电磁测量第二章.

1、新安江水电厂全景第二章第二章 直流电压和电流直流电压和电流的测量的测量 新安江水电厂控制室始建于1937年的在丰满发电厂，至1990年装机55万千瓦誉为黄河上第一颗明珠的盐锅峡水电站誉为黄河上第一颗明珠的盐锅峡水电站秦山核电站全景秦山核电站全景n秦山核电站位于杭秦山核电站位于杭州湾畔海盐县境内，州湾畔海盐县境内，结束了祖国大陆无结束了祖国大陆无核电的历史，中国核电的历史，中国从此成为世界上第从此成为世界上第七个具备自主设计、七个具备自主设计、自主建造、自主调自主建造、自主调试和自主运营管理试和自主运营管理核电站能力的国家。核电站能力的国家。n于于1985年年3月浇筑月浇筑第一罐混凝土，第一罐混

2、凝土，1991年年12月月15日日首次并网发电首次并网发电.500kV500kV瓶窑变电所全景瓶窑变电所全景500千伏辽阳变电所，总容量千伏辽阳变电所，总容量150万千伏安万千伏安广东省第一座广东省第一座110110千伏室内广州区庄变电站千伏室内广州区庄变电站w反映电气设备和系统状态的参数有电流、电压、功率、反映电气设备和系统状态的参数有电流、电压、功率、电能、频率、温度、压力、绝缘电阻等，装设的量测仪电能、频率、温度、压力、绝缘电阻等，装设的量测仪表有表有w电流表的配置是按支路考虑的，发电机定子回路、转子电流表的配置是按支路考虑的，发电机定子回路、转子回路、变压器回路等关心的回路都要装回路、

3、变压器回路等关心的回路都要装，至于是，至于是三相都装还是只装一相，视具体情况而定三相都装还是只装一相，视具体情况而定w凡是独立的节点，一般都装设凡是独立的节点，一般都装设，电压表通常在三，电压表通常在三相中只装一相相中只装一相w绝缘监视装在中性点非直接接地的交流系统母线和直流绝缘监视装在中性点非直接接地的交流系统母线和直流系统母线上系统母线上w变压器回路的量测仪表，一般应装在低压侧变压器回路的量测仪表，一般应装在低压侧w发电厂主要回路的量测和监测仪表大多集中在主控室中发电厂主要回路的量测和监测仪表大多集中在主控室中电力系统中的电参量及测量仪表电力系统中的电参量及测量仪表仪表外形照片 概念：利用

4、电磁力使机械部分动作，并以概念：利用电磁力使机械部分动作，并以指针或光标在刻度盘上指示被测量的电表指针或光标在刻度盘上指示被测量的电表测量测量线路线路测量测量机构机构xy被测量被测量基本基本量测量量测量 偏转角偏转角 特点：在电磁能量转换的过程中保持被特点：在电磁能量转换的过程中保持被测量与机械指示有确定的函数关系。测量与机械指示有确定的函数关系。测量仪表由测量电路和测量机构组成，其中测量仪表由测量电路和测量机构组成，其中测量机构是仪表的核心，据此可分类测量机构是仪表的核心，据此可分类.用磁电系仪表直接测量用磁电系仪表直接测量用直流电位差计测量电压用直流电位差计测量电压直流电压和电流的间接测量

5、直流电压和电流的间接测量直流系统泄漏电流的测量直流系统泄漏电流的测量本章主要内容本章主要内容 第第一一节节 用磁电系仪表直接测量用磁电系仪表直接测量 磁电系仪表测量电路磁电系测量机构磁电系仪表测量电路磁电系测量机构固定部分：固定部分：永久磁铁、极掌、圆柱形铁心永久磁铁、极掌、圆柱形铁心可动部分：可动部分：游丝、铝框、转轴、指针游丝、铝框、转轴、指针1结构结构1.永久磁铁永久磁铁 2.极掌极掌 3.轴轴 4.可动线圈可动线圈 5.圆柱形铁心圆柱形铁心6.平衡锤平衡锤 7.游丝游丝 8.指针指针在永久磁铁在永久磁铁1的两极，固定着极掌的两极，固定着极掌2, 两极掌之间是圆柱形铁心两极掌之间是圆柱形

