第6章_电工仪表

1、电工学电工学物电学院物电学院1/61 电工仪表电工仪表1n绪论n第1章 网络的基本分析方法n第2章 网络的正弦稳态分析n第3章 简化网络分析的原理和定理n第4章 受控源电路的分析方法n第5章 三相正弦交流电路n第6章 电工仪表n第7章 变压器n第8章 异步电动机n第9章 同步电机n第10章 直流电机n第11章 低压控制电器与控制电路n第12章 晶闸管及其应用（不讲）n第13章 安全用电电工学目录电工学电工学物电学院物电学院2/61 电工仪表电工仪表2第六章第六章n6.1 概述n6.2 磁电系仪表和电磁系仪表n6.3 电动系仪表n6.4 感应系仪表(自学)n6.5 流比计(自学)电工学电工学物电

2、学院物电学院3/61 电工仪表电工仪表3一、电工仪表的分类n指示式仪表（直读式）n比较式仪表 指示式仪表能随时指示出所测量的电气参数，可以用来测量电压、电流、功率等。6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院4/61 电工仪表电工仪表4一、电工仪表的分类n指示式仪表（直读式）n比较式仪表 比较式仪表是将被测量和已知标准量进行比较而确定被测量大小的仪表，包括直流电位差计、交流电位差计、直流电桥、交流电桥等。用来与被测量进行比较的已知标准量具有标准电池、标准电阻、标准电容和标准电感等。比较仪表借助检流计指零实现平衡，比较式测量仪器的比直读测量具有更高的精确度。6.1 6.1 概述概述电工

3、学电工学物电学院物电学院5/61 电工仪表电工仪表5常见的电测量指示仪表分类方法：1.根据仪表的工作原理可分为：磁电系、电磁系、电动系、整流系、感应系、电子系等；2.根据被测量的特征可分为：电流表、电压表、功率表、电度表、欧姆表、频率表、万用表等。3.根据被测量的性质可分为：直流仪表、交流仪表及交直流两用等仪表； 4.按仪表的使用方法可分为：台式、安装式和便携式等；5.按仪表的准确度分为：0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等；6.按仪表对外电磁场的防御能力分为I、II、III、IV 四级； 7. 按仪表的使用条件可分为：A、B、C三级。6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物

4、电学院6/61 电工仪表电工仪表6二、指示仪表的表面标记n每一个电工测量指示仪表的正面，一般是在标度盘上有多种符号的表面标记，它们显示了仪表的基本技术特性。n只有在识别它们之后，才能正确地选择和使用仪表。6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院7/61 电工仪表电工仪表7 次次 序序被测量的种类被测量的种类 仪表名称仪表名称 符符 号号 电流表电流表 毫安表毫安表 电压表电压表 千伏表千伏表 功率表功率表 千瓦表千瓦表 电度表电度表 相位表相位表 频率表频率表 欧姆表欧姆表 兆欧表兆欧表1 电电 流流2 电电 压压3 电功率电功率4 电电 能能5 相位差相位差 6 频频 率率7 电

5、电 阻阻Am mAVkVkVWkWkWf M M kWhkWh6.1 6.1 概述概述常用仪表表面上的符号及意义常用仪表表面上的符号及意义电工学电工学物电学院物电学院8/61 电工仪表电工仪表8型型 式式符符 号号被测量的种类被测量的种类磁电式磁电式整流式整流式电磁式电磁式电动式电动式电流的种类与频率电流的种类与频率电流、电压、电流、电压、电阻电阻电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压电流、电压、电电流、电压、电功率、功率因数、功率、功率因数、电能量电能量直直 流流工频和较高频率的交工频和较高频率的交流流直流和工频交流直流和工频交流直流及工频与较高频直流及工频与较高频率的交流率的交流6.1

