅鋼片疊成，電流線圈的特點是：匝數(shù)少，通常分為相等匝數(shù)的兩部分，分別繞在“U”形鐵芯上，其繞制方向相反，以保證電流、磁通在鐵芯內(nèi)部的方向相同。它的安匝數(shù)一般在60-150安匝范圍內(nèi)，線圈線徑一般按電流密度為3-5A/mm2考慮。7

（1）電壓元件由電壓鐵芯1、電壓線圈2和回磁極12組成。電壓鐵芯采用0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成。電壓線圈的特點是匝數(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。電能表接入被測電路后，不論有無負(fù)載電流，電壓線圈總是帶電，成年累月地消耗電能，一般要求功率消耗不超過1.5W。回磁極固定在電壓鐵芯上，它的作用是構(gòu)成電壓工作磁通回路。8

（2）電流元件由電流元件由電流鐵芯3和電流線圈4組成。電流鐵芯是由0.35～0.5mm厚優(yōu)質(zhì)硅鋼片疊成“U”形，電流線圈通常分為匝數(shù)相等的兩部分，分別繞在“U”形鐵芯的兩柱上，其繞向相反，以保證電流磁通在鐵芯內(nèi)的方向相同，如圖所示。電流線圈的特點是匝數(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。9電壓元件電流元件元件構(gòu)成由電壓鐵芯1、電壓線圈2和回磁極12組成由電流鐵芯3和電流線圈4組成。鐵心材料采用0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成由0.35～0.5mm厚優(yōu)質(zhì)硅鋼片疊成“U”形線圈特點匝數(shù)多、線徑細(xì)。匝數(shù)少、通常分為匝數(shù)相等的兩部分，分別繞在“U”形鐵芯的兩柱上，其繞向相反，以保證電流磁通在鐵芯內(nèi)的方向相同，線徑粗。線圈連接與負(fù)載是并聯(lián)連接。與負(fù)載是串聯(lián)連接。功耗電能表接入就一直會消耗功率，功率控制在0.5~1.5W，不超過1.5W。不超過2.0VA其他回磁極固定在電壓鐵芯上，它的作用是構(gòu)成電壓工作磁通回路。1.5*10-3*720=1.08KWH所以，每月空載耗電約為1度電。10第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理切線式：電壓鐵芯垂直于轉(zhuǎn)盤半徑方向平面放置；輻射式：電壓鐵芯平行于轉(zhuǎn)盤半徑方向放置；切線式驅(qū)動元件比輻射式的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便于安裝及大批量生產(chǎn)，并具有較好的技術(shù)性能，因此，得到了廣泛的采用。切線式驅(qū)動元件輻射式驅(qū)動元件電能表驅(qū)動元件的布置方式11分離式封閉式組合式第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理分離式：耗用硅鋼片較少，便于檢修。但是沿電壓、電流鐵芯的各個磁路氣隙和鐵芯本身的對稱性不易控制，往往造成同一類型電能表的計量特性不一致，容易產(chǎn)生電壓、電流潛動，檢修時盡量避免拆卸。封閉式：可以利用電壓工作磁通磁化電流鐵芯，改善輕載時的特性，同一類型電能表計量特性的重復(fù)性較好，不易產(chǎn)生電壓、電流潛動，但是沖制鐵芯耗用的鋼材較多，繞制和檢修電壓、電流線圈困難。組合式：比封閉式較易裝配電壓、電流線圈。切線式驅(qū)動元件分類12切線式驅(qū)動元件分為分離式、封閉式和組合式三種基本結(jié)構(gòu)耗用硅鋼片計量特性重復(fù)性潛動影響繞制和檢修線圈分離式少不好易于產(chǎn)生便于繞制和檢修封閉式較多好不易產(chǎn)生不便組合式較少較好不大便于繞制和檢修應(yīng)用上大批量使用精密表精密表13第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理2）轉(zhuǎn)動元件：由轉(zhuǎn)盤5和轉(zhuǎn)軸6組成，轉(zhuǎn)盤在驅(qū)動元件所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩下連續(xù)轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)盤用純鋁板制成，轉(zhuǎn)盤邊緣涂以計算轉(zhuǎn)數(shù)的標(biāo)記。轉(zhuǎn)軸一般用鋁或銅合金棒制成，轉(zhuǎn)軸上裝有蝸桿，蝸桿與計度器上的蝸輪10相嚙合，轉(zhuǎn)軸上還裝有鋼絲制成的防潛針，用以防止?jié)搫?。轉(zhuǎn)動元件的作用是在電能表工作時，把轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)數(shù)傳遞給計度器。