6、铁心5。圆柱形铁心固定。圆柱形铁心固定在仪表的支架上，用来减少磁阻，并在极掌和铁心之间的气隙中形成在仪表的支架上，用来减少磁阻，并在极掌和铁心之间的气隙中形成沿柱形表面沿柱形表面均匀辐射的磁场均匀辐射的磁场。可动线圈。可动线圈4是用很细的漆包线绕制在铝框架上的。框架的两端是用很细的漆包线绕制在铝框架上的。框架的两端分别固定着转轴，转轴的另一端通过轴尖支承于轴承中。指针分别固定着转轴，转轴的另一端通过轴尖支承于轴承中。指针8安装在前半轴上。安装在前半轴上。磁电系仪表的磁电系仪表的测量机构测量机构（表头）（表头）特点：磁感应强度特点：磁感应强度处处相等，方向处处相等，方向与柱形表面垂直与柱形表面垂

7、直极掌间磁场分布极掌间磁场分布 当可动线圈通入电流时，在磁场的作用下产生转动力矩，使指当可动线圈通入电流时，在磁场的作用下产生转动力矩，使指针随着线圈一起转动。线圈中通过的电流越大，产生的转动力针随着线圈一起转动。线圈中通过的电流越大，产生的转动力矩也越大，因此指针转动的角度也越大。矩也越大，因此指针转动的角度也越大。可动可动线圈线圈2. 工作原理工作原理转动力矩的形成：转动力矩的形成：当可动线圈流过电流时，则线圈电流和当可动线圈流过电流时，则线圈电流和永久磁铁的磁场相互作用，其结果产生电磁磁力永久磁铁的磁场相互作用，其结果产生电磁磁力F，使可，使可动线圈开始转动。动线圈开始转动。 转动力矩的

8、大小：取决于流过动圈电流大小，而转动力矩转动力矩的大小：取决于流过动圈电流大小，而转动力矩的方向取决于电流方向。的方向取决于电流方向。 反作用力矩的产生：反作用力矩的产生：动圈转动时将引起游丝的变形动圈转动时将引起游丝的变形反作用力矩的大小：反作用力矩的大小： 同游丝变形的大小成正比，也就同游丝变形的大小成正比，也就是与线圈的偏转角是与线圈的偏转角成正比成正比1) 转动力矩转动力矩BFFIlb如图，线圈通电流如图，线圈通电流I，在均匀磁场，在均匀磁场B中受力中受力:BlINF 其中其中b轴到线圈边的距离；轴到线圈边的距离；N线圈匝数；线圈匝数；B气隙的磁感应强度；气隙的磁感应强度；l线圈的有效

9、边长；线圈的有效边长；S线圈的有效面积；线圈的有效面积； 通过线圈的磁通；通过线圈的磁通；I流过线圈的电流；流过线圈的电流；KIINBNSIblINBbFM 2电流在磁场中产生电流在磁场中产生转动力矩转动力矩：磁场中的线圈磁场中的线圈当当 M=Ma 时，线圈处于平衡状态，时，线圈处于平衡状态，此时有此时有 N I=W , 即即ISWKIIWNI 式中，式中，SI 称为仪表称为仪表测量机构测量机构的电流灵敏度。的电流灵敏度。由游丝产生，大小与指针偏转角度由游丝产生，大小与指针偏转角度成正比成正比 WM W- 弹簧系数弹簧系数 -指针偏转角度指针偏转角度 2) 反作用力矩反作用力矩结论：磁电系仪表

