機(jī)電式交流電能表指適用于參比頻率為50Hz或60Hz機(jī)電式(感應(yīng)式)交流電能表。日常的家用電能表大部分為機(jī)電式交流電能表,下面本文根據(jù)機(jī)電式交流電能表檢定規(guī)程介紹機(jī)電式交流電能表工作原理及相關(guān)檢定方法。
圖1是單相機(jī)電式電能表測量機(jī)構(gòu)簡圖,其主要組成部件已在圖注中說明。由硅鋼片疊成的電壓、電流鐵心,分別繞有電壓線圈和電流線圈。單相電路的相電壓U加在電壓線圈,就有電流IU流經(jīng)該線圈,產(chǎn)生穿過鋁質(zhì)轉(zhuǎn)盤的交變電流工作磁通ΦI。有相位差的電壓、電流工作磁通,從不同位置穿過轉(zhuǎn)盤并在轉(zhuǎn)盤中感生渦流,各磁通與渦流相互作用,形成驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力矩(平均值:如下式)。
圖1:單相電能表的測量機(jī)構(gòu)簡圖
1-制動磁鐵;2-電壓線圈;3-電流鐵心;4-電流線圈;5-轉(zhuǎn)盤;6-轉(zhuǎn)軸;7-電壓鐵心;8-下軸承;9-上軸承;10-渦輪;11-蝸桿;12-回磁極。
式中的電壓(電流)工作磁通,跟隨電壓(電流)成正比地變化;繞有線圈的電壓電流鐵心組成的驅(qū)動元件,其結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足電壓電流工作磁通間的相位差Ψ=90°-φ。因此,驅(qū)動力矩與單相電路的有功功率P成正比,即M=k2UIcosφ=k2P。
制動磁鐵產(chǎn)生的制動磁通,與其在轉(zhuǎn)動著的轉(zhuǎn)盤內(nèi)感生的渦流相作用,形成制動力矩,阻止轉(zhuǎn)盤加速轉(zhuǎn)動。這樣,轉(zhuǎn)盤因受驅(qū)動力拒和制動力矩的作用,其轉(zhuǎn)動速度跟隨負(fù)載消耗的有功功率P成正比地變化。
隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸帶動齒輪機(jī)構(gòu),相繼推動計度器(圖中沒畫出)各位字輪(或推針)轉(zhuǎn)動。因此,在負(fù)載用電期間內(nèi)計度器累計的轉(zhuǎn)數(shù),表示測得的電能。三相電能表由兩組或三組測量機(jī)構(gòu)組成,各測量機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理與單相電能表相似,通過一定的測量電路才能測量三相電路功率。
采用標(biāo)準(zhǔn)電能表法檢定電能表是指在標(biāo)準(zhǔn)電能表和受檢電能表都處于連續(xù)工作情況下,用光電轉(zhuǎn)換方法,將受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù),控制標(biāo)準(zhǔn)電能表計數(shù)來確定受檢電能表的相對誤差。
相對誤差:
該誤差按照下式1計算:
……1
式中:
m——實(shí)測脈沖數(shù),即受檢電能表轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn)期間,標(biāo)準(zhǔn)電能表顯示的脈沖數(shù);
m0——算定脈沖數(shù),按下式2計算:
……2
式中:
Cb——標(biāo)準(zhǔn)電能表脈沖常數(shù)【imp/KW.h(kvar.h)】。用三相標(biāo)準(zhǔn)電能表對三相電能表進(jìn)行三相檢定和分組檢定,或用規(guī)格相同的多只單相標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定三相電能表,所用的常數(shù)Cb相同;
KI、KU——擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)電能表測量范圍的電流電壓互感器使用的額定變比,沒用互感器時KI和/或KU=1;
N——選定的受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù);
