第四章 电动系仪表

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1、第四章 电动系仪表,第三节 功率表,第四节 频率表，相位表和功率因数,第一节 电动系测量机构,第二节 电动系电流表和电压表,学习目标：,2理解电动系电流表和电压表的测量线路。,1了解电动系测量机构的结构、工作原理、技术特性。,3掌握以它们的使用与维修方法。,第一节 电动系测量机构,图 4 - 1 电动系测量机构的结构示意图,一、结构和工作原理,1结构,有两个线圈，固定线圈(定圈)和可动线圈(动圈)。,如图 4 - 1 所示。,第一节 电动系测量机构,2工作原理,设定圈中通过电流为 I1 ，动圈中通过电流为 I2 。磁场方向由右手螺旋定则确定。,转动力矩 M 与电流 I1 和 I2 的乘积成正比

2、，即,图 4 - 3 转动力矩产生的示意图,第一节 电动系测量机构,当用于交流电路的测量时有,当可动部分偏转一角度 而达到平衡，游丝反作用力矩为 Mf = D，根据 M = Mf,I1 、I2 为定圈和动圈中电流的有效值；,(4 - 1), 为定圈中电流 与动圈中电流 之间的相位差角。,当用于交流电路的测量时有,当用于直流电路的测量时有,(4 - 1),易受外磁场干扰,可以交直流两用,电动系功率表刻度均匀,能构成多种线路测量多种参数,准确度高,二、技术特性,第一节 电动系测量机构,仪表本身消耗功率大,过载能力小,电动系电流表电压表刻度不均匀,第二节 电动系电流表和电压表,图 4 - 4 电动系

3、电流表原理电路,一、电动系电流表,电流表指针的偏转角正比于被测电路的平方，即,电动系电流表通常做成双量程的便携式仪表。,所以，电动系电流表标度尺的刻度具有平方规律，其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。,第二节 电动系电流表和电压表,二、电动系电压表,图 4 - 7 三量程电压表的测量线路,由于电压表测量时的电流较小，所以电动系电压表的线圈匝数较多。,电动系电压表通常做成多量程的便携式仪表。,图 4 - 6 电动系电压表原理电路,当附加电阻一定时，通过测量机构的电流与仪表两端的电压成正比。,第三节 功率表,图 4 - 8 电动系功率表的原理电路,一、电动系功率表,1结构和工作原理,测量功率

4、时，定圈 A 与负载串联接入被测电路；动圈 D 与附加电阻 Rj 串联后接入电路。,下面介绍电动系功率表的工作原理。,第三节 功率表,对于一个已制成的功率表来说，R2 是一个常数,得出,即,(1)用于直流电路的测量时，通过定圈电流,(4 - 3),(2)用于交流电路的测量时，通过定圈电流 等于负载电流 ，即,第三节 功率表,由式(4 - 2)可得,由于电压支路中附加电阻 Rj 的阻值总是比较大，在工作频率不太高时，动圈的感抗相比之下可以忽略不计。,即,图 4 - 9 功率表向量图,而通过动圈的电流 与负载电压 成正比,式中，Z2 电压支路的复阻抗。,(4 - 4),2多量程功率表,需要注意的是

5、，功率表的不同量程是通过选择不同的电流量程和电压量程来实现的。,图 4 - 10 用连片改变功率表的电流量程,第三节 功率表,(1)电流的两个量程的实现如图 4-10 所示。,3功率表的选择及使用方法, 功率表标有“*”号的电压端钮可以接至电流端钮的任意一端，而令一个电压端则跨接至负载另一端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。,第三节 功率表,(2)功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接线规则，即：,(1)正确选择功率表量程。,功率表标有“*”号的电流端必须接电源一端，而另一个电流端则接至负载端。电流线圈串联接入电路。,第三节 功率表,功率表常出现的错误接线如图 4-13 所示。,功率表

6、正确接线如图 4-12 所示。,图 4 - 13 功率表的错误接法,图 4-12 功率表的正确接法,第三节 功率表,(3)功率表接线方式的正确选择。,功率表有两种不同的连线方式,即电压线圈前接和电压线圈后接。如下图。, 电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路电阻小得多的情况。,电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况。,第三节 功率表,下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表。,(1)具有补偿线圈的低功率因数功率表。,4低功率因数功率表,用于测量功率因数较低的交流电路的功率，它也可以用来测量交直流电路中的小功率。,(4)功率表的正确读数。,图 4 - 15 具有补偿线圈的低功