6、6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院9/61 电工仪表电工仪表9符符 号号意意 义义3 或或 2 kV 或或 或或直直 流流交交 流流交直流交直流三相交流三相交流仪表绝缘试验电压仪表绝缘试验电压2000V仪表直立放置仪表直立放置仪表水平放置仪表水平放置仪表倾斜仪表倾斜60放置放置 60 6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院10/61 电工仪表电工仪表10n图例：见课本P.237 6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院11/61 电工仪表电工仪表11左上方的标志:直流与交流、II级防外磁场及电场、带半导体整流器和磁电系测量机构的整流系仪表、绝缘强度试验电压2

7、kV、标度尺位置为水平（放置）的。6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院12/61 电工仪表电工仪表12三、仪表的准确度n误差的产生总是难免的，产生误差的原因大致有以下几个方面：q测量仪器本身不准确q测量方法不够完善q测量时受外界因素的干扰q观察读数不准确等6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院13/61 电工仪表电工仪表13绝对误差和相对误差绝对误差AAA相对误差%100AA6.1 6.1 概述概述测量值测量值实际值实际值电工学电工学物电学院物电学院14/61 电工仪表电工仪表14相对额定误差（允许误差）%100maxNNAA：最大绝对误差maxA6.1 6.1

8、概述概述NA：仪表的量程满刻度值或额定值仪表的准确度准确度等级就是根据允许误差的纯数值来划分的。一般仪表表盘上左下角标有该仪表的准确度等级，也是它的允许误差。例如，准确度为0.5级的仪表，即表示该仪表在正常使用时，其相对额定误差不超过 0.5 电工学电工学物电学院物电学院15/61 电工仪表电工仪表15最大相对误差%100AAmaxmax6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院16/61 电工仪表电工仪表16最大相对误差与相对额定误差的关系AANNmax 由上式可见，当被测量的实际值A一定时，相对误差取决于仪表的准确度等级与其满刻度量程AN的乘积。若仪表量程相同，准确度等级愈高（

9、值愈小），则相对误差愈小；若仪表准确度相同，量程愈小，则相对误差愈小。N6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院17/61 电工仪表电工仪表17%5 . 1NA3%)5 . 1(A200maxNNII%2150200%5 . 11maxIINN%1030200%5 . 12maxIINN6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院18/61 电工仪表电工仪表18 1.25V 502.5%NmaxUUN max12.5%100%101.25 max3.1%100%401.256.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院19/61 电工仪表电工仪表19例 1：实验用电源

10、电压U=12V，用一块0.5级的多量程电压表的20V和50V挡分别进行测量时，产生的相对误差分别为多少？6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院20/61 电工仪表电工仪表20用20V量程测量12V时，产生的误差为 0.5%20/12= 0.83% 而用50V量程测量12V时，产生的误差为 0.5%50/12= 2.08% 6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院21/61 电工仪表电工仪表21小结小结n由此可见，即使采用同一块电压表测量同一被测电压，不同的电压档次所产生的相对误差也是不同的。被测量值愈是接近所选档次的满刻度量程，产生的相对误差就愈小，测量的结果就愈准确

11、。同学们在做实验时，要注意适当选同学们在做实验时，要注意适当选用仪表的量程，使仪表的读数尽量接近满刻度用仪表的量程，使仪表的读数尽量接近满刻度量程，减少测量误差。量程，减少测量误差。6.1 6.1 概述概述电工学电工学物电学院物电学院22/61 电工仪表电工仪表22指示仪表的测量机构n机构部件q产生转动力矩q产生反作用力矩q阻尼力矩n测量电路q电流表内的串联电路q电压表内的并联电路6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院23/61 电工仪表电工仪表6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表螺旋弹簧螺旋弹簧I II INS指针指针

12、永久磁铁永久磁铁圆柱形圆柱形铁心铁心O O线圈线圈电工学电工学物电学院物电学院24/61 电工仪表电工仪表24 线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F线圈受到的转矩线圈受到的转矩 T = k1IFSNF 线圈通入电流线圈通入电流 I 电磁力电磁力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，线圈和指针转动， 当弹簧的阻转矩当弹簧的阻转矩 与线圈受到的转矩与线圈受到的转矩达到平达到平衡时，可动部分停止转动，此时有衡时，可动部分停止转动，此时有 T = TC 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院25/61 电工仪表电工仪表25T =