10、的指针偏转角正比于通过线圈的电流。结论：磁电系仪表的指针偏转角正比于通过线圈的电流。铝框架中的感应电势铝框架中的感应电势dtdBSdtde 铝框架中的电流铝框架中的电流ppRei 3) 磁电系仪表的阻尼方式磁电系仪表的阻尼方式磁电系仪表不设专门的阻尼器，利用可动线圈的铝框架电磁感磁电系仪表不设专门的阻尼器，利用可动线圈的铝框架电磁感应来实现阻尼，仪表线圈绕在一个铝框架上应来实现阻尼，仪表线圈绕在一个铝框架上,铝框架相当于一铝框架相当于一个短路环。个短路环。FFIPBIPFPFP旋转旋转感应电流在磁场中所受力感应电流在磁场中所受力Fp，与转动力矩方向相反，与转动力矩方向相反除铝框架要受到阻尼外，

11、线圈本身也要产生阻尼力矩除铝框架要受到阻尼外，线圈本身也要产生阻尼力矩此外还有空气阻尼此外还有空气阻尼器，通过压缩密闭器，通过压缩密闭空气产生与转动力空气产生与转动力矩方向相反的力矩。矩方向相反的力矩。高灵敏度仪表，为减轻可动部分重量，可采用无框高灵敏度仪表，为减轻可动部分重量，可采用无框架动圈，并在动圈中加短路线圈，以产生阻尼作用。架动圈，并在动圈中加短路线圈，以产生阻尼作用。阻尼力矩的特点阻尼力矩的特点： (1) 只有在指针稳偏转过程中存在；只有在指针稳偏转过程中存在； (2) 不影响转动力矩和反作用力矩的平衡；不影响转动力矩和反作用力矩的平衡； (3) 阻尼力矩过大或过小使指针达到稳定时

12、间都比较长，只阻尼力矩过大或过小使指针达到稳定时间都比较长，只有临界阻尼达到稳定时间最短，但临界阻尼点不易确定有临界阻尼达到稳定时间最短，但临界阻尼点不易确定一般将阻尼力矩设计在微欠阻尼状态。一般将阻尼力矩设计在微欠阻尼状态。 3. 磁电系表头参数及测量磁电系表头参数及测量使用磁电系表头设计仪表使用磁电系表头设计仪表表头灵敏度：表头灵敏度：指表头的满偏电流（量程）指表头的满偏电流（量程）Ig,Ig,范围在几范围在几十微安到几毫安之间，流过表头的电流不能超过十微安到几毫安之间，流过表头的电流不能超过IgIg。表头内阻：指两个游丝直流电阻和线圈的直流电阻的总表头内阻：指两个游丝直流电阻和线圈的直流

13、电阻的总和和RgRg。使用替代法测量，不可使用万用表或电桥。使用替代法测量，不可使用万用表或电桥。表头不能加大于表头不能加大于IgIg的电流或高于的电流或高于IgIg* *RgRg的电压的电压问题：测大电流如何处理？问题：测大电流如何处理？二、磁电系电流表二、磁电系电流表流过表头的电流流过表头的电流IRRRIgss 0 例：例： 设表头满偏电流设表头满偏电流Ig，内阻，内阻Rg，欲扩展量程，欲扩展量程n倍倍(n =I/I0) ，求分流电阻，求分流电阻RS解：解：1nRIIRIRRIRIIggggSggSg1. 1. 单量程电流表单量程电流表其中，其中，RsRs为分流电阻，为分流电阻，RgRg为

14、表头内阻，为表头内阻， I I为电流表的量程，为电流表的量程，如果重新对表头进行如果重新对表头进行“刻度刻度”，通过电阻分流扩大了量程，通过电阻分流扩大了量程2. 多量程电流表多量程电流表开路式电流表开路式电流表闭路式：闭路式：各分流电阻串联后与测量机构并联，形成闭合回路。各分流电阻串联后与测量机构并联，形成闭合回路。改变与测量机构串并联的电阻值，即可得到不同的电流量程。改变与测量机构串并联的电阻值，即可得到不同的电流量程。设计具有三个量程的电流设计具有三个量程的电流表表,R,R1 1、R R2 2和和R R3 3是焊接在仪是焊接在仪表内部的附加电阻（即分表内部的附加电阻（即分流器）流器）开路

