电磁测量第三章

1、磁电系电流表加整流装置可构成磁电系电流表加整流装置可构成测量交流测量交流的整流式仪表。的整流式仪表。磁电系磁电系测量机构测量机构整流电路整流电路+整流式整流式电流电流/电压表电压表整流式仪表的整流式仪表的表盘符号表盘符号V1V2RmRgIgiuttui 半波整流电路半波整流电路 电路中的电流波形电路中的电流波形正正半周，半周， V1、V3导通，导通， V2、V4截止截止负半周，负半周， V2、V4导通，导通， V V1、V V3截止截止流过表头电流是一脉动直流电流流过表头电流是一脉动直流电流脉动直脉动直流流交流电交流电压压iu全波整流电路全波整流电路V1V2V4V3全波整流电路中的电流波形全波

2、整流电路中的电流波形ttuitIi sin2 IdttITITav9 . 0sin210avII11. 1avII22. 2刻度特性：刻度特性：全波：全波：0.90.9刻刻1 1，1 1 刻刻1.111.11半波：半波：0.90.9刻刻2 2，1 1刻刻2.222.22对一正弦对一正弦全波整流后全波整流后即即 半波整流半波整流整流式仪表：整流电路加上测量电路（分流或分压）整流式仪表：整流电路加上测量电路（分流或分压）流过表头的电流：脉动的直流电流流过表头的电流：脉动的直流电流表头可动部分惯性作用，指针反映电流平均值表头可动部分惯性作用，指针反映电流平均值刻度：交流正弦量的有效值刻度：交流正弦量

3、的有效值avKIdtiTITav01整流电路、分流电阻和磁电系表头。整流电路、分流电阻和磁电系表头。参照磁电系电流表，将表头灵敏度乘以波形参照磁电系电流表，将表头灵敏度乘以波形因数作为整流式电流表的表头灵敏度因数作为整流式电流表的表头灵敏度ggII11. 1 ggII22. 2 半波整流式电流表半波整流式电流表R1R2R3i3i2Ri1V1V2例例:半波整流式电流表半波整流式电流表 附加电阻计算附加电阻计算(略略)整流电路、分压电阻和磁电系表头。整流电路、分压电阻和磁电系表头。例例:半波整流式电压表半波整流式电压表 附加电阻计算附加电阻计算(略略)R1R2R3u3u2u1RV1V2万用表实物图

4、万用表实物图 整流式仪表可用来测量交流电参量还可以制成万整流式仪表可用来测量交流电参量还可以制成万用表，用来测电压、电流、电阻用表，用来测电压、电流、电阻dtuTUTav01 20,1010,01030ttVVuVdtdtdtuTUTav201030201120101000VdtdtdtuTUTav15030201120101000u(V)100t(ms)2030全波：全波：半波：半波：VUUav2 .222011. 111. 1VUUav3 .331522. 222. 2如正负半周波形对称读数是否相同？如正负半周波形对称读数是否相同？测量的正弦量存在高次谐波会怎样？测量的正弦量存在高次谐波会

5、怎样？电压表读数电压表读数全波：全波：半波：半波：TavTavdtuTUUdtuTUU00122.222.2111.111.1读数公式读数公式全波：全波：半波：半波：u(V) u(V) wtwt 0 0 计算图中电压平均之计算图中电压平均之后乘以波形因数即为后乘以波形因数即为整流式仪表读数整流式仪表读数 一、电磁系仪表结构一、电磁系仪表结构分为吸引式和排斥式分为吸引式和排斥式吸引式电磁系仪表的结构吸引式电磁系仪表的结构1.1.指针指针 2. 2.阻尼翼片阻尼翼片 3. 3.偏心铁片偏心铁片4.4.固定线圈固定线圈 5. 5.游丝游丝 6. 6.转轴转轴排斥式电磁系仪表的结构排斥式电磁系仪表的结

