《电气测量技术》功率表（二）（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《电气测量技术》功率表（二）-讲义 1. 了解三相功率的测量方法。 2. 了解三相有功功率表。 3. 了解三相无功功率表。 知识点一 三相功率表的测量方法 由于工程上广泛采用三相交流电,三相交流电路功率的测量就成了很重要的工作。三相功率表是根据被测三相电路的性质,按照一定的测量原理构成的。这里先介绍一下三相功率的测量方法,然后再介绍各种用途的三相功率表。 三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同,有三相三线制和三相四线制两种系统,而每一种系统在运行时又有如下几种情况: 根据三相电路的特点，由如下几种测量方法。 1. 一表法。即利用单相功率表直接测量三相四线制对称的电路中任意一相的功率然后乘以3,即可得出三相所消耗的功率,如图1(a)所示。 图1 一表法测量对称三相电路的有功功率 对于三相三线制对称电路来说,则可按图1(b)接线方式测量;但如果被测电路的中点不便于接线,或负载不能断开时,则应按图2的线路进行测量。图中,电压支路的非发电机端所接的是人工中性点,即由两个与电压支路阻抗值相同的阻抗接成星形,作为人工中性点。 图2 应用人工中点的一表法线路 2. 两表法。在三相三线制电路中,不论其电路是否对称,都可以用图3中的两表法来测量它的功率(也可以测量电能)。其三相总功率P为两个功率表读数P1和P2的代数和,即 P=P1+P2 图3 两表法测量三相功率的线路 应用两表法时,应注意如下两点。第一,接线时应使两只功率表的电流线圈串联接入任意两线,使其通过的电流为三相电路的线电流。两只功率表的电压支路的发电机端必须接至电流线圈所在线,而另一端则必须同时接至没有接电流线圈的第三线。第二,读数时必须巴符号考虑在内。当负载的功率因数大于0.5时,两功率表读数相加即是三相总功率;当负我的功率因数小于0.5时,将有一只功率表的指针反转,此时应将该表电流线圈的两个端钮反接,使指针正向偏转,该表的读数应为负,三相总功率即是两表读数之差。 3. 三表法。在三相四线制电路中,不论其对称与否,都可以利用三只功率表测量出每一相的功率,然后三个读数相加即为三相总功率。三表法的接线如图4所示。 图4 三表法测量三相四线制电路的有功功率 在三相四线制对称电路中，测量三相所消耗的功率，可采用的方法是（ ） A. 一表法 B. 两表法 C. 三表法 D. 以上都可以 【答案】A 【解析】一表法可利用单相功率表直接测量三相四线制对称电路中任意一相的功率然后乘以3得出三相所消耗的功率。两表法主要用于三相三线制电路；三表法适用于三相四线制不对称电路。 1. 在三相三线制对称电路中，若现场条件不允许按照常规方式直接测量中线功率，且负载无法断开连接，此时应采取何种方法测量三相功率（ ） A. 采用常规一表法直接测量一相功率后乘3 B. 构建人工中性点，使用一表法进行测量 C. 随意选取两相，用单相功率表分别测量后相加 D. 无法进行准确测量，需改变电路连接方式 【答案】B 【解析】对于三相三线制对称电路，常规一表法接线需从中点接线，当现场不允许且负载无法断开时，应构建人工中性点，即由两个与电压支路阻抗值相同的阻抗接成星形作为人工中性点，再使用一表法测量。A选项常规一表法在不满足条件时无法直接使用；C选项随意选取两相测量后相加不能准确得到三相功率；D选项通过构建人工中性点可以测量，并非无法测量。 2. 在三相三线制电路中，测量功率不管电路是否对称，都可采用的方法是（ ） A. 一表法 B. 两表法 C. 三表法 D. 无法测量 【答案】B 【解析】在三相三线制电路中，不论其电路是否对称，都可以用两表法来测量它的功率，其三相总功率为两个功率表读数的代数和。 3. 应用两表法测量三相三线制电路功率时，两只功率表的电流线圈应（ ） A. 并联接入任意两线 B. 串联接入任意两线 C. 分别接入三相中的两相 D. 随意连接 【答案】B 【解析】应用两表法时，接线应使两只功率表的电流线圈串联接入任意两线，使其通过的电流为三相电路的线电流。 1. 应用两表法测量三相三线制电路功率，当负载的功率因数大于0.5时，三相总功率为（ ） A. 两功率表读数相加 B. 两功率表读数相减 C. 两功率表读数相乘 D. 