15、式：开路式：产生接触不良时，可能会烧毁表头（一般不采用）。产生接触不良时，可能会烧毁表头（一般不采用）。当电键当电键K在位置在位置1时，最大量程为时，最大量程为I1, 当电键当电键K在位置在位置3时，时，最小量程为最小量程为I3。闭路闭路式式多量程多量程电流表电流表R1R2R3I3I2I1分流电阻分流电阻R1R1、R2R2、R3R3按下列式子求出。按下列式子求出。 ( (其中其中I Ig g、R Rg g是表头满偏电流和内阻是表头满偏电流和内阻) )3使用电流表应注意的事项使用电流表应注意的事项 （1）电流表必须串入电路；）电流表必须串入电路； （2）注意电流表的极性，电流从）注意电流表的极性

16、，电流从“+”端流入，从端流入，从“-” 端流出；端流出； （3）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上，以减小测量误差；上，以减小测量误差； （4）选择内阻合适的仪表，希望电流表内阻越小越好。）选择内阻合适的仪表，希望电流表内阻越小越好。gg1233gI RRRRIIgg3122g()IRRRRIIgg3211g()IRRRRII 磁电系表头指针偏转与通过电流成正比，用做电压表磁电系表头指针偏转与通过电流成正比，用做电压表时，只需与测量机构串联大小合适的附加电阻，将被时，只需与测量机构串联大小合适的附加电阻，将被测电压测电压Ux转换成与其

17、成正比的电流即可。转换成与其成正比的电流即可。 三、磁电系电压表三、磁电系电压表1.单量程电压表单量程电压表ggmRIUR 表头串联上电阻表头串联上电阻RmRm-RmRg+IgUgIUUR233 gIUUR122 ggRIUR 11三量程的电压表，三量程的电压表，K K在在1 1位置时量程位置时量程最小，最小，K K在在3 3位置时量程最大。位置时量程最大。附加电阻附加电阻R R1 1,R,R2 2,R,R3 3的值分别为：的值分别为： 2.多量程电压表多量程电压表 电压灵敏度电压灵敏度 用来表示多量程电压表的内阻，某一量程内阻与用来表示多量程电压表的内阻，某一量程内阻与该量程电压的比值，用该

18、量程电压的比值，用S Su u表示表示ggggRRRRURRRURRUI 321321211因为：因为：所以：所以：gggguIURRRRURRRURRS1332122111 仪表盘上标出电压灵敏度仪表盘上标出电压灵敏度S Su u（单位是欧（单位是欧/ /伏），可求出量伏），可求出量程内阻程内阻实际阻值等于该电压量程与电压灵敏度的乘积。实际阻值等于该电压量程与电压灵敏度的乘积。由此求由此求RvRv（1）电压表必须并入电路中；）电压表必须并入电路中；（2）注意电压表的极性，要求电压表）注意电压表的极性，要求电压表“+”端接高电位，端接高电位，“-” 端接低电位；端接低电位； （3）正确选择仪表

19、的量程，测量时尽量使指针在半偏）正确选择仪表的量程，测量时尽量使指针在半偏以上，以减小测量误差；以上，以减小测量误差；（4）选择内阻合适的仪表，希望电压表内阻越大越好。）选择内阻合适的仪表，希望电压表内阻越大越好。3. 电压表的使用电压表的使用选用电压表时，要考虑接法、内阻、量程、极性选用电压表时，要考虑接法、内阻、量程、极性四、四、 磁电系仪表的技术特性磁电系仪表的技术特性1准确度高。最高可达准确度高。最高可达0.05级；级；2灵敏度高。永久磁铁磁场很强，线圈中通过很小电流就灵敏度高。永久磁铁磁场很强，线圈中通过很小电流就可使指针偏转，可制成高内阻电压表和低内阻电流表；可使指针偏转，可制成高

