第四章 电动系仪表

1、第四章电动系仪表第四章电动系仪表第三节功率表第三节功率表第四节频率表，相位表和功率因数第四节频率表，相位表和功率因数第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表学习目标：学习目标：2理解电动系电流表和电压表的测量线路。理解电动系电流表和电压表的测量线路。1了解电动系测量机构的结构、工作原理、技术了解电动系测量机构的结构、工作原理、技术特性。特性。3掌握以它们的使用与维修方法。掌握以它们的使用与维修方法。第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构图图 4 - 1电动系测量机构的结构示意图电动系测量机构的结构示意图一、结构和工作原理一、结构和工作原理1

2、结构结构有两个线圈，固定线有两个线圈，固定线圈圈( (定圈定圈) )和可动线圈和可动线圈( (动动圈圈) )。如图如图 4 - 1 所示。所示。第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构2工作原理工作原理设定圈中通过电流为设定圈中通过电流为 I1 ，动圈中通过电流为，动圈中通过电流为 I2 。磁场方向由右手螺旋定则确定。磁场方向由右手螺旋定则确定。转动力矩转动力矩 M 与电流与电流 I1 和和 I2 的乘积成正比，即的乘积成正比，即图图 4 - 3转动力矩产生的示意图转动力矩产生的示意图21IIM 第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构当用于交流电路的测量时有当用于交流电路的测量时有当可动部分

3、偏转一角度当可动部分偏转一角度 而达到平衡，游丝反作而达到平衡，游丝反作用力矩为用力矩为 Mf = D ，根据，根据 M = MfI1 、I2 为定圈和动圈中电流的有效值；为定圈和动圈中电流的有效值；( (4 - 1) ) cos21II 为定圈中电流与动圈中电流之间的相为定圈中电流与动圈中电流之间的相位差角。位差角。1I2I当用于交流电路的测量时有当用于交流电路的测量时有 cos21IIM 当用于直流电路的测量时有当用于直流电路的测量时有( (4 - 1) )21II 易受外磁场干扰易受外磁场干扰可以交直流两用可以交直流两用电动系功率表刻度均匀电动系功率表刻度均匀能构成多种线路测量多种参数能

4、构成多种线路测量多种参数准确度高准确度高二、技术特性二、技术特性第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构仪表本身消耗功率大仪表本身消耗功率大过载能力小过载能力小电动系电流表电压表刻度不均匀电动系电流表电压表刻度不均匀第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表图图 4 - 4电动系电流表原理电路电动系电流表原理电路一、电动系电流表一、电动系电流表电流表指针的偏转角电流表指针的偏转角正比于被测电路的平方，正比于被测电路的平方，即即电动系电流表通常做成电动系电流表通常做成双量程双量程的便携式仪表。的便携式仪表。所以，电动系电流表标度尺的刻度具有平方规律，所以，电动系电流表标度尺的刻度具有平

5、方规律，其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。2I 第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表二、电动系电压表二、电动系电压表图图 4 - 7三量程电压表的测量线路三量程电压表的测量线路由于电压表测量时的由于电压表测量时的电流较小，所以电动系电电流较小，所以电动系电压表的线圈匝数较多。压表的线圈匝数较多。电动系电压表通常做成电动系电压表通常做成多量程多量程的便携式仪表。的便携式仪表。图图 4 - 6电动系电压表原理电路电动系电压表原理电路当附加电阻一定时，当附加电阻一定时，通过测量机构的电流与仪通过测量机构的电流与仪表两端的电压成正比。表

6、两端的电压成正比。第三节功率表第三节功率表图图 4 - 8电动系功率表的原理电路电动系功率表的原理电路一、电动系功率表一、电动系功率表1结构和工作原理结构和工作原理测量功率时，定圈测量功率时，定圈 A 与负载串联接入被测电路；与负载串联接入被测电路；动圈动圈 D 与附加电阻与附加电阻 Rj 串联后接入电路。串联后接入电路。下面介绍电动系功率表的工作原理。下面介绍电动系功率表的工作原理。第三节功率表第三节功率表对于一个已制成的功率表来说，对于一个已制成的功率表来说，R2 是一个常数是一个常数得出得出即即( (1) )用于直流电路的测量时，通过定圈电流用于直流电路的测量时，通过定圈电流( (4 -

