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1、1模块三 电气测量技术的应用电气测量技术是电气工作中重要的组成部分。电器产品的生产制造与、安装使用、维修中，都要通过电器测量的方式，来确定技术参数和质量，从而为实现生产程序化提供有利的条件。应用电磁的基本规律对电气量进行测量叫做电气测量。电气测量是电工实训中不可缺少的一个重要部分，它的主要任务是测量电流、电压、电功率和电阻等各种基本电气参数，从而达到下列几个要求：一是研究和确定电磁现象中各种量之间的关系，从而得出某种结论；二是了解生产中各种电气设备的工作情况，从而保证其正常运行；三是有助于检验、维护与检修等工作。3.1 电气测量技术实训基础本节的学习目的在于了解和掌握常用的电工测量仪表的使用、
2、电阻和电感串联的交流电路、负载星形联接的三相电路、三相变压器的联接组别等问题，为下节电气测量技术实训做准备。3.1.1 电气测量仪表3.1.1.1 万用表万用表是一种多功能、多用途的仪表，它可用来测量电阻、交直流电压、直流电流，有的还能测量交流电流、电感、电容、音频电平和晶体管放大倍数等。其工作原理是利用磁电系测量机构(即表头)，配合测量线路，并通过转换开关来实现各种测量功能的。其原理请参考初级电工技能考核指导 ，现将指针式万用表的使用简述如下：(1)万用表在测量前，应通过面板上的调零螺钉进行机械调零，以保证测量的准确性。(2)在测量电阻时，每转换一次量程，都要进行电气调零。其方法是将两根测试
3、棒（或表笔）短接，如指针不在零位上，则调节面板上的“欧姆调零旋钮” ，使指针指零。(3)端钮（或插孔）要选择正确。万用表一般配有红、黑两种颜色的测试棒，面板上也有红、黑两色端钮或标有“” 、 “”极性的插孔。使用时应将红色测试棒的连接线插入标有“”号的插孔内，黑色测试棒的连接线插入标有“”号的插孔内。(4)根据测量对象，选择正确的档位和量程。(5)测量电压时，万用表并联在线路中，测量直流电压时，红色测试棒接正极，黑色测试棒接负极。(6)测量电流时，万用表串联在线路中， ，测量直流电流时，红色测试棒接正极，黑色测试棒接负极。3.1.1.2 单臂电桥其特点是测量精度高、范围大，适用于测量 110
4、左右的中阻值电阻。1.工作原理 直流单臂电桥简称电桥(又叫惠斯登电桥)，它的特点是测量准确度高，其基本工作原理如图 3-1-1 所示。2I4a1x3d G2b图 3-1-1 电桥的原理图图 3-1-1 中被测电阻 R与已知标准电阻 R2、R3 和 R4 连成四边形的桥式电路，四条支路ac、cb、bd、da 分别称为桥臂。当电源接通后，调节电桥的一个或几个臂的电阻，使检流计的指针指示为零，即达到电桥平衡。 电桥平衡时,I cd=0，即 c 点和 d 点的电位相等，则：Uac = Uad 即 I R= I4 R4 （3-1）Ucb = Ubd 即 I2 R2=I3 R3 （3-2）公式（3-1）除
5、以公式（3-2） ，得342IRx由于 IGd=0，所以 I=I2，I 4=I3，代入上式得：（3-3）3x（3-3）式中，R 2/R3称电桥的比率，其比值 R2/R3常配成各种固定的比例，构成仪表上的比率臂（又叫倍率盘，分为0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000 共七档） 。R4 称为比较电阻，构成仪表上的比较臂（共有1、10、100、1000 四个可调旋钮） ，一般为可调电阻。在测量时，可根据被测电阻的粗测值，选择适当的倍率档，然后调节比较臂旋钮，使电桥平衡，则比较臂的数值乘以倍率档的倍数，就是被测电阻的电阻值。2.面板介绍 单臂电桥面板如图 3-1-2 所示（以 QJ2
6、3a 型为例） 。3.操作步骤(1)用万用表粗测被测电阻，以便正确选择单臂电桥的倍率档（表盒盖上或底部有选择范围） 。(2)选择单臂电桥的电源和检流计（即内接还是外接） ，并确认其处于完好状态。(3)调节检流计调零旋钮，使检流计指零，然后把被测电阻接入“R”两端。(4)根据粗测电阻值，先把1000 的比较臂旋钮置于相应的数字上，然后选择适当的倍率档。(5)按照感性电阻的测量顺序，先按“B” ，然后点动“G” ，看表针是否打向“” （或“十” ）的一边，此时应减少（或增加）千位或百位比较臂上的数值，使表针偏“”或“十” ，且不打表针，然后分别锁住B、G 按钮。逐步增加（或减少）百位、十位、个位或
7、千位比较臂上的数值，使检流计逐渐指零，读出比较臂从千位到个位的数字，再乘以倍率值，即为精测电阻值。例：比较臂数字为 3125，倍率盘为0.001，则电阻为 3.125。(6)测量完毕后，应按照先放开“G”再放开“B”的顺序操作，以防止电感放电损坏检流计。注意：测量时如果检流计指针指不到零位，可能是倍率档选错。3图 3-1-2 单臂电桥面板图3.1.1.3 功率表1.工作原理 功率表大多采用电动系测量机构，电动系功率表与电动系电流表、电压表的不同之处为：定圈（即电流线圈）和动圈（即电压线圈）不是串联起来构成一条支路，而是分别将定圈与负载串联，将动圈与负载并联。由于仪表指针的偏转角度与负载电流和电
