电气测试技术-第二章第4节-电动系仪表及功率的测量.ppt

2.4 电动系仪表及功率的测量 一、电动系仪表的结构 1. 结构 有两个线圈：有两个线圈： 固定线圈和可固定线圈和可 动线圈。动线圈。 可动线圈与可动线圈与 指针及空气阻尼指针及空气阻尼 器的活塞都固定器的活塞都固定 在轴上。在轴上。 2. 工作原理 固定线圈中的电流 I1 ( i i 1 1 ) 磁场 可动线圈中的电流 I2 ( i i 2 2 )与磁场相互作用电磁 力 F 线圈受到转矩 T 线圈和指针转动， 用电动系测量机构测量直流 电时，可动线圈受到的转动力矩 M与通过两线圈的电流I、I 的乘积成正比，即 当转动力矩M与反作用力矩 Mf 相等时，即MMf 时 仪表指针的偏转角为 仪表的转动转矩 通入直流时，M=kM=k 1 1I I1 1I I2 2 通入交流时， M=kM=k 1 1I I1 1I I2 2 coscos i i 1 1 和和i i 2 2 的 有效值 i i 1 1 和和i i 2 2 之间 的相位差 结论: 指针偏转的角度与两个电流 (对交流为有效值)的乘积成正比。 二 电动系仪表的技术特点 （1）准确度高（可达0.10.05级），交直流两 用，还可测量非正弦； （2）频率特性好； （3）易受外磁场影响； （4）本身消耗功率大，电压表内阻较小； （5）仪表的过载能力差； （6）刻度不均匀； （7）价格较高。 电动系电流表 同磁电式仪表相同，电动式仪表的活动线圈也要用比较细 的导线绕制，动圈电流也是通过游丝导入，所以动圈允许通过 的电流不能太大。作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动 线圈串联，作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过大电 流，故可动线圈只能与固定线圈并联。 测量0.5A电流时：I1=I2=I =KI2 量程大于0.5A时：设 I1=k1I，I2=k2I，cos=k3则 小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联 大量程电流表，固定线圈可 与可动线圈并联 电动式电压表 电动式电压表一般是把定圈和动圈串联以后再 根据量程大小，串联不同的附加电阻。 三 单相电动系功率表 D26-W型便携式单相功率表 (一)单相功率表的结构和工作原理 1.结构 静圈(固定线圈固定线圈) )： 称为瓦特表的电流线圈 匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。 动圈(可动线圈可动线圈) )：称为瓦特表的电压线圈 匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。 电动式瓦特表原理线路 负载 i1 i i2 + u - * * R 原理示意图 2.工作原理 电动式瓦特表原理线路 负载 i1 i1 i2 + u - * * R 是电压支路的总电阻，即动圈电 阻和附加电阻之和。 I2正比U，且 可认为i2与u同相 I (二)单相电功率表的使用方法 1功率表的量程及其选择 电流量程IN 电压量程UN 功率量程PN D19-W.型功率表的电流量程为5/10 A ， 电压量程为150/300 V ， 其功率量程有: P1=5X150=750 W P2=10X150=1500 W 或P2=5X300=1500 W P3 =10X300=3 000 W 有一感性负载，额定功率为400W，额定电 压为220V ,功率因数为0.75 。现用D19- W.型功率表的电流量程为2.5/5 A ，电压 量程为150/300 V ，去测量它实际消耗的 功率，试选择所用功率表的量程。 解:因为负载额定电压为220V，应选功率表电压量程为 300V负载额定电流为I=2.42 A 故确定选用电流量程为2.5 A ，电压量程为300V，功率量 程为300*2. 5= 750W的功率表。 在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的 功率量程，通常还要用流表、电压表去监视被测电路的电流 和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压量程，确保仪 表安全可靠地运行。 2正确接线 1.电流线圈与负载串联 2.电压线圈与负载并联 3.两线圈 端同接高电位端（或同接低电 位端） 图（a）适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗，称为 “瓦特表电压支路前接”； 图（b）适用于负载阻抗远小于电流线圈阻抗，称为 “瓦特表电压支路后接”。 