无法确定 【答案】A 【解析】当负载的功率因数大于0.5时，两功率表读数相加即是三相总功率。 2. 应用两表法测量三相三线制电路功率，当负载的功率因数小于0.5时，对于指针反转的功率表应（ ） A. 忽略该表读数 B. 将该表电流线圈的两个端钮反接，使指针正向偏转，该表的读数应为负 C. 直接将两表读数相加 D. 重新选择测量方法 【答案】B 【解析】当负载的功率因数小于0.5时，将有一只功率表的指针反转，此时应将该表电流线圈的两个端钮反接，使指针正向偏转，该表的读数应为负，三相总功率即是两表读数之差。 3. 在三相四线制电路中，测量三相总功率不管电路对称与否，都可采用的方法是（ ） A. 一表法 B. 两表法 C. 三表法 D. 以上都不行 【答案】C 【解析】在三相四线制电路中，不论其对称与否，都可以利用三只功率表测量出每一相的功率，然后三个读数相加即为三相总功率，即三表法。 · 三相功率测量方法概述：三相交流电路按电源和负载连接方式分三相三线制和三相四线制。测量三相功率有一表法、两表法和三表法。一表法适用于三相四线制对称电路等特定情况；两表法用于三相三线制电路，无论对称与否；三表法用于三相四线制电路，也不论对称情况。 · 一表法测量要点：适用场景：一表法适用于三相四线制对称电路，由于此类电路三相负载平衡，每相功率一致，测量任意一相功率后乘以3，就能准确得出三相总功率。在三相三线制对称电路中，若现场具备从中点接线的条件，也可使用一表法。当现场条件不允许从中点接线或者负载无法断开时，需采用特殊方式。特殊接线方式：对于三相三线制对称电路中无法常规接线的情况，要构建人工中性点。具体做法是用两个阻抗值与电压支路阻抗相同的阻抗接成星形，以此作为人工中性点。然后将单相功率表的电流线圈串联接入某一相线路，电压支路的发电机端接在该相线路，非发电机端接在人工中性点上，从而完成测量。 · 两表法测量细节：两表法测量三相三线制电路功率时，接线要使两功率表电流线圈串联接入任意两线，电压支路发电机端接电流线圈所在线，另一端接第三线。读数要考虑符号，功率因数大于0.5时两表读数相加；小于0.5时指针反转表读数为负，总功率为两表读数之差，这是准确测量三相功率的关键。 知识点二 三相有功功率表 三相有功功率表如图1所示,其工作原理与单相功率表相同,在结构上分为二元三相功率表和三元三相功率表。 1. 二元三相功率表是根据两表法原理构成的,它有两个独立单元,每一个单元就是一个单相功率表,这两个单元的可动部分机械地固定在同一转轴上。因此,用这种仪表测量表，其读数取决于这两个独立单元共同作用的结果。二元三相功率表适合于测量三相三线制交流电路的功率。 图1 三相有功功率表 二元三相功率表的内部线路如图2所示。它的面板上有7个接线端钮,接线时应遵循下列两条原则(如图3所示): 图2 二元三相功率表的内部线路 A1、A3一电流线圈;B1、B3一电压线圈; R1，R3一电压线圈分流电阻; Rj1Rj3一附加电阻 图3 二元三相功率表的接线方法 (1) 两个电流线圈A1、A3可以任意串联接入被测三相三线制电路的两线;使通过线圈的电流为三相电路的线电流。同时应注意将发电机端接到电源侧。 (2) 两个电压线圈B1和B3通过U1端钮和U3端钮分别接至电流线圈A1和A3所在的线上,而U2端钮接至三相三线制电路的另一线上。 2. 三元三相功率表是根据三表法原理构成的,它有三个独立单元,每一单元就相当于一个单相功率表,三个单元的可动部分都装置在同一转轴上。因此它的读数就取决于这三个单元的共同作用。三元三相功率表适用于测量三相四线制交流电路的功率。 三元三相功率表的面板上有10个接线端钮,其电流端钮6个,电压端钮4个。接线时应注意将接中性线的端钮接至中性线上;三个电流线圈分别串联接至三根相线中;而三个电压线圈分别接至各自电流线圈所在的相线上，如图4所示。 图4 三元三相功率表的接线方法 三相有功功率表中，二元三相功率表是根据什么原理构成的（ ） A. 一表法原理 B. 两表法原理 C. 三表法原理 D. 四表法原理 【答案】B 【解析】二元三相功率表是根据两表法原理构成的，它有两个独立单元，每个单元相当于一个单相功率表，适合测量三相三线制交流电路的功率。 1. 二元三相功率表有几个独立单元（ ） A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 【答案】B 【解析】二元三相功率表有两个独立单元，每一个单元就是一个单相功率表，两个单元的可动部分机械地固定在同一转轴上。 