大纲
电力概论
功率被定义为在特定时间内所做的功，或者简单地说是做功的速率。电能的定义是单位时间内所做的电功或耗散的电能。
它的单位是焦耳每秒，也就是瓦。根据电源的性质，功率可以是直流量或交流量。
在直流电路中，功率是电压与电流的乘积。下面是直流电路中的功率方程。
Pdc = V × I瓦
=我2×R
＝V2/ R
在交流电路中，功率包括功率因数以及电压和电流的乘积。在直流电路中，电压和电流是相的，因此功率是电压和电流的乘积。
但是，在交流电路中，电压和电流之间存在相位差，它们的瞬时值也随时间而变化。因此，功率的瞬时值(瞬时电压和瞬时电流的乘积)在交流电路中并不是很重要。
在交流电路中计算平均功率，这是一个非常有用的量。由于功率的瞬时波动，可以是负的，也可以是正的。正号表示负载消耗的功率，负号表示负载将功率返回到电源。
最常见的集中项是负荷耗散的平均功率，Pavg。给出了单相交流电路的平均电力功率
Pavg = V × I × cos φ watts
在上式中，cos其中n为该电路的功率因数，n为该电路的电压与电流之间的相位角差。V和I是电压和电流的有效值。
对于三相交流电路，电力表示为
其中，Pac =√3 × VL × IL × cos φ w
式中VL、IL分别为线路电压、线路电流。
直流电路中的功率测量
方法- 1
如前所述，直流功率是负载上的电压和通过负载的电流的乘积。因此，功率可以通过使用电压表和安培表来确定，通过将它们连接在下面的任何一种给定的安排，因此，功率可以通过这些参数的乘积来计算。
在图(a)中，安培计测量通过电路的总电流，该电流是通过负载的电流和通过电压表的电流之和。所以功率的测量包括用电表吸收的功率。
这在(b)装置中是可以避免的，但是电压表除了测量负载上的电压外，还测量整个电流表的压降，因此测量中的误差。这些错误被称为插入错误。
然而，这些错误可以忽略当我v与I相比，与v相比，所以测量的功率将与真实的功率重合。
由于电压表和安培表比瓦特表更灵敏，所以测量的值比瓦特表得到的值更精确。因此，功率可以通过电表的读数来计算。
P = V × I瓦
方法- 2
上述方法需要两个测量装置，也需要进行一些计算。也可以用一个叫做瓦表的仪表直接测量功率。它是一种电动仪器，由一对固定线圈和一个移动线圈组成。
两个固定线圈称为与电路串联的电流线圈，它们之间的空间是同轴的。这些电流线圈携带的电流与负载电流成正比。流过这些线圈的电流会在电流线圈周围产生磁场。
移动线圈被称为势线圈，它被放置在固定线圈之间，它携带一个指针，指针在一个刻度上移动来指示功率。这个电位线圈与电路并联，因此它所携带的电流与负载上的电压成正比。
两个电流(或由这些电流产生的磁通)的相互作用产生转矩，从而使指针移动。这个转矩正比于通过固定线圈的电流和移动线圈中的电流的乘积。因此，指针(或移动线圈)的偏转与负载耗散的功率成正比。
在直流电路中用于功率测量的瓦特计连接如下图所示。瓦特计由四个端子组成，分别是市电(M)、负载(L)、普通(C)和电压(V)。
在这种连接中，M和L端子连接在负载电路的任意一侧，而C和V端子连接在整个电路中。对于功率测量，M和C端子必须短路，如下所示。
现在，电子瓦特表用于小功率测量，也用于额定频率高于电力计式瓦特表的功率测量。
这些都是用于高精度精确测量应用。电子瓦特表可以模拟或数字类型。现代数字电子瓦特计每秒可提供数千个电压和电流样本。
还在内存中记录功率值，并在数字显示器上显示它们。
交流电路中的功率测量
大多数额定频率在400赫兹以下的交流功率测量是使用发电机表式瓦特计进行的。这个测量仪器直接显示负载所耗损的平均功率。
单相功率测量只需要一个瓦表，而三相功率测量则需要两个瓦表。如果没有瓦特计或瓦特计测量不正确，则使用其他方法。
单交流电路中的功率测量
单相功率的测量方法有多种，常用的测量方法包括
- 三电压表法
- 三安培表法
- 瓦特计法
三电压表法
单相电路中的功率可以用三个电压表来测量，该方法的连接电路如下图所示。这里负载是感性的，V1, V2和V3是电压表，R是一个纯粹的无感电阻，它与电路串联。
由上述电路可知，电压V1为V2与V3的矢量和，即V1 = V2 + V3。在相量图中，通过电路的电流，I被作为一个参考相量，因此V2将与I相，而V3则通过一个角度φ(由于电感电路）.
