电功率与功率因数的测量课件

电功率与功率因数的测量*第一节电动系功率表*一、结构与工作原理㈠结构负载附加电阻**1.电动系测量机构2.附加电阻㈡工作原理1.定圈与被测电路负载串联构成电流回路；2.动圈与附加电阻串联后与被测电路（负载）并联构成电压回路；二、工作原理

①载流线圈的磁场B1

：B1∝线圈中的电流I1.磁场：F∝B1B2∝I2②被磁化铁片的磁场B2：

在铁片没有达到磁饱和时

B2∝线圈的电流I㈡转动力矩2.线圈对铁片的作用力F：3.转动力矩：由于仪表活动部分具有惯性,来不及跟随转动力矩的瞬时变化而转动,所以偏转角取决于转动力矩的平均值式中Kα为一定频率时仪表的系数，I是i的有效值。

无论电流i是什么波形，平均转矩总是与电流的有效值的平方成正比。㈡指针偏转角●游丝或张丝的反作用力矩与活动部分的偏转角α成正比

Mα=K1α

●当转动力矩与反作用力矩相等时,即M=Mα,活动部分平衡

可见，电磁式测量机构的指针偏转角与载流线圈的电流有效值成正比。因而，刻度不均匀，前密后疏。第二节电磁系电流表和电压表

*㈠电磁系电流表

1.电磁系电流表的结构特点②磁路大部分以空气为介质线圈的磁势必须足够大(一般约为200安匝)。电流量限大，线圈匝数就少，线径要粗；反之，线圈匝数就多，而线径小。①电磁系测量机构可以直接作为电流表来使用。电流通过的是固定线圈，它可用粗导线绕制，可以允许较大电流通过。

如国产19T1—A型安装式电流表，量限为200A的，其固定线圈只有一匝，用3.53mm×l6.8mm的扁铜线绕制而成。①单量程电流表：多为开关板式（安装式）。

直接接入电路的电磁系电流表，其最大量限不超过200A。测量200A以上的交流电流时，应与电流互感器配合使用，相应电流表的量限均为5A。2.电磁系电流表的量程②双量限表：是将固定线圈分成两段绕制，用金属连接片使其改变两段线圈的连接方式，以达到改变量限的目的。串联，量程为I；并联量程为2I；测量机构的总安匝数为2NI。量程扩大一倍。㈡电磁式电压表

电磁式电压表由固定线圈串联附加电阻组成。电磁式电压表安装式：单量程最大：750V最小：几伏可携式：多量程线圈分段法串并联换接法附加电阻分段法三电磁系仪表的主要技术特性

（1）结构简单、成本低，交直流两用；（2）过载能力强；（3）由于存在磁滞现象，准确度较低；（4）易受外来磁场的影响；（5）一般只适用于工业频率；（6）灵敏度低，功耗较大(电流表2~8W、电压表2~5W)；（7）刻度不均匀第三节电动系测量机构*一、结构

固定线圈可动线圈电动式仪表的原理结构固定线圈电磁系统可动线圈作用：产生驱动转矩游丝阻尼器产生反作用力矩产生阻尼力矩游丝二、工作原理电动式仪表转动力矩的产生I2FFBBI1I1

定圈电流I1→BB∝

I1

动圈通入电流I2，活动线圈在磁场中受到转动力矩M的作用。转动力矩M的大小与两线圈中电流的乘积成正比

M=K1I1I2㈠转动力矩1.直流情况下的转动力矩2.交流情况下的转动力矩

当仪表通入交流电流时,设固定线圈中的电流:i1=I1msinωt活动线圈中的电流:i2=I2msin（ωt+φ），则转动力矩的瞬时值为

m(t)=K1i1i2

是随时间而变化的.由于仪表活动部分有惯性，所以指针的偏转取决于平均转矩

由此可见，电动系测量机构的转动力矩与定动圈电流的有效值乘积和两电流的相位差余弦成正比。当转动力矩与反作用力矩平衡时，有：3.反作用力矩:反作用力矩由游丝产生Mα=K2α㈡指针偏转角：M=Mα则偏转角三、电动系仪表的主要技术特性1.准确度高。由于电动系仪表测量机构中没有铁磁物质，所以不存在磁滞误差，准确度等级可高达0.1级。4.过载能力差。由于动圈及导引电流的游丝不能通过大电流，故过载能力小o

