感应式电能表的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种感应式电能表。该专利由上海金陵智能电表有限公司申请，并于2016年9月21日获得授权公告。

内容说明

本发明属于电功率测量技术，具体来说是一种额定最大电流Imax达到8倍基本电流Ib的感应式电能表。

发明背景

电能表作为一种测量电能的仪表出现在世界上已经有一百多年的历史了，期间经历了科学技术的飞跃发展，从重量几十千克的最初形式逐步发展成现在的平均使用寿命达25年以上的运用长寿命技术的机电感应式电能表和高精度多功能的智能型的电子式电能表两种结构形式。其中，感应式长寿命技术电能表以其可靠稳定的性能、长久的工作寿命是电子式电能表所不能比拟的。但是，机电感应式电能表因其电磁感应的工作原理，过载特性仅局限在4～6倍的范围，不能象电子式电能表那样做到平坦的负载特性曲线和宽广的负载范围，如图9和图10所示在过载电流增大后，波动较大。因此，如何提高过载特性，一直是感应式电能表的研究课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有平坦的负载特性曲线和宽广的负载范围的感应式电能表，其在单相电能表和三相电能表中均能够得到较好的应用。

要在5％Ib～800％Ib的宽负载范围实现平直的曲线，符合技术指标规定的要求，必须对电磁元件的形状、参数等重新设计，对负载曲线的补偿有所突破。

一般认为，电能表的转动力矩与负载功率成正比，并且作用于电能表转盘上仅有两个力矩，即转动力矩和永久磁铁的制动力矩。但在电能表实际工作中，作用于转盘上的力矩，除上述基本力矩外，还有摩擦力矩、电压和电流工作磁通的自制动力矩等。同时，还由于铁芯磁化曲线的非线性造成电压和电流工作磁通之间的非线性关系，电能表的误差与负载曲线由上述各分量的误差随电流变化的曲线叠加而成。一般情况下，在300％Ib～500％Ib时出现较大的正误差；在600％Ib～800％Ib时出现较大的负误差。在三相四线电能表的A、B、C分相时，在800％Ib时出现较大的正误差，和合元时有较大的分离。要获得理想的结果，重点是减小上述几个负载点的误差。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案来实现：本发明中的感应式电能表包括驱动元件和转动元件，所述转动元件包括转轴、转盘和下轴尖，所述转盘与所述转轴活动连接；所述转盘的下方设置有上磁环，所述上磁环与所述转轴活动连接；所述下轴尖的顶部设置有下磁环，所述下磁环与所述下轴尖固定连接；可转动的上磁环和固定的下磁环，利用同性相斥的原理，互相产生推力，使转盘的转动基本没有摩擦力；所述驱动元件包括电压元件、电流元件和磁分路，所述磁分路设置于所述电压元件与所述电流元件之间，所述电压元件与所述电流元件之间的距离为2 .6毫米，所述电压元件与所述磁分路之间的距离为2 .2毫米，在没有增加装配难度的前提下，满足了特性要求，又能保持一定的驱动力矩；所述电流元件包括有电流铁芯和电流线圈，所述电流线圈绕制在所述电流铁芯上。

优选地，所述电流铁芯为冷轧电工硅钢片材质。通过采用普通的冷轧电工硅钢板，达到了整机8倍过载的性能，与现有产品中专用硅钢板来获得电能表的高过载性能相比，避免了专用材料受限于大的批量、高的价格等因素，具有批量化使用的特点。所述电流线圈的安匝数为40，转动元件的转速为8 .8转/分，所述电流铁芯加装有磁分路补偿装置。

进一步优选地，所述电流铁芯为U型结构，所述电流铁芯的长度为31 .5mm，所述电流铁芯的最大宽度为48mm，所述电流铁芯的最小宽度为20mm，所述电流铁芯的厚度为14mm。

更进一步优选地，所述电流铁芯为凹型结构，所述电流铁芯的长度为34 .5mm，所述电流铁芯的宽度为41mm，所述电流铁芯的厚度为14mm。

本发明与现有技术相比较，具有十分积极的效果。

本发明电流铁芯采用了导磁率较高的冷轧电工硅钢片，有效改善了轻负载的特性。并且采用了截面积较大、长度较短的电流铁芯，获得较小的铁芯硅钢磁阻，减小了非线性误差。

同时，降低了转动元件的转速，从原来的11转/分降低到8 .8转/分，从而减小了电流工作磁通自制动力矩引起的误差。增加电压工作磁通，减小电流工作磁通。即增加电压元件的激磁电流和铁芯截面积，减少电流元件安匝数，增加电压元件和电流元件的工作间隙。即在保证和提高整机驱动力矩的同时，进一步降低电流元件自制动力矩

此外，本发明采用在电流铁芯上加装磁分路补偿装置。其工作原理是在串联电路（电流回路）上增加了磁分路，使流经串联电路的负载电流超过基本电流Ib的某一值时，使磁分路达到饱和，磁分路磁阻急剧增大，从而人为的增大了串联电路中正的非线性误差，其增加的速率与由其他分量所产生的负的非线性误差的速率相接近，使电能表获得较平直的负载曲线，达到宽过载的能力。

本发明形成的整机，各项参数及使用性能符合国家电力行业标准《DL/T828-2002单相交流感应式长寿命技术电能表使用导则》规定极限的70％，表计的整体结构和其他性能则符合《DL/T828-2002单相交流感应式长寿命技术电能表使用导则》、《JB/T5467 .2-2 0 0 2机电式交流有功和无功电能表第2部分：长寿命技术电能表的特殊要求》、《G B /T17215 .311-2008交流电测量设备特殊要求第11部分：机电式有功电能表（ 0 .5、1和2级）》等标准和规范。