电动系功率表的测量原理与优势

1.结构和工作原理

用电动系测量机构的可动线圈来反映电压，固定线圈来反映电流，便可构成电动系功率表。电动系测量机构用于功率测量时，其固定线圈串联接入被测电路；而可动线圈与附加电阻串联后并联接入被测电路。根据国家标准规定，在测量线路中，用一个圆加一条水平粗实线来表示电流线圈，用一条竖直细实线来表示电压线圈，如图4-7所示。显然，通过固定线圈的电流就是被测电路的电流I，所以通常称固定线圈为电流线圈；可动线圈支路两端的电压就是被测电路两端的电压，所以通常称可动线圈为电压线圈，而可动线圈支路也常被称为电压支路。

图4-7　电动系功率表的原理电路图

电动系功率表通入直流和交流两种情况时的工作原理如下：

（1）进行直流电路的功率测量时，通过固定线圈的电流I1与被测电路电流相等，即I1＝I，而可动线圈中的电流I2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，所以电流线圈两端的电压降可以忽略不计，可认为电压支路两端的电压与负载电压U是相等的。上式中R2是电压支路总电阻，它是可动线圈电阻和附加电阻Rfj的总和。对于已制成的功率表，R2是一个常数。

由式（4-4）可以得出

可见用电动系功率表测量直流电路时，其可动部分的偏转角α于被测负载功率P成正比。

（2）进行交流电路的功率测量时，通过固定线圈的电流I1等于负载电流I（有效值），即：I1＝I。而通过可动线圈的电流I2与负载电压U成正比，即：，Z2为电压支路的总阻抗。

由于电压支路中附加电阻Rfj总是比较大，如果工作频率不太高，则可动线圈的感抗相比之下可以忽略不计。因此，可以近似认为可动线圈电流与负载电压同相，即与之间的相位差等于零，而与之间的相位差ψ跟与之间的相位差φ相等，如图4-8所示。由式（4-7）可得

图4-8　、相量图

可见用电动系功率表测量交流电路的功率时，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，但它也适用于非正弦交流电路。

综上所述，不论用电动系功率表测量直流电路的功率还是用电动系功率表测量交流电路的功率，其可动部分的偏转角均与被测电路的功率成正比。因此，电动系功率表的标度尺刻度是均匀的。

2.多量限功率表

一般便携式电动系功率表都是多量限的功率表，通常有两个电流量限，两个或三个电压量限。通常用以下方法来改变电动系功率表的量限：

（1）通过串联或并联电流线圈的两个完全相同的绕组的方法来构成电流的两个量限，如图4-9所示。如果两个绕组串联时的电流量限为Im则两个绕组并联时的电流量限为2Im。一般是通过用连接片改变额定电流来转换电流量限的。

图4-9　用联接片改变功率表的电流量限

（a）电流线圈的两部分串联；（b）电流线圈的两部分并联(www.xing528.com)

（2）用与电压表相同的方法改变功率表的电压量限，即在电压支路中串联不同的附加电阻，如图4-10所示。这种功率表的电压电路有四个端钮，其中标有“*”号的为公共端钮。

但需注意，功率表的不同量限是通过选择不同的电流量限和电压量限来实现的。例如，D9—W14型功率表的额定值为5/10A和150/300V，那么功率量限可以有四种选择：

5A、150V量限：功率量限为750W；

5A、300V量限：功率量限为1500W；

10A、150V量限：功率量限为1500W；

10A、300V量限：功率量限为3000W。

虽然5A、300V和10A、150V的功率量限相同，但使用时的意义却不一样，这一点必须特别注意。

图4-10　多量限功率表的电压电路

【例4-1】 有一感性负载，其功率约为800W，功率因数为0.8，工作在220V电路中，如用D9—W14型功率表去测量它的实际功率，应怎样选择功率表的量限？

解：因负载工作于220V电路中，故功率表的电压额定值应选为300V，负载电流I可以按下式计算出

电流额定值应选为5A。

【例4-2】 在例4-1中，如果负载工作于110V电路中，假定其他条件不变，又应如何选择功率表的量限？

解：因负载在110V电路中工作，故功率表的电压额定值应选为150V，负载电流为

功率表的电流额定值应选为10A。

通过这两道例题可以看出，由于工作状态不同，尽管负载相同，功率表的量限选择也是不同的。如果在例4-1中将功率表的量限误选为10A/150V，虽然负载功率并未超出功率量限，但因负载电压已超出其电压支路所能承受的电压150V，则可能因电压支路电流过大而烧毁可动线圈或游丝。同样，如果在例4-2中误选5A/300V量限，则固定线圈会因通过其电流超过额定值而烧毁。因此，功率表量限的选择、须保证被测电路的电流、电压不超过额定值。