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电能表工作原理、检定方法及简单故障排除

作者:仪器仪表    来源:未知    发布时间:2019-11-27 05:28    浏览量:

电能表百年变迁 现已成为智能电网和智能用电的基础

电工电气网】讯

2018年10月17日

1.机械式电能表的基本结构和作用

电能表已有超过100年的历史。从感应式电能表到电子式电能表,进入21世纪后,更是进入了智能电能表时代。智能电能表除了具有电力客户和电力公司电能计量计费的传统功能之外,也是用电信息沟通和供电服务交互的有效工具,是智能电网和智能用电的基础。本版今起开设“认识智能电能表”系列报道。让我们一起来了解、熟悉智能电能表的发展历程、生产过程、工作机理、实用功能,做到科学用电、节约用电。

电能表是用来测量某一段时间内所消耗的电能的仪表。机械式电能表的型号虽有不同,但其结构、原理是一样的。一般采用电磁感应原理制成。

什么是电能表?

电磁元件。它包括电流元件和电压元件两部分。转盘3下面部分是电流元件,它由铁芯4及绕在它上面的电流线圈组成;电流线圈匝数少,导线粗,它与负荷串联。转盘上面部分是它的电压元件。它由铁芯2及绕在它上面的电压线圈组成;电压线圈线径细,匝数多,承受负荷的全部电压,但只流过几毫安电流。

电能表实现有功电能的测量,也称千瓦时表、电度表、火表,电能表是专用计量器具,用于计量某一段时间内的电量累积值,单位是千瓦时,俗称度。

转盘。它由铝制转盘3及转轴组成。

按准确度等级划分,电能表可分为普通安装式电能表(分为2,1,0.5S,0.2S级),标准电能表(分为0.2,0.1,0.05,0.02级);按相数分类,电能表分为单相电能表、三相三线电能表和三相四线电能表;按工作原理分类,电能表分为感应式电能表和电子式电能表,电子式电能表又分为普通电子式电能表、多功能电能表和智能电能表等;按接入方式分类,电能表分为直接接入式和经互感器接入式,直接接入式用于电压220伏的场合,间接式用于电压等级高、必须通过互感器接入的场合。

制动磁铁。它是一块永久磁铁5,在转盘转动时产生制动力矩,使转盘的转速与负载的功率大小成正比。

什么是感应式电能表?

计数机构6。它由蜗轮蜗杆、齿轮机构组成,用于计量电能。

感应式电能表也称为机械式电能表。感应式电能表虽然种类、型号多,但基本结构相似,都由测量机构和辅助部件两部分组成。测量机构是电能表实现电能测量的核心部分,包括电磁驱动元件、转动元件、制动元件、轴承和计度器等。电磁驱动元件包括电压元件和电流元件,转动元件由转盘和转轴组成,制动元件由永久磁铁和调整装置组成,轴承的质量好坏对电能表的准确度和使用寿命有重要影响。辅助部件包括基架、底座、表盖、铭牌等。

支座。用于支撑电磁元件、制动元件和计数机构等部件。

感应式电能表的工作原理是通过电压元件和电流元件,将交变电压、电流转变为穿过转盘的交变磁通,该磁通与其在转盘中感应的电流相互作用,产生驱动力矩,使转盘转动。制动元件产生的制动力矩,使转盘的转动速度与被测电路的功率成正比。转盘转动的圈数传给计度器,计度器是电能表的指示部分。与单相感应式电能表相比,三相感应式电能表有两组或三组电磁驱动元件,它们产生的电磁驱动力矩共同作用在一个转动元件上,由一个计度器指示总电能量。

接线盒。用于连接电能表内外接线。

由于感应式电能表结构简单、安全耐用,又便于批量生产和维修,因此,得到了快速发展,在交流电能计量领域发挥了重要作用。但随着用电量的迅速增长和逐渐加剧的能源供需矛盾,要求电能表具有更多功能,不仅能够进行电能计量,也能够应用于管理,感应式电能表显得功能单一,难以适应现代电能管理要求。

2.电能表工作原理

什么是电子式电能表?

