三相电能表的计费原理及公式是什么？

感应系列电能表的种类型号很多，但它们的基本结构大同小异。以单相电能表为例，它是由驱动元件、转动元件、制动元件、积算机构(记度器)、调整装置及辅助部分组成。见图2-1。

1.电流元件；2.电压元件；3.铝质圆盘；4.转轴；5.轴承；6.制动元件；7.蜗轮齿轮传动机构；8.积算机

图2-1　单相感应系列电能表结构图

　　(1)驱动元件。它包括电流元件1和电压元件2。电流元件由铁心(硅钢片叠制而成)和缠绕在铁心上的电流线圈组成，线圈导线较粗、匝数较少，串联在负荷回路中。电压元件是由铁心和电压线圈组成，线圈导线较细、匝数较多，与负荷电路并联。

　　(2)转动元件。它由铝质圆盘3和与其连接在一起的转轴4组成。

　　(3)轴承。轴承5分上轴承和下轴承。上轴承主要起导向作用，下轴承用以支撑转动元件和减少转动时的摩擦力矩，一般由两个人工宝石(玛瑙)和组成或利用同极性磁性材料的推斥悬浮力而制成的组合。

　　(4)制动元件。制动元件6由永久磁铁制成，在圆盘转动时产生制动力矩，控制圆盘的转速，从而使圆盘的转数反映被测电能量值。

　　(5)积算机构。用来累积圆盘转数，从而累计电能。当圆盘转动时，通过蜗轮蜗杆传动机构7带动积算机构的滚轮(字轮)组转动，以显示被测电能量值。

　　(6)调整装置。它的作用是改变制动力矩和补偿力矩的大小，改善和满足准确度的要求。它包括分组(三相表)、满载、轻载、相位、潜动的调整装置。

　　(7)辅助部件。它包括外壳(表底壳、表盖)，基架(安装各元件的构架)、铭牌、端钮盒(接线盒)及接线端子等。

1.2工作原理

　　电能表接入被测电路后，被测电压加在电压线圈上，其铁心中形成一个交变磁通，这个磁通的一部分由经磁板(铁板制成，一端固定在左右铁轭，另一端伸入圆盘下部，与隔着圆盘的电压元件铁心相对应，构成电压线圈工作磁通的回路)穿过圆盘回到铁心中而闭合。另一部分非工作磁通，不穿过圆盘，由左右铁轭构成回路。负荷电流通过电流线圈后，也在电流线圈的铁心中形成一个交变磁通，这个磁通由铁心的一端由下至上穿过圆盘，再由上至下穿过圆盘回到铁心的另一端。电路与磁路见图2－2。穿过圆盘的两个交变磁通，是在不同位置穿过圆盘，因此在各自穿过圆盘的位置附近产生感应涡流。这些感应涡流与穿过圆盘的两个磁通相互作用，便在圆盘上形成了推动圆盘转动的转动力矩。可以证明，转动力矩MP与被测电路的有功功率成正比，即：MP=KUIcosφ=KP　　　　　(1)

式中K——比例常数。

图2－1单相感应系列电能表结构图

　　圆盘转动切割制动元件的磁通φf，在圆盘上产生涡流if，if与φf相互作用，形成作用于圆盘上与其转动方向相反的制动力矩Mf。制动力矩和圆盘转速n成正比，即：Mf=Rn　　　(2)

式中R——比例常数。

　　当制动力矩与转动力矩平衡时，转速稳定，可得平衡条件MP=Mf，将公式(1)代入公式(2)得Rn=KP　　　　(3)

　　转速　

式中C——电能表比例常数(每千瓦时盘转数)。

　　将公式(3)两端乘以测量时间t得

　　nt=CPt=CW

　　式中nt是在测量时间t内电能表的圆盘总转数，以N表示，所以被测负荷在时间t内所消耗的电能为，则。在设计电能表积算机构的传动比中，已经考虑了这个常数，并标注在电能表的铭牌上，所以从积算器字轮窗口上可以直接读出被测电能表量值。

2　三相电能表的结构特点

　　三相电能表的内部结构为两组或三组单相电能表元件的组合，安装于同一表壳内构成一只三相电能表。三相三线电能表具有两组驱动元件，分为单圆盘和双圆盘两种。三相四线电能表具有三组驱动元件，分为三元件双圆盘和三元件三圆盘两种。