20、内阻电压表和低内阻电流表；3功耗小；功耗小；4刻度均匀；刻度均匀；5过载能力差；过载能力差；6只能用来测量直流量（包括脉动直流）。只能用来测量直流量（包括脉动直流）。 例题：用磁电系电压表分别测量如图所示的三个方波电压，例题：用磁电系电压表分别测量如图所示的三个方波电压，求电压表的读数。求电压表的读数。 解：正负半周幅值和时间都解：正负半周幅值和时间都对称电压，其平均值为对称电压，其平均值为0，用，用磁电系电压表测量时读数为磁电系电压表测量时读数为0。10 10 10 52.5V20 正负半周时间对称，幅值不对正负半周时间对称，幅值不对称电压，用磁电系电压表测量称电压，用磁电系电压表测量读数为

21、读数为10 15 10 55V20 0 10 20u1(V) t(ms)10-10 0 20 10u2(V)10 -5 t(ms) 0 15 20u3(V)10-10t(ms) 正负半周幅值对称而时间不正负半周幅值对称而时间不对称电压，用磁电系电压表对称电压，用磁电系电压表测量读数为测量读数为五、磁电系检流计五、磁电系检流计分类：指针式、光标式。分类：指针式、光标式。光标式光标式检流计结构示意图检流计结构示意图NS张丝张丝小镜小镜动圈动圈永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁检流计的主要参数：检流计的主要参数：（1）内阻）内阻（2）电流常数）电流常数（3）外临界电阻）外临界电阻（4）阻尼时间）阻尼时

22、间（5）自然振荡周期）自然振荡周期是一种灵敏度很高的仪表，常用来检测电路中是一种灵敏度很高的仪表，常用来检测电路中有无电流通过。有无电流通过。 （1）要求水平放置的检流计，使用前应需调好水平，）要求水平放置的检流计，使用前应需调好水平，校校准零点；准零点； （2）检流计的标尺不是用电流标度，而是按指针末端）检流计的标尺不是用电流标度，而是按指针末端的的线位移标度，单位为线位移标度，单位为mm； （3）选择合适的灵敏度；）选择合适的灵敏度； （4）不允许用欧姆表或电桥测量检流计的内阻，否则，）不允许用欧姆表或电桥测量检流计的内阻，否则，因过流会损坏检流计；因过流会损坏检流计； （5）用完检流计，

23、要用止动器锁定检流计的可动部分；）用完检流计，要用止动器锁定检流计的可动部分； （6）搬动检流计时，要注意轻拿轻放，避免振断张丝。）搬动检流计时，要注意轻拿轻放，避免振断张丝。六、冲击检流计六、冲击检流计结构结构: 与普通磁电系检流计基本相同，但可动部分惯性较大。与普通磁电系检流计基本相同，但可动部分惯性较大。特点特点: 当脉冲电流持续时间很短时，脉冲电流结束前检流计可当脉冲电流持续时间很短时，脉冲电流结束前检流计可动部分不动，则脉冲电流的电量与检流计可动部分第一次动部分不动，则脉冲电流的电量与检流计可动部分第一次最大偏转成正比最大偏转成正比 。即。即返回QmCQCQ冲击检流计的电量冲击常数，

24、由实验的方法测定。冲击检流计的电量冲击常数，由实验的方法测定。第二节第二节 用直流电位差计测量电压用直流电位差计测量电压 定义：定义：把未知固定电压把未知固定电压Ux与已知可变标准电压与已知可变标准电压UN 进行比较，进行比较， 当当UN变化到与变化到与 Ux 相等时，认为相等时，认为Ux完全补偿了标准电压完全补偿了标准电压UN 。 定电流补偿方式定电流补偿方式EUxUNa bR一、电压补偿一、电压补偿 定电阻补偿方式定电阻补偿方式Uxr1RNUNa bEr2rnS1S2Sn实现方法：实现方法：定电流和定电阻两种。定电流和定电阻两种。二、直流电位差计的工作原理二、直流电位差计的工作原理定流式直

