功率表俗称瓦特表,是用来测量电路功率的仪表。常用的功率表为电动系仪表,由电动系测量机构和附加电阻构成,它既可以测量直流电路的电功率,也可以测量正弦和非正弦交流电的功率。功率表分单相功率表和三相功率表。
在选用功率表时,首先要考虑功率表的电压量程和电流量程,使电流量程允许通过负载电流,电压量程不能低于负载电压。此外,还要根据被测电路交流负载功率因数的大小考虑选用普通功率表还是低功率因数功率表。对功率因数很低的负载,应选用低功率因数功率表去测量,以保证测量的准确度。
1.单相功率表的使用
功率表通常都是多量限的,一般有两个电流量限,两个或三个电压量限。标度尺上只标出分度格数,不标注瓦特数。读数时,应先根据所选的电压、电流量程以及标度尺满度时的格数,求出每格瓦特数(又称功率表常数),然后再乘以指针偏转的格数,即得到所测功率的瓦特数。图2-33所示为多量程功率表的外形及内部接线。现以D26-W型功率表为例说明其使用方法。
图2-33 多量程功率表
a)外形图 b)内部接线图
(1)功率表接线
功率表上标有“∗”号的电流端和电压端被称为发电机端。这是为了使接线不致发生错误而标出的特殊标记。功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接线规则,即功率表标有“∗”号的电流端必须接至电源的一端,而另一电流端则接至负载端。电流线圈是串联接入电路的。功率表上标有“∗”号的电压端钮可以接至电流端的任意一端,而另一个电压端则跨接至负载的另一端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。
(2)功率表接线方式的正确选择
功率表有两种不同的接线方式,即电压线圈前接和电压线圈后接。
1)电压线圈前接法如图2-34a所示,适用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况。因为这时电流线圈中的电流虽然等于负载电流,但电压支路两端的电压包含负载电压和电流线圈两端的电压,即功率表的读数中多出了电流线圈的功率消耗。如果负载电阻远比电压线圈电阻大,那么引起的误差就比较小。
图2-34 功率表接线方式
2)电压线圈后接法如图2-34b所示,适用于负载电阻远比电压支路电阻小得多的情况。此时与电压线圈前接法情况相反,虽然电压支路两端的电压与负载电压相等,但电流线圈中的电流却包括负载电流和电压支路电流。如果电压线圈的电阻远比负载电阻大,则电压支路的功耗对测量结果的影响就较小。
(3)单相功率表测量三相功率
在三相四线制电路若负载对称,可用一只单相功率表测量其中一相负载的功率,然后将该表读数乘以3即为三相对称负载的总功率。在三相四线制电路中负载多数是不对称的,需用三个单相功率表才能测其三相功率,三个单相功率表的接线如图2-35所示。每个功率表测量一相的功率,三个单相功率表测得的功率之和等于三相总功率。用两个单相功率表测三相三线制电路功率,两表法测量三相功率时,必须是三相三线制电路,三相总功率等于两只功率表测得的功率代数和。两表与三相电路的连接方法如图2-36所示。两功率表的电流线
图2-35 不对称三相四线负载功率的测量
图2-36 两表法测量三相功率
圈串联接入任意两线,使通过电流线圈的电流为三相电路的线电流(电流线圈的“∗”端必须接到电源侧);两功率表电压线圈的“∗”端必须接到该功率表电流线圈所在的线,而另一端必须同时接到没有接功率表电流线圈的第三条线上。
2.三相功率表的使用
常用的三相功率表有三相二元功率表和三相三元功率表两种。三相二元功率表适用于测量三相三线制或负载完全对称三相四线制的电路。三相三元功率表则适用于测量一般三相四线制电路的功率。
三相二元功率表具有两个独立单元,每一个单元就相当于一个单相功率表。它有7个接线端钮,其中4个为电流端钮,另外3个为电压端钮,接线如图2-37a所示。接线时,电流线圈带∗端钮分别接至U和W相的电源侧,使电流线圈通过线电流;电压线圈带∗端钮分别接U和W相的电源侧,无∗标志的端钮接V相,使电压支路承受线电压。
