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项目二常用电工仪表使用 知识链接1常用电工仪表的分类和符号1 电工仪表的分类 1 按测量方法分类 分为直读式和比较式两类 直读式仪表将被测量的数量由仪表指针在刻度盘上直接指示出来 如电流表 电压表等 比较式仪表需将被测量与标准量进行比较后才能得出被测量的数量 如电桥 电位差计等 2 按被测量的种类分类 按被测量的种类可分为电流表 电压表 功率表 欧姆表 电度表 功率因数表 频率表 万用表等 3 按使用方式分类 有开关板式和可携式 4 按准确度分类 电工仪表按准确度可分为0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5和5 0共7个等级 数值越小表示准确度越高 1 5 按工作原理分类 分有电磁式 磁电式 电动式 感应式 整流式 热电式 静电式 电子式等 2 电工指示仪表的组成电工指示仪表的测量原理是通过测量线路把被测量信号转换成测量机构可以直接测量的电磁量 再转换成转动力矩产生偏转而反映在指示器上 3 电工仪表的产品型号电工仪表的产品型号可以反映出仪表的用途及工作原理 必须按有关规定的标准编制 2 图2 1安装式仪表型号含义 4 电工仪表的选择和使用 1 仪表类型的选择 按测量对象的性质选择仪表类型 首先视被测量的是直流还是交流 以便选用直流仪表或交流仪表 如果测量交流量 要注意是正弦波还是非正弦波 还要区分被测量的是平均值 有效值 瞬时值 还是最大值 对于交流量还要注意信号的频率 3 2 仪表准确度等级和量程的选择 测量结果的准确程度不仅与准确度有关 且还与量程有关 因此 在考虑准确度的同时必须考虑到量程 要根据待测量的大小 选择量程合适的仪表 以减小测量误差 3 仪表内阻的选择按测量对象和测量线路的电阻大小选择仪表内阻 仪表内阻的大小直接反映仪表本身的功率损耗 对电压表要并联在电路中 对电流表要串联在电路中 4 知识链接2万用表 万用表是一种多用途 多量程 便携式电量测量仪表 可以用于测量交直流电流 交直流电压 电阻以及音频信号电平 三极管共发射极直流电流放大系数等参数 1 万用表的使用方法 1 电压 电流档使用 测量电压时应使仪表与被测元件并联 测量电流时应使仪表与被测元件串联 表笔接插与档位适应 直流档还应注意被测量的极性 严禁以电流档测量电压 测量前根据需要对指针的位置进行机械调零 对被测量有大致的估计 粗选量程档位应按由高到低顺序进行 以指针偏转接近于2 3满刻度为参照 5 刻度盘提供两组换算比例刻线 涵盖了各档换算比例关系 读数时应根据指针相对于最小刻线之间的位置进行估计 并结合档位与刻线进行换算 交流电压挡测量结果以正弦波电压为基础 频率范围为45 1000Hz 测量2500V高压时应严格遵守安全操作规程 2 电阻档使用 测量前以及换挡时均应对电阻档进行调零 具体做法 将表笔短接 调节使指针到达电阻刻线零位置 严禁带电测量元件电阻值 储能元件 电容 放电后测量 避免双手同时触及表笔与元件的连接点 防止产生较大的测量误差 在判别某些电子元件的偏置状态时应注意 电阻档测量时 红表笔接内部电池负极 黑表笔接正极 6 知识链接3钳形电流表 钳形电流表是一种携带方便 可以在不断开电路时直接测量电流的仪表 1 钳形电流表的工作原理及结构钳形电流表由电流互感器和磁电系表头组成 其外形结构如图2 3所示 1 可开合钳口 2 手柄 3 被测载流导线 4 铁芯 5 表盘 6 量程转换开关 7 使用钳形表测量时 将量程开关转到合适位置 捏紧钳形电流表的扳手 其电流互感器的铁心便可张开 被测电流的导线穿过铁心张开的缺口 放松扳手 铁心闭合 被测电流产生的感应磁场使电流表互感器产生感应电流 带动表头指针发生偏转 指示出被测电流的数值 8 知识链接4兆欧表 兆欧表是用来检测电气设备 供电线路的绝缘电阻的 种可携式仪表 俗称摇表 也叫绝缘电阻表 使用兆欧表测量时 以120转 分速度均匀摇动手柄 表内的直流发电机发电输出额定电压 