電工學電工測量.ppt

1、本章要求： 1. 了解常用電工測量儀表的結構和工作原理; 2. 掌握常用電工測量儀表的使用方法;,第12章 電工測量,電路中的各個物理量（如電壓、電流、功率、電能及電路參數(shù)等）的大小，除用分析與計算的方法外，常用電工測量儀表去測量。,電工測量技術的應用主要有以下優(yōu)點：,第12章 電工測量,1.電工測量儀表的結構簡單，使用方便，并有足夠的精確度。,2.電工測量儀表可以靈活地安裝在需要進行測量的地方，并可實現(xiàn)自動記錄。,3.電工測量儀表可實現(xiàn)遠距離的測量問題。,4.能利用電工測量的方法對非電量進行測量。,12.1 電工測量儀表的分類,1.按照被測量的種類分類,2.按照工作原理分類,3. 按照電流的

2、種類分類（見上表）,4.按照準確度分類,最大基本誤差,儀表的最大量程（滿標值）,目前我國直讀式電工測量儀表按照準確度分為0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.5, 5.0七級。,準確度是電工測量儀表的主要特性之一。,準確度較高（0.1， 0.2， 0.5）的儀表常用來進行精密測量或校正其他儀表。,相對額定誤差,準確度是電工測量儀表的主要特性之一。儀表的準確度是根據(jù)儀表的相對額定誤差來分級的。,例：一準確度為2.5級的電壓表，其最大量程為50V，,正常情況下, 可認為最大基本誤差是不變的, 所以被測量值比滿標值愈小，則相對測量誤差就愈大。,如用上述電壓表來測量實際值為10V的電壓

3、時，相對誤差為,測量實際值為40V的電壓時，相對誤差為,在選用儀表 的量程時，一 般應使被測量 的值超過儀表 滿標值的一半 以上。,則可能產生的最大基本誤差為,電工測量儀表上的幾種符號,12.2 常用指示儀表的基本結構和工作原理,直讀式儀表測量各種電量的基本原理 利用儀表中通入電流后產生電磁作用，使可動部分受到轉矩而發(fā)生轉動。轉動轉矩與通入的電流之間有,T = f ( I ),(1)產生轉動轉矩 T 的部分 使儀表可動部分受到轉矩而發(fā)生轉動。,(3)阻尼器 能產生制動力（阻尼力）的裝置，使儀表可動部分能迅速靜止在平衡位置。,直讀式儀表的基本組成部分,(2)產生阻轉矩TC 的部分 當阻轉矩TC等

4、于轉動轉矩T 時，儀表可動部分平衡在一定的位置。,12.2 常用指示儀表的基本結構和工作原理,一. 磁電式儀表,1. 結構,螺旋彈簧,(1) 固定部分 馬蹄形永久磁鐵、極掌NS及圓柱形鐵心等。,(2) 可動部分 鋁框及線圈，兩根半軸O和O，螺旋彈簧及指針。,極掌與鐵心之間的空氣隙的長度是均勻的，其中產生均勻的輻射方向的磁場。,2. 工作原理,(1) 轉動轉矩T 的產生,(2) 阻轉矩TC的產生,在線圈和指針轉動時，螺旋彈簧被扭緊而產生阻轉矩TC。,線圈通入電流 I 電磁力 F,線圈受到的轉矩 T = k1I,線圈通入電流 I 電磁力 F 線圈受到轉矩 T 線圈和指針轉動，,彈簧的TC與指針的偏

5、轉角成正比， 即 TC= k2,當彈簧的阻轉矩T與線圈受到的轉矩TC達到平衡時，可動部分停止轉動，此時有,T = TC,當彈簧阻轉矩與轉動轉矩達到平衡即TC= T 時，可轉動部分便停止轉動， T = k1I ， TC= k2 。,儀表的標度尺上作均勻刻度。,3. 阻尼作用的產生,當線圈通入電流而發(fā)生偏轉時，鋁框切割磁通，在框內感應出電流，其電流再與磁場作用，產生與轉動方向相反的制動力，于是可轉動部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。,即指針的偏轉角,結論: 指針偏轉的角度與流經線圈的電流成正比。,4.用途,5.優(yōu)點： 刻度均勻；靈敏度和準確度高；阻尼強；消耗 電能量??；受外界磁場影響小。 缺點