6、构1.1.游丝游丝 2. 2.阻尼翼片阻尼翼片 3. 3.动铁心动铁心4.4.静铁心静铁心 5. 5.固定线圈固定线圈 电磁系测量机构的磁场是由电流产生的，磁场较弱。电磁系测量机构的磁场是由电流产生的，磁场较弱。 结构上应有良好的结构上应有良好的磁屏蔽磁屏蔽。W为线圈中储存的磁场能量：为线圈中储存的磁场能量：221LiW 平均转动力矩平均转动力矩M总是与通过线圈的电流总是与通过线圈的电流. .转动力矩转动力矩由能量平衡，铁片偏转做的机由能量平衡，铁片偏转做的机械功等于磁场能量的变化量械功等于磁场能量的变化量dWFdl F为铁片受到的为铁片受到的电磁力电磁力，R R为铁片为铁片最大半径最大半径,

7、 , d 为偏转角的为偏转角的变化量变化量为铁片的偏转距离：为铁片的偏转距离： Rddl 平均转动力矩平均转动力矩M为为： TTKIdtddLiTmdtTM0220)/21(11 瞬时转动力矩瞬时转动力矩m为：为： ddLiddlFFRm/212 TdtiTI021有有效效值值计计算算当驱动力矩和反抗力矩平衡时，当驱动力矩和反抗力矩平衡时， M=M ，即：即：202IKWKI WM 指针偏转特点指针偏转特点: 刻度特点刻度特点: ，因此刻度，因此刻度。磁电系仪表的基本量测量为电流有效值的平方磁电系仪表的基本量测量为电流有效值的平方 改进措施改进措施:为了改善刻度的非线性，在结构上采用为了改善刻

8、度的非线性，在结构上采用的的铁心，使铁心，使dL/d 的变化呈某种非线性，补偿标尺刻度的平方关的变化呈某种非线性，补偿标尺刻度的平方关系，标尺在系，标尺在10%100%之间基本均匀。之间基本均匀。三、电磁系电流表三、电磁系电流表原理：原理：磁电系测量机构指针随电流有效值平方偏转磁电系测量机构指针随电流有效值平方偏转特点：特点：由于电磁式仪表的游丝不通过电流，测量机构本身能由于电磁式仪表的游丝不通过电流，测量机构本身能测量较大的电流。因此电磁式电流表的量程越大，它的固定测量较大的电流。因此电磁式电流表的量程越大，它的固定线圈的导线就越粗，匝数就越少，总的线圈的导线就越粗，匝数就越少，总的磁通势基

9、本不变磁通势基本不变。 产生：由空气阻尼器和电磁阻尼器产生阻尼力矩产生：由空气阻尼器和电磁阻尼器产生阻尼力矩电流方向改变时，转矩的方向不变，电磁式仪表测量机构电流方向改变时，转矩的方向不变，电磁式仪表测量机构可以可以交、直流交、直流两用，测量交流时用两用，测量交流时用交流有效值直接刻度交流有效值直接刻度的。的。TdtiTI021电磁系仪表读数为有效值电磁系仪表读数为有效值绕组串联绕组串联 绕组并联绕组并联 接线接线 端子端子 量程：量程：多量程电磁式电流表将固定线圈的绕组分段缠绕，利多量程电磁式电流表将固定线圈的绕组分段缠绕，利其中两个或两个以上的绕组的其中两个或两个以上的绕组的。绕。绕组并联

10、时量程是串联时量程的组并联时量程是串联时量程的2倍，无论选用哪个电流量限倍，无论选用哪个电流量限仪表内产生的总的安匝数都是一定的仪表内产生的总的安匝数都是一定的。两两并联再串联两两并联再串联量程为量程为2I四段串联四段串联量程为量程为I I四段并联四段并联量程为量程为4 4I I单量程电压表：在固定线圈上单量程电压表：在固定线圈上 串联串联附加电阻构成的附加电阻构成的 四、电磁系电压表四、电磁系电压表注：注：L L是线圈的电感，是线圈的电感，R R是串联附加电阻，是串联附加电阻， r r是线圈电阻，是线圈电阻，是被测电压频率，是被测电压频率，U U是被测是被测电压有效值电压有效值 多量程电压表

