单项功率表测量三相异步电动机功率的教学实践

王茂柱

（河南省三门峡黄金工业学校 河南 三门峡472000）

测量电气负载的功率， 是电气工作中经常要做的工作， 一般情况下， 在测量单相功率时应用单相功率表， 测量三相功率时应用三相功率表。 但有些时候，在测量三相功率时手边如果没有三相功率表，只有单相功率表，也一样可以进行功率测量。 下面笔者试分析单相功率表在三相功率测量中的应用。

众所周知，单相功率表有两个线圈， 即电流线圈和电压线圈，在测量时，将电流线圈与被测负载相串联，将电压线圈与被测负载相并联，但需注意两个线圈的极性不能接反（如图1 中a 所示）。 单相功率在结构上保证了其测量结果正比于电压、 电流和其夹角余弦的乘积，即P＝U·I·cosφ

图1 连接图

用单相功率表测量单相功率很方便，但如果用来测量三相对称负载（如三相异步电动机）应如何测量呢？ 下面分析几种测量方法的特点：

传统的测量方法与原理 在传统的使用单相功率表测量三相电动机功率时， 根据电动机绕组的接法不同，有两种接线方法，下面介绍其接线方法、原理和存在的问题。

1.接线方法

三相电动机为星形接法时，其接线方法如图2 中a 所示。

图2 星形接线方法示意图

三相电动机为三角形接法时，其按线方法如图3 中a 所示。

图3 三角形接线方法示意图

2.原理分析

通过分析接线图发现，其接法与单相负载测量相同，即将电流线圈与其中的一相负载串联、电压线圈与该相负载并联，其电流线圈流过的是该相负载的相电流、电压线圈测量的是该相负载的相电压，其相量图如图2 和图3 中b 所示。

这样功率表测得的结果为其中一相的有功功率PU=UUIUcosφ，根据对称性可知，只要将表的读数乘以3，既为电动机的三相功率，即：P＝3PU＝3 UU· IU·cosφ

3.用此法测量存在的问题

三相电动机不论是星形接法还是三角形接法，一般在使用之前就已经接好，有些电动机甚至只有三个出端，采用图2、图3 的接法是不可能完成测量的，也就不可能使用单相功率表来测量三相电动机的有功功率。 即使有六个引出端，按照此种接法也是非常麻烦的。 下面笔者介绍另外一种测量方法。

新的测量方法与原理

1.接线方法（见图4）

图4 接线方法示意图

如图4 所示，由图可知，其接线方法与电动机的三相绕组的接线方法无关，也就不需要知道电动机绕组的连接方法。 由图4 可知，功率表电流线圈流过的是电动机的线电流，而电压线圈测量的却是电路的相电压，其测量结果是否正确呢？ 下面分析其测量原理。

2.测量原理分析

星形接法时的接线原理图如图5 中a 所示：

图5 星形接线原理图

因三相负载对称，O 点的电位即为N 线电位，此时电压线圈测得的电压UUN是U 相绕组的相电压UUφ的值，即UUφ＝UUN。 电流线圈虽流过的是线电路IUL， 但星形接法时，IUL＝IUφ实际流过的仍为U 相绕组相电流，夹角φ 即为相电压和相电流的夹角，其相量图分析如图五所示，故其测量结果与图二接法完全一样， 是U 相负载的有功功率，即有：

通过分析可知，此接法可测星形接法电动机的三相功率。

三角形接法时的接线原理如图6a 所示。

图6 三角形接线原理图

由图6a 可知， 单相功率表电流线圈流过的为U 相的线电流，电压线圈测得的是U 相的相电压，下面通过相量图来分析其原理。

以相电压UUN为参考相量，先分析电压关系，对于三角形接法则有U 相绕组的电压UUφ为U、V 两相的线电压即UUφ＝UUV， 而线电压UUV为相电压UUN的倍， 且相位超前UUN30°， 即UUN＝UUN·ej30°，反过来说，功率表测得的电压，即测得电压大小为电机绕组电压的倍。

先看电流关系，对于三角形接法，电动机的线电流IUL是电动机绕组电流IUφ的倍， 但相位滞后其30°，即IUL＝IUφ-j30°，即功率表测得的电流大小为电机绕组电流的倍。

再看相位关系， 通过相量图，我们可以看出，UUφ与IUφ之间的夹角才是需要的功率因数角， 但因UUV与UUφ同相，但超前UUV30°，而IUL滞后IUφ30°， 则UUN与IUL之间的相位差角恰好是UUφ与IUφ之 间的夹角φ，如此则功率表的测量数值为：

正是U 相绕组的有功功率，所以，此种接法也适用于三角形接法的电动机。

3.此种接法的特点

此种接法的优点为： 按线简单，不需要知道电动机内部的具体接法；缺点是：需要具有零线的三相四线制（或三相五线制）供电系统才能使用，专供动力电的三相三线制供电系统则不能采用此种接法，仍需采用传统的单表接法。 但因大部分企业均采用三相四线制的供电方式，故完全可以用低廉的单相功率表代替较贵的三相功率表，且接线也较简单，此种接线方法还可用于功率因数表的测量接线，读者可自行分析。

[1]陈惠群.电工仪表与测量[M].北京：中国劳动保障出版社，2007.

[2]刘晨号. 电工仪表与测量[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]周起龙，等.电工仪表与测量[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[4]张建霞.电工仪表与测量[M].北京：中国电力出版社，2010.

[5]王善斌.电工仪表与测量[M].北京：化学工业出版社，2008.