在可动线圈1与被测电阻间产生电流I1 在可动线圈2与表内附加电阻R2间产生电流I2 两种电流与磁场作用产生相反的力矩 当两个力矩平衡时 指针静止 即指针指在被测电阻的数值 图2 4兆欧表外形 9 2 兆欧表的选择选用兆欧表时 主要是选择绝缘电阻表的电压及测量范围 其额定电压一定要与被测电气设备或线路的工作电压相适应 兆欧表的测量范围也应与被测绝缘电阻的范围相适应 以免读数时产生较大的误差 3 兆欧表的使用方法在测量时 用表夹夹住被测物体上选出的两个极点 以不低于规定的速度摇动手柄 表内的手摇直流发电机能发出较高的电压 测量出被测物体在规定电压下的绝缘性 10 知识链接4功率表 功率表又称瓦特表 是电动系仪表 用于测量直流电路和交流电路中的电功率 1 功率表的工作原理和结构电功率由电路中的电压和电流决定 因此功率表的测量结构主要由固定线圈和可动线圈组成 固定线圈导线较粗 匝数较少 称为电流线圈 与被测负载串联 可动线圈导线较细 匝数较多 并串有一定的分压电阻 称为电压线圈 与被测负载并联 功率表结构原理如图2 5所示 外形如图2 6所示 11 图2 5功率表结构原理图 图2 6功率表的外形 2 功率表的使用 1 单相电路的功率测量用功率表测量功率时 需使用四个接线柱 两个电压线圈接线柱和两个电流线圈接线柱 电压线圈并联接入被测电路 电流线圈串联接入被测电路 12 前接法 的连接如图2 7 a 所示 前接法 接线的电流线圈中流过的电流是负载电流 但电压线圈两端电压包含负载电压和电流线圈的电压降 使得功率表的读数中多出了电流线圈的损耗 因此 前接法 适用于负载电阻远大于电流线圈电阻的测量 后接法 的连接如图2 7 b 所示 后接法 的电压线圈上的电压等于负载电压 但电流线圈中的电流包含负载电流和电压线圈的电流 即功率表的读数中多出了电压线圈的损耗 因此 后接法 比较适用于负载电阻远小于电压线圈电阻及大电流 大功率负载的测量 13 图2 7功率表的两种接线方式 2 三相电路功率的测量三相电路功率的测量可以采取一表法 二表法和三表法 一表法的接线如图2 8所示 此方法用于对称三相电路 即用一只功率表测出其中一相的功率 则三相功率P 3P1 图2 8一表法接线图 14 二表法接线如图2 9 a 所示 此方法适用于三相三线制电路 电路总功率等于两个功率表读数的代数和 当功率因数cos 0 5时 有一个功率表指示反向偏转 需将这只功率表的电流线圈反接 并在计算总功率时应减去这只功率表的读数 图2 9功率表接线图 三表法接线如图2 9 b 所示 此方法适用于不对称的三相四线制电路 即用三只功率表分别测出三相的功率 则三相总功率等于三个功率表之和 15 3 功率表的读数功率表的表盘上只标明分格数 选用不同的电压 电流量程时 每分格所代表的瓦特数是不相同 实际测量的功率值为 16 知识链接5直流电桥 1 直流单臂电桥的工作原理直流单臂电桥原理图如图2 10所示 电阻R1 R2 R3 Rx组成电桥的四个桥臂 其中 Rx称为被测臂 R1 R2构成比例臂 R3称为比较臂 A C两端接直流电源E B D之间有一检流计G 图2 10直流单臂电桥的原理图 17 测量电阻时 接通按钮开关SE和SG 调节R1 R2 R3 使检流计的指示为零 这时电桥达到平衡 根据电桥平衡的条件 可求得被测电阻的阻值 式中 Rx为待测电阻 R3为标准比较电阻 K R1 R2 一般情况下 惠斯登电桥的K有0 001 0 01 0 1 1 10 100 1000等 根据待测电阻大小 选择K后 只要调节R3 使电桥平衡 得到待测电阻Rx之值 18 2 直流单臂电桥的使用方法 QJ23型便携式电桥面板布置如图2 11所示 图2 11QJ23型直流单臂电桥 QJ23型电桥面板上有四个比较臂转换开关 分 1 10 100 1000四档 比较臂倍率转换开关有0 001 0 01 0 1 1 10 100和1000七档 两个按钮 E 和 G 按 E 时电源接通 按 G 则检流计接通 19 当使用外接电源时 可从面板左上角标有 E 的两个端钮接入 如需使用外置检流计时 