11、多量程电压表电压表中的电流电压表中的电流 多量程电压表：多量程电压表：在固定线圈上在固定线圈上 串联串联附加电阻构成的附加电阻构成的 2222)()(LrRkUkI 指针的偏转角指针的偏转角与被测电压有效值的关系与被测电压有效值的关系: : 注意：注意：电磁系电压表附加电阻不宜过大。否则较小的励磁电流电磁系电压表附加电阻不宜过大。否则较小的励磁电流要求线圈的匝数过多，电感过大，从而导致电压表的频率误差要求线圈的匝数过多，电感过大，从而导致电压表的频率误差和温度误差增大。因此，一般电磁系电压表的和温度误差增大。因此，一般电磁系电压表的Su只有几十欧只有几十欧/伏。伏。 电磁系电压表主要用于电力系

12、统的安装式仪表。电磁系电压表主要用于电力系统的安装式仪表。五、技术性能五、技术性能1.基本量测量基本量测量 电流有效值平方电流有效值平方2.灵敏度灵敏度 低低 3.准确度准确度 低低4.功耗功耗 大大5.刻度特性刻度特性 不均匀不均匀6.频率范围频率范围 直流、工频直流、工频几百赫兹几百赫兹7.抗外磁场能力抗外磁场能力 弱弱8.过载能力过载能力 强强高压控制柜高压控制柜实物图实物图1.1.固定线圈固定线圈 2. 2.可动线圈可动线圈3.3.阻尼器阻尼器 4. 4.指针指针 5.5.游丝游丝1 14 45 53 32 2铁磁电动系铁磁电动系：若将固定线圈绕若将固定线圈绕在铁心上构成在铁心上构成铁

13、磁电动系铁磁电动系仪表仪表 电动系测量机构结构电动系测量机构结构 1.1.固定线圈固定线圈 2. 2.可动线圈可动线圈 3.3.阻尼翼片阻尼翼片 4. 4.空气阻尼箱空气阻尼箱 5. 5.轴轴 6. 6.游丝游丝 7. 7.指针指针一、电动系仪表结构一、电动系仪表结构固定线圈固定线圈用来产生磁场。用来产生磁场。可分为两部分，目的是获得较均可分为两部分，目的是获得较均匀的磁场。匀的磁场。可动线圈可动线圈在磁场中受力。在磁场中受力。（与（与磁电系测量机构磁电系测量机构的动圈作用相同的动圈作用相同）动圈放在定圈的动圈放在定圈的气隙内，并固定气隙内，并固定在转轴上在转轴上 假设通过定圈的电流为假设通过

14、定圈的电流为i i1 1 ， 动圈的电流为动圈的电流为i i2 2 ， )cos(2cos22211 tIitIi定圈也称电流线圈，动圈也称电压线圈定圈也称电流线圈，动圈也称电压线圈FFI1I2B动圈受力原理动圈受力原理磁场由定圈产生磁场由定圈产生 B=k1i1 cos1121021003IIKdtiikTmdtTMTT 注：注：K K0 0为常数，为常数， 为为i i1 1为为i i2 2和的初相位差角和的初相位差角 )2cos(cos2122)cos(2cos2213213213 tIIktItIkiikm仪表只能反映平均转动力矩仪表只能反映平均转动力矩动圈电流和定圈磁场有关动圈电流和定圈

15、磁场有关力矩平衡时，力矩平衡时，M =Ma ，得到得到:coscos21210IKIIIWK偏转角与偏转角与两线圈中电流的有效值两线圈中电流的有效值及其及其相位差余弦相位差余弦的乘积成正比的乘积成正比2.2.反作用力矩反作用力矩产生：产生：测量机构用游丝产生反抗力矩测量机构用游丝产生反抗力矩3.3.阻尼力矩阻尼力矩Ma = W 由空气阻尼器产生由空气阻尼器产生 上述推导基于正弦交流，对其他波形同样成立上述推导基于正弦交流，对其他波形同样成立低量限（毫安级）电动系电流表：低量限（毫安级）电动系电流表：采用将电动系测量机构采用将电动系测量机构的静圈与动圈相串联的方法，这种电流表的内阻很大。的静圈与

