相位表和功率因数表的测量原理解析

相位表是测量电路中两个交流变量之间相位（φ）的仪表，而功率因数表是测量交流电路中某一时刻功率因数高低的仪表，它实质上和相位表是同一种仪表，区别在于相位表的标度尺是按相位角φ进行分度的，而功率因数表的标度尺是按φ相位角的余弦值cosφ进行分度的。相位表、功率因数表的结构形式有多种，如电动式、铁磁电动式、电磁式、整流式以及数字式等。现以常见的电动式和整流式为例介绍。相位表和功率因数表从测量原理上来说，实质上是同一种仪表，所不同的仅在于两者标度尺的分度有所差别。因此，为简便起见，只介绍功率因数表。功率因数在数值上，它是有功功率P和视在功率S的比值，即。在交流电路中，功率因数是电压与电流之间相角差φ的余弦即cosφ。

功率因数表是测量交流电路中某一时刻功率因数高低的仪表，其外形如图4-14所示。

1.功率因数表的结构和工作原理

功率因数表分为单相和三相两种，从结构上可分为电动式和整流式等。

图4-14 1D1-cosφ型三相功率因数表

1）电动式功率因数表。这种仪表的测量机构是采用比率计结构，即由装在同一转轴上的两只固定线圈组成，如图4-14所示。单相功率因数表是由两个固定的电流线圈A和两个电压线圈B₁、B₂组成。其中，A中通过的负载电流I滞后电源电压U的相位角为φ，电压线圈B₁和B₂与元件R₁、R₂组成的电压支路并联跨接在被测电路两端。电压线圈B₂中的电流I₂滞后电压U约90°。电流线圈A中的电流I产生磁场，两个电压线圈中的电流I₁、I₂受电磁力的作用产生转动力矩M₁和M₂，它们的大小由下式来决定：

式中 K₁、K₂——常数。

因两个力矩方向相反，可动部分偏转角即指针偏转角只取决于电路的相位差角。若指针向右偏转，说明负载是电感性的，电流滞后于电压，其相位差和功率因数值为正值；若指针向左偏转，说明负载是电容性的，电流超前于电压，其相位差和功率因数值为负值。

三相功率因数表的构造和电路原理与单相表相似，只是在内部电路两个电压线圈都串联了一个倍压电阻后再与其他两相线路相接，因为三相电压彼此相差120°，所以不必再串联电感线圈。三相功率因数表的接线原理如图4-15所示。图4-16为1D1-cosφ型三相功率因数表外部接线图，A为定圈（电流线圈），分成两个绕组；B₁、B₂为动圈（电压线圈）。

图4-15 三相功率因数表接线原理图

图4-16型 1D1-cosφ型三相功率因数表外部接线图(www.xing528.com)

A—定圈 B₁，B₂—动圈 R₁，R₂—附加电阻

2）整流式功率因数表。整流式功率因数表又称变换器式功率因数表。由于它具有体积小、重量轻、结构简单、成本较低等优点，因此广泛用于变配电所配电盘上。

整流式功率因数表由磁电式表头加上整流（即整流式）、稳压电路等组成，如图4-17所示。

由图可看出，电流回路经电流互感器TA接于U相，电压回路接于V、W相。电阻R₁、R₂，稳压管VS₁、VS₂和微安表（±500μA中心指零式）组成一个电桥。R₃用于调微安表的电流灵敏度。C₂用于滤波，使指针不抖动。C₁用于校正电流互感器的相角误差。由电工学知识推导可知，微安表的指示值与功率因数角φ成正比，若将表盘标度尺按功率因数λ刻度仪表便能直接指示功率因数值。即当负载为感性时，I₁＞I₂，I为正值，指针向右偏转；负载为容性时，I₂＞I₁，I为负值.指针向左偏转。

图4-17 三相变换器式功率因数表测量原理图

2.功率因数表的误差

功率因数表的误差表示法可分两种。

1）以标度尺工作部分长度的百分数表示。一般安装式功率因数表，都用此方法表示。其误差按下列公式计算，即

式中 L——标度尺工作部分长度（mm）；

ΔL——被校分度点用长度表示的绝对误差（mm）。

2）以电角度表示。功率因数表的每个刻度点允许基本误差用电角度表示。