可先用连接片将内置检流计短路 再将外置检流计接在 外接 两个端钮上 直流单臂电桥使用步骤 打开检流计锁扣 调节检流计上的机械调零旋钮 使指针指零 将被测电阻Rx接在接线端钮上 估计Rx的大小 选择合适的比例臂倍率 应使比较臂的四组电阻都用上 以得到四位有效数字 20 测量时 先按电源按钮E 再按检流计按钮G 通过调节右面四个比较臂旋钮使检流计的表针指零 指针若向 十 移动 应增大比较臂电阻 若向 一 移动 则应减小比较臂电阻 则右面四个比较臂的四组数字 个 十 百 千 相加后 乘以倍率转换开关的所选值 得数即为所测电阻值 调节完后 先松开检流计按钮G 再松开电源按钮E 以防被测对象产生感应电动势损坏检流计 测量结束后 切断电源 拆除所测电阻 锁上检流计锁扣 以免表针受震动而损坏 21 1 直流双臂电桥的工作原理直流双臂电桥的工作原理如图2 12所示 被测电阻Rx与R4共同组成一个桥臂 标准电阻Rn和R1组成另一个桥臂 Rn和Rx均采用四端接法 P1 P2 P1 P2 是电压端 通常接测量用的高电阻回路或电流为零的补偿回路 C1 C1 两个电流端 接电源回路 从而将这两端的引线电阻 接触电阻折合到电源回路的其它串联电阻中 C2 C2 两个电流端的附加电阻和连线电阻总和为r 只要适当调整R1 R2 R3 R4的阻值 就可以消除r对测量结果的影响 22 图2 12直流双臂电桥的工作原理 双臂电桥的平衡条件为 23 2 直流双臂电桥的使用方法QJ42型直流双臂电桥的面板图如图2 13所示 面板左端有四个接线端钮 P1 P2为电压端钮 C1 C2为电流端钮 面板的左上方是倍率选择开关 有五档 检流计下面是电源按钮 SE 和检流计按钮 SG 面板的右上角是外接或内部电源选择开关和外接电源端钮E外的 端子 右下角是比较臂电阻调节盘 可在0 5 11 范围内调节 24 测量时 被测电阻Rx的每端接出两根引线 一端接在C1 P1上 另一端接在C2 P2上 按照与前面介绍的使用单臀电桥相同的步骤 调节至检流计平衡后 用比较臂电阻值乘以倍率 即得到所测的电阻值 25 项目三常用低压电气设备选用与检修 知识链接1低压电器分类及产品型号 常用低压电器的分类 26 低压电器产品型号通常由以下几个部分组成 1 类组代号 用汉语拼音表示 最多三位 2 设计代号 用数字表示 位数不限 两位及两位以上时 首位表示应用场合 例如9表示船用 3 特殊派生代号 用汉语拼音字母表示 最好一位 表示全系列在特殊情况下变化的特征 一般情况下无此代号 4 基本规格代号 用数字表示 位数不限 5 派生代号 用汉语拼音字母表示 最好一位 表示系列内个别变化的特征 加注特殊字母对照表 6 辅助规格代号 最好用数字表示 位数不限 7 热带产品代号 27 知识链接2主令电器 1 控制按钮控制按钮简称为按钮 是最常用的主令电器 按钮的结构示意图如图3 1所示 图形符号 文字符号如图3 2所示 图3 1按钮的结构 1 按钮帽 2 复位弹簧 3 动触头 4 常闭触头 5 常开触头 图3 2按钮的图形和文字符号 a 常开触头 b 常闭触头 c 复式触头 28 按钮的颜色规定如下 1 停止和急停按钮 红色 2 起动按钮 绿色 3 点动按钮 黑色 4 起动 停止交替按钮 黑色 白色或灰色 不能是红色和绿色 5 复位按钮 蓝色 当兼有停止作用时 必须用红色 2 行程开关行程开关又称为限位开关 利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令 以控制设备的运动行程或运动方向 行程开关从结构上可分为操作机构 触头系统和外壳三个部分 其结构如图3 3所示 图形符号 文字符号如图3 4所示 29 图3 3行程开关的结构 a 径向传动杆式 b 单轮式 c 双轮式 d 结构 图3 4行程开关的图形和文字符号 a 常开触头 b 常闭触头 30 3 万能转换开关万能转换开关由多组相同结构的触头组件叠装而成的多档位 多段式 控制多回路的主令电器 主要用于各种控制线路的转换 电气测量仪表的转换 小容量电动机的起动 