導(dǎo)電率大、重量輕、一定的機械強度14第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理3）制動元件：由永久磁鐵及其調(diào)整裝置組成，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通被轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)盤切割時，與在轉(zhuǎn)盤中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用形成轉(zhuǎn)動力矩，使轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速與被測功率成正比變化。制動元件按永久磁鐵的結(jié)構(gòu)形式及其在轉(zhuǎn)盤上的布置方式，可分為如圖所示的幾種材料：鋁鎳合金或鋁鎳鈷合金壓鑄而成。性能：磁性穩(wěn)定，受外界磁場和溫度影響要小。調(diào)整裝置是為了改變制動力矩的大小15第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理4）軸承：電能表的軸承分為上軸承9和下軸承8，下軸承8位于轉(zhuǎn)軸6下端，其質(zhì)量好壞對電能表的準(zhǔn)確度和使用壽命有很大的影響。它由上、下軸承組成。上軸承位于轉(zhuǎn)軸上端，起定位和導(dǎo)向作用。圖所示為一種常見的上軸承結(jié)構(gòu)。下軸承位于轉(zhuǎn)軸下端，用以支撐轉(zhuǎn)動元件的全部重量。16現(xiàn)代電能表的軸承結(jié)構(gòu)主要有兩種：

（1）鋼珠寶石軸承?？煞譃閱螌毷碗p寶石軸承，其結(jié)構(gòu)的基本類型有三種，如下圖所示。（2）磁力軸承。它的類型主要有兩種，如下圖所示。磁推軸承利用下軸承采用的磁鐵之間的排斥力支撐轉(zhuǎn)動元件，而磁懸軸承利用上軸承采用的磁鐵之間的吸引力，將轉(zhuǎn)動元件懸浮于空間。又分為正寶石軸承和倒寶石軸承17硬度較大的寶石為主動態(tài)，其磨損較a要小工藝復(fù)雜，成本高，磨損均勻，使用壽命延長1819第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理5）計度器：計度器又稱積算機構(gòu)，用來累計轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)，以顯示所測定的電能。常用的有字輪式和指針式。較常見的為字輪式計度器，其結(jié)構(gòu)如圖所示。字輪式計度器有一個重要的參數(shù)即傳動比

計度器的傳動比是指其末位字輪轉(zhuǎn)一圈時轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)。20字輪式計度器有一個重要的參數(shù)即傳動比。

計度器的傳動比是指其末位字輪轉(zhuǎn)一圈時轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)數(shù)。21第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理2、輔助部件1）基架：用于支撐和固定測量機構(gòu)，對電能表的性能有一定的影響，故基架應(yīng)有足夠的機械強度。2）外殼：由底座與表蓋等組合而成，底座用來組裝測量結(jié)構(gòu)，常用鋼板或塑料壓制而成，表蓋有用鋁板沖壓成的，也有用玻璃、膠木或塑料壓制而成。3）端鈕盒：用于連接電能表的電流、電壓線圈和被測電路，其中的銅質(zhì)端鈕盒表面要有良好的鍍層，這個端鈕盒要有足夠的機械強度和良好的絕緣。4）銘牌：銘牌附在表蓋上或固定在計度器的框架上，它應(yīng)標(biāo)明制造廠、表型、額定電壓、標(biāo)定電流、額定最大電流、頻率、相數(shù)、準(zhǔn)確度等級以及電能表常數(shù)等。22第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理二、單相感應(yīng)式電能表的工作原理1、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動原理與驅(qū)動力矩表達(dá)式運行中的電能表，其轉(zhuǎn)盤之所以轉(zhuǎn)動，就是因為受到電磁力形成的驅(qū)動力矩的作用。即轉(zhuǎn)盤是個導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)盤上穿過磁通，導(dǎo)體中便有電流通過，在磁場力作用下受到電磁力所形成的驅(qū)動力矩的作用而轉(zhuǎn)動。

由電工原理知，載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受到的電磁力的作用，根據(jù)左手定則電磁力的表達(dá)式為：

當(dāng)電能表的電壓線圈和電流線圈接到被測電路后，相應(yīng)地在電壓鐵芯和電流鐵芯中產(chǎn)生了磁通，按右手螺旋法則可以分別確定出磁通的方向，如下圖所示。23回磁極電壓鐵芯電流線圈電流鐵芯電壓線圈轉(zhuǎn)盤電能表內(nèi)磁通的分布情況24（1）穿過轉(zhuǎn)盤的磁通右圖所示為電能表各磁通的分布情況，電壓線圈2加上電壓U時，線圈中有電流通過，產(chǎn)生了磁通。它又可以分為兩部分：電能表各磁通的分布情況磁通，它的通過路徑是：還有一部分是經(jīng)空氣隙而閉合的漏磁通。b.磁通，它的通過路徑是：第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理25a.磁通，它通過的路徑一部分是沿電流鐵芯、回磁極到電流鐵芯另一邊柱構(gòu)成回路；另一部分是電流線圈的漏磁通。氣隙的磁阻大，鐵芯的磁阻小，因此，磁通約大于磁通3～6倍。從上面的磁通通過的路徑的分析中可以得出，磁通穿過轉(zhuǎn)盤的稱為電壓工作磁通；磁通不穿過轉(zhuǎn)盤，稱為電壓非工作磁通。當(dāng)負(fù)載電流通過電流線圈4時，產(chǎn)生了磁通，它也可以分為兩部分：b.磁通，它通過的路徑是：穿過轉(zhuǎn)盤的磁通稱為電流工作磁通；不穿過轉(zhuǎn)盤的磁通，稱為電流非工作磁通。第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理26