7、 3) )22RUI II 1( (2) )用于交流电路的测量时，通过定圈电流等用于交流电路的测量时，通过定圈电流等于负载电流，即于负载电流，即1I2IPUI II 1第三节功率表第三节功率表由式由式( (4 - 2) )可得可得由于电压支路中附加电阻由于电压支路中附加电阻 Rj 的阻值总是比较大，的阻值总是比较大，在工作频率不太高时，动圈的感抗相比之下可以忽略在工作频率不太高时，动圈的感抗相比之下可以忽略不计。不计。即即图图 4 - 9功率表向量图功率表向量图22ZUI 而通过动圈的电流与负载电压成正比而通过动圈的电流与负载电压成正比U2I式中，式中，Z2 电压支路的复阻抗。电压支路的复阻抗

8、。( (4 - 4) )PUI cos2多量程功率表多量程功率表需要注意的是，功率表的不同量程是通过选择不需要注意的是，功率表的不同量程是通过选择不同的电流量程和电压量程来实现的。同的电流量程和电压量程来实现的。图图 4 - 10用连片改变功率表的电流量程用连片改变功率表的电流量程第三节功率表第三节功率表( (1) )电流的两个量程的实现如图电流的两个量程的实现如图 4-10 所示。所示。3功率表的选择及使用方法功率表的选择及使用方法 功率表标有功率表标有“* *”号的电压端钮可以接至电流号的电压端钮可以接至电流端钮的任意一端，而令一个电压端则跨接至负载另一端钮的任意一端，而令一个电压端则跨接

9、至负载另一端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。第三节功率表第三节功率表( (2) )功率表的正确接法必须遵守功率表的正确接法必须遵守“发电机端发电机端”的接的接线规则，即：线规则，即：( (1) )正确选择功率表量程。正确选择功率表量程。 功率表标有功率表标有“* *”号的电流端必须接电源一端，号的电流端必须接电源一端，而另一个电流端则接至负载端。电流线圈串联接入电而另一个电流端则接至负载端。电流线圈串联接入电路。路。第三节功率表第三节功率表功率表常出现的错误接线如图功率表常出现的错误接线如图 4-13 所示。所示。功率表正确接线如图功率表正确接

10、线如图 4-12 所示。所示。图图 4 - 13功率表的错误接法功率表的错误接法图图 4-12功率表的正确接法功率表的正确接法第三节功率表第三节功率表( (3) )功率表接线方式的正确选择。功率表接线方式的正确选择。功率表有两种不同的连线方式功率表有两种不同的连线方式, ,即电压线圈前接和即电压线圈前接和电压线圈后接。如下图。电压线圈后接。如下图。 电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路电阻小得多的情况。电阻小得多的情况。 电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况。电阻大得多的情况。第三节功率表第

11、三节功率表下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表。下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表。( (1) )具有补偿线圈的低功率因数功率表。具有补偿线圈的低功率因数功率表。4低功率因数功率表低功率因数功率表用于测量功率因数较低的交流电路的功率，它也用于测量功率因数较低的交流电路的功率，它也可以用来测量交直流电路中的小功率。可以用来测量交直流电路中的小功率。( (4) )功率表的正确读数。功率表的正确读数。图图 4 - 15具有补偿线圈的低功率因数功率表具有补偿线圈的低功率因数功率表第三节功率表第三节功率表注意，注意，低功率因数功率表的接线和使用方法与普通低功率因数功率表的接线和使用方法与普通功

12、率表基本相同功率表基本相同，但设计时使其标度尺的满刻度是在额但设计时使其标度尺的满刻度是在额定电流定电流 IN 、额定电压、额定电压 UN 和额定功率因数和额定功率因数 N ( (cos N) )下刻度的。因此读数时其分格常数应按下式计算下刻度的。因此读数时其分格常数应按下式计算( (2) )应用补偿电容的应用补偿电容的低功率因数功率表。低功率因数功率表。图图 4 - 16带有补偿电容的低功率因数功率表带有补偿电容的低功率因数功率表( (3) )带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。( (4 - 7) )NIUCNNNcos 二、三相功率表二、三相功率表第

13、三节功率表第三节功率表1三相功率的测量方法三相功率的测量方法 三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同，三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同，有三相三线制和三相四线制两种系统，而每一种系统有三相三线制和三相四线制两种系统，而每一种系统在运行时又有如下图几种情况：在运行时又有如下图几种情况： 根据三相电路的特点，有以下几种测量方法。根据三相电路的特点，有以下几种测量方法。( (1) )一表法。一表法。( (3) )三表法。三表法。( (2) )两表法。两表法。第三节功率表第三节功率表图图 4 - 20三三表法测量三相四线制电表法测量三相四线制电路的有功功率路的有功功率图图 4 - 17一