13、 k1I kIIkk21 即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论: : 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院26/61 电工仪表电工仪表26 5.优点：优点： 刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗刻度均匀；灵敏度和准确度高；阻尼强；消耗 电能量小；受外界磁场影响小。电能量小；受外界磁场影响小。 6.缺点：缺点： 只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。只能测量直流；价格较高；不能承受较大过载。 测量直流电压、直流电流及电阻。测量直流电压、直流电流及电阻。6.2

14、 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院27/61 电工仪表电工仪表27IRRRIA000 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院28/61 电工仪表电工仪表28IRRRIA0A0 11000AnRIIRR6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院29/61 电工仪表电工仪表296.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表1 :00A IIRR解解0.100510.005120 电工学电工学物电学院物电学院30/61 电工仪表电工仪表300V

15、00RRRUU 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院31/61 电工仪表电工仪表311)(1)(000VnRUURR1)( :00V UURR解解10k1)50300(2000 0V00RRRUU 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院32/61 电工仪表电工仪表圆形线圈圆形线圈小室小室312450固定铁片固定铁片可动铁片可动铁片6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院33/61 电工仪表电工仪表33仪表的转动转矩仪表的转动转矩 T = k I

16、弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩 TC = k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比，即成正比，即 当当 T = TC 时，可动部分停止转动，时，可动部分停止转动， 即指针的偏转角即指针的偏转角 2221kIIkk 结论结论: : 指针偏转的角度与直流电流或交流电流指针偏转的角度与直流电流或交流电流 有效值的平方成正比。有效值的平方成正比。 线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 线圈通入电流线圈通入电流 I 磁场磁场 固定和可动铁片均被磁固定和可动铁片均被磁化化( (同一端的极性是相同的同一端的极性是相同的) ) 可动片因受斥力而带可动片因受斥力而带动指针转动，动指针转

17、动， 6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院34/61 电工仪表电工仪表34 4. 优点：优点： 构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量构造简单；价格低廉；可用于交直流；能测量较大的电流；允许较大的过载。较大的电流；允许较大的过载。 缺点：缺点： 刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡刻度不均匀；易受外界磁场及铁片中磁滞和涡流（测量交流时）的影响，因此准确度不高流（测量交流时）的影响，因此准确度不高。 测量交流电压、交流电流。测量交流电压、交流电流。6.2 6.2 磁电系仪表和电磁系仪表磁电系仪表和电磁系仪表电工学电工学物电学院物电学院35

18、/61 电工仪表电工仪表螺旋弹簧螺旋弹簧固定线圈固定线圈可动线圈可动线圈 产生阻尼力产生阻尼力 6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院36/61 电工仪表电工仪表36FF可动线圈可动线圈固定线圈固定线圈 固定线圈中的电流固定线圈中的电流 I1 ( ) 磁场磁场 可动线圈中的电流可动线圈中的电流 I2 ( )与磁场相互作用与磁场相互作用电磁电磁力力 F 线圈受到转矩线圈受到转矩 T 线圈和指针转动，线圈和指针转动， 仪表的转动转矩仪表的转动转矩6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院37/61 电工仪表电工仪表37弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩 TC

19、= k2 弹簧的阻转矩弹簧的阻转矩TC与指针的偏转角与指针的偏转角 成正比，即成正比，即 当当 T = TC 时，可动部分停止转动，时，可动部分停止转动， 即指针的偏转角即指针的偏转角 结论结论: : 指针偏转的角度与两个电流指针偏转的角度与两个电流( (对交流为有效值对交流为有效值) )的乘积成正比。的乘积成正比。 仪表的转动转矩仪表的转动转矩 4. 优点：优点：可用于交直流；准确度较高。可用于交直流；准确度较高。 缺点：缺点：受外界磁场影响大受外界磁场影响大。3. 用途用途 测量交直流电压、电流及功率。测量交直流电压、电流及功率。6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电

