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1、西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 第六章第六章 電磁參數(shù)的測(cè)量電磁參數(shù)的測(cè)量 1 電壓、電流、功率的測(cè)量電壓、電流、功率的測(cè)量 2 頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量 3 相位差的測(cè)量相位差的測(cè)量 4 波形參數(shù)的測(cè)量波形參數(shù)的測(cè)量 5 阻抗測(cè)量阻抗測(cè)量 6 磁參數(shù)的測(cè)量磁參數(shù)的測(cè)量西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)電壓的測(cè)量電壓的測(cè)量 電壓的等級(jí):高壓、中壓、低壓電壓的等級(jí):高壓、中壓、低壓 分壓器、電壓互感器、放大器分壓器、電壓互感器、放大器 電電磁磁力力指針,模擬指針電壓表指針,模擬指針電壓表 電電ADC 數(shù)字,數(shù)字電壓表數(shù)字,數(shù)字電壓表西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)
2、試技術(shù)西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)交流電壓測(cè)量交流電壓測(cè)量 將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓:峰值變換器、平均值變換器、有效值變換器。峰值變換器:峰值變換器:峰值-有效值。波峰系數(shù)波峰系數(shù) Kp=峰值/有效值,對(duì)于無(wú)直流分量的標(biāo)準(zhǔn)正弦波Kp=1.414平均值變換器:平均值變換器:平均值-有效值。波形因數(shù)波形因數(shù)KF=有效值/平均值,對(duì)于正弦波KF=1.11峰值變換器和平均值變換器的特點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)正弦波或特定的波形;有些還受頻率的限制。成本低。有效值變換器:有效值變換器:有效值變換電路。特點(diǎn):受波形
3、影響較小,成本高受波形影響較小,成本高。西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 數(shù)字采樣方法求交流有效值:數(shù)字采樣方法求交流有效值:影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素:采樣頻率:越大,越接近真實(shí)波形與信號(hào)頻率變化的相關(guān)性:信號(hào)頻 率變化了,要調(diào)整采樣點(diǎn)數(shù)或采樣頻率, 保證是整周期電壓互感器:電壓互感器:與功率變壓器的區(qū)別:與功率變壓器的區(qū)別:功率變壓器:能量傳遞,高效;電壓互感器:精度高、線性度好。鐵心 選用高導(dǎo)磁材料制成,而且要降低漏磁 不能飽和。副邊不能短路。n-1222220121ii 01()NSrmsnTUuuuuuT西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)電流的測(cè)量電流的測(cè)量 直流
4、:分流器、霍爾效應(yīng)直流:分流器、霍爾效應(yīng) 交流:互感器、霍爾效應(yīng)等交流:互感器、霍爾效應(yīng)等西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)常用的方法:常用的方法:串電阻與分流器法:串電阻與分流器法:對(duì)電阻R有些特殊的要求:(1)電阻R的數(shù)值選擇要合理,要與R所通過(guò)的電流相適應(yīng).。一般使電阻上的電壓在40一l00mV左右。 (2)R的熱穩(wěn)定性要好,溫度系數(shù)小。注意滿足電阻R的允許功耗和散熱條件,允許功耗比實(shí)際功耗大幾倍。(3)在交流電路中,頻率較高時(shí)R選無(wú)感電阻,并且注意減小電感和分布電容。(4)電阻R最好是四端電阻,即具有一對(duì)電流接點(diǎn)串聯(lián)到電路,一對(duì)電位接點(diǎn)引出電壓,以降低接觸電阻對(duì)準(zhǔn)確度的影響
5、;對(duì)于大電流測(cè)量,最好采用標(biāo)準(zhǔn)化的分流器。(5)為了避免對(duì)測(cè)量電路產(chǎn)生不良影響和危險(xiǎn),放大器通常采用隔離放大器。 西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 電流互感器:電流互感器:要求激磁阻抗 足夠大 ,副邊漏抗 足夠小 ,負(fù)載阻抗 不能大于規(guī)定的數(shù)值。 這對(duì)電流互感器的設(shè)計(jì)制造工藝都提出了較高的要求: (1)必須采用高導(dǎo)磁材料,并工作在低磁密狀態(tài)下,在整個(gè)量程內(nèi)不出現(xiàn)飽和,保證 足夠大。 (2)在工藝上保證原副邊耦合好,使 盡量減少。021III022()mfI ZIZZ 212ZZZZIIfmm 21II mZ2ZfZmZ2Z西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)電流互感器特
6、點(diǎn)及注意事項(xiàng): (1)原副邊電路起到了電隔離作用; (2)交流強(qiáng)電流直接串入電阻被測(cè)電路損耗太大。電流互感器副邊接入電阻折算到原邊阻值很小,影響小,但電流互感器的接入對(duì)瞬態(tài)電流的測(cè)試(如短路電流)不利。(3)電阻R大小由互感器的容量伏安值決定(一般常用電流互感器為10 VA或5VA) (4)由于電流互感器副邊匝數(shù)遠(yuǎn)大于原邊,在使用時(shí)副邊絕對(duì)不允許開路。否則,會(huì)使原邊電流完全變成激磁電流,鐵心達(dá)到高度飽和狀態(tài),使鐵心嚴(yán)重發(fā)熱并在副邊產(chǎn)生極高的電壓,引起互感器的熱破壞和電擊穿,并對(duì)人身及設(shè)備造成傷害。西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)功率的測(cè)量(有功、無(wú)功、視在功率)功率的測(cè)量(有功、
