第三章-交流电压及电流测量.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三章 交流电压和电流的测量,学 习 要 点,1,、了解电磁系测量机构的结构及工作原理,2,、掌握电磁系测量机构的优缺点,电流表和电压表的选择和使用,3,、重点掌握电磁系电流表及电压表的测量原理,4,、难点为电磁系电流表和电压表的量程扩大问题,仪用互感器的工作原理及使用注意事项,第,1,节 电磁系测量机构,线圈通入电流时产生磁场，使其内部的固定铁片和可动铁片同时被磁化。由于两铁片同一端的极性相同，因此两者相斥，致使可动铁片受到转动力矩的作用，从而通过转轴带动指针偏转。当转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，指针便停止偏转。,电磁系测量机构即可测量直流，又可测量交流。是一种交直流两用的电工仪表。,一、电磁系测量机构的结构,电磁系测量机构主要由固定线圈和可动的软磁铁片组成。根据其结构形式的不同，可分为吸引型和排斥型两类。,1、吸引型测量机构,2、排斥型测量机构,二、电磁系测量机构的工作原理,1,、吸引型电磁系测量机构的工作原理,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，同时游丝产生反作用力矩。线圈中电流越大，磁化作用越强，指针偏转角就越大。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就稳定地停留在某一位置，指示出被测量的大小。,显然，当流过线圈的电流方向改变而大小不变时，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，转动力矩的大小和方向不变，保证了指针偏转角不会改变。所以，,吸引型测量机构可用来组成交、直流两用仪表。,2,、排斥型电磁系测量机构的工作原理,当电流通过固定线圈时产生磁场，使固定铁片和可动铁片同时磁化，且两铁片的同一侧为相同的极性。由于同性磁极相互排斥，产生转动力矩使可动铁片转动，带动指针偏转。当游丝产生的反作用力矩与转动力矩相平衡时，指针就稳定地停留在某一位置，指示出被测量的大小。如果线圈中电流方向改变，线圈产生的磁场方向也随之改变，两铁片的磁化极性也同时改变，但其相互间的排斥力的方向不变。所以，,排斥型的结构同样适用于交、直流测量中。,电磁系测量机构的工作原理：,利用通电流的固定线圈产生磁场，使铁心磁化。然后利用线圈与铁心（吸引型）或铁心与铁心（排斥型）相互作用产生转动力矩，带动指针偏转。,3,、指针偏转角与线圈中电流的关系,对吸引型结构来讲，电磁系测量机构的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，而它们磁场的强弱又都与被测电流有关。可见，转动力矩的大小应与线圈磁势的平方成正比。,对排斥型结构来讲，其转动力矩取决于固定铁片和可动铁片被磁化后磁场的强弱，而它们的磁场也都与被测电流有关。所以，排斥型结构转动力矩的大小也应与线圈产生磁势的平方成正比。,显然，电磁系测量机构的转动力矩与线圈磁势的平方成正比，即,式中,K,1,是一个系数，与线圈和铁片的尺寸、形状、材料及它们相互间位置有关。,当可动铁片在转动力矩,M,的作用下转动时，游丝也要产生反作用力矩,M,f,。当,M=M,f,时，可动部分停止在某一平衡位置，指针就有一个稳定的偏转角。,式中,K=K,1,/D,也是一个系数,;D,是游丝的反作用系数,.,结论,:,电磁系测量机构指针的偏转角与被测电流的平方成正比,因此可用来测量被测电流的大小,.,三、,电磁式仪表的特点,1、,既可测量直流，又可测量交流,。但由于测量直流时有磁滞误差，故只有当铁片采用优质坡莫合金时，才可以制成交、直流两用仪表。,2、,可直接测量较大电流，过载能力强，并且结构简单，制造成本低,。这是由于被测电流不经过游丝进入线圈，而绕制固定线圈的导线也可以粗些的缘故。,3、,标度尺刻度不均匀,。因为电磁系仪表指针的偏转角与被测电流的平方成正比，故标度尺的刻度具有平方律的特性，即起始段分布,较密,，而末段分布稀疏。