電壓工作磁通ΦU一次穿過轉(zhuǎn)盤，電流工作磁通ΦI從不同位置兩次穿過轉(zhuǎn)盤構(gòu)成回路，對轉(zhuǎn)盤而言，相當(dāng)于有大小相等方向相反的兩個電流工作磁通ΦI和ΦI′通過轉(zhuǎn)盤，如圖所示。

現(xiàn)規(guī)定：磁通從下往上通過轉(zhuǎn)盤，以“·”表示，磁通從上往下通過轉(zhuǎn)盤，以“×”表示，所以轉(zhuǎn)盤上三個磁極的位置分別為A1、A2、A3。

因而構(gòu)成“三磁通”型感應(yīng)式電能表27

交變的工作磁通ΦI、ΦI′和ΦU穿過轉(zhuǎn)盤時，各工作磁通產(chǎn)生相應(yīng)遲后90o的感應(yīng)電動勢ePI、ePI′和ePU以及感應(yīng)電流iPI、iPI′和iPU，這就是轉(zhuǎn)盤上電流產(chǎn)生的原因。28（2）移進(jìn)磁場假設(shè)：電壓鐵芯和電流鐵芯工作在不飽和狀態(tài)，則在正弦交流電壓和電流的作用下，各工作磁通的波形按正弦規(guī)律變化。(1)忽略電流磁通回路中的損耗，則電流磁通與負(fù)載電流同相位。

(2)電壓線圈的感抗很大，電壓工作磁通滯后電壓約。(3)負(fù)載為感性，其功率因數(shù)角為。

(4)

以電流工作磁通為參考軸，各工作磁通及其在轉(zhuǎn)盤內(nèi)的電流間的相位關(guān)系如右圖所示，它們的瞬時值為：

磁通和感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流相量圖第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理29第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理各工作磁通隨時間的變化關(guān)系曲線如下所示：波形圖移進(jìn)磁場工作磁通是交變的，由此可見，穿過轉(zhuǎn)盤的磁通最大值從磁極A1向磁極A3逐漸移近，形成了移近磁場。30第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理各工作磁通隨時間的變化關(guān)系曲線如下所示：波形圖移進(jìn)磁場移進(jìn)磁場在轉(zhuǎn)盤內(nèi)感應(yīng)電流，產(chǎn)生驅(qū)動力矩來帶動轉(zhuǎn)盤向移進(jìn)磁場的方向移動，即從相位超前的磁通位置移向相位之后的磁通位置。A1A2A331第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理（3）驅(qū)動力矩電磁力與作用力臂的乘積即為使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩。

形成形成驅(qū)動力矩瞬時值表達(dá)式轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向？32第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理由于轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量較大，因此轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向決定于瞬時轉(zhuǎn)矩在一個周期的平均值，即

磁通和感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流相量圖33第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理它表明：電能表的驅(qū)動力矩和穿過轉(zhuǎn)盤的兩個工作磁通以及它們之間相位差的正弦值乘積成正比。

怎樣做會改變電能表的轉(zhuǎn)動方向？從以上討論中我們得到電能表轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向決定于旋轉(zhuǎn)磁場方向，若改變旋轉(zhuǎn)磁場方向，電能表的轉(zhuǎn)向也隨之改變。因此，若電流磁通方向改變（即電流線圈中電流方向改變）或電壓磁通方向改變（即電壓線圈中電流方向改變），都將改變電能表的轉(zhuǎn)動方向。34第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理（4）驅(qū)動力矩與負(fù)載功率的關(guān)系

35第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理代入驅(qū)動力矩的表達(dá)式，得

36

從上面的討論中，可以得出以下結(jié)論（MQ）：

（1）兩個交變的磁通彼此在時間上有不同的相位，在空間上有不同的位置，才能產(chǎn)生驅(qū)動力矩。（2）轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向是由時間上超前的磁通指向滯后的磁通。

37第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理2、制動力矩當(dāng)電能表的負(fù)載功率不變時，轉(zhuǎn)盤就受到一個大小和方向不變的驅(qū)動力矩的作用。為使轉(zhuǎn)盤在恒定的功率下作等速旋轉(zhuǎn)，就需要對轉(zhuǎn)盤施加一個與驅(qū)動力矩大小相等、方向相反的反作用力矩，這個反作用力矩就是制動力矩。設(shè)置永久磁鐵就是對轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生一個制動力矩，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速保持和負(fù)載功率成正比的關(guān)系。制動力矩表達(dá)式制動力矩的形成繼續(xù)3839