16、动圈相串联的方法，这种电流表的内阻很大。 此时此时 I=I1=I2, cos=1则则: =KI2 即即 与与I2成正比成正比I I1 1：通过固定线圈的电流通过固定线圈的电流I I2 2：通过可动线圈的电流通过可动线圈的电流I I： 两线圈串联后的电流两线圈串联后的电流使用有效值刻度，使用有效值刻度，电动系电流表刻度不均匀电动系电流表刻度不均匀 电动系毫安表电动系毫安表静圈静圈动圈动圈1、原理原理偏转角与两线圈通过电流有关，将动圈偏转角与两线圈通过电流有关，将动圈和定圈串联或并联，可直接测量电流和定圈串联或并联，可直接测量电流定圈并联定圈并联高量限的电动系电流表采用将电高量限的电动系电流表采用

17、将电动系测量机构的静圈与动圈相并动系测量机构的静圈与动圈相并联的方法（图联的方法（图2）。）。2、电动系电流表的实际使用电动系电流表的实际使用电动系安培表电动系安培表双量程电动式电流表双量程电动式电流表:通过改变两段固通过改变两段固定线圈的连接方式改变量程，两段线圈定线圈的连接方式改变量程，两段线圈并联量程是串联时量程的两倍并联量程是串联时量程的两倍,与电磁与电磁系相似系相似当测量大于当测量大于300A的电流时的电流时需采用电流互感器配合使用，可直接需采用电流互感器配合使用，可直接在电流表上读数在电流表上读数. * 注：电流互感器的副绕阻额定电流为注：电流互感器的副绕阻额定电流为5A. 例：测

18、量例：测量500A，选选100/1的电流互感器的电流互感器 测大电流接线测大电流接线注意：测量过程中，电压互感器不能短路注意：测量过程中，电压互感器不能短路 电流互感器不能开路电流互感器不能开路测电流时，电流表串联接测电流时，电流表串联接入负载电路，接线如图入负载电路，接线如图电流表测负载电流电流表测负载电流电流表的实际使用电流表的实际使用电动系电压表电动系电压表电动式电压表是把内部定线圈和动线圈电动式电压表是把内部定线圈和动线圈 串联以后串联以后,再与附加再与附加电阻串联构成电阻串联构成 。此时通过电压表电流为：。此时通过电压表电流为： I=U/R2+(wL)21/2注：注：R-R-电压表的

19、总内阻电压表的总内阻, , L- L-总电感总电感, , w w-被测电压角频率被测电压角频率, , U-U-被测电压有效被测电压有效 值值 与与U2成正比，成正比，电动系电压表刻度电动系电压表刻度是否均匀是否均匀？1、工作原理工作原理 =KI2=KU2/R2 =KUU2 1 1）安装式仪表的单量程电压表，）安装式仪表的单量程电压表， 一般直接与负载并联一般直接与负载并联. .接互感器的电压表接互感器的电压表2 2） 当制成多量程时，当制成多量程时，可将仪表可将仪表的固定线圈分段串联或并联的固定线圈分段串联或并联 ，同时为增加电压表内阻，仪表固同时为增加电压表内阻，仪表固定线圈与不同附加电阻串

20、联定线圈与不同附加电阻串联. . 注：电压互感器副绕阻额定电压为注：电压互感器副绕阻额定电压为100100V V， 例：测量例：测量600V，选定选定6/1互感互感 器器. 2、实际使用实际使用3）当被测量电压大于当被测量电压大于600V时，时， 需采用电压互感器配合使用需采用电压互感器配合使用 可可直接在电压表上读数直接在电压表上读数. 3.频率范围频率范围 直流、工频直流、工频几千赫兹几千赫兹4.功耗功耗 大大 5.刻度特性刻度特性 对于电压、电流测量，对于电压、电流测量，刻度不均匀刻度不均匀。6.抗外磁场能力抗外磁场能力 弱弱五、技术特性五、技术特性1.基本量测量基本量测量 两电流有效值