7、無(wú)功、視在功率)iiiiuPcos)()(10UIdttituTPT( ) ( )e(t)= Ku t i tsinsin()mmKU Itt)2cos(costKUI0)2cos(tcos)(UIKteU(1)功率變換器)功率變換器(2)計(jì)算機(jī)采樣計(jì)算法)計(jì)算機(jī)采樣計(jì)算法0121SnTPPPPPT()瞬時(shí)功率有正有負(fù)瞬時(shí)功率有正有負(fù)西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理計(jì)數(shù)法測(cè)頻原理 頻率是單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)。 頻率測(cè)量的誤差為總相對(duì)誤差般可采用分項(xiàng)誤差絕對(duì)值合成 (1) 計(jì)數(shù)法測(cè)頻的量化誤差計(jì)數(shù)法測(cè)頻的量化誤差 計(jì)數(shù)電路可能存在1個(gè)脈
8、沖誤差 ,量化誤差 使N增大,減小相對(duì)誤差:延長(zhǎng)計(jì)數(shù)時(shí)間(控制閘門的時(shí)基增大),或者將輸入信號(hào)倍頻。但由于受計(jì)數(shù)器位數(shù)的限制,N不可能太大。 tNf 2xNNfttt ttNNffxx1N 西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)(2)閘門開啟時(shí)間誤差)閘門開啟時(shí)間誤差 為閘門開啟時(shí)間誤差,即時(shí)基誤差,主要決定于晶體振蕩器頻率的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。此外也會(huì)受分頻電路等開關(guān)速度及其穩(wěn)定性的影響由于晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高, 遠(yuǎn)小于1/N ,所以,頻率測(cè)量誤差主要是量化誤差,頻率越低,相對(duì)誤差就越明顯。 tccffttccxxffNff1ccff /ttNNffxx西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工
9、程系-電氣測(cè)試技術(shù) 計(jì)數(shù)法測(cè)周期 1)量化誤差同樣存在土1個(gè)脈沖的原理誤差,為了減小相對(duì)誤差,可以采用周期倍乘的方法,即將被測(cè)信號(hào)分頻m倍,計(jì)量m個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù),然后取m個(gè)周期內(nèi)的平均值 0NTTxNTNTTx0000TTNNTTxx1N mNTTx/0西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)( 2)觸發(fā)誤差)觸發(fā)誤差 測(cè)量周期一般是將B端輸入被測(cè)信號(hào),進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)控制閘門的,而被測(cè)倍號(hào)均不同程度存在有干擾噪聲疊加在其上面,使觸發(fā)提前或推遲,為了減小觸發(fā)誤差,要注意適當(dāng)提高信號(hào)電平,增大信噪比。 西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 中界頻率中界頻率 周期與頻率的測(cè)量均存在N
10、=1的量化誤差為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度,當(dāng)頻率比較高時(shí),直接測(cè)量信號(hào)頻率,這時(shí)示值大,相對(duì)誤差可小些;而當(dāng)頻率比較低時(shí),測(cè)量信號(hào)的周期,使相對(duì)誤差小些。 對(duì)某一個(gè)被測(cè)頻率信號(hào),究竟是應(yīng)該測(cè)頻率還是應(yīng)該測(cè)周期?存在一個(gè)分界點(diǎn),即中界頻率問(wèn)題。 xxTf1xxxxTTff西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 測(cè)頻時(shí) 測(cè)周期時(shí) 在中界頻率,相對(duì)誤差相等,則兩者計(jì)數(shù)值N應(yīng)該是相等 般電氣測(cè)試,多數(shù)是低頻信號(hào),所以相對(duì)來(lái)說(shuō),測(cè)周期的情況較多。 tNfxtfNxf0TmNTx0TmTNxT0Tfmtfmm0tTmfm,fTNN西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 數(shù)據(jù)擬合零點(diǎn)測(cè)頻率西北工業(yè)大
11、學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)相位差的測(cè)量 (1)直接測(cè)量 (2)基于FFT頻譜分析)sincos()(01020tnbtnatxnnna,.)3 , , 2 , 1( n/ 210/ 2/ 22/ 2/ 22/ 222( );( ) cos;( ) sin;nnTTTTnTTTnTTnnnbnaax t dtax tntdtbx tntdtAabarctg210( )()NjnkNnX kx nT e西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) (3)基于相關(guān)原理求相位差20200,()0()(12)22Txy0TTxy00TT0TTx(t)= Asin t y(t)Bsint1R
