劉惠穎黑龍江省電力科學(xué)研究院

外界因素對(duì)電能表的影響

劉惠穎
黑龍江省電力科學(xué)研究院

電能表在實(shí)際使用中所處的外界條件時(shí)常與技術(shù)條件規(guī)定不同，例如，電能表安裝場(chǎng)所的環(huán)境溫度和按入的電壓都可能在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化；交流頻率也會(huì)隨時(shí)偏離額定值。外界條件改變后，電能表的誤差就會(huì)改變，其改變量叫做電能表的附加誤差。電能表的技術(shù)條件或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)這些附加誤差也都有規(guī)定。下面將敘述各項(xiàng)附加誤差的形成原因及對(duì)電能表的影響。

外界因素；電能表；影響

一、電壓影響

如果加在電能表上的電壓(以后簡(jiǎn)稱(chēng)工作電壓或電壓)與額定電壓不同，那么會(huì)引起電壓工作磁通不隨電壓成正比地變化，并破壞了電壓抑制力矩、補(bǔ)償力矩與驅(qū)動(dòng)力矩之間原有的比例關(guān)系，結(jié)果使電能表產(chǎn)生了電壓附加誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)電壓誤差。

1.電壓抑制力矩的變化

因?yàn)檗D(zhuǎn)速和磁通由都與電壓成正比，所以根據(jù)式(1)，電壓抑制力矩應(yīng)隨電壓的三次方變化，而驅(qū)動(dòng)力矩隨電壓的一次方變化。這樣，電壓升高時(shí)，電壓抑制力矩比驅(qū)動(dòng)力矩增加更快，引起負(fù)誤差；電壓降低時(shí)，電壓抑制力矩比驅(qū)動(dòng)力矩減小更快，引起正誤差。把電壓抑制力矩隨電壓變化引起的誤差稱(chēng)為電壓抑制誤差，當(dāng)電壓由額定值變化±10%?UY0.5%一1.5%。電壓抑制誤差和負(fù)載電流無(wú)關(guān)，因?yàn)殡妷阂种屏睾万?qū)動(dòng)力矩都與負(fù)載電流成正比。負(fù)載電流改變時(shí)，兩者的比值aU仍舊不變，因此?UY也不變。

2.并聯(lián)電路非線(xiàn)性系數(shù)的變化

在并聯(lián)電路中，磁通ΦF比ΦU大3—6倍，且ΦF通過(guò)的鐵芯因其截面較小而處于飽和程度較高的狀態(tài)，當(dāng)電壓升高時(shí)，ΦU所通過(guò)的磁路磁阻比ΦU通過(guò)的磁路磁阻的變化要小，ΦU隨電壓增加的比例就要大一些，引起正誤差，而電壓降低時(shí)，ΦF比ΦU減小很快一些，引起負(fù)誤差。把因電壓變化而導(dǎo)致磁通ΦF比ΦU重新分布所產(chǎn)生的誤差稱(chēng)為并聯(lián)電路的非線(xiàn)性誤差，其公式為

式中 PU——并聯(lián)電路的非線(xiàn)性吸收，PU=ΦU/mUΦUN。

串聯(lián)和并聯(lián)電路產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差的原因是有區(qū)別的。串聯(lián)電路因有非線(xiàn)性磁阻，使電流總磁通Φ∑I和電流工作磁通由ΦI成非線(xiàn)性變化。并聯(lián)電路中電壓總磁通Φ∑U和外加電壓U的關(guān)系式為U=E∑U=4.44?WUΦ∑U，雖然電壓鐵芯導(dǎo)磁率隨電壓變化，但只引起電壓線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流改變，而Φ∑U與U仍然近似成正比，因而并聯(lián)電路產(chǎn)生的非線(xiàn)性誤差即是前述的由于總磁通Φ∑U的兩個(gè)分量ΦF和ΦU所經(jīng)磁路磁阻隨電壓變化的比例各不相同所引起的。因此，補(bǔ)償力矩在輕負(fù)載下對(duì)誤差的影響也就降低了。

二、頻率影響

1.幅值頻率誤差

當(dāng)cosφ＝1時(shí)，電流、電壓工作磁通和有關(guān)力矩隨頻率變化引起的頻率誤差稱(chēng)為幅值頻率誤差。下面分析引起這種誤差的主要原因。

(1)電壓工作磁通和頻率之間的變化關(guān)系。其實(shí)并不這樣簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谟懻擃l率影響時(shí)，假定電壓U是不變的，即U=E∑U= 4.44 ?WUΦ∑U。所以，Φ∑U?成反比變化，且Φ∑U?＝常數(shù)，但是電壓工作磁通ΦU與?之間只是大致成反比關(guān)系，它們的乘積并不等于常數(shù)，當(dāng)頻率升高時(shí)，磁通路徑上的有功損耗(主要是圓盤(pán)中的渦流損耗)增加，引起ΦU隨其磁阻增大而減小。電壓非工作磁通ΦF路徑上的損耗也會(huì)隨頻率升高而增加，但是由于ΦF不穿過(guò)圓盤(pán)，有功損耗就小很多，其磁阻變化很小，因而ΦF隨頻率變化很小，頻率升高的結(jié)果，改變了和Φ∑U之間的比例關(guān)系，使?ΦU減小。