5.标尺刻度不均匀。电动系电流表和电压表的标尺刻度前密后疏，但电动系功率表的刻度是均匀的。6.仪表的功耗大。为了保证足够的励磁安匝数，因此电动系仪表本身消耗·的功率比较大。

2.可交、直流两用。此外，还可用来测量非正弦电流的有效值。3.易受外磁场影响。这是由于内部工作磁场较弱的缘故。第四节直流双臂电桥

*

由于导线电阻和接触电阻（数量级为10-2~10-5Ω）的存在，用直流单臂电桥（惠斯登电桥）测1Ω以下的低电阻时误差很大。为了减少误差，需要改进线路设计，于是发展成为双臂电桥，又称凯尔文电桥。直流双臂电桥用于测量低值电阻（1Ω以下），如测量分流电阻和电机、变压器绕组的电阻值和断路器的触头间的接触电阻等。引言一、直流双臂电桥的工作原理Cn2In-I1′C2P2Pn2I1Pn1Cn1P1C1㈠直流双臂电桥原理电路被测电阻RX只包含在P1和P2之间电流端钮：C1、C2、

Cn1

、Cn2电位电钮：P1、P2、Pn1、Pn2比较用可调标准电阻Rn，只包含在P1和P2之间桥臂电阻大于10Ω粗导线电阻r将Rn和Rx及电源构成闭合回路㈡工作原理

电桥平衡时，检流计电流为零，因此R1和R2电流同为I1，R1′和R2′电流同为I1′，由KVL可写出

解上列方程组，可得平衡方程为

可见，被测电阻Rx仅取决于桥臂电阻R2和R1的比值，以及标准电阻Rn，而与粗导线的电阻r无关。由于所以

比值称为直流双臂电桥的倍率。所以电桥平衡时有被测电阻=倍率读数×标准电阻读数

连接Cn2和C2的粗导线的电阻r要值尽量小，这样即使它与r的乘积也很小，从而平衡方程的第二项仍可不予计及。二、消除接线电阻和接触电阻的原因1.被测电阻Rx和标准电阻Rn之间的接线电阻以C2和Cn2的接触电阻与粗导线电阻r相串联，可认为是r的一部分，电阻r对

电桥的平衡也没影响，因而被测电阻的值不受这部分接线电阻的影响。

2.Rx和Rn之间的另两端的接线电阻，以及接头C1和Cn1的接触电阻都包含在电源支路中，它只影响工作电流的大小

对测量结果不产生影响。3.电位接头P1、P2、

Pn1和Pn1的接触电阻以及接线电阻都包含在相应的桥臂支路中，而桥臂电阻R2

、R2′和R1′、R1

均大于10Ω，相比这部分接触电阻和接线电阻显得很小，故对测量结果产生的影响可以忽略不计。三、QJ103直流双臂电桥㈠QJ103直流双臂电桥原理电路图比较臂标准电阻Rn㈡QJ103直流双臂电桥面板示意图标准电阻读数盘倍率旋钮检流计㈡使用双臂电桥注意事项双电桥C2P2P1C1RX

直流双臂电桥的使用方法和注意事项和单臂电桥基本相同，但还要注意以下几点：⒈被测电阻的电流端钮应和双臂电桥的对应端钮正确连接。当被测电阻没有专门的电位端钮时，要设法引出四根线和双臂电桥连接。并用靠近被测电阻的一对导线连接到电桥的电位端钮上。如图示。