2. 二元三相功率表适合测量哪种电路的功率（ ） A. 三相四线制交流电路 B. 三相三线制交流电路 C. 单相交流电路 D. 直流电路 【答案】B 【解析】二元三相功率表适合于测量三相三线制交流电路的功率，它是根据两表法原理构成的。 3. 三元三相功率表是根据什么原理构成的（ ） A. 一表法原理 B. 两表法原理 C. 三表法原理 D. 四表法原理 【答案】C 【解析】三元三相功率表是根据三表法原理构成的，它有三个独立单元，每个单元相当于一个单相功率表，适用于测量三相四线制交流电路的功率。 1. 三元三相功率表有几个独立单元（ ） A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 【答案】C 【解析】三元三相功率表有三个独立单元，每一单元就相当于一个单相功率表，三个单元的可动部分都装置在同一转轴上。 2. 三元三相功率表适用于测量哪种电路的功率（ ） A. 三相四线制交流电路 B. 三相三线制交流电路 C. 单相交流电路 D. 直流电路 【答案】A 【解析】三元三相功率表适用于测量三相四线制交流电路的功率，它是根据三表法原理构成的。 3. 二元三相功率表面板上有几个接线端钮（ ） A. 5个 B. 6个 C. 7个 D. 10个 【答案】C 【解析】二元三相功率表的面板上有7个接线端钮，接线时需遵循特定原则。 · 三相有功功率表类型：三相有功功率表分为二元三相功率表和三元三相功率表。二元三相功率表依据两表法原理，有两个独立单元，可动部分同轴，适合测量三相三线制交流电路功率；三元三相功率表根据三表法原理，有三个独立单元，可动部分同轴，适用于测量三相四线制交流电路功率。 · 二元三相功率表接线：二元三相功率表接线时，两个电流线圈可任意串联接入被测三相三线制电路两线，电流为线电流且发电机端接电源侧；两个电压线圈通过U1、U3端钮分别接至电流线圈所在线，U2端钮接至另一线。遵循此原则可保证测量准确和仪表安全。 · 三元三相功率表接线：三元三相功率表接线，要将接中性线的端钮接至中性线，三个电流线圈分别串联接至三根相线，三个电压线圈分别接至各自电流线圈所在的相线。正确接线是准确测量三相四线制交流电路功率的关键，否则会影响测量结果甚至损坏仪表。 知识点三 三相无功功率表 交流电路的无功功率也可以用有功功率表来测量,这是因为无功功率 Q=UIsinφ=UIcos(90°-φ) 如果改变接线方式,使功率表电压支路的电压与电流线圈上的电流之间的相位差为90°-φ,这时有功功率表的读数就是无功功率了。从图1的相量图中可以看出,测量有功功率时,加在电压支路上的电压为，而测量无功功率时,就应该在电压支路上加上电压'。 图1 无功功率的测量原理 在对称三相电路中,由电工学的知识可知:线电压vw与相电压u之间恰有90°的相位差,也就是vw与U相电流U之间有(90°-φ)的相位差,如图2(b)所示。如果将图2(a)的单表法测量三相有功功率的线路中单相功率表的接线改为图3(a)所示的电路,则加在电压支路上的电压为vw,它正好与U相中的线电流U相差90°-φ,如图3(b)所示,此时,功率表的读数 Q’=UVWIUcos（90°-φ） =UVWIUsinφ 图2 测量三相有功功率的接线图和相量图 图3 测量三相无功功率的接线图和相量图 而三相对称负载的电路中,无功功率 Q=√3UIsinφ 比较上述两式可知,只要把上述功率表的读数Q’乘以√3,就得到对称负载三相电路的总无功功率。 在实际的三相电路中,其负载往往不对称,因此无法采用图3中的电路进行测量，三相电路无功功率的测量方法很多,这里介绍最常用的两种。 1. 用三个有功功率表测量三相无功功率。其接线如图4所示。在这种方法中每一只单相功率表所测得的无功功率分别是 Q1=UVWIUcos(90°-φ)=√3UUIUsinφ=√3QU Q2=UWUIVcos(90°-φ)=√3UVIVsinφ=√3QV Q3=UUVIWcos(90°-φ)=√3UWIWsinφ=√3QW 故总的无功功率 Q=QU+QV+QW=(Q1十Q2十Q3) 图4 三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率的接线图 由此可见,只要把三个表的读数相加后除以√3，就得到三相电路总的无功功率。