2.1机械式电能表工作原理

随着微电子技术、信号处理技术和通信技术的发展,科技人员不断寻求交流电能计量的新途径。20世纪80年代初,国际上出现了全部由电子元器件组成的交流电能表。由于这类电能表没有转动元件,因此,IEC标准把它定义为静止式电能表,以区别于感应式电能表,国内称它为电子式电能表。

电能表的工作原理是:当把电能表接入被测电路时,电流线圈和电压线圈中流过交变电流,这两个交变电流分别在它们的铁芯中产生交变的磁通,交变磁通穿过铝盘,在铝盘中感应出涡流;涡流又在磁场中受到力的作用,从而使铝盘得到转矩而转动。负载消耗的功率越大,通过电流线圈的电流越大,铝盘中感应出的涡流也越大,使铝盘转动的力矩就越大。即转矩的大小跟负载消耗的功率成正比。功率越大,转矩也越大,铝盘转动也就越快。铝盘转动时,又受到永久磁铁产生的制动力矩的作用,制动力矩与主动力矩方向相反;制动力矩的大小与铝盘的转速成正比,铝盘转动得越快,制动力矩也越大。当主动力矩与制动力矩达到平衡时,铝盘将匀速转动。负载所消耗的电能与铝盘的转数成正比。铝盘转动时,带动计数器,把所消耗的电能指示出来。

电子式电能表结构与感应式电能表类似,也是由测量机构和辅助部件两部分组成。测量机构以电子电路为主,测量元件由乘法器、转换器和计数器构成;辅助部件与感应式相同。电子式电能表运用模拟或数字电路得到电压和电流向量的乘积,然后通过数字电路对时间进行积分来实现电能计量功能。电能的测量完全靠电子线路和电子模块来完成,计算结果和测量参数由软件来控制完成,表现出了较大的灵活性。

2.2电子式电能表工作原理

20世纪80年代中后期,静止式电能表在发达国家得到了迅速发展,相继出现了一些寿命长、可靠性高、适合现场使用要求的表计,有的表计可以在很宽的电压、电流范围内进行自动量程转换。电子式电能表可以用一个计量单元同时实现有功电能、无功电能和视在电能的测量,另外,还可以方便地实现最大需量、预付费、复费率、通信等功能。电子式电能表的这些特点,推动了自动抄表技术的发展。我国于20世纪80年代初开始电子式电能表的研发,发展经历了机械时钟、电子时钟、微处理器分时开关及自主研发专用计量芯片等阶段。

电力信号通过互感器采集到电能表中,通过模拟输入前端处理器进行模数转换,变成数字信号,然后对采样的数据进行数字滤波、数据处理,进行参数计算最终输出电能数值,并且可与其它系统通讯。

什么是智能电能表?

3.机械式电能表与电子式电能表的比较

智能电能表是智能电网高级量测体系的基础元件之一,承担电能数据采集、计量、传输和处理,支持智能电网对用电负荷管理、分布式能源计量、电网运行调度、电力市场交易和电能质量监测等方面要求。智能电能表具备综合数据采集能力,包括电压、电流、有功电量、无功电量、功率;支持预付费和远程管理,支持远程负荷控制;支持双向通信,为未来家庭自动化网络提供数据网关。

3.1感应式电能表采用电磁感应的原理把电压、电流、相位转变为磁力矩,推动铝制圆盘转动,圆盘的轴带动齿轮驱动计度ge的鼓轮转动,转动的过程即是时间量累积的过程。因此感应式电能表的好处就是直观、动态连续、停电不丢数据。

与传统电子式电能表相比,智能电能表除了基本计量功能外,还具备如下功能特点:具有宽量程的电流、电压等电气参数测量功能,满足不同现场环境的运行监测需要。具有需量和分时、分段计量功能,满足分时电价和阶梯电价执行需要。具备电能双向计量功能,支持分布式能源用户的接入。配置硬时钟、约定试点数据存储和冻结、停断电等事件记录、负荷记录、停电抄表、事件报警等功能,满足停断电结算、计量差错鉴定和纠纷处理。具有异常用电状况在线监测、诊断、报警及智能化处理功能,满足计量装置故障处理和在线监测的需求。可实现远程或本地费控功能,并通过信息安全认证措施,满足欠费控制、防窃电、负荷管理等需要。具有多种通信接口,可实现用电信息采集、远程参数设置、负荷控制、事件上报等数据交互功能。图片 1

3.2电子式电能表运用模拟或数字电路得到电压和电流向量的乘积,然后通过模拟或数字电路实现电能计量功能。由于应用了数字技术,分时计费电能表、预付费电能表、多用户电能表、多功能电能表纷纷登场,进一步满足了科学用电、合理用电的需求。与传统的机械电度表相比,电子电度表能实现记录用电时间、预付费、自动读表三种重要的功能,而且具有精度高、低功耗、低功率因素检测和精确的有功功率测量和防乱接行为检测等功能特性。实现了智能化用电管理,实行远程自动集中抄表计费等。

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