项目二电流和电压的测量.ppt

项目二：电流和电压的测量,本章主要内容 1、磁电系测量机构及磁电系电流表与电压表 2、磁电系测量机构及磁电系电流表与电压表 3、整流系仪表 4、仪用互感器 5、钳形电流表 6、常用电工仪表的选择,第一任务 磁电系仪表,一 磁电系测量机构 二 磁电系电流表和电压表 三 磁电系检流计,一、磁电系测量机构,1 结构 磁电系测量机构主要由固定的磁路系统和可动线圈组成,其结构图如图2-1所示。 固定的磁路系统由永久磁铁1、极掌2、圆柱型铁芯3组成，其作用是在极掌和铁芯之间的空气隙中产生较强的均匀辐射磁场,任何一条磁力线均通过转轴中心,使得线圈永远切割磁力线。其可动线圈4绕在铝框上，转轴7两端有游丝5、指针6平衡锤8等，整个可动部分支撑在转轴上，线圈位于环形气隙之中，其中游丝的作用是产生反作用力矩和引导电流,磁电系测量机构的固定磁路系统有外磁式、内磁式、和内外磁式三种，如图22所示。,磁电系测量机构,2 工作原理 1）作用力矩的产生： 作用力矩是由通电的可动线圈在永久磁铁的磁场中受力而产生的。其大小为 M=NBIS 2）反作用力矩的产生： 反作用力矩是由游丝产生的。其大小与指针的偏转角成正比，即： M=D 当M=M，可动部分处于平衡状态，指针指在某一位置不动 D=NBIS = （ NBS D） I 当一只仪表制好之后，其N、B、S、D均为常数，所以（ NBS D） 也为常数，用SI来表示。SI就称为磁电系测量机构的灵敏度。SII 结论：指针的偏转角与被测的电流成正比,阻尼力矩是由铝框产生的，其原理图如图23所示。当铝框在磁场中运动时，闭合的铝框切割磁力线B产生感生电流ic,ic在磁场中受到磁场力的作用，从而产生与铝框运动方向相反的电磁阻尼力矩。 因为可动部分具有惯性，当作用力矩和反作用力矩平衡时，指针并不能立即停下来。 阻尼力矩的作用是使指针尽快的停下来，以便读数。,3、阻尼力矩的产生,磁电系测量机构 3 特点 1）刻度均匀 因为指针的偏转角与被测电流成正比，所以标度尺的刻度是均匀的。 2）准确度高，灵敏度高 磁电系测量机构的磁场由永久磁铁产生的，其工作气隙较小，磁场较强，所以其准确度和灵敏度都高。 3）功率消耗小 测量机构内部通过的电流小，所以仪表的损耗也小。 4）过载能力小 由于电流的流入和流出是由游丝导入和导出的，加上可动动圈的线径较细，过载将会使游丝变形和线圈烧毁。 5）只能测量直流 因为永久磁铁产生的磁场方向恒定不变，在制作仪表时，指针只能向一个方向偏转，所以只有通入直流电流才能产生稳定的偏转。 如果线圈中通入的是交流电，则由于电流方向不但改变，转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用，还来不及转过去，马上又得转回来，结果指针只能在零位左右摆动，得不到正确读数。如果要想读数，需要加装整流装置。,二 磁电系电流表和电压表,1、磁电系电流表及其扩程 2、磁电系电压表及其扩程,1 磁电系电流表 1）基本表头 磁电系电流表的基本表头采用的是磁电系测量机构。 2）扩程电路 由于通过磁电系测量机构的电流小，如果要测量大一点的电流，则就需要对磁电系测量机构进行扩程。 扩程方法：在磁电系测量机构上并联电阻，如图2-4所示 并联电阻的计算：分流系数（亦称电流扩程倍数）：扩程后的量程与表头满偏电流的比值，并联电阻的大小分别为,3）分流器 、制作材料：锰铜线 、分类：内附分流器，与仪表做固定的连接，阻值相对较大。 外附分流器，与仪表不做固定连接，需要时，可接在仪表的外部，阻值相对较小。 、端钮：共有两对端钮，其中一对电流端钮、一对电位端钮。使用时电位端钮应接在电流端钮的内侧。如图25所示。 、额定值：外附分流器上标有额定电压或额定电流。国家标准规定的外附分流器在通入额定电流时，对应的额定电压分别为30mV、45mV、75mV、100mV、150 mV、300mV，共六种规格。,4）多量程磁电系电流表,多量程磁电系电流表一般采用闭环式分流器，如图26所示它的优点是接触电阻处在被测电路之中，接触不良时不会烧毁测量机构。其缺点是各个量程之间相互影响，电阻计算复杂。以三个量程为例来说明如何计算分流电阻。,2 磁电系电压表 1）基本表头 磁电系电压表的基本表头采用磁电系测量机构 2）扩程电路 由于通过磁电系测量机构的电流小，磁电系表头的电阻也较小，所以加在表头的电压也较小，如果要测量大一点的电压，则就需要对磁电系测量机构进行扩程。 