⒉测量要迅速，以免电池无谓的消耗。第五节电阻器的选择

*一、电阻器

半可变式电阻器，即微调电位器或微调电阻，主要用在阻值不需经常变动的电路中，如晶体管偏流电阻、电源滤波电阻等。

电阻器是电子电路中用得最多的元件。符号用R表承，单位是欧姆(Q)，有时也用千欧(KΩ)、兆欧(MΩ)表示。㈠电阻器的分类⒈从外形结构上分：①固定式；②可变式。

固定式电阻器主要用在阻值固定而且不需经常变动的电路里，用作限流、分流，分压、降压、负载和匹配之用；可变式：可变式和半可变式两类。

可变式电阻器，即电位器，主要用在组值需经常变动的电路中，用作调节音量、音调等；2.从制作的材料分：膜式（炭膜、金属膜)电阻器、炭棒电阻器和金属线绕式电阻器三种。

㈡电阻器的型号1.第一部分：主称，用字母表示。R--固定式；X——可调式

2.第二部分：材料，用字母表示。

T——炭膜；H——合成炭膜；

J——金属膜；

Y——氧化膜；

C——沉积膜；I——玻璃釉膜；

X——线绕；S——有机实芯；

N——无机实芯；3.第三部分：产品分类，用数字表示，个别产品用字母表示；1、2——普通；3——超高频；4——高阻：5——高温：

7——精密；8——高压；9一特殊；G一高功率；

T一可调；W-微调；

4.第四部分：区别代号，用字母表示。5.第四部分：额定功率数值(W)。

二、电阻器的技术性能电阻器的技术性能常用以下指标来表示：

1．电阻值和准确度;2．额定功率和运用时的极限温度；3．极限工作电压(脉冲幅值)；4.稳定度;5．噪声电动势；6．高频特性。三、电阻器的选择选择电阻器时，根据电路的要求可从以下几方面考虑：1.确定电阻器的型式

常用固定电阻器的型式一般有RT型炭膜电阻、R型金属膜电阻、合成炭阻及RXY型线绕电阻。常用各类电阻器的特点和用途见表3—3。

2.确定电阻器的阻值、准确度、额定功率、极限工作电压

电阻器的实际阻值与规定阻值之间的偏差范围即为电阻器的准确度。准确度有以下各级准确度

0.050.01(或00)0.02(或0)

I

Ⅱ

Ⅲ

误差

士0.5%

土1.0%

土2%

士5%

土10%土20%

可根据需要查见有关电工手册、确定电阻器的阻值、准确度、额定功率和极限工作电压。3.满足稳定度，可靠性的要求，，可查阅有关手册乙适用于功率较大的电路，宜制成高精密电阻器。(1)阻值不高。(2)功率较大．(3)可制成精密测量用电阻器。(4)运用频率较低。(5)阻值、准确度、额定功率常标于电阻器表面。

线绕电阻器

稳定性较差，仅适用于要求不高的电子电路。(1)制作简易、价格便宜。(2)可靠性高、过载能力大。⑶噪声电势大，应用频率不高。⑷采用色标法表示阻值及准确度。

炭棒阻器

应用在要求较高的直流、交流和脉冲电路中。(1)耐热性、稳定性比炭膜电阻好．(2)同样功率下，尺寸比炭膜电阻小40%～50%。(3)制造工艺复杂、成本较高。(4)电阻值、准确度标于电阻表面。金属膜电阻器膜式电阻器

广泛用于直流、交流和脉冲电路中。(1)稳定性较好，温度系数小(2)运用频率较高(3)噪声小(4)电阻值、准确度一般均用文字标在电阻器表面炭膜电阻器膜式电阻器

用途

特点电阻型式适用于功率较大的电路，宜制成高精密电阻器。(1)阻值不高。(2)功率较大．(3)可制成精密测量用电阻器。(4)运用频率较低。(5)阻值、准确度、额定功率常标于电阻器表面。

线绕电阻器

稳定性较差，仅适用于要求不高的电子电路。(1)制作简易、价格便宜。(2)可靠性高、过载能力大。⑶噪声电势大，应用频率不高。⑷采用色标法表示阻值及准确度。

炭棒阻器

应用在要求较高的直流、交流和脉冲电路中。(1)耐热性、稳定性比炭膜电阻好．(2)同样功率下，尺寸比炭膜电阻小40%～50%。(3)制造工艺复杂、成本较高。(4)电阻值、准确度标于电阻表面。金属膜电阻器膜式电阻器