　　由于三相电能表各组元件之间存在电磁的相互影响，性能又具有特殊性，为此，三相电能表除了具有与单相电能表相同的调整装置外，还增加了平衡调整装置，用以分别调整各元件的驱动力矩，以减小三相负荷不平衡时产生的附加误差。

3　无功电能表的结构特点

　　无功电能表是计量无功电能的仪表，内部结构与有功电能表相似，除了用于调相机、电容器组无功电能的输出等计量以外，大多与有功电能表配合使用，用来测量一段时间内(一般为一个月)被测负荷的平均功率因数。其结构形式主要有3种类型：

　　(1)具有附加电流线圈的无功电能表。这种表由两组元件组成，在U、W相电流元件的铁心上除了基本电流线圈之外，还绕有与基本电流线圈匝数相同的附加电流线圈，两相附加电流线圈串联后，接入没有基本电流线圈的V相，电压线圈跨相连接，用来计量三相无功电能。

　　(2)具有60°相位差的无功电能表。这种表由两组元件组成，电压线圈的接线采用跨相法，在两只电压线圈上各串联一个附加电阻，使得电压工作磁通滞后于电压60°而不是90°，所以称为具有60°相位差的无功电能表，用来测量三相三线无功电能。

　　(3)跨相90°相位差的无功电能表。这种无功表由三组元件组成，适用于三相四线无功电能表的计量。内部三只电压线圈的接线跨相90°连接，所测得的无功功率除以接线系数即为实际无功功率，制造厂将三只电流线圈匝数缩小倍，抵消了接线系数，记度器直接反映无功量值。

4　电子式电能表的结构原理

4.1　主要结构

　　电子式电能表的外部接线与感应系列电能表完全相同，其内部结构由电子元件和集成电路组成。内部结构由电流传感器(TA)、电压传感器(TV)、模数转换器(A/D)，日历时钟、核心元件微处理器(CPU)及电源组成。外部结构由液晶显示屏1、抄表及功能显示按钮6、检验电能表用的通讯接口7和功率脉冲输出接口8、工作指示灯9、预付电费钥匙插孔10以及表底壳4、表盖5、辅助端子与接线孔3、封表螺钉2组成。外部形状见图2－3。

图2－3　电子电能表外部形状图

4.2　工作原理

　　以三相四线电能表为例，接入被测电路的电流、电压传感器，将数据经模数转换器转换后，输入微处理器进行分析、处理，通过液晶显示屏显示分时计量的正反向有功、无功电量以及最大需量、时段控制、失压监测等。表中设有的RS485网络口，可以通过辅助端子与负控装置连接，由微处理器提供信号实施负荷控制远程抄表；也可以通过通信电话实现远程抄表及用电管理。微处理器能够发送报警、跳闸信号，可以实行预付电费结算方式。

　　单相电子式电能表的结构原理与三相表相似，由于被测对象及功能较为简单，其结构原理也较为简单一些。

5　特殊用途电能表

5.1　最大需量电能表

　　最大需量电能表是一种既能测量有功电能，又能测量最大需量的电能表，一般在用电大户中安装使用。通过最大需量表可以掌握用户用电情况，按最大需量数值计收基本电费，对安全经济发供电有着重要作用。

5.2　分时计费电能表

　　峰谷分时计费(多费率)电能表，是一种对不同时段的电能分别进行计量的仪表。

　　分时计费电能表目前市场上有两种形式，一种是机电一体化形式，是在感应系列电能表的机体上加装了峰平谷的时区时段以及最大需量等功能的集成电子电路板块，以原积算机构显示总电量，以数码管或液晶显示屏对其他功能进行显示。另一种是电子式，电子元件将峰平谷各时段的电量以及所有功能都通过液晶显示屏显示出来。

5.3　脉冲电能表

　　脉冲电能表是一种既能测量有功或无功电能，又能输出脉冲个数的电能表，一般应用于电能的计量和电力负荷的遥测、遥控以及集中抄表、集中监控和用电管理。

　　脉冲电能表一种是在感应系列电能表的机体上加装脉冲发生装置构成，电能表圆盘每转一圈发出一定数量的脉冲数。另一种电子式脉冲电能表的脉冲数是电子脉冲电路发送与功率成正比的脉冲，像感应系列电能表的常数一样，设计规定每千瓦时输出多少个脉冲数。(