感應(yīng)系電能表

一般感應(yīng)系電能表的鐵心結(jié)構(gòu)如圖。電流元件的鐵心和電壓元件的鐵心之間

留有間隙，以便使鋁盤能在此間隙中自由轉(zhuǎn)。電壓元件鐵心上裝有用鋼板沖制成的回磁板?；卮虐宓南露松烊脘X盤下部，隔著鋁盤與電壓元件的鐵心柱相對(duì)應(yīng)，構(gòu)成電壓線圈工作磁通的回路。

電能表的電路和磁路如左圖，電能表工作時(shí)，通過電壓線圈的電流iu產(chǎn)生的磁通分為兩部分，一部分是穿過鋁盤并經(jīng)回磁板構(gòu)成回路的工作磁通Φu，另一部分是不經(jīng)過鋁盤而經(jīng)左右鐵軛構(gòu)成回路的非工作磁通Φu′。通過電流線圈的電流iA產(chǎn)生的磁通為ΦA(chǔ)，該磁通兩次穿過鋁盤，并通過電流元件鐵心構(gòu)成回路。

單相電能表的接線應(yīng)遵從發(fā)電機(jī)端守則，即電能表的電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈與負(fù)載并聯(lián)，兩線圈的發(fā)電機(jī)端應(yīng)接電源的同一極性端。為接線方便，單相電能表都有專門的接線盒。盒內(nèi)有四個(gè)端鈕，連線時(shí)只要按照1、4端接電源，3、5端接負(fù)載即可。 (在電能表的銘牌上有接線圖)

1、驅(qū)動(dòng)元件(如圖中的:2-電壓線圈;4-電流線圈)

用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。它由電壓元件和電流元件兩部分

組成。電壓元件是在E字形鐵心上繞有匝數(shù)多導(dǎo)線截面較小的線圈，該線圈在使用時(shí)與負(fù)載并聯(lián)，稱為電壓線圈。電流元件是在U形鐵心上繞有匝數(shù)少且導(dǎo)線截面大的線圈，該線圈使用時(shí)要與負(fù)載串聯(lián)，稱為電流線圈。

2、轉(zhuǎn)動(dòng)元件(如圖中的:3-鋁盤)

由鋁盤和轉(zhuǎn)軸組成，轉(zhuǎn)軸上裝有傳遞鋁盤轉(zhuǎn) 數(shù)的蝸桿。儀表 工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩將驅(qū)使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。

3、制動(dòng)元件(圖中5-制動(dòng)磁鐵)

由永久磁鐵組成。用來在鋁盤黑戶 動(dòng)時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測(cè)功率 成正比。

4、計(jì)度器(也稱積算機(jī)構(gòu))

用來計(jì)算鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)累計(jì)電能的目的。它包括安裝在轉(zhuǎn)軸上的

齒輪、滾輪以及計(jì)數(shù)器等，電能表最終通過計(jì)數(shù)器直接顯示出被測(cè)電能的數(shù)值。

為便于說明，規(guī)定磁通的正方向?yàn)樽陨隙麓┻^鋁盤。由于電流線圈中電流產(chǎn)生的磁通要

兩次穿過鋁盤。則分別用ΦA(chǔ)和-ΦA(chǔ)表示，電壓線圈中電流產(chǎn)生的磁通用Φu表示，各磁通的正方向如圖:在某時(shí)刻，通過電流線圈的電流iA正在減小，iA所產(chǎn)生的磁通ΦA(chǔ)和-ΦA(chǔ)也同時(shí)減少，于是在鋁盤中感應(yīng)出渦流，渦流的方向由楞次定律確定，i1和i1′。這兩個(gè)渦流在ΦU的作用下將產(chǎn)生作用力F1 ，其方向用左手定則可以判定出是指向右邊的。而在同一時(shí)刻，由于iu正在增大，感 應(yīng)產(chǎn)生的渦流i2在ΦA(chǔ)和-ΦA(chǔ)的磁場(chǎng)作用下，也產(chǎn)生向右的作用力F2和F2′。可見，由于iA和iU 的變化，在鋁盤中感應(yīng)出渦流，而各渦流在磁通作用下都產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使得鋁盤順時(shí)針轉(zhuǎn)起來。這樣由于用電過程中不斷地給電流線圈和電壓線圈提供電流和電壓，使得鋁盤可以源源不斷的產(chǎn)生力矩，從而帶動(dòng)鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)起來，帶動(dòng)起來的鋁盤驅(qū)動(dòng)數(shù)字計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