25、流电位差计定流式直流电位差计工作过程：工作过程： 定流式直流电位差计的电路定流式直流电位差计的电路UxENER0RRNrG S12 R1R22）将开关）将开关S合向合向“2”，调节调节R使检流计指向使检流计指向零零点，此时，点，此时，R1两端的两端的电压等于被测电压电压等于被测电压 工作电工作电流产生流产生工作电工作电流校准流校准测量测量回路回路NNEIR1 1）将开关）将开关S S合向合向“1”1”，调节，调节R0R0使检流计指向零点，此时，使检流计指向零点，此时，RNRN两端的电压与标准电池的电动势相等，有两端的电压与标准电池的电动势相等，有三、直流电位差计的技术特性三、直流电位差计的技术

26、特性 1. 准确度高；准确度高； 2. 量程低，一般不超过量程低，一般不超过2V； 3. 不从被测电路吸收能量，测量电压时，相当于内阻无穷不从被测电路吸收能量，测量电压时，相当于内阻无穷大的电压表。大的电压表。N11NxEUIRRR经过两次电压补偿，经过两次电压补偿，R1可在可在R 的的刻度盘上直接读出，即可刻度盘上直接读出，即可得出被测电压的值。得出被测电压的值。四、直流电位差计使用注意事项四、直流电位差计使用注意事项 1. 选择灵敏度合适的检流计，以满足测量的需要，灵度选择灵敏度合适的检流计，以满足测量的需要，灵度过低将产生较大误差，灵敏度过高电位差计难以达到平衡；过低将产生较大误差，灵敏

27、度过高电位差计难以达到平衡； 2. 选择电压足够稳定的工作电源，否则因工作电流不定选择电压足够稳定的工作电源，否则因工作电流不定而产生误差；而产生误差； 3. 注意标准电池、工作电源和被测电压的极性不能接错；注意标准电池、工作电源和被测电压的极性不能接错； 4. 校准工作电流时，要避免长时间给标准电池充放电，以校准工作电流时，要避免长时间给标准电池充放电，以免损坏标准电池；免损坏标准电池； 5. 按照说明书要求的温度和湿度条件保存和使用按照说明书要求的温度和湿度条件保存和使用。 五、直流电位差计的应用五、直流电位差计的应用 当当被测电压不超过被测电压不超过2V时，可以用直流电位差计直接量；时，

28、可以用直流电位差计直接量； 如果被测电压超过如果被测电压超过2V，需用标准电阻进行分压，然后再，需用标准电阻进行分压，然后再用直流电位差计测量。用直流电位差计测量。 测量较高电压的分压电路测量较高电压的分压电路 电电 位位 差差 计计UxR1 R2返回测量范围测量范围一、用电流表测量电压一、用电流表测量电压适用条件：适用条件：当没有内阻合适当没有内阻合适的电压表时，可测量高值的电压表时，可测量高值电阻两端的电压。电阻两端的电压。RNR mAIA+ Ux 用电流表测量电压的电路用电流表测量电压的电路第三节第三节 直流电压和电流的间接测量直流电压和电流的间接测量ANA()xUIRRAIAR为电流表的读数；为电流表的读数；为电流表的内阻。为电流表的内阻。 ；二、用电压表测量电流二、用电压表测量电流 适用条件：当没有内阻适用条件：当没有内阻合适的电流表时，测量合适的电流表时，测量通过低值电阻的电流。通过低值电阻的电流。R mVIx+ U 用电压表测量电流的电路用电压表测量电流的电路RNNVVNVxRRIUR RVUVR为电压表的读数为电压表的读