方法：在磁电系测量机构上串联电阻。如图2-7所示 电阻计算：m = m 分压系数（也称电压扩程倍数），它是指扩程后的电压量程与表头的满偏电压的比值。 串联的附加电阻：Rs=（m-1）Rc,3）多量程磁电系电压表 多量程磁电系电压表多采用公用式附加电阻，如图28所示。这种电路的优点是高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，节约了材料，分流电阻计算也方便。其缺点是一旦低量程损坏，则高量程也不能使用。,三 磁电系检流计 、作用：检测微小电流和电压用 、结构特点：支承采用不用轴承，代之以张丝、悬丝 读数用采用指针式，代之以光标。 由于它的结构特殊，所以其灵敏度较高。 、使用：a、轻拿轻放。 b、使用完毕锁上锁扣。 c、不准用万用表或电桥测内阻,第二任务 电磁系测量机构,1 电磁系测量机构 2 电磁系电流表和电压表,一、电磁系测量机构 1 结构 电磁系测量机构的结构主要由固定线圈和可动铁片组成。它有吸引型和排斥型两种。 1）吸引型测量结构 吸引型测量结构如图29所示，它主要由固定线圈1和偏心地装在转轴上的可动铁片2组成。在转轴上还有指针3、阻尼片4和游丝5等，游丝的作用是为了产生反作用力矩。阻尼片和永久磁铁6组成磁感应阻尼器。在永久磁铁前加有磁屏蔽，以防止永久磁铁对线圈产生影响。 2）排斥型测量机构 排斥型测量机构如图210所示，它主要由固定线圈1、固定在线圈内侧的固定铁片2和固定在转轴3上的可动铁片4以及游丝5、指针6、阻尼片7等组成。,2 吸引性测量机构的工作原理 1）作用力矩的产生 作用力矩是由通电的固定线圈产生磁场将可动的铁片磁化后相互间产生力而产生的。其大小为 M=K1（NI）2 2）反作用力矩的产生 反作用力矩由游丝产生的。其大小为 M=D 当 M=M 可动部分处于平衡状态，指针指在某一位置不动。 D= K1（NI）2 当一只仪表制作好之后，K1、N、D为常数，所以 也为常数，用K来表示，K称为电磁系测量机构的灵敏度。 =KI2 结论：指针的偏转角与被测的电流的平方成正比,3）阻尼力矩的产生 当阻尼片随仪表可动部分偏转时，阻尼片切割永久磁铁的磁力线而产生涡流，该涡流与永久磁铁的磁场相互作用产生与运动方向相反的阻尼力矩，其大小与运动速度成正比，阻尼力矩由阻尼片产生的。其工作原理如图211所示,电磁系测量机构 3 特点 1）测量直流和交流 由于线圈的偏转角与电流的方向无关，所以即可测直流又可测交流 2）刻度不均匀 由于指针的偏转角与被测电流的平方成正比，所以仪表的标度尺具有平方律的性质，标度尺不均匀，前密后疏。 3）测直流时有磁滞误差 由于铁片具有磁滞特性，所以在测直流时有磁滞误差。故应采用优质坡莫合金材料。 4）过载能力强 电磁系测量机构的电流的流入流出采用直接接入线圈的方式，而线圈的线径有比较粗，所以其过载能力强些。,5）易受外磁场的影响 测量机构的磁场是由通入固定线圈中的电流产生的，强度较弱，极易受外磁场的影响。一般采用以下措施来消除。 （1）磁屏蔽 将整个测量机构装在用导磁性良好的材料做成的磁屏蔽罩内，这样外磁场的磁力线将沿屏蔽罩外穿过而不影响罩内的测量机构。如图212所示 （2）无定位结构 把测量机构的固定线圈分成完全相同的两部分且反向串联，如图213所示。当线圈通电时，两线圈产生的磁场方向相反但其总转矩是相加的一旦有外磁场存在，一个线圈是减弱的，一个线圈是加强的，但二者的合作用却是相互抵消的，对测量没有影响。,二 电磁系电流表和电压表,1、电磁系电流表和电压表 2、电磁系电流表和电压表,1 电磁系电流表 电磁系电流表由电磁系测量机构组成， 1）单量程电磁系电流表 一般用于安装式，其量程在200A以下。因为电流过大，仪表将产生较大的误差，且仪表端钮若接触不良时，会发热严重而酿成事故。 2）多量程电磁系电流表 一般用于便携式，其量程有两个，采用分段线圈的串、并联来改换。并联量程为串联量程的两倍，为了使两个量程共用一根标尺，必须保证其内部磁场分布不变和总安匝数不变。如图214所示,2 电磁系电压表 电磁系电压表采用电磁系测量机构。 1）单量程电磁系电压表 一般用于安装式，电压在600V以下。因为电压过大，仪表将产生较大的误差，且仪表端钮若接触不良时，会发热严重而酿成事故。 2）多量程电磁系电压表 一般用于便携式，其量程有35个，改变量程采用分段线圈的串联或并联后再串附加电阻。