14、表法测量对称三相电路的有功功率一表法测量对称三相电路的有功功率图图 4 - 19两两表法测量三相功率的线路表法测量三相功率的线路第三节功率表第三节功率表工作原理与单相功率表相同，在结构上分为二元工作原理与单相功率表相同，在结构上分为二元三相功率表和三元三相功率表。三相功率表和三元三相功率表。2三相有功功率表三相有功功率表图图 4 - 22二元三相功率表的接线方法二元三相功率表的接线方法图图 4 - 21二元三相功率表的内部电路二元三相功率表的内部电路第三节功率表第三节功率表3三相无功功率表三相无功功率表图图 4 - 24无功功率的测量原理无功功率的测量原理交流电路的无功功率页可以用有功功率表测

15、量，交流电路的无功功率页可以用有功功率表测量，因为：因为：)90cos(sin UIUIQ线电压与相电压线电压与相电压之间恰有之间恰有 90 的相位差，如的相位差，如果将图果将图 4 - 25( (a) )线路中单相线路中单相功率表的接线改为图功率表的接线改为图 4 - 26( (a) ) 所示电路。如下图。所示电路。如下图。UUVWU第三节功率表第三节功率表图图 4 - 26测量三相无功功率的测量三相无功功率的接线图和向量图接线图和向量图图图 4 - 25测量三相有功功率的测量三相有功功率的接线图和向量图接线图和向量图而三相对称负载的而三相对称负载的电路中，无功功率电路中，无功功率( (4

16、- 7) ) sin3UIQ sin)90cos(UVWUVWIUIUQ 此时功率表的读数此时功率表的读数第三节功率表第三节功率表三相电路无功功率的测量方法很多，这里介绍最三相电路无功功率的测量方法很多，这里介绍最常用的两种。常用的两种。( (1) )用三个有功功率表测量用三个有功功率表测量( (图图 4 27) )图图 4 - 27三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图)(31321WVUQQQQQQQ 总的无功功率为总的无功功率为 第三节功率表第三节功率表( (2) )铁磁电动系无功功率表铁磁电动系无功功率表图图 4 - 28铁

17、磁电动系无功功率表的线路图铁磁电动系无功功率表的线路图两表跨接法只适用对称负载的三相三线制交流电两表跨接法只适用对称负载的三相三线制交流电路，而量表人工中性点法可用于对称及不对称电路。路，而量表人工中性点法可用于对称及不对称电路。 铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表。铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表。如图如图 4 - 28 所示所示。 第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表图图 4 - 29电动系比率表的结构图电动系比率表的结构图一、电动系比率表一、电动系比率表结构如图结构如图 4 29 所示，具有以下特点：所示，具有以下特点：( (1) )两个线圈分别

18、产生转两个线圈分别产生转动力矩和反作用力矩。动力矩和反作用力矩。( (2) )有一个分为两段烧制有一个分为两段烧制的定圈，用来建立工作磁场。的定圈，用来建立工作磁场。( (3) )指针偏转角指针偏转角 与定圈与定圈电流和动圈电流乘积成电流和动圈电流乘积成正比。正比。( (4 - 11) )cos()cos(cos)cos(2211 II 第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表( (5) )不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁场等。场等。( (4) )没有游丝，电路接通前，指针可以再任意位置。没有游丝，电路接通前，指针可以再任

19、意位置。II1，I2 为动圈为动圈 1、2 中的电流；中的电流； 1 与与 2 为定圈电为定圈电流与和的相位差。流与和的相位差。2I1I二、电动系频率表二、电动系频率表第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表图图 4 - 30电动系频率表测量线路电动系频率表测量线路 测量线路如图测量线路如图 4 - 30 所示。所示。( (4 - 12) )212(2tan000fCfLfCRRR 当频率表接入电压为的被测电路后指针的偏转当频率表接入电压为的被测电路后指针的偏转角角 与两个动圈的关系是与两个动圈的关系是U第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表

20、指针的偏转可能出现三种情况：指针的偏转可能出现三种情况： 上式说明，仪表指针的偏转角上式说明，仪表指针的偏转角 只与频率只与频率 f 有关。有关。( (3) )指针从中心位置向左偏转时，指针从中心位置向左偏转时， 0，tan 0，tan 0; 被被测频率测频率 f 与串联谐振频率与串联谐振频率 f0 大。大。三、电动系相位表和功率因数表三、电动系相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表电动系相位表和功率因数表的工作原理、测量线路电动系相位表和功率因数表的工作原理、测量线路完全相同，所不同的是，相位表的标度尺是按来那个被完全相同，所不同的是，相位表的标度尺是按来那个被测交流量的相位差测交流量的相位差 刻度，而功率因数表按刻度，而功率因数表按 cos 刻度。刻度。图图 4 - 32单相相位表的测量线路单相相位表的测量线路图图 4 - 32单相相位表的测量线路单相相位表的测量线路第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表假设被测