20、学院38/61 电工仪表电工仪表38二、二、功率的测量功率的测量 cos21IkI UIcosk Pk 6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院39/61 电工仪表电工仪表39AZiABZCZiBiC6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院40/61 电工仪表电工仪表40 TIUtiuTP0AACAAC1 cosd1AZiABZCZiBiC TIUtiuTP0BBCBBC2 cosd16.3 6.3 电动系仪表电动系仪表推导见推导见5.4.2不对称三不对称三相负载的功率相负载的功率电工学电工学物电学院物电学院41/61 电工仪表电工仪表41AUC

21、UBIAICIBUACUBCU cosIUll3 6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院42/61 电工仪表电工仪表42P1 P2 P1=P1+P2 60o负数负数(零零)(感性负载感性负载) 60o负数负数(零零)llIU23llIU23llIU3llIU21llIU21 =0正数正数 正数正数 (容性负载容性负载) =90o0P1=UACIAcos 1=UACIAcos( 30 )P2=UBCIBcos 2=UBCIBcos( +30 ) IUPllcos3 6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院43/61 电工仪表电工仪表43用测量有功

22、功率的两表法测三相无功功率 由于三相电路完全对称，所以两表的读数P1和P2分别为 :(1) P1=U1I1cos(30o+) (2) P2=U1I1cos(30o-) 两表读数之差为: P1-P2=U1I1cos(30o-)-U1I1cos(30o+) =U1I1sin=1/ Q 36.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院44/61 电工仪表电工仪表44将电流线圈串入任意一相，注意发电机端接向电源侧。电压线圈支路跨接到没接电流线圈的其余两相。根据功率表的原理，并对照右图，可知它的读数是与电压线圈两端的电压 、通过电流线圈的电流以及两者间的相位差角的余弦cos的乘积成正比

23、例的，即PQ=UBCIAcos 其中由于uBC与uA间的相位差等于90度，故有=90o-式中为对称三相负载每一相的功率因数角。在对称情况下UBC IA 可用线电压U1及线电流I1表示，即 PQ=U1I1cos(90o- )=U1I1sin 在对称三相电路中，三相负载总的无功功率 Q = U1I1sin 亦即 Q= PQ 可知用上述方法测量三相无功功率时，将有功功率表的读数乘上 倍即可。 =UBC iA 6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表333电工学电工学物电学院物电学院45/61 电工仪表电工仪表45功率及三相电路功率的测量功率及三相电路功率的测量重点知识点小结重点知识点小结6.3 6.3

24、电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院46/61 电工仪表电工仪表461. 对称三相电路的平均功率对称三相电路的平均功率P对称三相负载对称三相负载Z=|Z| Pp=UpIpcos 三相总功率三相总功率 P=3Pp=3UpIpcos plplIIUU ,3 :Y接接plplIIUU3 , : 接接对称三相负载对称三相负载Z一相负载的功率一相负载的功率对称三相电路平均功率：对称三相电路平均功率：一、三相电路的功率一、三相电路的功率6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院47/61 电工仪表电工仪表47注意：注意：(1) 为为相电压相电压与与相电流相电流的相位差角的

25、相位差角(阻抗角阻抗角)，不要误以为，不要误以为是线电压与线电流的相位差。是线电压与线电流的相位差。(2) cos 为每相的功率因数，在对称三相电路中即三相功率因数：为每相的功率因数，在对称三相电路中即三相功率因数： cos A= cos B = cos C = cos 。2. 无功功率无功功率Q=QA+QB+QC= 3QAIUIUQllppsin3sin3 P-对称三相电路的平均功率对称三相电路的平均功率6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院48/61 电工仪表电工仪表483. 视在功率视在功率一般来讲，一般来讲，P、Q、S 都是指三相都是指三相总和总和。4.对称三