如图215所示,第三任务 整流系仪表 概述：磁电系测量机构由于灵敏度高、功耗低、性能稳定、工作可靠，在交流电流和交流电压测量中也得到了广泛的应用。但是由于磁电系测量机构只能用于直接测量直流量，因此测量交流量时需要将交流量转换成直流量。 将交流量转换成直流量的装置称为AC/DC转换器，由磁电系测量机构和AC/DC转换器构成的仪表称为整流系仪表，可分为整流系电流表和电压表。 AC/DC转换器有二极管式和线性两种。,一、二极管式AC/DC转换器 二极管式AC/DC转换器有半波式整流电路和桥式整流电路两种。这种转换器多用于整流系交流仪表。 1.半波整流电路： 半波整流电路如图216(a)所示，图中二极管V1的作用是整流，二极管V2的作用是保护V1，使得V1在负半周免遭击穿，表头只通过正半周的电流。通过表头上的电流如图216(b)所示。在半波整流电路中，整流电流的平均值Ip和交流电流有效值I的关系为 Ip=0.45I,2. 桥式整流电路 桥式整流电路如图217(a)所示，图中二极管V1、V2、V3、V4构成整流整流，表头接在桥式整流电路的输出端，表头在正负半周时都有方向不变的电流通过。通过表头的电流如图217(b)所示。在桥式整流电路中，整流电流的平均值Ip和交流电流有效值I的关系为 Ip=0.9I 因此在磁电系测量机构上配上二极管整流式AC/DC转换器，并将表盘标尺按有效值刻度，就构成了整流系交流仪表。 在AC/DC转换器前加分压电阻就构成交流电压表，在AC/DC转换器上并联分流电阻就构成交流电流表。,二、线形AC/DC转换器 由二极管的输出特性曲线可知，加在二极管两端的正向电压较低时，其输出特性曲线是非线性的。所以，二极管式AC/DC转换器在测量小信号时存在非线性问题，使得测量结果误差较大。因此，在测量小信号时，利用线形放大电路将小信号放大，使其脱离二极管的死区和非线性区。,线形AC/DC转换器如图2-18（a）所示电路。 它由运算放大器A；二极管V1、V2及反馈网络电阻R1、R2接成同相放大电路。对于交流信号可以等效成图218（b）所示电路,电路的输出电压有效值和输入电压有效值的关系为： 电路将交流小信号放大了 倍，使二极管V1、V2工 作在大信号线性整流状态，解决了整流二极管小信号时的非线性问题。整流后的输出电压是从二极管V1引出的，因此属于半波整流，输出电压的平均值和输入电压的有效值间的关系为 调节R2可以改变放大器的放大倍数，使输出电压的平均值Up等于输入电压的有效值Ui。这样刻度盘的标尺就可以直接刻度被测量的有效值,第四任务 仪用互感器 一、仪用互感器的作用、原理和符号 1、作用：降压和降电流用 扩大仪表量程 保证安全 有利于标准化 2、原理：变压器原理 额定变压比：KU=U1/U2E1/E2=N1/N2 额定变流比：KI=I1/I2 N2/N1 3、符号： 图形符号 文字符号 TA、TV,二、仪用互感器的误差与准确度 1、误差： 变比误差:实际测量时是根据互感器铭牌上注明的额定变比KSU和KSI进行计算的，由于额定变比并不等于实际变比，所以按额定变比算出的U1或I1存在着误差。（实际变比不是一个常数，与工作情况有关） 相角误差：电压互感器一、二次侧的电压与电流互感器的一、二次绕组的电流都就有180度的相位差，但是实际上由于内阻抗和磁化电流的影响，相位差有所变化180度，就是相角误差。 2、准确度：用变比误差表示,三、仪用互感器的使用： 1、正确接线 2、不许超过额定容量 3、可靠接地 4、电流互感器副边不允许开路:电流互感器的一次测匝数远小于二次侧，如果二次侧开路，一次侧的电流就成了磁化源（I1N1-I2N2=I1N1，磁势)，使铁心过度饱和过热，并使二次侧产生高压，造成绝缘击穿。 5、电压互感器副边不允许短路:二次侧串有高阻抗的电压表，如果短路就会形成较大的电流，从而毁坏互感器。,第五任务 钳型电流表 一、钳型电流表的作用 在不切断被测电路的情况下对电流进行测量，主要用于对电动机线电流进行测量。 二、钳型电流表的工作原理 1、互感器式钳型电流表 互感器式钳型电流表主要由电流互感器、带整流装置的磁电系表头，如图2-19所示，其外型图如图2-20所示,2、互感器式钳型电流表的工作原理 它的工作原理是电流互感器的铁芯呈钳口型，握紧手把钳口张开，被测导线由缺口放入，松开把手铁芯闭合，被测导线构成电流互感器的一次边，