广泛用于直流、交流和脉冲电路中。(1)稳定性较好，温度系数小(2)运用频率较高(3)噪声小(4)电阻值、准确度一般均用文字标在电阻器表面炭膜电阻器膜式电阻器

用途

特点电阻型式适用于功率较大的电路，宜制成高精密电阻器。(1)阻值不高。(2)功率较大．(3)可制成精密测量用电阻器。(4)运用频率较低。(5)阻值、准确度、额定功率常标于电阻器表面。

线绕电阻器

稳定性较差，仅适用于要求不高的电子电路。(1)制作简易、价格便宜。(2)可靠性高、过载能力大。⑶噪声电势大，应用频率不高。⑷采用色标法表示阻值及准确度。

炭棒阻器

应用在要求较高的直流、交流和脉冲电路中。(1)耐热性、稳定性比炭膜电阻好．(2)同样功率下，尺寸比炭膜电阻小40%～50%。(3)制造工艺复杂、成本较高。(4)电阻值、准确度标于电阻表面。金属膜电阻器膜式电阻器

广泛用于直流、交流和脉冲电路中。(1)稳定性较好，温度系数小(2)运用频率较高(3)噪声小(4)电阻值、准确度一般均用文字标在电阻器表面炭膜电阻器膜式电阻器

用途

特点电阻型式适用于功率较大的电路，宜制成高精密电阻器。(1)阻值不高。(2)功率较大．(3)可制成精密测量用电阻器。(4)运用频率较低。(5)阻值、准确度、额定功率常标于电阻器表面。

线绕电阻器

稳定性较差，仅适用于要求不高的电子电路。(1)制作简易、价格便宜。(2)可靠性高、过载能力大。⑶噪声电势大，应用频率不高。⑷采用色标法表示阻值及准确度。

炭棒阻器

应用在要求较高的直流、交流和脉冲电路中。(1)耐热性、稳定性比炭膜电阻好．(2)同样功率下，尺寸比炭膜电阻小40%～50%。(3)制造工艺复杂、成本较高。(4)电阻值、准确度标于电阻表面。金属膜电阻器膜式电阻器

广泛用于直流、交流和脉冲电路中。(1)稳定性较好，温度系数小(2)运用频率较高(3)噪声小(4)电阻值、准确度一般均用文字标在电阻器表面炭膜电阻器膜式电阻器

用途

特点电阻型式

表3—3常用各类电阻器的特点和用途

四、电阻的阻值、准确度的标志方法

电阻器的阻值、准确度有三种标志方法：1.直标法:在电阻器的表面用数字、单位符号和百分数直接标出、阻值和准确度。

例如，5.1KΩ土5％。单位符号为Ω、KΩ、MΩ。2.文字符号法：采用数字和单位符号按照一定的规律组合，表示阻值和准确度。

例如5K1J表示阻值为5.1千欧，准确度为土5％。其中单位符号Ω、K、M分别表示欧姆，干欧、兆欧；

准确度分别用六个字母表示:D—土0.5％E—土1％G—土2％；

J—土5％K—

10％M—土20％3．色标法：采用不同颜色来表示电阻器的阻值和准确度。

这是世界各国普遍采用的方法。色标法分四环道普通电阻和五环道精密电阻标志法。

⑴四环道普通电阻标志法，其标志法示于表3-4(2)五环道精密电阻标志法：其标志法示于表3—5／／／／／／／／／／土5%土10%10010110210310410510610710810910-110-2／123456789／／／l23456789／／黑棕红橙黄绿兰紫灰白金银第四色环(准确度)第三色环（倍率)第二色环(第二位数)第一色环(第一位数)色标颜色表3—4四环道色环电阻的标志法

例如：某一色环电阻的色标依次为：黄、紫，金、金，则表示为4.7Ω±5％的电阻。色标颜色第一色环’(第一位数)第二色环·(第二位数)第三色环(第三位数)第四色环(倍率)第五色环(准确度)黑000100棕111101士l％红222102士2％橙333103黄444104绿355105土0．5％兰666106土0．2％紫777107士0．1％灰888108白999109表3—5五环道精密电阻标志法