圖中表示出永久磁鐵和轉(zhuǎn)盤的相對位置，永久磁鐵1中的磁通ФT從N極出發(fā)經(jīng)過氣隙→轉(zhuǎn)盤→氣隙→永久磁鐵的S極，然后再沿永久磁鐵的磁軛回到N極構(gòu)成回路，此磁通是不隨時間變化的。返回40第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理制動力矩總是與轉(zhuǎn)速n成正比變化，故能阻止轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動。這正是要保證電能表正確工作必須滿足的另一個主要條件。41第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理3、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與負(fù)載消耗電能的關(guān)系42第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理43第一節(jié)感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)和工作原理4、單相感應(yīng)式電能表的相量圖單相感應(yīng)式電能表相量圖單相電能表理想相量圖

單相電能表的相量圖，實際上就是驅(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44單相感應(yīng)式電能表的相量圖ΦI

與ΦU相位差ΨI

與ΦI相位差αI5~15°U

與I相位差φI

U與ΦU相位差αU20~25°Ψ+φ=β-αI∴要求β-αI=90°理想相量圖45∴要適當(dāng)調(diào)整電壓線圈參數(shù)及磁路參數(shù)，調(diào)整αI

、αU

，以滿足β＞90°αI——實際中不可避免的存在，原因：電流鐵芯的磁滯、渦流損耗及轉(zhuǎn)盤中的感應(yīng)電流損耗理想相量圖（理想：αI=αU=0°φU=β

＝90°）要求β-αI=90°,即β＞90°αU——實際中不可避免的存在，原因：電壓鐵芯的磁滯、渦流損耗及轉(zhuǎn)盤中的感應(yīng)電流損耗46三相交流感應(yīng)式電能表的結(jié)構(gòu)

三相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轉(zhuǎn)動元件上，并由一個計度器指示三相電路消耗的總電能。47

由于三相電能表各組元件之間存在電磁的相互影響，這一因素不能忽視，需要專門平衡調(diào)整裝置以減小附加誤差。48課堂練習(xí)：某低壓動力用戶，有24KW功率因數(shù)為0.8的電動機一臺，若供電電壓380V，問應(yīng)安裝一只多少安培的電能表？解答：故應(yīng)安裝50安培的電能表

49第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性由電能表的工作原理可知，在任何負(fù)載條件下，只有與負(fù)載功率成正比的驅(qū)動力矩和制動力矩作用在轉(zhuǎn)盤上，電能表才能正確計量電能。但實際除了這兩種基本力矩，還有抑制力矩、摩擦力矩和補償力矩等附加力矩的作用，這樣就破壞了轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速和負(fù)載功率成正比的關(guān)系，引起了電能表的誤差。

誤差分類：基本誤差：電能表在規(guī)定電壓、頻率和溫度條件下，測得的相對誤差值。附加誤差：電能表在運行過程中，由于電壓、頻率和溫度等外界條件變化所產(chǎn)生的誤差?；菊`差規(guī)定的條件包括：電壓UN（1±1%）頻率50Hz（1±0.5%）環(huán)境溫度20℃

（1±3%）波形畸變系數(shù)不超過±5%垂直傾斜不超過±1°無外磁場影響預(yù)熱時間：電壓加額定值不少于60min

電流通以Ib不少于15min

波形畸變系數(shù)：中壓電網(wǎng)為6.5%高壓電網(wǎng)為3%它是由電能表內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定。——電能表在規(guī)定的條件下測得的相對誤差。附加誤差它與電壓、頻率、溫度、波形畸變、外部磁場、傾斜度及運行不穩(wěn)定、相序改變、三相電壓不對稱、負(fù)載不平衡等有關(guān)?！蛲饨缫蛩卦斐呻娔鼙聿辉谝?guī)定的條件下運行所形成的相對誤差。52

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際電量；△W為負(fù)值說明測得的電量小于實際電量。53

對于同一量來說，絕對誤差值越小，測量的精度越高。但對不同的量就不能用絕對誤差來判斷測量的精度了。為了評價測量的精度，又提出了相對誤差的概念。

相對誤差就是被測電量的絕對誤差與其實際值之百分比，可表示為誤差的基本概念誤差：表示測量值與真實值之間的差別絕對誤差：?W=W-W?相對誤差：W∝P

M∝P

M＝MT∝n

55第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性一、電能表的負(fù)載特性曲線1、影響負(fù)載特性曲線的因素電能表的基本誤差隨著負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)的變化的曲線，通常稱為電能表的負(fù)載特性曲線或基本誤差特性曲線。影響負(fù)載特性曲線的因素有以下幾個方面：（1）抑制力矩的影響

