感应式电能表是用铝盘所转的圈数反映电能的,电能表转动的圈数与被测负载所用的电能量成正比关系。当负载用电时,电压线圈的两端加上线路电压,电流线圈通过负载电流。这时电压线圈中通过的电流,在电压铁芯中产生了电压工作磁通Φu,负载电流通过电流线圈时,在电流铁芯中产生了电流工作磁通Φi。磁通穿过圆盘时,分别在圆盘上感应出滞后于它们90°。的感应电动势Eu和EI,Eu和Eu又分别在圆盘上产生了涡流iU和iI。两工作磁通Φu,Φi在空间位置是不重合的。 由于电压工作磁通Φu和电流工作磁通产生的涡流iI,电流工作磁通命Φu和电压工作磁通产生的涡流iU在空间位置上不相重合,而且在时间上存在相位差,电流和磁通之间会产生力的作用。这个力在圆盘上产生转动力矩,使电能表的圆盘按一个方向不停地转动。 作用在圆盘上的电磁力矩即驱动力矩,其计算公式为
式中。电流工作磁通Φi超前电压工磁通Φu的角度。
式中,驱动力矩的公式可以写成: 式中KW——比例常数,由电能表的结构决定。 式中说明了驱动力矩MQ与负载的有功功率成正比,实现正确测量的条件: (1)磁通Φu正比于外加电压Uph。 (2)磁通ΦI正比于负载电流Iph。 (3)内相角=90°±Φ,这一条件又叫正交条件,它是靠合理的结构设计和装配来实现的。 由以上分析可以看出感应式电能表的驱动力矩与被测电路中的负载功率成正比,当功率改变时力矩也会随之改变,圆盘的转速也相应改变。但是仅有驱动力矩作用时,圆盘将作匀加速运动,使圆盘越转越快,破坏了驱动力矩与负载功率成正比的关系。为了在一定力矩下使圆盘以一定的速度匀速转动,还需要在圆盘上加一个与驱动力矩大小相等、方向相反的反作用力矩,保证圆盘转动速度始终与负载功率成正比。这就是电能表中装设永久磁钢的目的。
运行中电能表潜动是经常见到的现象,也较为复杂,其原因是多方面的。经过现场细致的调查分析和测试,发现电能表的潜动原因大致有5种:
1、有轻微负荷,如配电盘上的指示灯、带灯开关、线路负荷定量器、电压互感器、变压器、电焊机的空载运行、功率因数过低等。
2、潜动试验不合格。一般电能表轻载正、负误差偏大。
3、没按正相序电源进行电能表接线。
4、三相电压严重不平衡。
5、电流互感器匝间短路或存在漏电,线路绝缘破损及电能表电流线圈烧毁等。
按照上述故障原因,应采取如下措施:
1、有轻微负荷造成潜动的,查明确切潜动原因并向用户耐心解释,说明情况。
2、按照电能表检定规程,轻载误差一般不要超差。
3、安装电能表前一定要在现场测量相序,按正相序电源接线。
4、协助用户调整用电负荷,能达到三相电流、电压相对平衡。
5、因故障导致电能表潜动的,及时查找故障原因,检查电能表、互感器、改装接线、用电器烧毁等。
一般电能表的转速不稳均是由于机械故障导致的。如: 1、当电能表的上、下轴承因缺油而使摩擦力矩增大,有时还伴有吱吱的摩擦振动响声,使电能表的转速变慢。 处理方法:将表壳打开,在上、下轴承中加一点表油,问题即可得到解决。如果上下轴承已损坏或轴尖磨损严重,可换新的器件。 2、由于电能表长期使用或由于制动磁铁质量不好,导致失磁现象,使制动力矩减小,表盘转速变快。处理方法:将制动磁铁充磁或更换磁铁。 3、当磁铁间有杂物或铁渣时,会使表盘转速时快时慢。处理方法:清理杂物并对不平的表盘进行校正。 上述现象都是造成电能表转速不稳的主要原因,但这也不能一概而论。电能表的转速不仅和以上所述原因有关,同时还和它所带的负荷性质有关。以三相三线电能表为例,当它的负荷为纯阻性时(即功率因数为1、0,Φ角为0°时),它的两组元件都会在转盘上产生一个转动力矩。它的功率计算公式为:PZ=UABIAcos(Φ+30°)+UCBICcos(Φ-30°)[式中:PZ为总功率;Φ为相电压与相电流之间的夹角;(Φ+30°)和(Φ-30°)均为线电压与相电流之间的夹角]。 当负载为感性或容性时(功率因数为0、5,Φ角为60°时),在两组元件中的其中一组功率为零,这样它的总功率就为原来总功率的一半,当然转速就比负荷为纯阻性时的转速慢。由于线路的负荷有时在不断地变化,因此,电能表的转速也就随之变化,但这是正常现象。