26、相负载的对称三相负载的 瞬时功率瞬时功率所以，功率因数也可定义为：所以，功率因数也可定义为： cos =P/S (不对称时不对称时 无意义无意义)6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表PIUpppppp cos3CBA常数常数平均功率平均功率PIUpppppp cos3CBA三相：瞬时功率恒定，三相：瞬时功率恒定， 转矩转矩 m P可以得到均衡的机械力矩。可以得到均衡的机械力矩。电工学电工学物电学院物电学院49/61 电工仪表电工仪表49(1) 三表法：三表法：特殊：若负载对称，则需一块表，读数乘以特殊：若负载对称，则需一块表，读数乘以 3。*三三相相负负载载WWWABCN*CBAPPPP 三相

27、四线三相四线二、三相电路功率的测量二、三相电路功率的测量6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院50/61 电工仪表电工仪表50(2) 二表法：二表法：若若W1的读数为的读数为P1 ， W2的读数为的读数为P2 ，则，则 P=P1+P2 即为三相总功率。即为三相总功率。三三相相负负载载W1ABC*W2iA+iB+iC=0 ，为使用二表法的条件。，为使用二表法的条件。6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院51/61 电工仪表电工仪表511.对对三相四线制：三相四线制：只有在只有在 iA+iB+iC=0 这个条件下，才能用二这个条件下，才能用二表法

28、，即对称时可用。表法，即对称时可用。不能用于不对称三相四线制不能用于不对称三相四线制。3. 按正确极性接线时，二表中可能有一个表的读数为负，按正确极性接线时，二表中可能有一个表的读数为负，此时功率表指针反转，将其电流线圈极性反接后，指针此时功率表指针反转，将其电流线圈极性反接后，指针指向正数，但此时读数应记为负值。指向正数，但此时读数应记为负值。 注意：注意：2.对对三相三线制三相三线制：对不对称都用二表法（无中线，总有：对不对称都用二表法（无中线，总有iA+iB+iC=0），两块表读数的代数和为三相总功率，每块），两块表读数的代数和为三相总功率，每块表的单独读数无意义。表的单独读数无意义。4

29、. 两表法测三相功率的接线方式有三种，注意功率表的同两表法测三相功率的接线方式有三种，注意功率表的同极性端。极性端。6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院52/61 电工仪表电工仪表52(2) 用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。用两表法测电动机负载的功率，画接线图，求两表读数。解：解：例例4:Ul =380V, Z1=30+j40 , 对称负载；电动机对称负载；电动机 PD =1700W, cos =0.8(滞后滞后)。求：。求：(1) 线电流和电源发出总功率；线电流和电源发出总功率；V0220NA UA1 .5341. 440j3002201NA1A

30、 ZUI(1)DABCZ11A I2A I电动机电动机A IZDANU1ZDZ2AI1AIAI一相电路：一相电路：6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院53/61 电工仪表电工仪表53电动机负载：电动机负载：W1700cos3 A2IUPlDA23. 38 . 03803cos3 A2DlDPUPI总电流：总电流：A2 .4656. 7 9 .3623. 31 .5341. 4 A2A1A IIIAANiulIUP总总总,cos3 AkW74.13041.433 2121A1 RIPZANU1ZDZ2AI1AIAI 9 .36 ,8 . 0cos（滞后） A9 .36

31、23. 3A2 IkW44.32 .46cos56.73803 又解：又解：3.44kW1.774.1 1 DZPPP6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院54/61 电工仪表电工仪表54DABCZ11A I2A I电动机电动机(2) 两表的接法如图。两表的接法如图。W1*W2V30380oBA UA9 .3623. 3o2A IV30380 V150380ooA CCA UUA9 .15623. 3B2 IV90380oCB U6.3 6.3 电动系仪表电动系仪表电工学电工学物电学院物电学院55/61 电工仪表电工仪表55表表W1的读数的读数P1：P1=UACIA2cos 1 = 380 3.23cos( 30 + 36.9 ) = 380 3.23cos(6.9 ) =1219W表表W2的读数的读数P2：P2=UBCIB2cos 2 = 380 3.2