90°型无功电能表的特点与应用

1.跨相90°型无功电能表

如果将三只单相有功电能表或一只三元件三相有功电能表按图5-23（a）接线，便可测量三相三线或三相四线电路的无功电能。因为它的接线方法是将每组元件的电压线圈分别跨接在滞后相应电流线圈所接相的相电压90°的线电压上，所以称之为跨相90°接线。如图5-23所示。

图5-23　跨相90°型无功电能表

图中，第一元件取A相电流，则该元件电压线圈取线电压UBC；第二元件取B相电流，该元件电压线圈取线电压UCA；第三元件取C相电流，该元件电压线圈取线电压UAB；按上述跨相90°原则接线，之所以能够测量三相电路的无功电能，可用图5-23（b）所示相量图加以证明。图中各元件反映的无功功率分别为

Q1＝UBCIAcos（90°－φA）＝UBCIAsinφA

Q2＝UCAIBcos（90°－φB）＝UCAIBsinφB

Q3＝UABICcos（90°－φC）＝UABICsinφC

因为无功电能表的转矩与无功功率成正比，所以三组元件总的驱动力矩可写作

当三组元件结构相同，三相电路完全对称时，即UAB＝UBC＝UCA＝U，IA＝IB＝IC＝I，φA＝φB＝φC＝φ则式（5-13）可变为

式中　U——线电压；

I——线电流；(www.xing528.com)

Q——三相电路总无功功率。

式（5-13）和式（5-14）均说明，在完全对称或简单不对称的三相电路中，将三元件三相有功电能表（或三只单相有功电能表）按跨相90°原则接线，则电能表反映的功率是三相电路无功功率的倍，即电能表的驱动力矩正比于倍的线路无功功率。所以，将三相电能表的读数或三只单相有功电能表读数的代数和，除以便是被测的无功电能。实际上，为免除抄表时计算，可预先将除在表内，即将每组元件的电流线圈（或电压线圈）的匝数分别减少倍，便构成一只90°型三元件三相无功电能表了。应指出，按跨相90°原理制成的三元件三相无功电能表，只在完全对称或简单不对称的三相四线电路和三相三线电路中才能实现正确计量，否则要产生原理性线路附加误差。

如果三相电路完全对称，可将图5-23（a）中的任一组元件去掉，即变为两元件（或两只单相有功电能表）跨相90°接线，此时电能表总的驱动力矩可写作

可见，将式（5-13）乘以，则驱动力矩MQ便正比于三相无功功率。因此，可将两组元件的电流（或电压）线圈的匝数分别减少倍，便构成一只90°型两元件三相无功电能表。两元件跨相90°型无功电能表只能在完全对称的三相电路中实现正确计量，否则要产生线路附加误差。

2.带附加电流线圈的90°型无功电能表

这种电能表的结构特点是：它有两组电磁驱动元件，且每组元件中的电流线圈又都是由匝数相等、绕向相同的两个线圈构成。把通以电流IA（或IC）的线圈称为基本电流线圈，通以IB的线圈称为附加电流线圈。基本电流线圈和附加电流线圈在电流铁芯中产生的磁通应该是相减的。为此，接线时应使电流IA（或IC）从基本电流线圈的同名端流入，IB则应从附加电流线圈的非同名端流入。这种电能表的接线原理如图5-24所示。由图可见，它的两个电压线圈分别联接在滞后相应的电流线圈所接相别的相电压90°的线电压上。因此，它也属于跨相90°型无功电能表。其测量原理不难从相量图得到证明。此种接线每组元件的驱动力矩可分别写作

由式（5-16）可以看出，只要预先将除在表里，便构成了一只带附加电流线圈的三相无功电能表了。只要三相电压对称，不管负载是否对称，带附加电流线圈的无功电能表都可以正确计量三相四线电路和三相三线电路的无功电能。

图5-24　带附加电流线圈的三相无功电能表

（a）接线原理图；（b）相量图