第四章 电动系仪表

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,I,1,，动圈中通过电流为,I,2,。磁场方向由右手螺旋定则确定。,转动力矩,M,与电流,I,1,和,I,2,的乘积成正比，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,M,f,=,D,，根据,M,=,M,f,I,1,、,I,2,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,测量功率时，定圈 A 与负载串联接入被测电路；动圈 D 与附加电阻,R,j,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，,R,2,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,R,j,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，,Z,2,电压支路的复阻抗。,(,4 - 4,),2,多量程功率表,需要注意的是，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,I,N,、额定电压,U,N,和额定功率因数,N,(,cos,N,),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,),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。,I,1,，,I,2,为动圈,1,、,2,中的电流；,1,与,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,，,tan, 0;,被测频率,f,与串联谐振频率,f,0,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,L,1,，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,R,1,，而无电感。,