（2）摩擦力矩的影響

（3）電流鐵芯磁化曲線非線性的影響

（4）補償力矩56第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性（1）抑制力矩的影響抑制力矩：轉(zhuǎn)盤在驅(qū)動力矩的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動時，除了切割制動磁通而形成的制動力矩外，還切割交流電流、電壓工作磁通，在轉(zhuǎn)盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流，與交變的磁通相互作用，也會形成阻礙轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的力矩。此力矩與所作用的磁通的平方成正比。57第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性MU

=

KU

·ΦU

2·

n

MI

=

KI

·ΦI

2·

n

∝∝——產(chǎn)生電流抑制誤差——不會引起明顯的附加誤差58第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性（2）摩擦力矩的影響抑制力矩：電能表的制動元件在驅(qū)動力矩作用下，要靠上、下軸承的支撐轉(zhuǎn)動，并通過齒輪傳動機構(gòu)帶動計度器記錄所測得的電能值。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動元件旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸之間、計度器的傳動齒輪之間，必然產(chǎn)生一個與驅(qū)動力矩方向相反的力矩，即摩擦力矩。摩擦力矩總是阻礙轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，使電能表出現(xiàn)負(fù)誤差。隨著驅(qū)動力矩的增大，由摩擦力矩引起的誤差比例將減小。反之，當(dāng)電能表輕載運行時，摩擦力矩的相對影響較大。

實現(xiàn)電能表正確計量的條件之一是應(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。但實際上，鐵芯的磁化曲線是非線性的，如圖中曲線1所示。標(biāo)定電流Ib：標(biāo)于電能表上作為計算負(fù)載的基數(shù)電流額定最大電流Imax: 電能表長期正常工作，而誤差、溫升完全滿足規(guī)定要求的最大電流第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性（3）電流鐵芯磁化曲線非線性的影響60第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性電流鐵芯的磁化曲線——用等效力矩M′表示輕載時電流鐵心非線性的影響——產(chǎn)生負(fù)誤差輕載時，MU、MI、MM、M′阻礙轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生負(fù)誤差。誰來幫幫MQ？補償力矩MB分析：不設(shè)法補償，電能表就不能準(zhǔn)確工作。因此，在電能表的結(jié)構(gòu)中設(shè)置輕載調(diào)整裝置，使其產(chǎn)生和驅(qū)動力矩方向相同的附加力矩，以補償所引起的負(fù)誤差，該附加力矩稱為補償力矩?！a償力矩產(chǎn)生的原理與MQ相同空間位置不同、相位不同的幾個交變磁通，在轉(zhuǎn)盤上產(chǎn)生方向由相位超前的磁通所在位置指向相位滯后的磁通所在位置的力矩。銅片磁通φ’超前φ“的相位角（4）補償力矩第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性MQ產(chǎn)生原理補償力矩與加在電能表上的電壓和銅片A的位置有關(guān)。只要電能表接上電壓，不論電能表是否有負(fù)載電流，補償力矩總是存在。補償力矩的方向是由相位超前的磁通φ’移向相位滯后的磁通φ”

φU’及φU”∝φu

φu∝U/f補償力矩：電能表在輕載時，除了電流抑制力矩、摩擦力矩引起的負(fù)誤差外，還有電流鐵芯磁化曲線的非線性影響所引起的負(fù)誤差。因此，在電能表的結(jié)構(gòu)中設(shè)置輕載調(diào)整裝置，使其產(chǎn)生和驅(qū)動力矩相同的附加力矩，該力矩稱為補償力矩。當(dāng)負(fù)載電流變化時，各部分轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，但變化規(guī)律不同，因而基本誤差不同。MQ+MB=MT

+MU+MI+MM+M’感應(yīng)式電能表中各轉(zhuǎn)矩間的平衡關(guān)系：上述抑制力矩、摩擦力矩、電流鐵芯曲線的非線性影響及補償力矩，是使電能表產(chǎn)生基本誤差的主要原因。65第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性2、負(fù)載特性曲線（1）負(fù)載特性曲線因此，電能表在額定電壓、額定頻率、規(guī)定溫度以及的正常條件下，也會產(chǎn)生誤差，這個誤差的相對值稱為電能表的基本誤差。電能表的負(fù)載特性曲線：電能表的基本誤差隨著負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)而變化的關(guān)系曲線。

感應(yīng)式電能表的負(fù)載特性曲線（γ—I曲線）小于5%，誤差為正5%-30%，誤差為負(fù)30%-100%，誤差為正大于100%，誤差為負(fù)