,4、,易受外磁场影响,。电磁系仪表的磁场由固定线圈通入电流而产生，强度较弱，故极易受外磁场影响，因此必须设法减小其影响。常用的方法有磁屏蔽法和无定位结构法（不论仪表放置的位置如何，外磁场对测量机构的作用总是相互抵消的）。,一、,电磁系电流表,电磁系电流表由电磁系测量机构组成。由于电磁系电流表的固定线圈直接串联在被测电路中，所以要制造不同量程的电流表时，只要改变线圈的线径和匝数即可。,安装式电磁系电流表一般制成单量程，且最大量程不超过200,A。,这是因为电流太大时，靠近仪表的导线产生的磁场会引起仪表较大的误差，且仪表端钮若与导线接触不良时，会严重发热酿成事故。因此在测量较大交流电流时，仪表须与电流互感器配合使用。,便携式电磁系电流表一般都制成多量程的，但它不能采用并联分流电阻的方法扩大量程。这是因为电磁系电流表的内阻较大，所以要求分流电阻也较大，这会造成分流电阻的体积及功率损耗都很大。因此，,电磁系电流表扩大量程一般采用将固定线圈分段，然后利用分段线圈的串并联来实现,。,第,2,节 电磁系电流表和电压表,双量程电磁系电流表的原理电路,线圈串联 线圈并联,二、,电磁系电压表,电磁系电压表由电磁系测量机构与分压电阻串联组成。作为电压表一般要求通过固定线圈的电流很小，但为了获得足够的转矩，又必须要有一定的励磁安匝数，所以固定线圈的匝数一般较多，并用较细的漆包线绕制。,安装式电磁系电压表都制成单量程的，最大量程为,600V,。要测量更高的交流电压时，仪表要与电压互感器配合使用。,便携式电磁系电压表一般制成多量程的，可采用共用式分压电路。,为保证足够的励磁安匝数，要求电磁系电压表固定线圈的匝数尽量多。但线圈匝数总是有限的，因此电流就不能太小。这就意味着分压电阻不能太大。所以，电磁系电压表的内阻较小，一般只有几十到几百欧,/,伏，而功耗较大，灵敏度低，故一般不适宜制造低量程的电磁系电压表。,第,3,节,仪用互感器,仪用互感器是用来按比例变换交流电压或交流电流的仪器。它包括电压互感器和电流互感器。,一、仪用互感器的作用,1、扩大交流仪表的量程,在大电流、高电压的情况下，采用分流电阻和分压电阻来扩大仪表量程已很困难。例如，一只内阻为0.1,的电流表直接串入电路去测量1000A的电流时，电流表本身的压降就有100V，功率损耗高达100*1000=100000W。显然，这时电流表不仅要为散热而增大体积，而且串入电路后还会影响电路正常的工作状态。在此情况下，若利用仪用互感器按比例地把大电流、高电压变换成小电流、低电压，再用低量程的仪表进行测量，就相当于扩大了交流仪表的量程。,2、测量高电压时保证工作人员和仪表的安全,由于仪用互感器能将高电压变换成低电压，并且仪表与被测电路之间没有直接的电联系。所以，在测量高压电路时，不但降低了对仪表的绝缘要求，而且可以保证工作人员和仪表的安全。,3、有利于仪表生产的标准化，降低生产成本,仪用互感器二次侧的额定电压和额定电流统一规定为100V和5A。于是只要生产量程为100V的电压表和5A的电流表再配用不同变,比的仪用互感器即可满足测量要求。,2,、电压互感器的正确使用,电压互感器实际就是一个降压变压器。使用时须注意：,（,1,）、,要正确接线。,将,电压互感器的一次侧与被测电路并联，二次侧与电压表（或仪表的电压线圈）并联。,（,2,）、,电压互感器的一次侧、二次侧在运行中绝对不允许短路。,因此电压互感器的一次侧、二次侧都应装设熔断器，以免一次侧短路影响高压供电系统，二次侧短路会烧坏电压互感器。,（,3,）、,电压互感器的铁心和二次侧的一端必须可靠接地,，以防止绝缘损坏时，一次侧的高压电窜入低压端，危及人身和设备的安全,。,第,4,节,钳形电流表,钳形电流表的最大优点是能在不停电的情况下测量电流.,用钳形电流表可以在不切断电路的情况下，测量运行中的交流电动机的工作电流，从而很方便地了解其工作状况。,1、互感器式钳形电流表,互感器式钳形电流表由电流互感器和整流系电流表组成。电流互感器的铁心呈钳口状，当握紧钳形电流表的把手时，其铁心张开，将通有被测电流的导线放入钳口中，松开把手后铁心闭合，通有被测电流的导线相当于电流互感器的一次侧，于是在二次侧就会产生,感生电流,，并送入整流系电流表进行测量。