21、及它们之间余弦的乘积。两电流有效值及它们之间余弦的乘积。由由 可构成电压表、电流表、功率表、相位表。可构成电压表、电流表、功率表、相位表。1.灵敏度灵敏度 较高较高 2.准确度准确度 较高较高 可达可达0.1级级一、静电系测量机构一、静电系测量机构定叶片定叶片动叶片动叶片阻尼片阻尼片指针指针游丝游丝 静电系测量机构可动部静电系测量机构可动部分的偏转角取决于电压分的偏转角取决于电压的平方的平方 21d2dCUW形成空气形成空气电容器电容器C1C2C00mUUx01UUUx121CCCm分压比近似为分压比近似为则则 二、静电系电压表二、静电系电压表电压表固电压表固有电容器有电容器返回三、静电系电压

22、表的技术特性三、静电系电压表的技术特性一、交流电位差计的特点一、交流电位差计的特点xUU.1 1准确度低；准确度低；2 2输入阻抗高；输入阻抗高；3 3正弦交流电压的补偿难度大。正弦交流电压的补偿难度大。判断两个正弦电压是否相等的条件：判断两个正弦电压是否相等的条件：周期或频率、振幅或有效值和初相位周期或频率、振幅或有效值和初相位 电压补偿的条件电压补偿的条件二、极坐标式电位差计二、极坐标式电位差计xUU.xUU x 极坐标式电位差计原理电路ARR0DiABCUx由由 得补偿条件为得补偿条件为 原理电路如图原理电路如图 三、直角坐标式电位差计三、直角坐标式电位差计 电压补偿的相量图未知电压未知

23、电压 可以用电压可以用电压 和和 来进行补偿；来进行补偿；未知电压未知电压 可以用电压可以用电压 和和 来进行补偿来进行补偿。Ux1Ux2UA1UA2UB2UB1.1xU.A1U.B1U.2xU.A2U.B2U返回RBUA 直角坐标式电位差计原理电路直角坐标式电位差计原理电路ADUUxUBRAR2R1 I1I2MOEMBA 测量用互感器测量用互感器(仪用互感器仪用互感器): 可把高电压和大电流变成可把高电压和大电流变成低电压和小电流的设备，便于使用普通仪表进行测量。低电压和小电流的设备，便于使用普通仪表进行测量。一、电压互感器一、电压互感器电压互感器相当于一个降压变压器。电压互感器相当于一个降

24、压变压器。AaxX电压互感器的符号电压互感器的符号11U22UNKUNU2111U11100%100%K UUUUUU电压互感器的准确度等级用比差表示，如电压互感器的准确度等级用比差表示，如0.2级的电级的电压互感器，表示在规定条件下，比差不超过压互感器，表示在规定条件下，比差不超过0.2%返回1221NNIIKI%100%100112111IIIKIIIII变流比变流比 为为比差为比差为 L1K1K2L2电流互感器的符号电流互感器的符号二、电流互感器二、电流互感器（1 1）一次侧绕组额定电流应）一次侧绕组额定电流应大于被测电流大于被测电流，同时电流互感器，同时电流互感器的额定电压与被测电压等

25、级相符。的额定电压与被测电压等级相符。（2 2）电流互感器配套测量仪表为交流电流表。）电流互感器配套测量仪表为交流电流表。 被测电流被测电流= =电流表的读数电流表的读数电流互感器的变比电流互感器的变比 （3 3）一、二次侧不能接反，电流表串入被测电路。）一、二次侧不能接反，电流表串入被测电路。（4 4）二次侧）二次侧不允许开路不允许开路，否则二次侧将产生很高的电压，可，否则二次侧将产生很高的电压，可能将互感器的绝缘击穿。能将互感器的绝缘击穿。（5 5）二次侧不允许接熔断器二次侧不允许接熔断器，需要更换测量仪表时，用开关，需要更换测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后再将开关打开。先将二

