第二章 电气测量.ppt

1、第二章 电工仪表与测量,21 电工测量的基本知识 22 电流与电压的测量 23 电阻的测量 24 电功率和功率因数的测量 25 电能的测量 26 万用电桥 27 万用电表 28 钳形电流表,Electrical Measure,21 电工测量的基本知识,电工测量是将被测电量或电参数与同类标准量进行比较，从 而确定出被测量大小的过程。,按结构与用途分为：指示仪表、数字仪表、比较仪表 指示仪表是将被测电磁量转换为可动部分的角位移，然后根据 可动部分指针在标尺上的位置直接读出被测量的数值。 数字仪表是将被测电磁量转换为电压，再转换为数字量，并以 数字方式直接显示。 比较仪表指使用电桥、补偿等方法，将

2、标准度量器与被测量置 于比较仪器中进行比较，从而求得被测量。这类仪器 除需要仪表本体外（如电桥、电位差计等）还需要检 流设备、度量器等参与。,一、电工指示仪表的组成,电工仪表用来测量各种电量、磁量及电路参数的仪器、仪表 的统称。,电工指示仪表中的三大部件 1.产生转动力矩的装置：利用电磁力的有磁电式、电磁式、电动式、感应式、振动式等。利用电荷作用力的有静电式等。 2.产生反作用力矩的装置：主要有游丝、悬丝等。 3.产生阻尼力矩的装置：可以利用电磁阻尼、空气阻尼、油阻尼。用来缩短可动部分的短摆时间以利于尽快读数。当可动部分在平衡位置静止不动时阻尼力矩等于零。,数字仪表的组成,通过A/D 转换 将

3、电压转换为 数字脉冲,由于 A/D 转换的对 象必须是电压,所以需 要测量线路将被测量 转换为电压,数字脉冲经 译码加到显 示器,电工指示仪表的规格品种很多，分类方法也很多。如果按照其工作原理的不同，主要可分为磁电系、电磁系、电动系和感应系四大类。,二、电工指示仪表的分类和原理,1磁电系仪表 磁电系测量机构是磁电系仪表的核心，只要在其基础上配合不同的测量线路，就能组成各种不同的直流电流表和电压表。,磁电系仪表,一、磁电系仪表结构,磁电系的结构 磁电系测量机构主要由固定的磁路系统和可动的线圈两部分组成。固定的磁路系统包括永久磁铁l、极掌2以及圆柱形铁心3，它的作用是在极掌和铁心之间产生较强的均匀

4、辐射磁场。可动部分包括绕在铝框上的线圈4、线圈两端装的转轴7、与转轴相连的指针6、平衡锤8以及游丝5。整个可动部分支撑在轴承上，线圈位于环形的气隙中。,二、磁电系仪表工作原理 磁电系测量机构是根据通电线圈在磁场中受到电磁力矩而发生偏转的原理制成的。 当可动线圈中通入电流时，载流线圈在永久磁铁的磁场中将受到电磁力的作用而偏转。通过线圈的电流越大，线圈受到的转矩越大，仪表指针偏转的角度也越大；同时，游丝扭得越紧，反作用力矩也越大。当线圈受到的转动力矩与反作用力矩大小相等时，线圈就停留在某一平衡位置，指示出被测量的大小。,三、磁电系仪表特点 1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低 由于永久磁铁与铁心间的

5、气隙小，气隙间的磁感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度.同时内部磁场较大，外磁场的影响被削弱。还因为通过仪表的电流小，能降低表耗功率，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一种应用广泛具有高灵敏度高准确度低表耗功率的仪表。 2.具有均匀等分的刻度 磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。 3.只能测直流信号。 4.过载能力小,电磁系仪表,一、电磁系仪表的结构 电磁系仪表结构有吸引型和推斥型两种形式,吸引型,推斥型,固定线圈和装在转轴上的偏心可动铁片组成产生转动力矩的装置。转轴上还装有指针、阻尼片、永久磁铁、磁屏蔽和游丝。,二、电磁系仪表的工作原