6、： 只能測量直流；價格較高；不能承受較大過載。,測量直流電壓、直流電流及電阻。,二. 電磁式儀表,1. 結構,主要部分是固定的圓形線圈、線圈內部有固定的鐵片、固定在轉軸上的可動鐵片。,2. 工作原理,儀表的轉動轉矩 T = k I ,彈簧的阻轉矩 TC = k2,彈簧的阻轉矩TC與指針的偏轉角 成正比，即,當 T = TC 時，可動部分停止轉動，,即指針的偏轉角,結論: 指針偏轉的角度與直流電流或交流電流 有效值的平方成正比。,線圈通入電流 I 磁場,線圈通入電流 I 磁場 固定和可動鐵片均被磁化(同一端的極性是相同的),可動片因受斥力而帶動指針轉動，,交流為有效值,因指針的偏轉角度與直流電流

7、或交流有效值平方成正比，所以儀表標度尺上的刻度是不均勻的。,與軸相聯(lián)的活塞在小室中移動產生阻尼力 空氣阻尼器。,3. 用途:,4. 優(yōu)點： 構造簡單；價格低廉；可用于交直流；能測量較大的電流；允許較大的過載。 缺點： 刻度不均勻；易受外界磁場及鐵片中磁滯和渦流（測量交流時）的影響，因此準確度不高。,測量交流電壓、交流電流。,三. 電動式儀表,1. 結構,有兩個線圈：固定線圈和可動線圈?？蓜泳€圈與指針及空氣阻尼器的活塞都固定在軸上。,2. 工作原理,固定線圈中的電流 I1 ( i1 ) 磁場 可動線圈中的電流 I2 ( i2 )與磁場相互作用電磁力 F 線圈受到轉矩 T 線圈和指針轉動，,儀表的

8、轉動轉矩 通入直流時，T=k1I1I2,通入交流時， T=k1I1I2cos,i1和i2的有效值,i1和i2之間 的相位差,彈簧的阻轉矩 TC = k2,彈簧的阻轉矩TC與指針的偏轉角 成正比，即,當 T = TC 時，可動部分停止轉動，,即指針的偏轉角,結論: 指針偏轉的角度與兩個電流(對交流為有效值)的乘積成正比。,儀表的轉動轉矩 通入直流時，T=k1I1I2,通入交流時，T=k1I1I2cos, = kI1I2 （直流）, = kI1I2 cos （交流）,i1和i2之間 的相位差,4. 優(yōu)點：可用于交直流；準確度較高。 缺點：受外界磁場影響大；不能承受較大過載。,3. 用途 測量交直流

9、電壓、電流及功率。,12.3 電流、電壓和電功率的測量一.電流的測量,電流表的內阻要很小。,若要擴大電流表的量程，可在測量機構上并聯(lián)一個分流電阻 RA 。,電流表應串聯(lián)在電路中，,式中：R0 測量機構的電阻 RA 分流器的電阻,測量直流電流通常用磁電式電流表，測量交流電流通常用電磁式電流表。,由,可得，分流電阻,可知，需擴大的量程愈大，則分流電阻應愈小。,例: 有一磁電式電流表，當無分流器時，表頭的滿標值電流為5mA，表頭電阻為20 。今欲使其量程（滿標值）為1A，問分流器的電阻應為多大？,二. 電壓的測量,表的內阻要很高。,測量直流電壓通常用磁電式電壓表，,若要擴大電壓表的量程，可在測量機構

10、上串聯(lián)一個倍壓電阻 RV 。,電壓表應并聯(lián)在被測電路兩端，,式中：R0 測量機構的電阻 RV 倍壓器的電阻,測量直流電壓通常用磁電式電壓表，測量交流電流通常用電磁式電壓表。,由,可得，串聯(lián)電阻,可知，需擴大的量程愈大，則串聯(lián)電阻應愈大。,例: 有一電壓表，其量程為50V，內阻為2000 。今欲使其量程擴大到300V，問還需串聯(lián)多大電阻的倍壓器？,三. 功率的測量,1. 單相交流和直流功率的測量,通常用電動式儀表來測量功率,功率表的接線圖,負載,固定線圈：匝數(shù)少，導線粗， 與負載串聯(lián)，作為電流線圈。,可動線圈：匝數(shù)多，導線細， 與負載并聯(lián)，作為電壓線圈。,工作原理：,I2正比U，且可認為i2與u

11、同相,所以：,2. 三相功率的測量,在三相三線制中，廣泛采用兩功率表來測量三相功率。,兩功率表測量三相功率,工作原理：,三相瞬時功率：,所以， p = uA iA + uB iB + uC(iA iB) iC = (uA uC ) iA + ( uB uC ) iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2,p = pA+ pB+ pC = uA iA + uB iB + uC iC,因為，iA+ iB+ iC= 0,可見，三相功率可用兩個功率表來測量。,(2)電源開關：使用時將開關置于“ON”位置；使用完畢置于“OFF”位置。,(3)轉換開關：用以選擇功能和量程。根據(jù)被測的電量(

