感應(yīng)式電能表的原理及設(shè)計

今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——一種感應(yīng)式電能表。該專利由上海金陵智能電表有限公司申請，并于2016年9月21日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說明

本發(fā)明屬于電功率測量技術(shù)，具體來說是一種額定最大電流Imax達到8倍基本電流Ib的感應(yīng)式電能表。

發(fā)明背景

電能表作為一種測量電能的儀表出現(xiàn)在世界上已經(jīng)有一百多年的歷史了，期間經(jīng)歷了科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，從重量幾十千克的最初形式逐步發(fā)展成現(xiàn)在的平均使用壽命達25年以上的運用長壽命技術(shù)的機電感應(yīng)式電能表和高精度多功能的智能型的電子式電能表兩種結(jié)構(gòu)形式。其中，感應(yīng)式長壽命技術(shù)電能表以其可靠穩(wěn)定的性能、長久的工作壽命是電子式電能表所不能比擬的。但是，機電感應(yīng)式電能表因其電磁感應(yīng)的工作原理，過載特性僅局限在4～6倍的范圍，不能象電子式電能表那樣做到平坦的負載特性曲線和寬廣的負載范圍，如圖9和圖10所示在過載電流增大后，波動較大。因此，如何提高過載特性，一直是感應(yīng)式電能表的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有平坦的負載特性曲線和寬廣的負載范圍的感應(yīng)式電能表，其在單相電能表和三相電能表中均能夠得到較好的應(yīng)用。

要在5％Ib～800％Ib的寬負載范圍實現(xiàn)平直的曲線，符合技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的要求，必須對電磁元件的形狀、參數(shù)等重新設(shè)計，對負載曲線的補償有所突破。

一般認為，電能表的轉(zhuǎn)動力矩與負載功率成正比，并且作用于電能表轉(zhuǎn)盤上僅有兩個力矩，即轉(zhuǎn)動力矩和永久磁鐵的制動力矩。但在電能表實際工作中，作用于轉(zhuǎn)盤上的力矩，除上述基本力矩外，還有摩擦力矩、電壓和電流工作磁通的自制動力矩等。同時，還由于鐵芯磁化曲線的非線性造成電壓和電流工作磁通之間的非線性關(guān)系，電能表的誤差與負載曲線由上述各分量的誤差隨電流變化的曲線疊加而成。一般情況下，在300％Ib～500％Ib時出現(xiàn)較大的正誤差；在600％Ib～800％Ib時出現(xiàn)較大的負誤差。在三相四線電能表的A、B、C分相時，在800％Ib時出現(xiàn)較大的正誤差，和合元時有較大的分離。要獲得理想的結(jié)果，重點是減小上述幾個負載點的誤差。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：本發(fā)明中的感應(yīng)式電能表包括驅(qū)動元件和轉(zhuǎn)動元件，所述轉(zhuǎn)動元件包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)盤和下軸尖，所述轉(zhuǎn)盤與所述轉(zhuǎn)軸活動連接；所述轉(zhuǎn)盤的下方設(shè)置有上磁環(huán)，所述上磁環(huán)與所述轉(zhuǎn)軸活動連接；所述下軸尖的頂部設(shè)置有下磁環(huán)，所述下磁環(huán)與所述下軸尖固定連接；可轉(zhuǎn)動的上磁環(huán)和固定的下磁環(huán)，利用同性相斥的原理，互相產(chǎn)生推力，使轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動基本沒有摩擦力；所述驅(qū)動元件包括電壓元件、電流元件和磁分路，所述磁分路設(shè)置于所述電壓元件與所述電流元件之間，所述電壓元件與所述電流元件之間的距離為2 .6毫米，所述電壓元件與所述磁分路之間的距離為2 .2毫米，在沒有增加裝配難度的前提下，滿足了特性要求，又能保持一定的驅(qū)動力矩；所述電流元件包括有電流鐵芯和電流線圈，所述電流線圈繞制在所述電流鐵芯上。

優(yōu)選地，所述電流鐵芯為冷軋電工硅鋼片材質(zhì)。通過采用普通的冷軋電工硅鋼板，達到了整機8倍過載的性能，與現(xiàn)有產(chǎn)品中專用硅鋼板來獲得電能表的高過載性能相比，避免了專用材料受限于大的批量、高的價格等因素，具有批量化使用的特點。所述電流線圈的安匝數(shù)為40，轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)速為8 .8轉(zhuǎn)/分，所述電流鐵芯加裝有磁分路補償裝置。

進一步優(yōu)選地，所述電流鐵芯為U型結(jié)構(gòu)，所述電流鐵芯的長度為31 .5mm，所述電流鐵芯的最大寬度為48mm，所述電流鐵芯的最小寬度為20mm，所述電流鐵芯的厚度為14mm。

更進一步優(yōu)選地，所述電流鐵芯為凹型結(jié)構(gòu)，所述電流鐵芯的長度為34 .5mm，所述電流鐵芯的寬度為41mm，所述電流鐵芯的厚度為14mm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有十分積極的效果。

本發(fā)明電流鐵芯采用了導(dǎo)磁率較高的冷軋電工硅鋼片，有效改善了輕負載的特性。并且采用了截面積較大、長度較短的電流鐵芯，獲得較小的鐵芯硅鋼磁阻，減小了非線性誤差。

同時，降低了轉(zhuǎn)動元件的轉(zhuǎn)速，從原來的11轉(zhuǎn)/分降低到8 .8轉(zhuǎn)/分，從而減小了電流工作磁通自制動力矩引起的誤差。增加電壓工作磁通，減小電流工作磁通。即增加電壓元件的激磁電流和鐵芯截面積，減少電流元件安匝數(shù)，增加電壓元件和電流元件的工作間隙。即在保證和提高整機驅(qū)動力矩的同時，進一步降低電流元件自制動力矩

此外，本發(fā)明采用在電流鐵芯上加裝磁分路補償裝置。其工作原理是在串聯(lián)電路（電流回路）上增加了磁分路，使流經(jīng)串聯(lián)電路的負載電流超過基本電流Ib的某一值時，使磁分路達到飽和，磁分路磁阻急劇增大，從而人為的增大了串聯(lián)電路中正的非線性誤差，其增加的速率與由其他分量所產(chǎn)生的負的非線性誤差的速率相接近，使電能表獲得較平直的負載曲線，達到寬過載的能力。

本發(fā)明形成的整機，各項參數(shù)及使用性能符合國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T828-2002單相交流感應(yīng)式長壽命技術(shù)電能表使用導(dǎo)則》規(guī)定極限的70％，表計的整體結(jié)構(gòu)和其他性能則符合《DL/T828-2002單相交流感應(yīng)式長壽命技術(shù)電能表使用導(dǎo)則》、《JB/T5467 .2-2 0 0 2機電式交流有功和無功電能表第2部分：長壽命技術(shù)電能表的特殊要求》、《G B /T17215 .311-2008交流電測量設(shè)備特殊要求第11部分：機電式有功電能表（ 0 .5、1和2級）》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。