感應(yīng)系電能表工作原理

為便于說明，規(guī)定磁通的正方向為自上而下穿過鋁盤。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)的磁場作用下，也產(chǎn)生向右的作用力F2和F2′?？梢姡捎趇A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)生順時針方向的轉(zhuǎn)動力矩，使得鋁盤順時針轉(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，從而帶動鋁盤轉(zhuǎn)動起來，帶動起來的鋁盤驅(qū)動數(shù)字計數(shù)器計數(shù)。

可以證明，鋁盤所受平均轉(zhuǎn)動力矩與負載的有功功率成正比，即

Mp=C1P=C1UIcosφ

式中 C1--比例常數(shù);

P--負載有功功率。

如圖，當鋁盤以轉(zhuǎn)速n按逆時針方向在永久磁鐵的磁場中轉(zhuǎn)動時，鋁盤切割永久磁鐵的磁通Φz，并在鋁盤中產(chǎn)生感生電動勢ez和感生電流iz，其方向可用楞次定律確定。磁通Φz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)動方向相反，因此又稱為制動力。由上述討論可以看出，鋁盤所受制動力矩隨鋁盤轉(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

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，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。

1、驅(qū)動元件(如圖中的:2-電壓線圈;4-電流線圈)

用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。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)多導線截面較小的線圈，該線圈在使用時與負載并聯(lián)，稱為電壓線圈。電流元件是在U形鐵心上繞有匝數(shù)少且導線截面大的線圈，該線圈使用時要與負載串聯(lián)，稱為電流線圈。

2、轉(zhuǎn)動元件(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，驅(qū)動元件產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩將驅(qū)使鋁盤轉(zhuǎn)動。

3、制動元件(圖中5-制動磁鐵)

由永久磁鐵組成。用來在鋁盤黑戶 動時產(chǎn)生制動力矩，使鋁盤的轉(zhuǎn)速與被測功率 成正比。

4、計度器(也稱積算機構(gòu))

用來計算鋁盤的轉(zhuǎn)數(shù)，實現(xiàn)累計電能的目的。它包括安裝在轉(zhuǎn)軸上的

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

單相電能表的接線應(yīng)遵從發(fā)電機端守則，即電能表的電流線圈與負載串聯(lián)，電壓線圈與負載并聯(lián)，兩線圈的發(fā)電機端應(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)有四個端鈕，連線時只要按照1、4端接電源，3、5端接負載即可。 (在電能表的銘牌上有接線圖)

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

家用電能表的一些錯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物理教學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)動帶動積算機構(gòu)，顯示耗用電能隨時間增長積累的總和，屬積算式儀表，沒有量限，也不存在超過量限問題。電能表所標電壓、電流值為所接負載電路電壓、電流，與用電器上所標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。

（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)于對電能表參數(shù)的解釋中說：“10（20）A是說這個電能表的標定電流10安，額定最大電流為20安”。我是這樣理解的，各個用戶通常在選用電能表時，供電局是有基本要求的，而不是由用戶隨意選擇的。因為各個用戶平常使用電器的最大功率是不同的，機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)動的，不同規(guī)格電能表的靈敏度不同（機械部分的大小、摩擦力和線圈大小漆包線的粗細都不同最小驅(qū)動電流不同），如電能表選擇的額定最大電流過大，而用戶平時使用電器的功率過小，這樣就會使電能的計量誤差過大，出現(xiàn)用戶“合理”占便宜的現(xiàn)象；反之，若用戶平時使用電器的功率較大，而選擇的電能表規(guī)格過小，長時間使用不僅出現(xiàn)計量結(jié)果偏大讓用戶“合理”吃虧的情況，而且還會出現(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際電流跟電能表上的額定最大電流接近。