6、理,当固定线圈通电后，线圈产生的磁场将可动铁片磁化，对铁片产生吸引力，使固定在同一转轴上的指针随之发生偏转。线圈中电流越大，磁化作用越强，指针偏转越大。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就稳定在某一位置，指示出被测量的大小。,当流过线圈的电流方向改变时，线圈产生的磁场极性及可动铁片被磁化的极性也同时改变，但它们之间的作用力仍是吸引力，转动力矩方向不变，保证了指针偏转方向不会改变。所以，电磁系仪表可用来组成交直流两用仪表。,由于转动力矩取决于固定线圈的磁场和可动铁片被磁化后的磁场强弱，而磁场的强弱又与被测电流有关。电磁系仪表转动力矩与电流的平方成正比。,三、电磁系仪表的特点 电磁系仪

7、表既可测量直流，又可测量交流，同时可直接测量较大电流，过载能力强，制造成本低。 由于电磁系仪表转动力矩与被测电流的平方成正比，所以电磁系仪表的标度尺刻度是不均匀的。由于它易受外磁场影响，因此在结构上应加抗干扰装置。,电动系仪表,一、电动系仪表的结构,二、电动系仪表的工作原理,电动系测量机构是利用两个通电线圈之间产生电动力作用的原理制成的。 当在固定线圈中通入电流时，将产生磁场，可动线圈中的电流就受到固定线圈磁场的作用力，产生转动力矩，从而推动可动部分发生偏转，直到与游丝产生的反作用力矩相平衡为止，指针停留在某一位置，指示出被测量的大小。,三、电动系仪表的技术性能,电动系仪表可以作交直流两用，并

8、且能测量非正弦电流的有效值。它的准确度较高，可达0.1级。由于它有两个线圈，所以能构成多种仪表，测量多种参数。如可以组成电动系电流表、电压表(标度尺刻度不均匀)，也可以组成电动系功率表(标度尺刻度均匀)。缺点是仪表读数易受外磁场的影响，本身消耗功率大，且过载能力小。,感应系仪表,1一电压线圈 2一电流线圈 3一铝盘 4一转轴 5一永久磁铁 6一蜗杆 7一蜗轮,感应系仪表主要用作电能表测量交流电能。,22 电流与电压的测量,一、电流表与电压表的选择,选择依据 1、仪表类型 2、准确度 3、仪表内阻 4、量程 5、工作条件 6、绝缘强度,1测量直流电流、电压，选择磁电系仪表。 测量交流电流、电压

9、，选择电磁系或整流系仪表， 当要求准确度较高时，则可选择电动系仪表。 如要求交、直流两用时，可选择交、直流两用的电磁系仪表， 在要求准确度较高的场合可选择电动系仪表。,2选择仪表准确度 作为标准表或精密测量时，可选用0.1级或0.2级的仪表；实验室可选用0.5级或1.0级的仪表；一般的工程测量选用1.5级以下的仪表。 3选择仪表内阻 仪表接入被测电路后，应尽量减小仪表本身的功耗，以免影响电路原有的工作状态。因此，选择仪表内阻时要满足：电压表内阻应尽量大；电流表内阻应尽量小。,4选择仪表量程 所选量程要大于被测量；把被测量范围选择在仪表标度尺满刻度的三分之二以上范围内；在无法估计被测量大小时，应

10、先选用仪表最大量程测试后，再逐步减小至合适的量程。,1电流的测量 (1)直流电流的测量 测量直流电流时，要将电流表串联接人被测电路，同时要注意仪表的极性和量程。如果电流表错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表。 (2)交流电流的测量 在测量大容量的交流电流时常借助于电流互感器将一次侧的大电流转换成二次侧的5A的小电流，从而扩大交流电流表的量程。电流表的内阻越小，测出的结果越准确。,2电压的测量 测量电路的电压时，应将电压表并联在被测电路的两端。使用磁电式仪表测量直流电压时，还要注意仪表接线钮上的“+”“一”极性标记，不可接错。 为安全起见，600 V以上的交流电压，一般不直接接入电压表。工厂中

11、变压系统的电压，均要通过电压互感器，将一次侧的交流电压变换到二次侧的100V后再进行测量。电压表的内阻越大，所产生的误差越小，测量准确度越高。,23 电阻的测量 电阻的测量按其阻值大小分成三类： 小电阻：指1以下电阻；如电流表内阻、分流器电阻、电动机电枢绕组、短导线等； 中电阻：指1100 k电阻，如一般常用的电阻、电炉丝的电阻等； 大电阻：指100 k以上电阻，如绝缘体的电阻等。,一、电阻测量方法 1按获取测量结果的方式分类 (1)直接法 即采用直读式仪表测量电阻的方法。如用万用表测量电阻或兆欧表测量电阻就属于直接法。 (2)比较法 即采用比较式仪表测量电阻的方法。如用直流电桥测量电阻就属于