(2)電流工作磁通和頻率之間的變化關(guān)系。電流鐵芯中的損耗和頻率的平方成正比，所以當(dāng)負(fù)載電流不變、頻率升高時(shí)，電流鐵芯的有功損耗增加，勵(lì)磁電流減小，電流工作隨之減小。

2.相位頻率誤差

當(dāng)cosφ≠1時(shí)，電壓工作磁通與電流工作磁通問(wèn)的相位角少隨頻率變化而引起的誤差叫做相位頻率誤差。

三、溫度影響

1.產(chǎn)生溫度誤差的原因

環(huán)境溫度改變后，制動(dòng)磁通會(huì)發(fā)生變化，電流、電壓工作磁通及其相位角都要改變，從而引起誤差，稱(chēng)為溫度附加誤差，簡(jiǎn)稱(chēng)溫度誤差。今就產(chǎn)生溫度誤差的主要原因敘述如下。

(1)制動(dòng)磁通的變化。因?yàn)橹苿?dòng)磁鐵的溫度系數(shù)aT是負(fù)值，它的大小與磁鐵材料及處理等因素有關(guān)，一般aT＝一0.02一一0.04%/℃。所以溫度升高時(shí)，制動(dòng)磁通減小，制動(dòng)力矩隨之減小，即產(chǎn)生了正的溫度誤差。反之，則為負(fù)的溫度誤差。

(2)電壓工作磁通的變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，電壓工作磁通ΦU回路中的轉(zhuǎn)盤(pán)及相位補(bǔ)償，環(huán)的電阻都增大，因而有功損耗降低，ΦU的這部分磁路磁阻隨之減小。同時(shí)，ΦU回路的鐵芯損耗減小，亦使回路磁阻減小。然而，非工作磁通回路的磁阻雖減小，因其不經(jīng)過(guò)圓盤(pán)，有功損耗不大，磁阻減小的程度較小。這樣，便引起磁通ΦU和ΦF的重新分布，使ΦF增加，電能表轉(zhuǎn)速變快，因而引起正的溫度附加誤差。溫度降低，則引起負(fù)的溫度附加誤差。

2.溫度誤差的補(bǔ)償方法

(1)利用雙金屬片補(bǔ)償幅值溫度誤差。將具有不同溫度系數(shù)的兩種金屬片焊接在一起構(gòu)成雙金屬片，它的一端固定在制動(dòng)磁鐵上，溫度系數(shù)較大的金屬片靠近磁鐵。雙金屬片的另一端(自由端)固定著靠近磁鐵氣隙的鐵片。溫度升高時(shí)，雙金屬片向外彎曲，鐵片離開(kāi)磁鐵氣隙遠(yuǎn)一些，流過(guò)鐵片的磁通減少，穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的制動(dòng)磁通增加，就補(bǔ)償了制動(dòng)磁鐵磁通隨溫度升高而減少的磁通量，即補(bǔ)償了正的幅值溫度誤差。溫度降低時(shí)，所發(fā)生的變化過(guò)程與上述情況相反。

(2)利用熱磁合金補(bǔ)償幅恒溫度誤差。經(jīng)常用來(lái)補(bǔ)償電能表幅值溫度誤差的熱磁合金有好幾種。

四、自熱影響

電能表連續(xù)通電使用時(shí)，串聯(lián)和并聯(lián)電路消耗功率產(chǎn)生的熱量會(huì)使表內(nèi)各部件和空氣溫度升高，導(dǎo)致電能表的誤差發(fā)生變化。電能表從通電開(kāi)始到熱穩(wěn)定狀態(tài)需要—定的時(shí)間，電能表誤差在這段時(shí)間內(nèi)也不斷變化，這一過(guò)程稱(chēng)為自熱。以預(yù)熱開(kāi)始至穩(wěn)定狀態(tài)，電能表誤差的變化雖與產(chǎn)生溫度誤差的原因相似，但是并不完全一樣。一般電能表接入電路2h后誤差才能穩(wěn)定。但是誤差變化的主要部分約在60min內(nèi)就基本完成。通常，把這種自熱影響產(chǎn)生的附加誤差叫做自熱誤差。

自熱影響可分為電壓自熱影響和電流自熱影響。按照電能表標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電壓線(xiàn)路加額定電壓1h后，一直到熱穩(wěn)定后的誤差變化稱(chēng)電壓自熱影響。其次在電壓線(xiàn)路熱穩(wěn)定下，電流線(xiàn)路在最大的負(fù)載下預(yù)熱15min后，一直到熱穩(wěn)定后的誤差變化稱(chēng)為電流自熱影響。由于電能表投入使用后，總是長(zhǎng)期加電壓的，因而實(shí)際使用中，電壓自熱影響對(duì)電能表誤差并沒(méi)有多大影響，而電流線(xiàn)路消耗的功率與負(fù)載電流的平方成正比。所以自熱影響不僅與電能表電流線(xiàn)路通電持續(xù)時(shí)間有關(guān)，而且還取決于負(fù)載電流的大小。

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