8、压的乘积成正比，故可测量负载的功率。2.表盘介绍 功率表的表盘如图 3-1-3 所示。电流线圈有两个，可以接成串联（量程为 0.5A） ，也可接成并联（量程为 1A） ，如图 3-1-4 所示。3.正确选择量程 选择瓦特表的量程，实际上是要正确选择瓦特表的电流和电压量程，务必使电流量程能允许通过负载电流，电压量程能承受负载电压。4.正确接线 瓦特表的偏转方向，是由通入电流线圈和电压线圈的电流方向来决定的，如改变其中一个线圈的电流方向，指针就反转（此时可调节极性调整旋钮） 。为了使瓦特表在电路中不致接错，通常在电流线圈和电压线圈的一个端钮上标有“*” ，叫做电源端钮，接线时必须使电流线圈和电压线
9、圈的电源端钮都接到同一极性的位置，以保证两个线圈的电流都从标有*号的电源端钮流入。并使电压线圈与负载并联，电流线圈与负载串联。5.正确读数 在多量程瓦特表的面板上，一般只刻有一条标度尺。因此在使用时必须先求出选用的电压和电流的乘积与满标值的比值，即 C= UcIc /m（式中 Uc为电压量程， Ic为电流量程， m 为表盘满刻度的分格数） ，再根据系数 C 和功率表指示格数，算出实际功率 P=C格数，即得到负载的有功功率（单位为 W） 。 例：如选择电压量程 300V，电流量程 0.5A，则 C=300V0.5A/150 格=1 瓦/每格。a)串联接法* I Ib)并联接法*I I极性调整旋扭
10、* 0V 300V 300V 300V*+ 电压量限接线端电流接线端电流量限短接片.2.5A 5AG外接B外接RXB G内接外接 外接内接比率臂比较臂检流计4图 3-1-3 功率表的表盘图 图 3-1-4 电流线圈连接图3.1.2 电阻与电感元件串联的交流电路电阻与电感元件串联的交流电路如图 3-1-5 所示，电路的各元件通过同一电流，电感的电压相位超前电流 900，电阻的电压与电流的相位相同，电流与各个元件电压的参考方向如图中所示，电路分析如下：根据基尔霍夫电压定律列出：u=u + u =Ri+L (3-4)Rdti设电流 i=I sint 为参考正弦量，则电阻元件上的电压 u 与电流同相，
11、即m Ru =RI sint = sintRmmU电感元件上的电压 u = I Lsin （ t +90 ）= sin（ t +90 ）LmL在上列各式中， = =RmRIU= =L =XmLIUL同频率的正弦量相加，所得出的仍为同频率的正弦量。所以电源电压为：u=u + u = sin（ t + ）RL其幅值为 ，与电流 i 之间的相位差为 。mU利用相量图来求幅值 （或有效值 U）和相位差 ，最为简便。如图 3-1-5 所示，如果将电压 u ， um R用相量 , 表示，则相量相加即可得出电源电压 u 的相量 。由电压相量 ， 及 所组成的直LRL URUL角三角形，称为电压三角形。利用这
12、个电压三角形，可求得电源电压的有效值，即：U= = =I2LR2L2)IX()I2LX5= （3-5）IU2LXR由上式可见，这种电路中电压与电流的有效值之比为 。 它的单位是欧姆（） ，具有对电流起阻碍作用的性质，称它为电路的阻抗模，用 代表，即Z= = = （3-6）Z2LXR2)(2)fL(R=arctan ,COS =LZ可见 ， R， X 三者之间的关系也可用一个直角三角形阻抗三角形来表示。由于电阻元件上要消ZL耗电能，从电压三角形可得出 UCOS = =RI， 于是可得正弦交流电路中有功功率 P 为：RUP= U I=RI =UICOS （3-7）2式（3-7）中的 COS 称为功
13、率因数。交流电路中电压与电流的关系有一定的规律性，通过上述分析，我们看到电压和阻抗三角形是相似的，只有找出这些规律才能在实际生产中发挥作用。3.1.3 负载星形联接的三相电路三相电路中负载的联接方法有两种星形联接和三角形联接。这里主要分析一下负载星形联接的三相电路，首先画出电路图，并标出电压和电流的参考方向，然后应用电路的基本定律找出电压和电流之间的关系。知道了电压和电流的关系，再确定三相功率。负载星形联接的三相四线制电路可用图 3-1-6 所示的电路表示。每相负载的阻抗模分别为 ，AZ和 。电压和电流的参考方向都已在图中标出。BZC. 三相电路中的电流有相电流与线电流之分。每相负载中的电流
14、I 称为相电流，每根相线中的电流 IP6称l为线电流。在负载为星形联接时，显然，相电流即为线电流，即I = I （3-8）Pl三相电路中的电压有相电压与线电压之分。每相始端与末端间的电压，也即相线与中性线间的电压称为相电压，其有效值用 ， ， 或一般地用 表示。而任意两始端间的电压，也即两相线间的电压，AUBCpU称为线电压，其有效值用 ， ， 或一般地用 表示。在负载为星形联接时，线电压与相电压Al的关系为：= （3-9）l3p在图 3-1-6 的电路中，电源相电压即为每相负载电压。于是每相负载中的电流的有效值可分别求出，即：= ， = ， = （3-10）AIZUBICIZU中性线中的电流可以按照图 3-1-6 中所选定的参考方向，应用基尔霍夫电流定律得出，即：= + + NIABIC(1)当图 3-1-6 所示电路中负载对称时，所谓负载对称，就是指各相阻抗相等，即：= = =ZAB即： = = = （3-11）AZBC由式（3-10）和式（3-11）可见，因为电压对称，所以负载相电流也是对称的，即：= = = I =AIBCPZU因此，这时中性线电流等于零，即：= + + =0NIABIC(2)当图 3-1-6 所示电路中负载不对称，就是指各相阻抗不相等时，即： AZB则： = + +