12、比较法。 (3)间接法 伏安法测量电阻属于典型的间接法。它是将被测电阻接人测试电路中，然后用电压表和电流表分别测得电阻两端的电压和通过其中的电流，再根据欧姆定律计算出被测电阻。,2按所使用的仪表分类,电阻测量方法比较表,二、绝缘电阻的测量 测量电气设备绝缘性能的好坏，需要测量它的绝缘电阻。电气设备的绝缘电阻数值都非常大，几兆欧甚至几百兆欧，远远大于万用表欧姆挡的有效量程。电气设备的绝缘电阻必须用一种具有高压电源的仪表进行测量，即兆欧表，俗称“摇表”。,兆欧表外形图,流比计是用电磁力代替游丝产生反作用力矩的仪表。它与一般磁电式仪表不同，除了不用游丝产生反作用力矩外，还有两个区别：一是空气隙中的磁

13、感应强度不均匀；二是可动部分有两个绕向相反且互成一定角度的线圈，线圈1用于产生转动力矩，线圈2用于产生反作用力力矩。 被测电阻接在L（线）和E（地）两个端子上，形成了两个回路，一个是电流回路，一个是电压回路。电流回路从电源正端经被测电阻Rx、限流电阻RA、可动线圈1回到电源负端。电压回路从电源正端经限流电阻RV、可动线圈2回到电源负端。由于空气隙中的磁感应强度不均匀，因此两个线圈产生的转矩T1和T2不仅与流过线圈的电流I1、I2有关，还与可动部分的偏转角有关。当T1=T2 ，可动部分处于平衡状态，其偏转角是两个线圈电流I1、I2比值的函数（故称为流比计），即：,因为限流电阻RA、RV为固定值，

14、在发电机电压不变时，电压回路的电流I2为常数，电流回路电流I1的大小与被测电阻Rx的大小成反比，所以流比计指针的偏转角能直接反映被测电阻Rx的大小。 流比计指针的偏转角与电源电压的变化无关，电源电压U的波动对转动力矩和反作用力矩的干扰是相同的，因此流比计的准确度与电压无关。但测量绝缘电阻时，绝缘电阻值与所承受的电压有关。摇手摇发电机时，摇的速度须按规定，而且要摇够一定的时间。常用的兆欧表的手摇发电机的电压在规定转速下有500V和1000V两种，可根据需要选用。因电压很高，测量时应注意安全。,兆欧表的接线端钮有3个：分别标有“G（屏）”、“L（线）”、“E（地）”。被测的电阻接在L和E之间，G端

15、的作用是为了消除表壳表面L、E两端间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响。在进行一般测量时，把被测绝缘物接在L、E之间即可。但测量表面不干净或潮湿的对象时，为了准确地测出绝缘材料内部的绝缘电阻，就必须使用G端，图示为测量电缆绝缘电阻的接线图。,使用兆欧表的注意事项 1)测量绝缘电阻必须在被测设备和线路断电的状态下进行。对含有大电容的设备，测量前应先进行放电，测量后也应及时放电，放电时间不得小于2min，以保证人身安全。 2)兆欧表与被测设备间的连接导线不能用双股绝缘线或绞线，应用单股线分开单独连接，以避免线间电阻引起的误差。,3)摇动手柄时应由慢渐快至额定转速120rrain。在此过程中，若发现指

16、针指零，说明被测绝缘物发生短路事故，应立即停止摇动手柄，避免表内线圈因发热而损坏。 4)测量具有大电容设备的绝缘电阻，读数后不能立即停止摇动兆欧表，以防止已充电的设备放电而损坏兆欧表。应在读数后一边降低手柄转速，一边拆去接地线。在兆欧表停止转动和被测物充分放电之前，不能用手触及被测设备的导电部分。 5)测量设备的绝缘电阻时，应记下测量时的温度、湿度、被测设备的状况等，以便于分析测量结果。,1简述磁电系仪表的结构、工作原理及特点。 2简述电磁系仪表的结构、工作原理及特点。 3简述电动系仪表的结构、工作原理及特点。 4简述感应系仪表的结构、工作原理及特点。,5如何选择电流表、电压表? 6选择电流表