C——受檢電能表常數(shù),r/KW.h(kvar.h);
Kj——接線系數(shù),接線圖中,未給出接線系數(shù)時Kj=1。
經(jīng)互感器接入式的電能表,其常數(shù)值小于5,銘牌上標(biāo)有電流互感器變KL和/或電壓互感器變比Ky。檢定這類電能表,算定脈沖數(shù)m0按下式3計算:
……3
寬電壓電流量程的標(biāo)準(zhǔn)電能表所用的誤差計算器,如果已將標(biāo)準(zhǔn)電能表常數(shù)Cb和互感器額定變比KI和KU列入計算,則在式2和式3中只輸入其他參數(shù)。受檢電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能表常數(shù)與式2不同時,按照表1換算。
表2:電能表常數(shù)換算表
確定算定脈沖數(shù)的原則:
在每一負(fù)載功率下,適當(dāng)選定受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù)和電流互感器量程,使算定脈沖數(shù)不少于表3規(guī)定,同時每次測試時限不少于5s。cosφ(sinφ)=0.25時,算定脈沖數(shù)可減少一半。
表3:算定脈沖數(shù)下限值
若標(biāo)準(zhǔn)電能表所發(fā)脈沖序列不夠均勻或其相應(yīng)速度較慢,應(yīng)適當(dāng)增加算定脈沖數(shù)。
若采用手動方法代替光電脈沖控制標(biāo)準(zhǔn)電能表計數(shù),在Ib(In)~Imax和cosφ(sinφ)=0.5~1的情況下,受檢電能表不少于10轉(zhuǎn),同時算定脈沖數(shù)比表3增加1倍。
重復(fù)測定次數(shù):
每一負(fù)載功率下,至少記錄兩次誤差測定數(shù)據(jù),取其平均值。因光電采樣器等原因不能正確地采集受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù),舍去測得的數(shù)據(jù)。求得的相對誤差等于0.8~1.2倍受檢電能表的基本誤差限,在進(jìn)行兩次測定,取各次測定數(shù)據(jù)的平均值計算相對誤差。
用標(biāo)準(zhǔn)表測定調(diào)定的恒定功率,或用標(biāo)準(zhǔn)功率源確定功率,同時用標(biāo)準(zhǔn)計時器測量受檢電能表在恒定功率下轉(zhuǎn)若干轉(zhuǎn)所需時間。這時間與恒定功率的乘積所得實(shí)際電能,與受檢電能表測定的電能相比較來確定受檢電能表的相對誤差。
相對誤差:
用定圈測時的瓦.秒法檢定安裝式電能表,相對誤差按式4計算:
……4
式中:
t——實(shí)測時間(s),即受檢電能表在恒定功率下轉(zhuǎn)N轉(zhuǎn),標(biāo)準(zhǔn)計時器測定的時間;
T——算定時間(s),按式(5)計算:
……5
式中:
P——標(biāo)準(zhǔn)功率表或標(biāo)準(zhǔn)功率源指示的功率,W;
N——選定的受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù)。其他符號與式(2)和式(3)相同。
確定算定時間的原則:
用自動方法(如光電脈沖法)控制標(biāo)準(zhǔn)計時器,受檢電能表連續(xù)轉(zhuǎn)動,算定時間不少于10s。
若標(biāo)準(zhǔn)功率表或標(biāo)準(zhǔn)功率源所發(fā)出功率脈沖序列不夠均勻或其相應(yīng)速度較慢,還需適當(dāng)增加時間。
如手動方法控制標(biāo)準(zhǔn)計時器,在任何負(fù)載功率下,算定時間不少于50s。
重復(fù)測定次數(shù):
每一負(fù)載功率下,至少記錄兩次誤差測定數(shù)據(jù),取其平均值。因光電采樣器等原因不能正確地采集受檢電能表轉(zhuǎn)數(shù),舍去測得的數(shù)據(jù)。求得的相對誤差等于0.8~1.2倍受檢電能表的基本誤差限,在進(jìn)行兩次測定,取各次測定數(shù)據(jù)的平均值計算相對誤差。
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