可以證明，鋁盤所受平均轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與負(fù)載的有功功率成正比，即

Mp=C1P=C1UIcosφ

式中 C1--比例常數(shù);

P--負(fù)載有功功率。

如圖，當(dāng)鋁盤以轉(zhuǎn)速n按逆時(shí)針方向在永久磁鐵的磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁盤切割永久磁鐵的磁通Φz(mì)，并在鋁盤中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)ez和感生電流iz，其方向可用楞次定律確定。磁通Φz(mì)與鋁盤中的感生電流(渦流)iz相互作用產(chǎn)生作用力Fz，其方向可用左手定則判斷。由于Fz總是和鋁盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，因此又稱為制動(dòng)力。由上述討論可以看出，鋁盤所受制動(dòng)力矩隨鋁盤轉(zhuǎn)速的增加而增大，即

Mz=Kn

式中 K--比例常數(shù)

n--鋁盤轉(zhuǎn)速

由此可見無論10A還是20A都不是電能表允許的最大電流，超過這個(gè)電流電能表不會(huì)被燒壞，只不過超過20A后電能表測(cè)量的電能不準(zhǔn)確了。所以我們只能說在接這個(gè)電能表的電路中要保證所測(cè)電能準(zhǔn)確，電流不能超過20A。

家用電能表的一些錯(cuò)誤理解電能表又叫電度表。雖然已經(jīng)有電子電能表產(chǎn)品出現(xiàn)，但廣泛應(yīng)用的仍是感應(yīng)系電能表，感應(yīng)系電能表從原理到使用都與中學(xué)物理教學(xué)中最常見的磁電系直流電流表、電壓表不同。用我們熟悉的磁電式直流電流表、電壓表的使用知識(shí)套用在感應(yīng)系電能表的使用上常出現(xiàn)一些誤解。感應(yīng)系電能表沒有指針，而是通過轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)積算機(jī)構(gòu)，顯示耗用電能隨時(shí)間增長(zhǎng)積累的總和，屬積算式儀表，沒有量限，也不存在超過量限問題。電能表所標(biāo)電壓、電流值為所接負(fù)載電路電壓、電流，與用電器上所標(biāo)的決定用電器額定功率的電壓、電流值不同。電能表本身耗電功率很小。感應(yīng)系電能表有很大的過載能力，并非只要過載就有燒毀的危險(xiǎn)。

（以上內(nèi)容選自吉林物理QQ群，趙智凱上傳的文章。）

應(yīng)該說明的是，初中物理教材關(guān)于對(duì)電能表參數(shù)的解釋中說：“10（20）A是說這個(gè)電能表的標(biāo)定電流10安，額定最大電流為20安”。我是這樣理解的，各個(gè)用戶通常在選用電能表時(shí)，供電局是有基本要求的，而不是由用戶隨意選擇的。因?yàn)楦鱾€(gè)用戶平常使用電器的最大功率是不同的，機(jī)械式電能表是靠電壓線圈和電流線圈的相互感應(yīng)來驅(qū)動(dòng)的，不同規(guī)格電能表的靈敏度不同（機(jī)械部分的大小、摩擦力和線圈大小漆包線的粗細(xì)都不同最小驅(qū)動(dòng)電流不同），如電能表選擇的額定最大電流過大，而用戶平時(shí)使用電器的功率過小，這樣就會(huì)使電能的計(jì)量誤差過大，出現(xiàn)用戶“合理”占便宜的現(xiàn)象；反之，若用戶平時(shí)使用電器的功率較大，而選擇的電能表規(guī)格過小，長(zhǎng)時(shí)間使用不僅出現(xiàn)計(jì)量結(jié)果偏大讓用戶“合理”吃虧的情況，而且還會(huì)出現(xiàn)電表因電流過大燒壞線圈的情況。此外，電流通過電能表時(shí)還有發(fā)熱等損耗都應(yīng)該考慮。所以，正常情況下應(yīng)綜合各因素來考慮，不要以為電能表能承受得了就可以。最合理的選擇就是電路上的實(shí)際電流跟電能表上的額定最大電流接近。