这一结论对三相三线制和三相四线制都适用。 2. 铁磁电动系无功功率表。利用铁磁电动系测量机构可以构成三相有功功率表或无功功率表,其工作原理和基本结构与二元或三元三相功率表相同,即把两单元(或三单元)组合在一起,仪表总的转矩为两单元(或三单元)转矩的代数和。 铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表,其线路一般按两表法原理构成。常见的有如下两种线路:一种被称为两表跨接法;另一种被称为两表人工中性点法,其线路如图5所示。其中两表跨接法无功功率表只适用于对称负载的三相三线制交流电路;而两表人工中性点法无功功率表可用于对称及不对称负载的三相三线制电路。 图5 铁磁电动系无功功率表的线路图 在交流电路中，无功功率的表达式为（ ） A. Q=UIcosφ B. Q=UIsinφ C. Q=UI D. Q= cosφ 【答案】B 【解析】无功功率Q=UIsinφ，有功功率P=UIcosφ。 1. 若要使有功功率表测量无功功率，需改变接线方式让功率表电压支路电压与电流线圈电流相位差为（ ） A. φ B. 90∘−φ C. 90 ∘+φ D. 180 ∘−φ 【答案】B 【解析】改变接线方式，使功率表电压支路的电压与电流线圈上的电流之间的相位差为90∘−φ，此时有功功率表读数就是无功功率。 2. 在对称三相电路中，线电压vw与相电压u的相位差为（ ） A. 30∘ B. 60∘ C. 90∘ D. 120∘ 【答案】C 【解析】在对称三相电路中，线电压vw与相电压u之间恰有90∘的相位差。 3. 用单表法测量对称三相电路无功功率，功率表读数Q′与总无功功率Q的关系为（ ） A. Q=Q′ B. Q=√3​Q′ C. Q= D. Q=3Q′ 【答案】B 【解析】用单表法测量对称三相电路无功功率时，Q’=UVWIUcos(90∘-φ）=UVWIUsinφ，而三相对称负载电路中Q=√3UIsinφ，所以Q=√3Q′。 1. 用三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率，总的无功功率Q与三个表读数Q1、Q2、Q3的关系为（ ） A. Q= Q1+Q2+Q3 B. Q= C. Q= √3(Q1+Q2+Q3) D. Q= 【答案】B 【解析】用三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率，Q1=√3QU，Q2=√3QV，Q3=√3QW,总的无功功率Q=QU+QV+QW=。 2. 铁磁电动系无功功率表通常做成（ ）仪表。 A. 便携式 B. 安装式 C. 数字式 D. 模拟式 【答案】B 【解析】铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表。 3. 两表跨接法无功功率表适用于（ ） A. 对称负载的三相三线制交流电路 B. 对称负载的三相四线制交流电路 C. 不对称负载的三相三线制交流电路 D. 不对称负载的三相四线制交流电路 【答案】A 【解析】两表跨接法无功功率表只适用于对称负载的三相三线制交流电路。 · 三相无功功率测量基础：交流电路无功功率Q=UIsinφ，可通过改变有功功率表接线，使电压支路电压与电流线圈电流相位差为90∘−φ，让有功功率表测量无功功率。在对称三相电路中，线电压与相电压有90°相位差，利用此特性可进行无功功率测量，但实际三相电路负载常不对称，此时一些基于对称电路的测量方法不适用。 · 三相不平衡电路无功功率测量方法：用三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率是常用方法。每只单相功率表测量部分无功功率，通过特定公式计算总无功功率，即把三个表读数相加后除以√3。该方法适用于三相三线制和三相四线制电路，能有效应对负载不平衡的情况，准确测量三相电路总无功功率。 · 铁磁电动系无功功率表：利用铁磁电动系测量机构构成，工作原理和结构与二元或三元三相功率表相似，将两或三单元组合，仪表总转矩为各单元转矩代数和。常见线路有两表跨接法和两表人工中性点法，前者适用于对称负载三相三线制，后者适用范围更广，包括不对称负载三相三线制。通常做成安装式仪表，为三相电路无功功率测量提供便利。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$