7、率因数功率表,第三节 功率表,注意，低功率因数功率表的接线和使用方法与普通功率表基本相同，但设计时使其标度尺的满刻度是在额定电流 IN 、额定电压 UN 和额定功率因数N (cosN)下刻度的。因此读数时其分格常数应按下式计算,(2)应用补偿电容的低功率因数功率表。,图 4 - 16 带有补偿电容的低功率因数功率表,(3)带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。,(4 - 7),二、三相功率表,第三节 功率表,1三相功率的测量方法,三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同，有三相三线制和三相四线制两种系统，而每一种系统在运行时又有如下图几种情况：,根据三相电路的特点，有以下几种测量方法。,(1

8、)一表法。,(3)三表法。,(2)两表法。,第三节 功率表,图 4 - 20 三表法测量三相四线制电路的有功功率,图 4 - 17 一表法测量对称三相电路的有功功率,图 4 - 19 两表法测量三相功率的线路,第三节 功率表,工作原理与单相功率表相同，在结构上分为二元三相功率表和三元三相功率表。,2三相有功功率表,图 4 - 22 二元三相功率表的接线方法,图 4 - 21 二元三相功率表的内部电路,第三节 功率表,3三相无功功率表,图 4 - 24 无功功率的测量原理,交流电路的无功功率页可以用有功功率表测量，因为：,线电压 与相电压 之间恰有 90 的相位差，如果将图 4 - 25(a)线

9、路中单相功率表的接线改为图 4 - 26(a) 所示电路。如下图。,第三节 功率表,图 4 - 26 测量三相无功功率的接线图和向量图,图 4 - 25 测量三相有功功率的接线图和向量图,而三相对称负载的电路中，无功功率,(4 - 7),此时功率表的读数,第三节 功率表,三相电路无功功率的测量方法很多，这里介绍最常用的两种。,(1)用三个有功功率表测量(图 4 27),图 4 - 27 三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图,总的无功功率为,第三节 功率表,(2)铁磁电动系无功功率表,图 4 - 28 铁磁电动系无功功率表的线路图,两表跨接法只适用对称负载的三相三线制交流电路，而量

10、表人工中性点法可用于对称及不对称电路。,铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表。如图 4 - 28 所示。,第四节 频率表、相位表和功率因数表,图 4 - 29 电动系比率表的结构图,一、电动系比率表,结构如图 4 29 所示，具有以下特点：,(1)两个线圈分别产生转动力矩和反作用力矩。,(2)有一个分为两段烧制的定圈，用来建立工作磁场。,(3)指针偏转角 与定圈电流和动圈电流乘积成正比。,(4 - 11),第四节 频率表、相位表和功率因数表,(5)不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁场等。,(4)没有游丝，电路接通前，指针可以再任意位置。,I1，I2 为动圈 1、2 中的电流；1 与

11、2 为定圈电流 与 和 的相位差。,二、电动系频率表,第四节 频率表、相位表和功率因数表,图 4 - 30 电动系频率表测量线路,测量线路如图 4 - 30 所示。,(4 - 12),当频率表接入电压为 的被测电路后指针的偏转角 与两个动圈的关系是,第四节 频率表、相位表和功率因数表,指针的偏转可能出现三种情况：,上式说明，仪表指针的偏转角 只与频率 f 有关。,(3)指针从中心位置向左偏转时， 0，tan 0; 被测频率 f 与串联谐振频率 f0 小。,(1)停留在标尺中心位置，支路中 R、L、C 串联电路谐振，被测频率 f 与串联谐振频率 f0 相等。,(2)指针从中心向右偏转时， 0，t

12、an 0; 被测频率 f 与串联谐振频率 f0 大。,三、电动系相位表和功率因数表,第四节 频率表、相位表和功率因数表,电动系相位表和功率因数表的工作原理、测量线路完全相同，所不同的是，相位表的标度尺是按来那个被测交流量的相位差 刻度，而功率因数表按 cos 刻度。,图 4 - 32 单相相位表的测量线路,图 4 - 32 单相相位表的测量线路,第四节 频率表、相位表和功率因数表,假设被测负载是一个感性负载，则负载电流(即流过定圈的电流) 滞后于电压 一个角度；,由于动圈 B1 支路中有电感 L1，因此流过动圈 B1 的电流 滞后于电压 一个角度 ；,而动圈 B2 支路中串联的是一个纯电阻，因此 与电压 同相。,由此可得：,(4 13),第四节 频率表、相位表和功率因数表,(4)在频率范围内使用。,(3)单相相位表的接线与功率表相同，接入电路时，必须遵守发电机端原则。,使用单相相位表应注意：,(2)选择相位表时要注意它的电流和电压量程。,(1)使用前仪表指针可以不在零位。,第四节 频率表、相位表和功率因数表,最后介绍三相相位表。,图 4 - 34 三相相位表的测量线路,与单相相位表比较可以得：, 两者的使用方法基本相同。, 两者的测量机构都是电动系比率表。, 动圈 B1 中只串联了电阻 R1，而无电感。,