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1、第四章 电工测量与工厂输配电 和安全用电,4.1 测量误差与仪表准确度 4.2 常用电工测量仪表 4.3 电流、电压和电功率的测量 4.4 万用表和兆欧表 4.5 工厂输配电 4.6 安全用电,本章要求: 1. 了解电工测量误差及仪表的准确度；常用的电工测量仪表；万用表原理及兆欧表使用；电力系统送电过程简介及安全用电常识。 2. 理解万用表测量电阻、电流、电压的工作原理； 3. 掌握测量电流、电压和功率的方法，防止触电保护措施。,（一）指示仪表的误差,任何仪表在测量时都存在误差，,AX 指示值，A0 真值,1. 基本误差：仪表本身固有的，由结构及制造工艺决定的。,2. 附加误差：环温变化，外电
2、场、磁场干扰，读数不准等。,（二）误差表达形式,1. 绝对误差：,2. 相对误差：,= AX - A0, 越小，表的质量越好,工程上一般用AX 代替A0,3. 最大相对误差：,4.1测量误差与仪表准确度,最大相对误差,增：仪表的主要技术指标,1. 准确度,国家标准规定，电工仪表精度分为七个等级：,0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0,最大绝对误差,测量上限值,的表属于1. 0 级表,按最大相对误差上靠,2. 灵敏度,转角变化量,对应被测值,3. 变差,重复测量同一值时，指示数不同，其差值称为变差。,例41. 一个量程为 30A 电流表，其最大绝对误差为 0.51A 。 试 确
3、定该表的精度等级。,解：,例4-2. 用下列三个电压表测量20V的电压，测量结果的相对误差 最小的是（ ）表。,答：该表精度等级位 2. 5 级。,准确度1.5级、量程30V b) 准确度0.5级、量程150V c) 准确度1.0级、量程50V,301.5 %=0.45V,1500.5%=0.75V,501.0 %=0.5V,a,根据测量值选择量程，最好将测量值控制在量程的 2/3处。,例3. 一只量限 500V，1. 5 级的电压表和一个同量程的0.1 级的电压表，它们所能表现出的最大绝对误差是多少？,1m= 5001.5% = 7.5V,解：,2m= 5000.1% = 0.5V,（一）类
4、型,磁电式 电磁式 数字式,（二）测量,电流表：串联在电路中。理想电流表的内阻为零。,电压表：并联在电路中。理想电压表的内阻为。,交流表 直流表,信号1,信号2,信号3,信号4,信号5,选用直流表,选用交流表,（有效值）,选用直流表,（平均值）,选用直流表,（平均值）,选用直流表,（平均值）,4.2 常用电工测量仪表,二、 指针式仪表的结构及工作原理,电工测量中常用的指针式仪表有磁电式、电动式、电磁式3种。这些仪表的结构虽然不同，但工作原理却是相同的，都是利用电磁现象使仪表的可动部分受到电磁转矩的作用而转动，从而带动指针偏转来指示被测量的大小。,直流电流I通过可动线圈时，线圈与磁场相互作用使线
5、圈产生转动力矩，带动指针偏转。指针偏转后扭紧弹簧游丝，使游丝产生反抗力矩。当反抗力矩和转动力矩相平衡时，线圈和指针便停止偏转。由于在线圈转动的范围内磁场均匀分布，因此线圈的转动力矩与电流的大小成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与流过线圈的电流的大小成正比，即：=KI。可见磁电式仪表标尺上的刻度是均匀的。,磁电式仪表的优点：刻度均匀、灵敏度高、准确度高、消耗功率小、受外界磁场影响小等。 磁电式仪表的缺点：结构复杂、造价较高、过载能力小，而且只能测量直流，不能测量交流。 使用注意事项：电表接入电路时要注意极性，否则指针反打会损坏电表。通常磁电式仪表的接线柱旁
6、均标有+、记号，以防接错。,1、磁电式仪表,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。,由于作用在铁心上的电磁力与空气隙中磁感应强度的平方成正比，磁感应强度又与线圈电流成正比，因此仪表的转动力矩与电流的平方成正比。又由于游丝的反抗力矩与线圈的偏转角度成正比，所以仪表指针的偏转角度与线圈电流的平方成正比，即：=KI2。可见电磁式仪表标尺上的刻度是不均匀的。,推斥型电磁式仪表也可以测量交流，当线圈中电流方向改变时，它所产生磁场
7、的方向随之改变，因此动、静铁片磁化的极性也发生变化，两铁片仍然相互排斥，转动力矩方向不变，其平均转矩与交流电流有效值的平方成正比。,2、电磁系仪表,固定线圈中通入直流电流I1时产生磁场，磁感应强度B1正比于I1。如果可动线圈通入直流电流I2，则可动线圈在此磁场中就要受到电磁力的作用而带动指针偏转，电磁力F的大小与磁感应强度B1和电流I2成正比。直到转动力矩与游丝的反抗力矩相平衡时，才停止偏转。仪表指针的偏转角度与两线圈电流的乘积成正比，即：=KI1I2。,对于线圈通入交流电的情况，由于两线圈中电流的方向均改变，因此产生的电磁力方向不变，这样可动线圈所受到转动力矩的方向就不会改变。设两线圈的电流