调速 换向控制 图3 5万能转换开关的单层结构 图3 6万能转换开关的图形符号 31 4 主令控制器主令控制器用来按顺序频繁切换多个控制电路 其结构示意图如图3 7所示 主要由转轴 凸轮轴 触头 定位机构和手柄等部分组成 图3 7主令控制器的结构1 7 凸轮块 2 接线柱 3 静触头 4 动触头 5 支杆 6 转轴 8 小轮 32 知识链接3熔断器 1 熔断器的结构熔断器主要包括熔体和熔座两部分 2 熔断器分类 1 瓷插式熔断器 多用于低压分支电路的短路保护 2 螺旋式熔断器 多用于机床电气控制线路的短路保护 3 密闭管式熔断器 封闭管式熔断器可分为有填料 无填料 快速和自复式 33 3 熔断器的选择 1 类型 根据电气控制系统的线路要求 使用场合和安装条件等选择熔断器的类型 2 额定电压 熔断器的额定电压应不小于线路的工作电压 3 额定电流 熔断器的额定电流大于或等于所装熔体的额定电流 4 熔体额定电流 熔体额定电流的选择应遵循以下原则 保护一台电动机时 熔体的额定电流要求 式中 IN为电动机的额定电流 IfN为熔体的额定电流 34 保护多台电动机时 熔体应在出现尖峰电流时不致于熔断 通常将容量最大电动机的起动 其他电动机正常运行时出现的电流视为尖峰电流 熔体的额定电流要求 电路上下级都设短路保护时 两级熔体额定电流的比值不小于1 6 1 照明 电阻等电阻性负载时 熔体额定电流要求 35 知识链接4开关电器 低压开关电器主要用于不频繁地接通和分断低压供电线路 起着控制 保护 转换和隔离的作用 常用低压开关的主要有刀开关 组合开关和低压断路器等 1 刀开关刀开关的种类很多 带熔断器的负荷开关最常用 1 开启式负荷开关 图3 10开启式负荷开关结构和电路符号 36 开启式负荷开关的结构简单 价格便宜 在一般的照明电路和功率小于5 5kW的电动机控制线路中被广泛采用 37 2 封闭式负荷开关 封闭式负荷开关的外壳多为铸铁或用薄钢板冲压而成 故也称为铁壳开关 图3 11封闭式负荷开关的结构和电路符号 封闭式负荷开关的灭弧性能 操作性能 通断能力和安全防护性能都优于开启式负荷开关 可用于额定电压在500V以下 额定电流200A以下的电气装置和配电设备中作不频繁地操作和短路保护 也可作异步电动机的不频繁地直接起动及分断用 38 2 组合开关组合开关又称为转换开关 它体积小 触头对数多 接线方式灵活 组合开关的操作机构采用了扭簧储能 可使触头快速闭合或分断 从而提高了开关的通断能力 39 图3 12组合开关的外形 结构和符号 组合开关常在电气线路用于手动不频繁的接通和断开电路 换接电源和负载 也可用来直接控制小容量异步电动机非频繁起动 停止和正反转 用于直接控制异步电动机的启动和正 反转时 一般选择额定电流为电动机额定电流1 5 2 5倍的组合开关 40 41 3 低压断路器低压断路器简称断路器 又叫自动空气开关 图3 13低压断路器的结构和符号1 按钮 2 电磁脱扣器 3 自由脱扣器 4 动触头 5 静触头 6 接线柱 7 热脱扣器 低压断路器具有多种保护功能 故障动作后不需要更换元件 动作电流可按需要整定 工作可靠 安装方便 分断能力强 42 43 44 知识链接5接触器 1 接触器结构及工作原理接触器主要由电磁系统 触头系统 灭弧装置及辅助部件等组成 图3 15交流接触器外形和结构示意图1 常开触头 2 常闭辅助触头 3 常开辅助触头 4 衔铁 5 吸引线圈 6 铁芯 45 1 电磁系统 交流接触器的电磁机构由线圈 动铁心 衔铁 和静铁心组成 其作用是利用电磁线圈的通电或断电 产生电磁吸力 使衔铁和铁心吸合或释放 从而带动动触头与静触头闭合或分断 实现接通或断开电路的目的 2 触头系统 触点是接触器的执行部分 根据用途的不同 触头可以分为动合触点和动断触头 按功能不同可分为主触点和辅助触点 按照结构型式 可分为桥式和指式触头 3 灭弧装置 接触器的触头在分断电路时 触头间隙中由电子流产生弧状的火花 称为电弧 电弧会烧伤触头 并使电路的切断时间延长 严重时甚至会引起短路 触电或其他事故 