第10章　電功率及電能量實驗 10-1 電功率及功率因數之量測實驗 10-2 電能量之量度實驗 總目錄

10-1 電功率及功率因數之量測實驗 一、電功率 定義：電路在單位時間內所作的功，指電路中電 阻每秒所實際消耗的能量，單位為瓦特 (W)。 10-1 電功率及功率因數之量測實驗 一、電功率 定義：電路在單位時間內所作的功，指電路中電 阻每秒所實際消耗的能量，單位為瓦特 (W)。 公式： 章目錄

1.直流電功率 在直流電路中，電壓與電流同相位，因此，直流電功率可由電壓與電流的乘積求得。 公式： 為避免因儀表本身的內阻所產生的負載效應影響量測的準確度，依負載電阻大小之不同有兩種不同的接線方式。

高電阻負載接線方式： 低電阻負載接線方式： 力學乃物理學中的一部分，係研究物體受外力作用後所產生效應之科學。凡研習機械工程、土木工程、水利工程、航空工程者，力學更為其必修之基礎科學。一般對力學之研究，通常可分為三大部分，即應用力學(applied mechanics)、材料力學(mechanics of materials)及流體力學(fluid mechanics)。其中應用力學將物體視為剛體，亦即體內各質點間之距離均保持不變者為本書上冊之研究範圍。

定義：指交流電路中電源電壓的有效值(V)與電流的有效值(I)的乘積，單位為伏安(VA)，又稱為伏安功率。 2.交流電功率 (1) 視在功率(S) 定義：指交流電路中電源電壓的有效值(V)與電流的有效值(I)的乘積，單位為伏安(VA)，又稱為伏安功率。 公式： (式中Z為交流電路中阻抗的有效值) 力學乃物理學中的一部分，係研究物體受外力作用後所產生效應之科學。凡研習機械工程、土木工程、水利工程、航空工程者，力學更為其必修之基礎科學。一般對力學之研究，通常可分為三大部分，即應用力學(applied mechanics)、材料力學(mechanics of materials)及流體力學(fluid mechanics)。其中應用力學將物體視為剛體，亦即體內各質點間之距離均保持不變者為本書上冊之研究範圍。

(2)平均功率(P) 定義：指瞬時功率一週的平均值，單位為瓦特(W)，為交流電路中電阻所消耗的功率，又稱為有效功率或實功率。 公式： (式中為電源電壓與電流之夾角) (3) 虛功率(Q) 定義：指負載元件(電感或電容)並未實際消耗功率，而是將能量以不同的形式儲存或返回電源的功率，單位為乏(VAR)，又稱為無效功率或電抗功率。 公式：

在交流電路中，若電源電壓相位等於電流相位( )，則稱為電阻性電路；若電源電壓相位超前電流相位( )，則稱為電感性電路；若電源電流相位超前電壓相位( )，則稱為電容性電路。 電感性電路  電容性電路

3. 交流功率的量測 (１）單相交流功率的量測 　 a.三電壓表量測法 依三只電壓表的量測值可推算出負載的電功率及功率因數。 功率因數（PF）的定義為：交流電路中，平均功率（P）與視在功率（S）的比值。 公式：

以電感性負載為例，其接線圖及相量圖如圖所示。 由圖(b)可知， ，依餘弦定理可得 ,

b. 三電流表量測法 依三只電流表的量測值可推算出負載的電功率及功率因數。 以電感性負載為例，其接線圖及相量圖如圖所示。

由圖(b)可知， ，依餘弦定理可得 ，

c. 單相瓦特計量測法 內部包括一組固定線圈及一組可動線圈。 固定線圈線徑較粗匝數少，使用時須與負載串聯，稱為電流線圈。 可動線圈線徑較細匝數多，使用時須與負載並聯，稱為電壓線圈。 單相瓦特計內部結構如圖所示。

