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订阅中国电子电路教学 ↑ 请点击上方蓝色小字 微信公众平台：wangzhenyu_1000 1.功率表的结构和工作原理 功率表大多采用电动系测量机构。电动系功率表与电动系电流表、电压表的不同之处：定线圈和可动线圈不是串联起来构成一条支路，而是分别将固定线圈与负载串联，将可动线圈与附加电阻串联后再并联至负载，由于仪表指针的偏转角度与负载电流和电压的乘积成面故可测量负载的功率。 2.功率的测量 1)直流电流功率的测量。 ①用电压表和电流表测量直流电路功率，功率等于电压表与电流表读数的乘积，既P=UI，式中，P为功率(W)，U为电压(V)，I为电流(A)。 ②用功率表测量直流电路功率，功率表的读数就是被测负载的功率。 2)单相交流电路功率的测量。测量单相交流电路的功率应采用单相功率表。功率表的接线必须遵守“发电机端”规则。功率表的正确接线应将标有“*”号的电流端钮接至电源端，另一电流端钮接至负载端;标有“*”号的电压端钮可接至任一端钮，但另一电压端钮则应该接至负载的另一端。 3)三相交流电的电路功率测量。 ①用单相功率表测量三相四线制电路功率，用3个单相功率表分别接3条线路，电路总功率为三只功率表读数的和。 ②用单相功率表测量三相三线制电路功率，用两个单相功率表分别接好全部三根线，电路总功率为两只功率表的读数之和。如果负载的功率因数小于0.5，则会有一只功率表的读数为负值，既该功率表的指针会反转。为了取得读数，这时需要将该功率表电流线圈的两个端钮对换，使指针往正方向偏转，这时所测得的功率为两只功率表读数之差。 ③用三相功率表测量三相电路功率。三相功率表实际上相当于两个单相功率表组合在一起。它有两个电流线圈和两个电压线圈，分别接于电路中，其内部接线既三相三线制电路的二功率表法。 2)单相交流电路功率的测量。测量单相交流电路的功率应采用单相功率表。功率表的接线必须遵守“发电机端”规则。功率表的正确接线应将标有“*”号的电流端钮接至电源端，另一电流端钮接至负载端;标有“*”号的电压端钮可接至任一端钮，但另一电压端钮则应该接至负载的另一端。 3)三相交流电的电路功率测量。 ①用单相功率表测量三相四线制电路功率，用3个单相功率表分别接3条线路，电路总功率为三只功率表读数的和。 ②用单相功率表测量三相三线制电路功率，用两个单相功率表分别接好全部三根线，电路总功率为两只功率表的读数之和。如果负载的功率因数小于0.5，则会有一只功率表的读数为负值，既该功率表的指针会反转。为了取得读数，这时需要将该功率表电流线圈的两个端钮对换，使指针往正方向偏转，这时所测得的功率为两只功率表读数之差。 ③用三相功率表测量三相电路功率。三相功率表实际上相当于两个单相功率表组合在一起。它有两个电流线圈和两个电压线圈，分别接于电路中，其内部接线既三相三线制电路的二功率表法。 一、最常用的有功功率测量方法 1、相位法 通过相位测量电路测量电压、电流的相位差，再根据正弦电路有功功率计算公式P=UIcosφ计算出有功功率。 由于有功功率计算公式P=UIcosφ是在正弦电路技术上推导出来的，该方法只适用于正弦电路的有功功率测量。 另外，由于相位测量电路通常采用过零检测法，而交流电零点附近不可避免会有一定的毛刺，因此，相位测量精度较低。在低功率因数下的功率测量准确度亦较低。 2、模拟乘法器法 采用模拟乘法器获取电压、电流的乘积，得到瞬时功率，再用固定的时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值，也就是有功功率。该方法适用任意波形电量的有功功率测量。 二、功率分析仪的测量基本原理 以功率分析仪PA8000为例，测量的基本原理如下： 功率分析仪的每个测量通道，对输入的电流或者电压信号进行采样，对采样得到的数据按照特定公式计算得到结果。 其中u(n)为更新周期内采集的电压信号数据（瞬时数据），i(n)为更新周期内采集的电流信号数据（瞬时数据），u(n)和i(n)为同一时刻的采样数据。 三、有功功率的测量方法在变频器的应用 变频器的主电路一般为“交—直—交”组成，在整流回路中接有大电容，输入电流的波形不是正弦波；在逆变输出回路中，输出电压信号时受PWM载波信号调整的波形，即输入输出都不是标准的正弦波，有较多的高次谐波含量。 变频器典型的输入测波形如下： 对输入测得有功率，传统的计算公式为：
其中P为有功功率；Urms为电压有效值；Irms为电流有效值；φ为电压电流夹角。 但是，变频器的输入电流含有高次谐波，很难测量出相位角，PA8000功率分析仪采用数字采用方法，即模拟乘法器法，对指定的有效周期内获取的瞬时电压、电流的乘积，再用固定的时间对瞬时功率进行积分，即可获得瞬时功率的平均值，也就是有功功率，如下图： 同样，对变频器的输出侧，电压是频率可调的载波信号，含有较多的高次谐波，如下图： |
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