三相三元功率表包含3个独立单元,用来测量三相四线制线路功率,接线如图2-37b所示。仪表外壳上有10个接线端钮,包括3个电流线圈的6个端钮和3个电压线圈的4个端钮。接线时将3个电流线圈分别串联在三相线路中,3个电压线圈则应分别并联在三根线路和零线上。
图2-37 三相功率表测量三相有功功率线路
3.三相功率表经互感器接入测量有功功率线路
在测量高电压或负荷电流很大的功率时,要通过电压或电流互感器与功率表相接。若电压高则接入电压互感器,若负载电流很大,则接入电流互感器。接线时除功率表电流和电压量限应满足互感器二次侧额定电流和电压(电流互感器二次侧额定电流为5A,电压互感器二次侧额定电压为100V)外,还应注意功率表的极性不能接反;并应根据电压和电流互感器的电压比和电流比计算出功率表的倍率。配用互感器的三相功率表的表盘刻度实际上是按扩大量限后的数值刻度的。(www.xing528.com)
图2-38所示为电流互感器的外形和接线,电流互感器二次绕组标有“K1”或“﹢”的接线端子要与功率表带“∗”的电流线圈的进线端子连接,标有“K2”或“﹣”的接线端子要与功率表电流线圈的出线端子连接,不可接反。电流互感器的一次侧标有“L1”或“﹢”、“L2”或“﹣”,标有“L1”接线端子应接主回路电源进线,标有“L2”的接线端子应接主回路电源出线。电流互感器二次侧“K2”接线端子的外壳和铁心都必须可靠接地,
图2-38 电流互感器
1—二次绕组接线柱 2—一次绕组接线柱 3—进线柱 4—出线柱 5—一次绕组 6—二次绕组
安装时电流互感器应装在功率表的上方。
(1)三相二元功率表经互感器接入法
这种方法可以测量三相三线制线路的三相有功功率,如图2-39所示。
图2-39 三相二元功率表经互感器接入测量有功功率线路
(2)三相三元功率表经互感器接入法
在三相四线制中性点接地低压380/220V供电系统中,为了满足三相功率表扩大电流量限的需要,可经电流互感器接入三相三元功率表。读数时应乘以电流互感器的电流比(倍率)。接线时,应将电流互感器的K1端分别按入功率表带“∗”的电流接线端子,K2端接入不带“∗”的电流端子,且K2端应接地或接零。带“∗”的电压端子应接在电流互感器的L1端,不带“∗”的电压端子接在零线上,如图2-40所示。
4.三相无功功率测量线路
(1)一表法测量三相无功功率线路
由电工学知识可知,单相交流电路中的无功功率为Q=UIsinφ=UIcos(90°-φ)。由此可知,如果改变接线方式,设法使功率表电压支路上的电压U与电流线圈上的电流I之间的相位差为(90°-φ),这样就可用有功功率表测量无功功率。
在对称三相线路中,线电压UVW与相电压UU之间有相位差,也就是当相电压UU和相电流IU之间差φ角时,UVW和IU之间相差(90°-φ)相位角。如图2-41所示,把UVW加到功率表的电压支路上,电流线圈仍然接在U相,这时功率表的读数为Q1=UVWIUcos(90°-φ)。而对称三相电路中的无功功率为Q=ULILsinφ(UL、IL为线电压与线电流)。
比较上面两个式子可知,只要把上述有功功率表读数Q1乘以3,就可得到对称三相线路的总无功功率,即Q=3Q1。
(2)二表法测量三相无功功率线路
用两只功率表或三相二元功率表测三相线路无功功率可按图2-42接线,得到的三相线路无功功率。当电源电压不完全对称时,二表跨相法比一表跨相法误差小,因此实际中常用二表跨相法测量三相线路的无功功率。
图2-40 三相三元功率表经互感器接入测量有功功率线路
图2-41 一表法测量三相无功功率线路
图2-42 二表法测量三相无功功率线路
(3)三表法测量三相无功功率线路
在实际被测线路中,三相负载大部分是不对称的,这就需要用三表法测量,接线如图2-43所示,三只有功功率表所测的无功功率分别为Q1=UVWIUcos(90°-φ)=UVWIUsinφ=
W(QU、QV、QW分别为U相、V相、W相无功功率),故三相总功率为Q=QU+QV+。即只要把3只功率表上的读数相加后再除以3,就得到了三相电路的总无功功率。因此,三表法适用于电源对称、负载对称或不对称的三相三线制和三相四线制线路。
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