電能表的基本誤差隨著負(fù)載電流和負(fù)載功率因數(shù)而變化的關(guān)系曲線，稱為電能表的負(fù)載特性曲線。

感應(yīng)式電能表的負(fù)載特性曲線（γ—I曲線）小于5%，誤差為正。低負(fù)載時，MQ較小，若MB>MM使電能表轉(zhuǎn)速加快。誤差表現(xiàn)為正值。MQ0.5=1/2MQ1故0.5時正誤差更大5%-30%，誤差為負(fù)。M’的負(fù)誤差影響增加，MM負(fù)誤差和MB正誤差的變化不大。使得誤差呈現(xiàn)負(fù)值。30%-100%，誤差為正。M’的負(fù)誤差影響減少了，I=Ib時，誤差為零。MM負(fù)誤差減小，MB仍為正誤差。M‘負(fù)誤差影響減小使得誤差呈現(xiàn)正值。大于100%，誤差為負(fù)。MI的負(fù)誤差影響急劇增加。MM可以忽略。Ｍ’的誤差趨于正值b點后誤差為負(fù)。68第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性69第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性理想負(fù)荷特性曲線運行時負(fù)載特性曲線盡可能平坦些，且cosφ=0.5線和cosφ=1線盡量靠近，這樣可使電能表在較寬負(fù)載范圍內(nèi)運行。現(xiàn)代電能表的發(fā)展，要求電能表在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)使用，以適用于各種用戶的需要。71第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性（1）改善負(fù)載特性曲線常用的方法輕負(fù)載電流范圍內(nèi)，電能表的負(fù)載特性主要取決于電流鐵芯非線性影響引起的負(fù)誤差，所得的特性是不夠理想的，甚至是不夠穩(wěn)定的，因此可采用以下方法改善：電流鐵芯選用初始導(dǎo)磁率較高且比較穩(wěn)定的材料，如D41~D43等牌號的硅鋼片。增大電流鐵芯的截面，縮短鐵芯長度，從而在同樣的負(fù)載電流下，增大電流鐵芯的磁通。用一部分電壓工作磁通磁化電流鐵芯，以提高電流鐵芯的初始磁通，從而避開了磁化曲線起始的彎曲部分，減小了非線性誤差。在大負(fù)載電流范圍內(nèi)，電能表的負(fù)載特性主要取決于電流抑制力矩引起的負(fù)誤差，因此可采用以下方法改善：增加永久磁鐵的制動力矩，降低轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速，這樣就能相對的減小電流抑制力矩在總制動力矩中所占的比例。增加電壓工作磁通。電流鐵芯增加磁分路。（改善大負(fù)載電流范圍的負(fù)載特性曲線）72第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性二、電能表的附加誤差電能表的附加誤差：電能表所在的外界條件與規(guī)定的工作條件是不同的，例如電壓、溫度、頻率可能偏離規(guī)定值，安裝時相序、垂直度不符合規(guī)定等。外界條件改變后，MQ、MT、MU、MI、MM、M′、MB等會有不同的變化從而破壞了總驅(qū)動與總制動的平衡，這時電能表產(chǎn)生的誤差稱為電能表的附加誤差。電壓UN（1±1%）頻率50Hz（1±0.5%）環(huán)境溫度20℃（1±3%）波形畸變系數(shù)不超過±5%垂直傾斜不超過±1°73第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性一、電壓影響電壓附加誤差：當(dāng)加于電壓線圈兩端的電壓發(fā)生變化時，將引起電壓鐵芯中磁通的變化，而在磁通路徑上，渦流損耗和磁滯損耗也有變化，致使電壓磁通大小以及工作磁通之間的相位關(guān)系發(fā)生變化，因而引起驅(qū)動力矩、電壓抑制力矩、補償力矩等的變化，從而產(chǎn)生電壓附加誤差。MQ=KΦIΦUsinψ∝UMU

