2.3 电能的测量电路

电能测量使用电能表，电能表俗称电度表，它是一种用来计算用电量（电能）的测量仪表。电能表可分为单相电能表和三相电能表，分别用在单相和三相交流电路中。

2.3.1 电能表的结构与原理

根据工作方式不同，电能表可分为机械式（又称感应式）和电子式两种。电子式电能表是利用电子电路驱动计数机构来对电能进行计数的，而机械式电能表是利用电磁感应产生力矩来驱动计数机构对电能进行计数的。机械式电能表由于成本低、结构简单而被广泛应用。

单相电能表（机械式）的外形及内部结构如图2-22所示。

从图2-22b中可以看出，单相电能表内部垂直方向有一个铁心，铁心中间夹有一个铝盘，铁心上绕着线径小、匝数多的电压线圈，在铝盘的下方水平放置着一个铁心，铁心上绕有线径粗、匝数少的电流线圈。当电能表按图示的方法与电源及负载连接好后，电压线圈和电流线圈均有电流通过而都产生磁场，它们的磁场分别通过垂直和水平方向的铁心作用于铝盘，铝盘受力转动，铝盘中央的转轴也随之转动，它通过传动齿轮驱动计数器计数。如果电源电压高、流向负载的电流大，两个线圈产生的磁场强，铝盘转速快，通过转轴、齿轮驱动计数器的计数速度快，计数出来的电量更多。永久磁铁的作用是让铝盘运转保持平衡。

三相三线制电能表的外形和内部结构如图2-23所示。从图中可以看出，三相三线制电能表有两组与单相电能表一样的元件，这两组元件共用一根转轴、减速齿轮和计数器，在工作时，两组元件的铝盘共同带动转轴运转，通过齿轮驱动计数器进行计数。

三相四线制电能表的结构与三相三线制电能表类似，但它内部有三组元件共同驱动计数机构。

2.3.2 单相有功电能的测量电路

1. 单相有功电能的直接测量电路

单相有功电能的直接测量电路如图2-24所示。

图2-24b中圆圈上的粗水平线表示电流线圈，其线径粗、匝数小、阻值小（接近0Ω），在接线时，要串接在电源相线和负载之间；圆圈上的细垂直线表示电压线圈，其线径细、匝数多、阻值大（用万用表欧姆档测量时为几百欧至几千欧），在接线时，要接在电源相线和零线之间。另外，电能表电压线圈、电流线圈的电源端（该端一般标有“·”或“*”）应共同接电源进线。

2. 单相有功电能的间接测量电路

单相有功电能的间接测量电路如图2-25所示，图a所示测量电路使用了电流互感器，适合测量单相大电流电路的电能，实际电能等于电能表测得电能值与电流互感器电流比的乘积，图b所示测量电路同时使用了电压互感器和电流互感器，适合测量单相高电压大电流电路的电能，实际电能等于电能表测得电能值、电压互感器电压比和电流互感器电流比三者的乘积。

2.3.3 三相有功电能的测量电路

三相有功电能表可分为三相两元件有功电能表和三相三元件有功电能表，两元件有功电能表内部有两个测量元件，适合测量三相三线制电路的有功电能，常称为三相三线制有功电能表，三元件有功电能表内部有三个测量元件，适合测量三相四线制电路的有功电能，常称为三相四线制有功电能表。

三相有功电能表外形如图2-26所示，图a为电子式三相三线制有功电能表，其内部采用电子电路来测量电能，不需要铝盘；图b为机械式三相四线制有功电能表，其面板有铝盘窗口。

1. 三相两元件有功电能测量电路

三相两元件有功电能测量电路如图2-27所示，图a为直接测量电路，图b为间接测量电路，其实际电能值为电能表的指示值与两个电流互感器电流比的乘积。

2. 三相三元件有功电能测量电路

三相三元件有功电能测量电路如图2-28所示，图a为直接测量电路，图b为间接测量电路，其实际电能值为电能表的指示值与三个电流互感器电流比的乘积。

2.3.4 三相无功电能的测量电路

无功电能表用于测量电路的无功电能，其测量原理较有功电能表略复杂一些。目前使用的无功电能表主要有移相60°型无功电能表和附加电流线圈型无功电能表。

1. 移相60°型无功电能表的测量电路

移相60°型无功电能表的测量电路如图2-29所示。其在电压线圈上串接电阻R，使电压线圈的电压与流过其中的电流成60°相位差，从而构成移相60°型无功电能表。

图2-29a为移相60°型两元件无功电能表的测量电路，它适合测量三相三线制对称（电压电流均对称）或简单不对称（电压对称、电流不对称）电路的无功功率；图2-29b为移相60°型三元件无功电能表的测量电路，它适合测量三相电压对称的三相四线制电路的无功功率。

2. 附加电流线圈型无功电能表的测量电路

附加电流线圈型无功电能表的测量电路如图2-30所示，它适合测量三相三线制对称或不对称电路的无功功率。