8、分别为i1和i2，则转动力矩的瞬时值与两个电流瞬时值的乘积成正比。而仪表可动部分的偏转程度取决于转动力矩的平均值，由于转动力矩的平均值不仅与i1及i2的有效值成正比，而且还与i1和i2相位差的余弦成正比，因此电动式仪表用于交流时，指针的偏转角与两个电流的有效值及两电流相位差的余弦成正比。即： =KI1I2cos。,3、电动系仪表,测量直流电流通常采用磁电式电流表，测量交流电流主要采用电磁式电流表。电流表必须与被测电路串联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电流时还要注意仪表的极性。,扩大量程的方法是在表头上并联一个称为分流器的低值电阻RA，分流器的阻值为：RA=Ro/(n1)。式中Ro为表头内阻
9、，n=I/Io为分流系数，其中Io为表头的量程，I为扩大后的量程。,4.3 电流、电压和功率的测量,1、电流测量,测量直流电压通常采用磁电式电压表，测量交流电压主要采用电磁式电压表。电压表必须与被测电路并联，否则将会烧毁电表。此外，测量直流电压时还要注意仪表的极性。,扩大量程的方法是在表头上串联一个称为倍压器的高值电阻RV，倍压器的阻值为：RV=(m1) Ro 。式中Ro为表头内阻，m=U/Uo为倍压系数，其中Uo为表头的量程，U为扩大后的量程。,2、电压测量,测量功率时采用电动式仪表。测量时将仪表的固定线圈与负载串联，反映负载中的电流，因而固定线圈又叫电流线圈；将可动线圈与负载并联，反映负载
10、两端电压，所以可动线圈又叫电压线圈。,分格常数：,被测功率：,3、电功率测量,一表法：用一个单相功率表测得一相功率，然后乘以3即得三相负载的总功率。,二表法：用两只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为两个功率表的读数之和。若负载功率因数小于0.5，则其中一个功率表的读数为负，会使这个功率表的指针反转。为了避免指针反转，需将其电压线圈或电流线圈反接，这时三相总功率为两个功率表的读数之差。,三表法：用3只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为3个功率表的读数之和。,用二元功率表和三元功率表测量三相总功率，三相总功率均可直接从表上读出。,三表法：用3只单相功率表来测量三相功率，三相总功率为3个功率
11、表的读数之和。,用二元功率表和三元功率表 测量三相总功率，三相总功率 均可直接从表上读出。,增： 电能的测量,驱动机构用来产生转动力矩，包括电压线圈、电流线圈和铝制转盘。当电压线圈和电流线圈通过交流电流时，就有交变的磁通穿过转盘，在转盘上感应出涡流，涡流与交变磁通相互作用产生转动力矩，从而使转盘转动。,制动机构用来产生制动力矩，由永久磁铁和转盘组成。转盘转动后，涡流与永久磁铁的磁场相互作用，使转盘受到一个反方向的磁场力，从而产生制动力矩，致使转盘以某一转速旋转，其转速与负载功率的大小成正比。 积算机构用来计算电度表转盘的转数，以实现电能的测量和计算。转盘转动时，通过蜗杆及齿轮等传动机构带动字轮
12、转动，从而直接显示出电能的度数。,电度表,单相电度表接线时，电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。单相电度表共有四根连接导线，两根输入，两根输出。电流线圈及电压线圈的电源端应接在相（火）线上，并靠电源侧。,一、 万用表,1、磁电式万用表,4.4 万用表和兆欧表,（1）直流电流的测量。转换开关置于直流电流档，被测电流从+、两端接入，便构成直流电流测量电路。图中RAl、RA2、RA3是分流器电阻，与表头构成闭合电路。通过改变转换开关的档位来改变分流器电阻，从而达到改变电流量程的目的。 （2）直流电压的测量。转换开关置于直流电压档，被测电压接在+、两端，便构成直流电压的测量电路。图中RVl、RV2
13、、RV3是倍压器电阻，与表头构成闭合电路。通过改变转换开关的档位来改变倍压器电阻，从而达到改变电压量程的目的。 （3）交流电压的测量。转换开关置于交流电压档，被测交流电压接在+、两端，便构成交流电压测量电路。测量交流时必须加整流器，二极管D1和Dl组成半波整流电路，表盘刻度反映的是交流电压的有效值。RVl、RV2、RV3是倍压器电阻，电压量程的改变与测量直流电压时相同。 （4）电阻的测量。转换开关置于电阻档，被测电阻接在+、两端，便构成电阻测量电路。电阻自身不带电源，因此接入电池E。电阻的刻度与电流、电压的刻度方向相反，且标度尺的分度是不均匀的。,500型万用表 有两个“功能/量程”转换旋钮，
14、每个旋钮上方有一个尖形标志。利用两个旋钮不同位置的组合，可以实现交、直流电流、电压、电阻及音频电平的测量。如测量直流电流，先转动左边的旋钮，使“A”档对准尖形标志，再将右边旋钮转至所需直流电流量程即可进行测量。使用前注意先调节调零旋钮，使指针准确指示在标尺的零位置。,2、数字式万用表,数字式万用表由功能变换器、转换开关和直流数字电压表3部分组成，其原理框图如图所示。直流数字电压表是数字式万用表的核心部分，各种电量或参数的测量，都是首先经过相应的变换器，将其转化为直流数字电压表可以接受的直流电压，然后送入直流数字电压表，经模数转换器变换为数字量，再经计数器计数并以十进制数字将被测量显示出来。,二
15、、 兆欧表,兆欧表俗称摇表，是测量绝缘体电阻的专用仪表，主要由磁电式流比计与手摇直流发电机组成。,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
16、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，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端的作