12、()=x(t)y(t+)dtT11R ()=x(t)y(t)dtAsin tBsintdtTT1ABsintcos dtABsin tcos tsin dtT1ABsintcos dtTABcoscost dtTABcos2020arccosxyxycosR ()ABR ()AB西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)波形的測(cè)量波形的測(cè)量失真度、偏離系數(shù)、電壓尖峰失真度、偏離系數(shù)、電壓尖峰(1)失真度測(cè)量()失真度測(cè)量(THD):): 定義:各諧波分量有效值之和與基波分量的有效值之比定義為失真度或波形畸變系數(shù)。 當(dāng)失真不大時(shí),波形總有效值近似等于基波有效值,失真度可近似等于各諧波分量有效
13、值之和與被測(cè)波形總有效值之比,用 表示。%100122UUnn1222nnnnUU21西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù).基波抑制法測(cè)量失真度基波抑制法測(cè)量失真度 開關(guān)K置于“1” ,指示值即與被測(cè)信號(hào)的U成正比 開關(guān)K置于“2” ,調(diào)節(jié)基波抑制網(wǎng)絡(luò),使網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率與被測(cè)信號(hào)的基波頻率相同。這時(shí),電壓表的示值為最小,表示基波巳被濾除,該示值即為被測(cè)信號(hào)的諧波分量總有效值 。濾波器不可能完全濾除基波,帶來(lái)誤差;測(cè)得的是 ,而不是12nnUU22nnkUU%100UUk西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)頻譜分析頻譜分析(1)數(shù)字式頻譜分析儀)數(shù)字式頻譜分析儀實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻譜分
14、析主要有兩種方法,一是仿照模擬頻譜分析的數(shù)字濾波法;另一種是基于快速傅里葉交換法(FFT)的分析法。 西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)(2) 模擬式頻譜分析儀模擬式頻譜分析儀帶通濾波器的中心頻率是可變的,可調(diào)出所需測(cè)量的各次諧波頻率。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器選出所需測(cè)量的各次諧波信號(hào),然后由檢波器變?yōu)橹绷餍盘?hào)電壓送到顯示器,顯示每個(gè)單次諧波的有效值 西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)波形偏離系數(shù)的測(cè)量 被測(cè)電壓波形與其基波波形對(duì)應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行比較,其最大偏差值與基波電壓峰值之比稱為偏離系數(shù) 偏離系數(shù)= 1max1 max100%xiiuuu西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)
15、試技術(shù) 電壓尖峰的測(cè)量:測(cè)試方法:測(cè)試方法:設(shè)備:示波器或高速數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)備:示波器或高速數(shù)據(jù)記錄儀觸發(fā)方法:觸發(fā)方法:預(yù)設(shè)電平單次觸發(fā)單次觸發(fā)。尖峰電壓的出現(xiàn)具有隨機(jī)性,而測(cè)試設(shè)備的存貯器RAM容量是有限的。為了保證對(duì)尖峰電壓波形的完整記錄,常采用預(yù)設(shè)電平觸發(fā)工作方式。西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)阻抗的測(cè)量阻抗的測(cè)量實(shí)際應(yīng)用傳感器的輸出很多為實(shí)際應(yīng)用傳感器的輸出很多為R、L、C。測(cè)量方法:伏安法、電橋法、諧振法。測(cè)量方法:伏安法、電橋法、諧振法。伏安法:伏安法:sxNsxZxxNsNRNxNxUI =Z +RU ZU = IZ =Z +RU RU = IR =Z +RZ =
16、 r+ jx西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù) 諧振法:cIE1Uj CZ j Cnn1z= R, L=C11=f =LC2LC或(1)未知電感L標(biāo)準(zhǔn)電容CN ,諧振頻率fn,電感為(2)未知電容C標(biāo)準(zhǔn)電容LN ,諧振頻率fn,電容為2nN1LC2nN1CL西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)(3)Q值的測(cè)量諧振時(shí)電容C上的電壓達(dá)到最大值Ucmax(4)未知電阻RcmaxnncmaxnncmaxE1EUjLR jCRU1LQRCREUQEnnnnL1RQC Q西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)電橋法: 分類:電阻電橋、電感電橋、電容電橋 直流電橋(R)、交流電橋(R、L、C) 電路:?jiǎn)伪蹎伪?半橋半橋全橋全橋西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系-電氣測(cè)試技術(shù)電壓源供電:12123431AB11AD2312341423ABAD1234EEI;IZZZZZZU
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