12、電壓、電流、電阻等)選擇相應的功能位；按被測量程的大小性選擇合適的量程。,(4)輸入插座：將黑色測試筆插入“COM”的插座。紅色測試筆有如下三種插法，測量電壓和電阻時插入“V”插座；測量小于200mA的電流時插入“mA”插座；測量大于200mA的電流時插入“10A”插座。,(1) 顯示器：顯示四位數(shù)字，最高位只能顯示1或不顯 示數(shù)字，算半位，故稱三位半（ ）。最大指示為 1999或-1999。當被測量超過最大指示值時，顯示“1” 或“-1”。,式中 為uAC和iA之間的相位差。,式中 為uBC和iB之間的相位差。,兩功率表讀數(shù)之和為 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC

13、IB cos ,當負載對稱時，,P1 = UAC IA cos,= Ul Il cos (30 ),P2 = UBC IB cos ,= Ul Il cos (30+ ),由相量圖可知，兩功率表的讀數(shù)為,兩功率表讀數(shù)之和為 P = P1+ P2 = Ul Il cos (30 )+ Ul Il cos (30+ ),可見，采用兩表法可測量三相功率。,當 60時，P1和P2 均為正值，P = P1+P2,當 60時，P1為正值，P2為負值，P = P1 P2,三相功率應是兩個功率表讀數(shù)的代數(shù)和，其中任意一個功率表的讀數(shù)是無意義的。,三相功率表的連接圖,實用中，常用一個三相功率表（二元功率表）代替

14、兩個單相功率表來測量功率。,一. 磁電式萬用表,用來測量直流電流、直流電壓、交流電壓和電阻等,1.直流電流的測量,RA1 RA5是分流器電阻，改變轉換開關的位置，就改變了分流器的電阻，從而改變了電流的量程。量程愈大，分流器電阻愈小。,12.4 萬用表,直流調整電位器,2. 直流電壓的測量,RV1 RV3構成倍壓器電阻，改變轉換開關的位置，就改變了倍壓器的電阻，從而改變了電壓的量程。量程愈大，倍壓器電阻愈大。,3.交流電壓的測量,磁電式儀表只能測量直流，如果要測量交流，需加整流元件，如圖中D1和D2。,正半周時，電流流經D1和部分電流流經微安表流出。,負半周時，電流直接流經D2從“+”端流出。,

15、可見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)應為該電流的平均值。,可見，通過微安表的是半波電流，讀數(shù)應為該電流的平均值。為此，加一交流調整電位器（圖中600），用來改變表盤刻度；指示讀數(shù)被折換為正弦電壓有效值。,普通萬用表只適合測量頻率為451000Hz的電壓。,4. 電阻的測量,測量電阻時，需接入電池，被測電阻愈小，電流愈大，則指針偏轉的角度愈大。,注意： (1) 測量前應先將“+”、“-”兩端短接，看指針是否指在零，否則應調節(jié)調零電位器（圖中 1.7k電阻）進行校正。,(2) 絕對不能在帶電線路上測量電阻。用畢應將轉換開關轉到高電壓檔。,MF-30型萬用表的面板圖,零歐姆調整,機械零位調整,轉換開關

16、,二. 數(shù)字式萬用表,今以DT-830型數(shù)字萬用表為例來說明它的測量范圍和使用方法。,1. 測量范圍,（1）直流電壓分為五檔: 200mV,2V,20V,200V,1000V。,（2）交流電壓分為五檔: 200mV,2V,20V,200V,750V。,（3）直流電流分為五檔: 200V,2 mA,20mA,200mA,10A。,（4）交流電流分為五檔: 200V,2 mA,20mA,200mA,10A。,（5）電阻分為六檔: 200,2k ,20k ,200k,2M ,20M ,DT-830型萬用表的面板圖,2.面板說明,12.5 兆歐表,兆歐表：用于檢查電機、電器及線路的絕緣情況和測量高值電阻。,1. 結構,兆歐表構造示意圖,兩個線圈固定在同一軸上且相互垂直。一個線圈與電阻R串聯(lián)，另一個線圈與被測電阻Rx串聯(lián)，兩者并聯(lián)接于直流電源。,永久磁鐵,線圈,手搖直流發(fā)電機,磁場是不均勻的,2. 工作原理,在測量時，通過線圈的電流,線圈受到磁場的作用，產生兩個方向相反的轉矩，,f1 ()和 f2 ()分別為