=

KU

·ΦU

2·

n

∝74第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性電壓誤差隨著電壓的升高向負(fù)的方向變化（負(fù)誤差）。電壓降低時，電壓抑制力矩減小更快，引起正誤差。為減小電壓變化對電能表誤差的影響，一般采取以下措施在非工作磁通路徑中設(shè)置飽和段，例如在電壓鐵芯的下部磁軛打孔或減小下部磁軛截面積，其作用是有意識的增加電壓鐵芯的非線性誤差。當(dāng)電壓升高時，電壓工作磁通比非工作磁通增加得更快，其結(jié)果使驅(qū)動力矩增大，補償了由電壓升高時增加的電壓抑制誤差。增加制動力矩，使電壓抑制力矩在總的制動力矩中所占的比例下降。電壓誤差特性曲線75第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性二、溫度的影響溫度對電流工作磁通的影響2.電壓、電流工作磁通的變化：溫度升高時，電能表轉(zhuǎn)速加快，產(chǎn)生正的溫度誤差。反之，溫度降低，則產(chǎn)生負(fù)的溫度誤差。磁通隨著溫度的變化，電流抑制力矩也要變化，但不顯著。1、制動磁通的變化制動磁通是負(fù)溫度系數(shù)。T升，ΦT減小。MT減小,n加快，產(chǎn)生正的溫度誤差。反之，溫度降低時，產(chǎn)生負(fù)的溫度誤差。76第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性DT8型有功電能表的溫度誤差特性3.溫度的影響對內(nèi)相角的變化77溫度補償方法之一溫度補償方法之二第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性為減小溫度變化對電能表誤差的影響，一般采取以下措施：制動電磁鐵上加裝補償片-磁性合金片。電壓、電流工作磁通的路徑上加裝補償片。作用是：加強制動。原理——溫度升高，補償片導(dǎo)磁率下降，通過磁通減少，最終使通過轉(zhuǎn)盤制動磁通增加。作用是：減小驅(qū)動原理——當(dāng)溫度升高時，補償片導(dǎo)磁率降低，使電流工作磁通路徑上的磁阻增大，故電流工作磁通減少，驅(qū)動力矩減小，電能表轉(zhuǎn)速減慢78第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性三、頻率的影響1.電壓工作磁通的變化：當(dāng)電網(wǎng)頻率與電能表的額定頻率不同時，將引起電流、電壓工作磁通幅值以及它們之間的相位角差的改變，致使電能表產(chǎn)生頻率誤差γf。頻率誤差特性如圖所示。79第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性三、頻率的影響2.電流工作磁通的變化：80第二節(jié)感應(yīng)式電能表的誤差特性四、其他附加影響自熱影響；電流、電壓波形畸變的影響；傾斜影響?？傊?，電能表的附加誤差除了上述因素的影響外，還有不穩(wěn)定運行的影響、負(fù)載功率因數(shù)的影響、三相電壓不對稱的影響、相序的影響等。電能表從通電開始到熱穩(wěn)定需要一定的時間，電能表誤差在這段時間內(nèi)也不斷發(fā)生變化，這一過程稱為自熱。81第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置目的——將電能表的誤差調(diào)整到滿足規(guī)定的誤差范圍內(nèi)每只單相電能表應(yīng)該有1、滿載調(diào)整裝置、

2、相位角調(diào)整裝置、

3、輕載調(diào)整裝置及

4、防潛裝置。三相電能表還應(yīng)有平衡調(diào)整裝置。各種調(diào)整裝置應(yīng)滿足下列要求：

1）應(yīng)該有足夠的調(diào)整范圍及調(diào)整精度；

2）調(diào)整裝置之間的相互影響要小；

3）應(yīng)保證調(diào)整方便、操作簡單、固定牢靠和足夠穩(wěn)定等。一、滿載調(diào)整裝置

電能表在額定負(fù)載下運行時，影響基本誤差的主要因素是制動力矩。對制動力矩的調(diào)整主要是利用永久磁鐵進(jìn)行，即調(diào)整永久磁鐵的位置或磁通量，就改變制動力矩。由得制動力矩的調(diào)整是在額定電壓、基本電流、功率因數(shù)等于1.0的條件下進(jìn)行調(diào)整以改變轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，我們稱之為滿負(fù)載調(diào)整。在一定的負(fù)載功率P下，改變制動力臂hT或制動磁通ΦT，就能改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速n。83第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置1、改變作用力臂的滿載調(diào)整裝置1、改變作用力臂hT移動永久磁鐵位置2→10→hT減小→n增大85第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置2、改變制動磁通的滿載調(diào)整裝置（2）用磁分路方法：固定制動磁鐵位置，在磁鐵上設(shè)置可移動的分磁鐵片，使制動磁通量ΦT經(jīng)分磁鐵片形成分流，改變分磁鐵片位置，就改變了磁通ΦT的分磁量，也就是改變通過轉(zhuǎn)盤的制動磁通量。（1）轉(zhuǎn)動制動磁鐵：使制動磁鐵逐漸離開轉(zhuǎn)盤，以改變穿過轉(zhuǎn)盤的制動磁通量。86第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置二、相位角調(diào)整裝置在感應(yīng)式電能表的工作原理中講述了電能表實現(xiàn)正確計量的第三個條件是：應(yīng)滿足正交條件，即φ＋ψ＝士90°，也稱90°相位角條件。當(dāng)不能滿足90°相位角條件時，電能表就要產(chǎn)生計量誤差。

在額定電壓、基本電流和cosφ=0.5情況下，調(diào)節(jié)電流工作磁通和電壓工作磁通間的相位角，使其滿足ψ=90°士φ關(guān)系的調(diào)整裝置，稱為相位角調(diào)整裝置。

由相量圖：β–αI=90°相位角調(diào)整的目的，就是使上式成立。

途徑：調(diào)整αI或β（αU）改變磁通路徑上的有功損耗，來實現(xiàn)相位角的改變。根據(jù)電能表正確測量有功電能的條件：φ+ψ=90°β－αI=φ+ψ88第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置1、改變電流工作磁通相位角的調(diào)整裝置短路滑塊附加線圈