26、次侧短路，更换仪表后再将开关打开。（6 6）为了人身和设备的安全，电流互感器的二次侧线圈、铁）为了人身和设备的安全，电流互感器的二次侧线圈、铁芯和外壳也要芯和外壳也要可靠接地可靠接地。三、钳形电流表三、钳形电流表特点：特点：不切断一次侧电路可测量电流，由不切断一次侧电路可测量电流，由钳形电流互感器和电流表构成。钳形电流互感器和电流表构成。使用：使用：当紧握手柄时，铁芯可以张开，使当紧握手柄时，铁芯可以张开，使铁芯包围被测电流通过导线；松开手柄铁芯包围被测电流通过导线；松开手柄时，铁芯闭合，铁芯包围的导线就是电时，铁芯闭合，铁芯包围的导线就是电流互感器的一次侧绕组，二次侧绕组线流互感器的一次侧绕

27、组，二次侧绕组线圈在内部与电流表串联。圈在内部与电流表串联。钳形电流表结构钳形电流表结构铁芯铁芯转换开关转换开关钳形电流表在测量电流时，由于不切断一次侧电路，使用特钳形电流表在测量电流时，由于不切断一次侧电路，使用特别方便，但准确度较低，一般不超过别方便，但准确度较低，一般不超过2.0级。级。 用交流电位差计不能直接测量交流电流，让被测电流通过用交流电位差计不能直接测量交流电流，让被测电流通过一标准电阻，用电位差计测量标准电阻两端的电压，然一标准电阻，用电位差计测量标准电阻两端的电压，然后再换算成电流，可以实现电流的后再换算成电流，可以实现电流的。一、一、ACDC 变换变换由于没有理想的整流元

28、件，测量结果的误差一般都比由于没有理想的整流元件，测量结果的误差一般都比较大，因此，这种方法目前应用较少。较大，因此，这种方法目前应用较少。 二、用电位差计测量正弦交流电流二、用电位差计测量正弦交流电流I2DN0N1N2I1*电流比较仪电流比较仪三、电流比较仪三、电流比较仪电流比较仪的两个绕组绕在同一个铁芯上，分别通入两个电电流比较仪的两个绕组绕在同一个铁芯上，分别通入两个电流，两电流产生的磁场方向相反。流，两电流产生的磁场方向相反。铁芯中为零磁通状态，铁芯中为零磁通状态，此时此时.1122I NI N.112.212IININI两电流比等于两匝数比。如两电流比等于两匝数比。如果两电流之一为已

29、知，可测果两电流之一为已知，可测出另一个电流。出另一个电流。 四、电风车电压传感器四、电风车电压传感器 电极电极绝缘环绝缘环叶片叶片u电风车的结构电风车的结构u光光 源源光敏元件光敏元件 光源驱动电路光源驱动电路 信号放大电路信号放大电路光纤光纤光纤光纤电风车电风车电风车电压传感器的结构电风车电压传感器的结构被测电压的有效值与被测电压的有效值与转速的关系为转速的关系为 3NUKnKt返回 基于电光效应的功能型光纤电压传感器，根据基于电光效应的功能型光纤电压传感器，根据BSOBSO（硅酸铋）（硅酸铋）等晶体的电光效应制成的。当在晶体上施加电压时，晶体的等晶体的电光效应制成的。当在晶体上施加电压时，晶体的折射率发生变化，光在晶体中传播时，将发生双折射现象，折射率发生变化，光在晶体中传播时，将发生双折射现象，使出射的两束光产生相位差，通过对相位差的测量，可以测使出射的两束光产生相位差，通过对相位差的测量，可以测得外加电压。得外加电压