1）电压线圈前接法（负载电阻远大于电流线圈电阻 ） 2）电压线圈后接法（负载电阻远小于电压线圈电阻 ） 案例：用互感器扩大单相功率表量程 如果被测电路功率大于功率表量程，则必须加接 电流互感器与电压互感器扩大其量程，其电路如下图 所示。电路实际功率为 Pk1k2P1 用电流互感器和电压互感器扩大单相功率表量程 多量程(量程的扩大 ) 图1 电流量程的扩大图2 电压量程的扩大 3正确操作 1）换量程时应停电 2）顺序测量 3）反偏时的处理（电流端钮接线交换） 4正确读数 1）求分格常数 2）读偏转指示格数 D 3）计算实测功率 P=CD 式中P为被测功率,C为标尺的每格瓦数,又称瓦特表 的功率常数。 四 低功率因数瓦特表 1.低功率因数功率测量的特殊问题 在功率测量中常遇到被测电路功率因数很低的情况，从原理 上说，普通的电动式瓦特表也可以用于低功率因数电路的功率测 量，但在实际上，存在以下问题： （1）读数误差大； （2）测量误差大； （3）角误差大。 所谓角误差是指在普通瓦特表电压支路中由于忽略了电压 线圈的感抗,而认为电压支路中的电压与电流同相，这样所引起 的误差称为角误差。 2.普通的电动式瓦特表变低功率因数瓦特表办法 1).结构上采用补偿 在低功率因数瓦特表中，采取了特殊措施来减小误差，下面 列举两种： （1）采用补偿线圈的低功率因数瓦特表； （2）采用补偿电容的低功率因数瓦特表。 采用补偿线圈的低功率因数瓦特表采用补偿电容的低功率因数瓦特表 补偿线 圈 补偿电 容 2)重新刻度 低功率因数瓦特表是在较低的额定功率因数（通常cosn=0.1 或cosn=0.2 ）的条件下刻度的。因此，其功率常数为： 注意：cosn并非测量时负载的功率因数，而是在电流量限、电 压量限下指针满刻度偏转时的功率因数。 五 三相有功功率的测量 一、用单相功率表测三相功率 一表法 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功 率，等于功率表读数的三倍。 二表法 适用于三相三线制，通过电流线圈的电流为线 电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功 率等于两表读数之和。 共C相法的相量图如何画? P1 = UAB IA cos = Ul Il cos (30+ ) P2 = UCB IC cos = Ul Il cos (30- ) P P = = P P1 1 + + P P2 2 = = U Ul l I Il l cos (30 cos (30 ) )+ + U Ul l I Il l cos cos (30+ (30+ ) ) 1)1) = 0 = 0 P P1 1= =P P2 2 2)2) = +30 = +30 或或-30 -30 P P1 1 =2=2 P P 2 2 或或 P P1 1 =1/2=1/2 P P2 2 3)3) = +60 = +60 或或-60 -60 P P1 1 =0=0或或 P P2 2 4)4)当当 60 60时，时， P P1 1 为正值，为正值， P P2 2 为负值，为负值，P P = = P P1 1 P P2 2 3030 功率表达式 1.负载对称并为阻性时，两表读数相等。 2.负载对称且功率因数为0.5，有一只功率表读数为0 。 3.负载对称且功率因数小于0.5，一只功率表读数为负 值。 在三相三线制电路中在三相三线制电路中, ,广泛采用两功率表广泛采用两功率表 来测量三相功率。来测量三相功率。 证明证明 : : 三相瞬时功率三相瞬时功率p p = = p p A A + + p p B B + + p p C C = = u uA A i i A A + + u uB B i i B B + + u uC C i i C C 因为因为，i i A A + + i i B B + + i i C C = 0= 0 所以所以 p p = = u uA A i i A A + + u uB B i i B B + + u u C C( ( i iA A i i B B ) ) i i C C = (= (u uA A u u C C ) ) i i A A + ( + ( u uB B u u C C ) ) i i B B = = u uAC AC i i A A + + u uBC BC i i B B = = p p 1 1 + + p p 2 2 实际应用 实用中，常用一个三相功率表（二元功率实用中，常用一个三相功率表（二元功率 表）代替两个单相功率表来测量功率，表）代替两个单相功率表来测量功率， * * * * A B C 三相功率表的连接图 将两只或三只或 单相功率表的可动线 圈装在一个公共转轴 上即组成两元件或三 元件的三相功率表， 分别用于三相三线制 与三相四线制。其公 共转轴的转矩直接反 映三相总功率，因此 可从标尺上直接读出 三相功率。 两元件三相 功率表结构