改變αI的相位角調(diào)整裝置

（電流工作磁通相位角）短路滑塊產(chǎn)生：“+”

誤差電流鐵心附加線圈康銅線(R)“短路滑塊”IK附加線圈有功損耗αI

ψMQ=KΦIΦUsinψRβ－αI=φ+ψ

在電流鐵芯上，設(shè)置附加線圈，調(diào)節(jié)4，從而改變回路的感應(yīng)電流90第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置2、改變電壓工作磁通相位角的調(diào)整裝置

在電壓工作磁通路徑上，設(shè)置附加線圈，調(diào)節(jié)滑塊，從而改變回路的感應(yīng)電流2.改變αU的相位角調(diào)整裝置(電壓工作磁通相位角)

方法一：是改變圖中附加線圈中的電阻方法二：是在電壓磁鐵磁極下面加一個銅環(huán)，銅環(huán)上下移動（上移，交鏈磁通多，渦流損耗大，相位角αU增大，致使ψ增大，所以驅(qū)動力矩增大，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速加快。銅環(huán)下移，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)慢）92第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置三、輕載調(diào)整裝置為了改變輕負(fù)載范圍內(nèi)的負(fù)載特性曲線而調(diào)整補償力矩的機構(gòu)，稱為輕載調(diào)整裝置。原理：利用補償力矩產(chǎn)生的正誤差補償MM、M’所產(chǎn)生的負(fù)誤差，這些負(fù)誤差不是固定不變的。這就要求補償力矩是可調(diào)整的。輕載調(diào)整裝置與補償力矩的原理相同在電壓鐵芯的磁極附近設(shè)置可移動的導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬部件，以使電壓磁通對轉(zhuǎn)動元件的對稱軸成不對稱分布，導(dǎo)致兩部分電壓工作磁通在時間和空間上不同，從而形成移進(jìn)磁場，產(chǎn)生補償力矩。）常用的輕載調(diào)整裝置有下述兩種類型：93第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置1、移動金屬框（片）的輕載調(diào)整裝置2、移動鐵磁部件的輕載調(diào)整裝置銅短路框電壓鐵芯調(diào)整鐵片回磁極位于對稱位置時不產(chǎn)生補償力矩輕載調(diào)整裝置與補償力矩的原理相同在電壓鐵芯的磁極附近設(shè)置可移動的導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬部件，以使電壓磁通對轉(zhuǎn)動元件的對稱軸成不對稱分布，導(dǎo)致兩部分電壓工作磁通在時間和空間上不同，從而形成移進(jìn)磁場，產(chǎn)生補償力矩。）94第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置四、靈敏度和防潛動裝置1、靈敏度電能表精度等級越高越靈敏，即靈敏度值越小但靈敏度越高，電能表并不一定更加精確2）輕負(fù)載補償力矩過大產(chǎn)生潛動?！捎陔娋W(wǎng)電壓在一定的范圍內(nèi)波動，而補償力矩和電壓的平方成正比。所以，當(dāng)電壓升高時，就會引起輕載補償力矩增大，使誤差偏正，此時將會產(chǎn)生正潛動。相反，當(dāng)輕載補償力矩減小時，會使誤差偏負(fù)，此時將會產(chǎn)生反潛動。

客觀存在允許值——Ｉ＝0、U=0.8～1.1Ue時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動不超過1r1）測量機構(gòu)制造和裝配不準(zhǔn)確、不對稱，如電壓鐵芯傾斜、電流鐵芯傾斜、回磁極位移等；2、潛動即電壓潛動，指電流回路沒有接入負(fù)載，而電能表的轉(zhuǎn)盤在緩慢地轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象

a、原因：96第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置b、潛動及防潛動裝置以下列舉分離式驅(qū)動元件電能表產(chǎn)生潛動力矩的四種基本情況，圖紙箭頭表示潛動力矩的方向：97第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置（1）電壓鐵芯傾斜形成潛動力矩c、分類：正潛動——與銘牌上的箭頭方向一致

反潛動——與銘牌上的箭頭方向相反98第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置（2）電流鐵芯傾斜形成潛動力矩：在轉(zhuǎn)盤上靠近1平面上設(shè)置部件C-----P34鐵磁部件C電壓鐵芯磁極99第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置（3）回磁極位移形成潛動力矩回磁極驅(qū)動元件的對稱軸向右位移。電壓工作磁通在轉(zhuǎn)盤的右邊范圍內(nèi)，引起較大的感應(yīng)電流和有功損耗，所以形成的潛動力矩由左邊指向右邊，即同回磁極的位移方向相同。100第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置（4）電壓輔助磁路徑上的氣隙不相等形成潛動力矩101第三節(jié)感應(yīng)式電能表的調(diào)整裝置（1）防潛裝置轉(zhuǎn)軸上接一鋼絲，電壓鐵芯上固定的角型鋼片漏磁通的作用產(chǎn)生電磁力