例如，某一色环电阻的色标依次为：兰、灰、黑、棕、红、则表示为6．8KQ土2％的电阻。第四节兆欧表和绝缘电阻的测量*

兆欧表又称摇表，这种仪表主要用来测量．绝缘电阻，以判定电机，电气设备和线路的绝缘是否良好，这关系到这些设备能否安全运行。由于绝缘材料常因发热、受潮、污染、老化等原因使其电阻值降低，泄漏电流增大，甚至绝缘损坏，从而造成漏电和短路等事故，因此，必须对设备的绝缘电阻进行定期检查。各种设备的绝缘电阻都有具体要求。一般来说，绝缘电阻越大，绝缘性能也越好。

概述

兆欧表由两个主要部分组成：磁电式比率表和手摇发电机。手摇直流发电机能产生500V、1000V、2500V或5000V的直流高压，以便与被测设备的工作电压相对应。目前有的兆欧表，如ZC30型，采用晶体管直流变换器，可以将电池的低压直流转换为高压直流。一、磁电系比率表的原理

M1M2动圈㈠磁电系比率表的结构1.固定部分永久磁铁极掌带缺口的圆柱形铁芯①永久磁铁②极掌：由于一个极掌的形状比较特殊，所以在气隙中的磁场是不均匀的，这是和一般磁电系测量机构不同的地方。③带缺口的圆柱形铁芯2.可动部分主要有可动线圈等。

线圈1中的电流I1产生转动力矩M1，线圈2中的电流I2与气隙磁场作用则产生相反方向的力矩M2。

㈡磁电系比率表的工作原理

1.动圈的转距

①线圈1：

I1→M1=F1(α)

因气隙磁场分布不均匀，所以对同一电流I1来说，M1随可动部分偏转的角度α不同而变化。当M1>M2时。指针朝顺时针方向偏转时，线圈l遇到的气隙越来越小，即磁场越来越强，所以力矩M1随α角的增加而增大。②线圈2：

I2→M2=F2(α)

同样，线圈2随线圈1一起转动时，反作用力矩M2也将随α角的增加而增大。

但线圈2的全部有效边都处在不均匀磁场中，因而M2随α增大的变化率要大于Ml随α增大的变化率。I1F1(α)=I2F2(α)由此可见：仪表可动部分的偏转角α取决于电流I1、I2的比值。

所以，这种仪表称为比率表或流比计。由于没有机械游丝，所以比率表不通电时，比率表的指针可停留在任意位置。

所以有

转过一定的角度后，反作用力矩M2“赶上”Ml，即M2=Ml，此时有二、磁电系兆欧表的工作原理

RxGLER1R2UI1I21.兆欧表的原理电路②手摇发电机①磁电式比率表由两部分组成磁电式比率表手摇发电机2.动圈电流①动圈l经限流电阻R1与被测电阻Rx相串联后与发电机并联。电流②动圈2与附加电阻R2串联后与发电机并联，电流式中r1和r2分别为动圈1和动圈2的内阻。

若发电机G的电压U维持不变，那么，I1将随被测电阻RX的增大而减小。而I2则是一个与被测电阻Rx无关的常量。Il和I2与气隙磁场相互作用所产生的力矩M1和M2的方向相反，力矩平衡时，有3.指针偏转角①RX=∞时，I1=0，M1=0，可动部分在I2作用下按反时针方向旋转。当线圈2转到铁芯的缺口处时，由于线圈受到电磁力的方向通过转轴，因而不产生转动力矩，可动部分停止转动，指针指在标尺左端∞处。

②RX=0时，电流I1最大，可动部分的偏转角α也最大，指针指在标尺右端“0”处。4.有关问题说明①兆欧表的标尺刻成电阻值，为不均匀反向刻度，如图所示。②发电机的转速不稳定，不会影响兆欧表的读数。

如果发电机G的电压U有波动，电流I1和I2将发生同样变化，但是，I1和I2的比值仍保持不变，故可动部分的偏转角α也保持不变。③兆欧表内无电流，指针处在随遇而停的位置。

磁电