从相量图来看，
V12= V22V3 +2+ 2 V2 V3 cos ϕ
但是V2 = IR
V12= V22V3 +2+ 2 (IR) V3 cos φ
= V22V3 +2+ 2 PR自功率在感应负载，P = V3 I cos φ
因此，功率P = (V12- - - - - - V22- - - - - - V32) / 2 r
另外，电路的功率因数，
cos其中n = (V1 .2- - - - - - V22- - - - - - V32) / (2 v2 v3)
这种方法不是很精确，因为电压表的小误差可能会导致被测功率的严重误差。
所以精度取决于电压表的误差。由于电阻R的加入，电源电压可能高于负载电压，在实际应用中也很难得到无感电阻。
三安培表法
下面是用三个电流表测量单相功率的电路图。在这种方法中，一个无感电阻R通过三个安培计的安排在感应负载上连接。
电流表-1测量的电流是无感电阻所产生的电流与通过负载的电流的矢量和。
由相量图可知，通过无感电阻的电流I2与整个电路的电压v相，这里以整个电路的电压为参考矢量。通过安培表A3测量的电流，滞后于∠ϕ上的电压。
从相量图来看，
I12= I22+ I32+ 2 I2 I3 cos φ
但是I2 = V/R
I12= I22+ I32+ 2 (V/R) I3 cos φ
由于功率，P = V I3 cos n，
I12= I22+ I32+ 2 P / R
因此,权力
P = (I12——I22——I32) r / 2
另外，电路的功率因数，
cos其中n = (I12——I22——I32) / (2 i2 i3)
该方法的优点是该电路所决定的功率与电源频率及其波形无关。
瓦特计法
正如所讨论的直流功率测量，功率计型瓦特计的电流线圈承载负载电流，而压力线圈承载的电流与电路的电压成比例和相对应。
因此，仪表的偏转取决于这些线圈的电流和电路的功率因数。使用发电机计式瓦特计进行单相功率测量的连接如下图所示。
为了测量功率，负载电流必须通过电流线圈(C.C)，因此它与负载串联，而跨负载的电压必须出现在压力表的压力线圈(P.C.)，因此它跨负载连接。如果瓦特计给出的功率读数是瓦特，那么
W = V I cos φ
三相交流电路中的功率测量
电力计型瓦特计用于三相交流功率测量，类似于单相交流测量。三相功率测量可用于平衡负载或不平衡负载，以及负载连接是星形还是三角形。
平衡负载意味着所有阻抗的大小是相等的，所有阻抗的相角是相等的，并且具有相同的性质，所有电阻，或所有电感，或所有电容。否则就称负载不平衡。
三相功率可以通过以下方法测量。
- 三瓦特计法
- 两个瓦特计法
- 一个瓦特计法
三瓦特计法
在这种方法中，无论负载是三角形连接还是星形连接，三个瓦特表在三个相中每个相连接。由这三个仪表得到的读数的代数和表示负载所消耗的总功率。
星连接负载
星形连接负载三相功率测量接线图如下。每个瓦特计的电流线圈携带电流通过该相，而压力线圈测量该相的相电压。
因此，每个瓦特计测量单相功率，这些读数的代数和给出三相功率。这种方法在连接瓦特表时需要中性连接。
δ连接负载
三角形连接负载的三相功率测量连接图如下所示。它也类似于星形连接负载，其中三相功率是由三个单独瓦特计读数的代数和得到的。
但是，这种方法是不可行的，因为我们必须断开负载电路来连接瓦特表。
三相功率测量不需要使用3瓦表，但2瓦表就足够了。
两个瓦特计法
星形和三角形连接负载的三相电路功率测量方法如下图所示。在这种方法中，瓦特表的电流线圈插入任意两条线，其电位线圈连接到第三条线。
这两个电能表所测量的瞬时功率之和就是三个负载吸收的瞬时功率。
在考虑每个瓦表上的电压和电流之前，应注意电压通过电路的方向与从瓦表上取读数时对电流所取的方向相同。
通过考虑星型连接负载(尽管下面的讨论可以应用于delta负载，用一个等效的启动负载代替它)，
瓦特计-1的瞬时电流，I1 = IR
瓦特计-1上的瞬时电压，V1 = VRB= VR- - - - - - VB
瞬时功率由瓦特计-1测量，P1 = IR(VR- - - - - - VB）
通过瓦特计2的瞬时电流，I2 = IY
瓦特计2上的瞬时电压，V2 = VRB= VY- - - - - - VB
瞬时功率由瓦特计-2测量，P2 = IY(VY- - - - - - VB）
因此，W1 + W2或P1 + P2 = IR (VR- - - - - - VB) +我Y(VY- - - - - - VB）
=我RVR+我YVY- vB(我R+我Y）
自从我R+我Y+我B= 0(根据基尔霍夫定律)，那么IR+我Y=我B
因此，W1 + W2 = IRVR+我YVY+ VB我B= p1 + p2 + p3
其中P1是负载L1消耗的功率，P2是负载L2吸收的功率，P3是负载L3吸收的功率。所以用两个瓦特计测量的功率就是负载吸收的总功率。
无论负载是平衡的还是不平衡的，都是如此。上述计算是基于瞬时功率，而瓦特计读取的是电路中的平均功率。
总功率,P = W1 + W2 =√3 VL IL cos其中n
一个瓦特计法
在这种方法中，使用一个单瓦表通过获得两个读数来测量三相功率，就像两瓦表方法一样。在这种方法中，用单个瓦表代替两个瓦表，可以在不断路的情况下读取两个读数。
其中，电流线圈连接在一条线路上，压力线圈在这条线路和其他两条线路之间交替连接。
在开关1和开关2位置得到的读数之和表示负载吸收的总功率。这种方法只在负载是平衡负载时使用，因此不被普遍使用。最常用的是两瓦特计法。