电流表的标度尺是按一次侧电流刻度的，所以仪表的读数就是被测导线中的电流值。,互感器式钳形电流表只能测量交流电流。,2、电磁系钳形电流表,电磁系钳形电流表主要由电磁系测量机构组成。处在铁心钳口中的导线相当于电磁系测量机构中的线圈。当被测电流通过导线时，在铁心中产生磁场，使可动铁片磁化，产生电磁推力，带动指针偏转，指示出被测电流的大小。由于电磁系仪表可动部分的偏转方向与电流极性有关，因此可以交直流两用。特别是在测量运行中的绕线式异步电动机的转子电流时，因为转子电流的频率很低，若用互感器式钳形电流表则无法测出其具体数值，此时只能采用电磁系钳形电流表。,3,、,钳形电流表的正确使用,钳形电流表的准确度不高，一般为,2.5,级或,5.0,级。但它能在不切断电源的情况下测量电流，使用很方便，因此在生产中使用广泛。使用时要注意以下事项：,（,1,）测量前先估计被测电流的大小，选择合适的量程。若无法估计被测电流的大小时，则应从最大量程开始，逐步换成合适的量程。转换量程应在退出导线后进行。,（,2,）测量时应将被测载流导线置于钳口中央，以避免增大误差。,（,3,）钳口要结合紧密。若发现有杂声出现，应检查钳口结合处是否有污垢存在。如有则要用煤油擦净后再进行测量。,（,4,）测量,5A,以下的较小电流时，为使读数准确，在条件许可的条件下，可将被测导线多绕几圈再放入钳口进行测量，被测的实际电流值就等于仪表的读数除以放进钳口中导线的圈数。,（,5,）测量完毕，一定要将仪表的量程开关置于最大量程位置上，以防下次使用时，由于使用者疏忽而造成仪表损坏。,第5节 电流表和电压表的选择和使用,在电流与电压的测量中，能否正确选择和使用电流表和电压表，不仅直接影响测量结果的准确性，而且还关系到操作者的安全及仪表的使用寿命。,一、电流表与电压表的选择,根据电工测量的目的及要求，合理选择电流表和电压表。在选择时应按照仪表类型、准确度、仪表内阻、量程、工作条件以及绝缘强度等方面，既全面又有所侧重地进行选择。,1、选择仪表类型,若要测量直流电流、电压，应选择磁电系仪表。测量交流电流、电压时，应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；一般的工程测量可选用1.5级以下的仪表。,与仪表配合使用的附加装置，如分流电阻、分压电阻、仪用互感器等，其准确度等级应比仪表本身的准确度等级高23挡，才能保证测量结果的准确度。,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，选择仪表内阻时应满足：电压表内阻应尽量大些；电流表内阻应尽量小些。,4、选择仪表量程,在实际测量中，为使测量误差尽量减小，且保证仪表的安全，应根据以下原则选择电流表和电压表的量程。,（1）所选量程要大于被测量；,（2）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；,（,3,）在无法估计被测量大小时，应先选用仪表最大量程测试后，再逐步换成合适的量程。,5,、选择仪表的工作条件,凡是实验室使用的仪表一般选择便携式仪表，开关板或电气设备面板上的仪表应选择安装式仪表。对于环境温度、湿度、外界电磁场等条件有特定要求时，应按其要求进行选择，以尽量减小仪表的附加误差。,6,、选择仪表的绝缘强度,选择仪表时，还要根据被测电路电压的高低，来确定仪表及附加装置的绝缘强度，以免发生危害人参安全及损坏仪表的事故。,二、电流表与电压表的使用方法,在使用电流表和电压表之前，要先根据被测量的大小选择好合适的量程，然后按要求进行接线。,使用电流表时要将电流表串联接入被测电路。在测量较高电压电路的电流时，电流表应串联接在被测电路中的低电位端。如果错接成并联会造成电路短路，并烧毁电流表。,使用电压表时要将电压表与被测电路并联，如果将电压表错接成串联，则会因其内阻太大使测量电路成开路状态，电压表也无法正常工作。,另外，使用直流电流表和电压表时，要注意使被测电流从仪表的“,+”,端流进，“,-”,端流出，以避免指针反转而损坏仪表。,