17、、电压表量程的原则有哪些? 7为什么电流表内阻越小越好，而电压表内阻越大越好? 8如何测量直流电流？在测量较高电压电路中的电流时，应注意哪些问题？ 9怎样测量较大的交流电流？ 10如何测量直流电压？ 11如何测量600 V以上的交流电压？,24 电功率和功率因数的测量,一、电功率的测量 1直流电路功率的测量,功率 P=UI 测量电流和电压，两者相乘即可求出功率。,负载电阻RL较小时,负载电阻RL较大时,电动式功率表测量单相交流电路功率, 指针偏转角； Kp 比例系数； cos 功率因数,2单相交流电路功率的测量（采用电动式） 与P成正比,3功率表的使用,（1）正确选择量程功率表有三种量程：电流

18、量程、电压量程和功率量程,(2) 正确接线 用符号“*”表示同名端，接在一起。,电压线圈前接，RL大,电压线圈后接，RL小,联合接线,(3) 正确读数,（W/格）,4低功率因数功率表的使用,正确接线 ：也遵循“发电机端守则”电流从发电机端（即“*”端）流入，电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联,(2) 正确读数,注意：被测电路的功率因数cos不得大于功率表额定功率因数COS。否则会发生仪表电压、电流量程尚未达到额定值，而指针却已超出满刻度，从而造成仪表的损坏。,5三相有功功率的测量,(1) 一表法 三相对称负载（三相四线制） P=3P1,(2) 两表法 三相三线负载，不论负载是否对称，也不论

19、星接还是角接，都能用两表法测量三相负载功率。,(3) 三表法 三相四线不对称负载，用三只单相功率表总功率P=P1+P2+P3。,Y接对称负载,接对称负载,(2) 两表法 三相三线负载，不论负载是否对称，也不论星接还是角接，都能用两表法测量三相负载功率。,(3) 三表法 三相四线不对称负载，用三只单相功率表总功率P=P1+P2+P3。,两表法测量三相三线,三表法测量三相四线制,6三相无功功率的测量,有功功率表不但能测量有功功率，改变接线方式，还能用来测量无功功率。,(1)一表跨相法,(2)两表跨相法,(3)三表跨相法,一表跨相法,两表跨相法,三表跨相法,习题24 1怎样测量直流电路的功率? 2如

20、何选择功率表的量程? 3为什么使用功率表的同时，还要使用电流表和电压表? 4简述“发电机端守则”的内容。 5功率表正确接线方式有哪两种?各适用于哪些场合?其目的是什么? 6功率表如何正确读数? 7简述低功率因数功率表的使用方法。 8怎样测量三相电路的有功功率? 9怎样测量三相电路的无功功率?,25 电能的测量,一、电能的测量,测量直流电能一般使用电动系电能表，测量交流电能通常使用感应系电能表。交流电能表分为单相电能表和三相电能表两种，三相电能表分为三相三线电能表和三相四线电能表。,1电能表的接线,低压单相电能表的接线规定：遵从“1，3进，24出”的接线规则,单相电能表的接线,低压三相四线有功电

21、能表的接线规定： 接线时零线不能剪断，可直接接到负荷开关，而电能表的零线应采用叉接法接人零线端子。这样做的目的是防止电源的零线断开，因为如果将零线剪断后再接人电能表的零线端子时，容易发生接触不良或断零线的故障。而一旦发生零线断开或接触不良时，单相用电户的电气设备承受的电压就由220 V变为380 V，从而烧坏电气设备，严重时会造成电气火灾事故。,三相四线有功电能表的接线,低压三相四线有功电能表附电流互感器的接线规定：电流互感器每一相的二次侧对应接人三相四线有功电能表每一相的电流元件，三个电流互感器的二次侧不必接地，三相电压直接接到各相电压端子上，零线不剪断直接接到负荷开关，电能表零线叉接在零线上，以防止断零线的故障发生。,带电流互感器的三相三线电能表接线,26 万用电桥,交流电桥用于测量交流电阻、电容及其介质耗、电感及其品质因数。交流电桥能获得比较高的测量准确度。,一、交流电桥的基本原理,万用电桥的使用方法 (1)把被测元件接在测量接线柱上，根据被测元件的性质，