為減少負載效應，依大小負載的不同有兩種不同的接線方式，如圖所示。

瓦特計判讀時須將讀值×標度乘數 標度乘數= 瓦特計的標度乘數如表所示

(2) 三相交流功率的量測 a. 一只單相瓦特計法 適用於三相四線制平衡負載的電路。 線路圖如圖所示。 三相平均功率為單相瓦特計量測值的3倍，即　　　，此法可節省兩個瓦特計。

b. 兩只單相瓦特計法 適用於平衡三相三線制平衡或不平衡負載的電路。 此法可求出平均功率P、虛功率Q及功率因數PF。 線路圖如圖所示。

三相平均功率 三相虛功率 功率因數 = 若出現一瓦特計反轉時，應將其電流線圈反接並 將讀值取負值，則三相平均功率 。

c. 三只單相瓦特計法 適用於三相四線制不平衡負載的電路。 線路圖如圖所示 三相平均功率 。

d. 三相瓦特計法 線路圖如圖所示

二、功率因數 交流電路之電源電壓與電流之夾角 介於0°~90°之間，功率因數PF的值應 1。 在電感性電路中，電流相位較電壓相位落後(lag)，其功率因數稱為落後功因；在電容性電路中，電流相位較電壓相位超前(lead)，其功率因數稱為超前功因。

1. 功率因數的量測 (1) 單相功率因數的量測 單相功率因數表內部包括兩組固定線圈(電流線圈)及兩組可動線圈(電壓線圈)，接線時兩組固定線圈與電路串聯，兩組可動線圈與電路並聯。

其內部結構與外部接線圖如圖所示 量測時若為電感性負載則指針順時針偏轉，為落後功因，若為電容性負載則指針逆時針偏轉，為超前功因。

(2) 三相功率因數的量測 三相功率因數表外部接線圖如圖所示

2. 功率因的改善 功率因數 太低的缺點如下： 增加導線線徑 增加線路損失 增加設備容量 增加線路壓降 增加電費支出 功率因數 太低的缺點如下： 增加導線線徑 增加線路損失 增加設備容量 增加線路壓降 增加電費支出 交流電路負載通常為電感性，因此，功率因數的提高可藉由並聯一電容器於負載端來調節。

電路圖及功率三角形如圖所示 若要將功率因數由滯後改善至滯後，則所需的虛功率及電容值應為：

10-2 電能量之量度實驗 一、電能量 電能為電功率與時間的乘積( )。電能的單位為焦耳(J)，即1瓦特．秒( )。 10-2 電能量之量度實驗 一、電能量 電能為電功率與時間的乘積( )。電能的單位為焦耳(J)，即1瓦特．秒( )。 電力公司採用”度”為電能的計算單位，1度電=1仟瓦．小時 (kWh)= = = 。 章目錄

二、瓦時計 1. 瓦時計的結構 瓦時計為量測電能量的儀錶，又稱為電度表，為積算型儀錶，其電路符號為 WH 內部構造 如圖所示

2. 瓦時計的原理 感應型瓦時計內部結構如圖所示 電壓線圈與負載並聯，電流線圈與負載串聯。

兩線圈所產生的交變磁場相互作用形成一移動磁場，此一移動磁場通過鋁質圓盤，圓盤因感應產生渦流，此渦流的磁場再與移動磁場作用，因而產生轉矩驅動圓盤轉動。 圓盤轉動會切割移動磁場再產生轉矩，如此將使圓盤愈轉愈快，為避免此一現象應加一阻尼裝置 — 永久磁鐵，產生與驅動轉矩反向的制動轉矩。 鋁質圓盤上鑽有一圓孔，其目的是為了防止瓦時計在無載時發生圓盤潛動的情形。

3. 瓦時計的接線 安裝瓦時計時，離地高度應達1.8~2 公尺，且必須使表身與地面垂直。 (1) 單相二線式 單相二線式瓦時計的接線法如圖所示 接線端子1S、2S為電源端，其中1S接火線，2S接地線，接線端子1L、2L為負載端，其中1L為火線，2L為地線，1L、2L經NFB後接負載。

(2) 單相三線式 單相三線式瓦時計的接線法，以單相三線式附CT之瓦時計為例，其接線法如圖所示。

(3) 三相三線式 三相三線式瓦時計的接線法如圖所示

瓦時計的規格中尚有一電表計器常數(K)，所指為瓦時計每仟瓦小時圓盤的轉數(REV/kWh)。 瓦時計在t秒的時間內共轉了n轉，則可透過計器常數求得消耗功率P的值。