10A以上的接触器都有灭弧装置 一般采用半封式纵缝陶土灭弧罩 并配有强磁吹弧回路 46 4 其他部件 包括反作用弹簧 缓冲弹簧 触点压力弹簧 传动机构及外壳等 交流接触器工作原理 各部件的电气符号如图3 16 3 17所示 图3 16交流接触器工作原理图 图3 17接触器电气符号 a 线圈 b 主触头 c 辅助触头 47 2 交流接触器的型号和参数常用的交流接触器有CJ0 CJ10及CJ20等系列 有国外引进的B系列 3TB系列 另外 还有CJK1系列真空接触器及CJW1 200A N型晶闸管接触器 1 额定电压和额定电流 额定电压指主触点额定工作电压 应等于负载的额定电压 额定电流指接触器触点在额定工作条件下的电流值 2 额定工作制 长期工作制 间断长期工作制 反复短时工作制 短时工作制 3 通断能力 可分为最大接通电流和最大分断电流 最大接通电流是指触点闭合时不会造成触点熔焊时的最大电流值 最大分断电流是指触点断开时能可靠灭弧的最大电流 一般通断能力是额定电流的5 10倍 48 4 动作值 可分为吸合电压和释放电压 吸合电压是指接触器吸合前 缓慢增加吸合线圈两端的电压 接触器可以吸合时的最小电压 释放电压是指接触器吸合后 缓慢降低吸合线圈的电压 接触器释放时的最大电压 5 操作频率 一般为每小时允许操作次数的最大值 49 3 接触器的选择 1 根据接触器所控制的负载性质来选择接触器的类型 如交流负载选用交流接触器 直流负载选用直流接触器 2 接触器的触头数量和种类应满足主电路和控制线路的要求 3 根据被控对象和工作参数如电压 电流 功率 频率及工作制等确定接触器的额定参数 4 常见故障分析 50 51 52 知识链接6继电器 继电器是具有隔离功能的自动开关元件 一般用于控制和保护电路 它可以根据电量和非电量 如电压 电流 时间和速度等 的变化来接通或分断小电流电路 继电器的种类很多 按照它的作用可分为控制继电器和保护继电器两大类 中间继电器 时间继电器和速度继电器等一般作为控制继电器 热继电器 电压继电器和电流继电器等作为保护继电器 按照工作原理可分为电磁式继电器 感应式继电器 热继电器 晶体管式继电器等 按照输出方式可分为有触点和无触点式 53 1 电磁式继电器电磁继电器工作原理与接触器相似 由铁心 电磁线圈 衔铁 复位弹簧 触点 支座及引脚等组成 如图3 18所示 图3 18电磁继电器结构示意图1 电磁线圈 2 铁心 3 衔铁 4 常开触头 5 常闭触头 6 复位弹簧 54 电磁式继电器根据反映的参数可分为电压继电器 电流继电器和中间继电器等 1 电流继电器 电流继电器的线圈串联在电路中 以反应电路电流变化 实现过 欠 电流保护 电流继电器的电气符号如图3 19所示 其中 图 a 是过电流继电器 图 b 是欠电流继电器 a b 图3 19电流继电器电气符号 55 电流继电器可分为过电流继电器和欠电流继电器 过电流继电器在电路正常工作时不动作 当电路电流超过某整定值 通常为1 1 4倍额定电流 时才动作 达到过电流保护作用 欠电流继电器在电路正常工作时动作 当电流降低到某整定值 额定电流的10 20 时释放 2 电压继电器 电压继电器的线圈并联在电路中 以反应电路电压变化 实现过 欠 电压保护 电压继电器的电气符号如图3 20所示 其中 图 a 是过电压继电器 图 b 是欠电压继电器 a b 图3 20电压继电器电气符号 56 3 中间继电器 中间继电器实质上也属于电压继电器 通过它可以增加控制回路数目或起信号放大作用 所以中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路 用来弥补主继电器触点的不足或容量不足 也可用来直接控制小容量电动机或其他电气执行元件 2 热继电器热继电器主要用于对电动机长时间连续运行时过载和断相保护 以及其他电气设备发热状态的控制 1 热继电器的结构和工作原理 三相结构的热继电器外型及电气符号如图3 21所示 热继电器结构如图3 22所示 57 图3 21双金属片热继电器外型及电气符号 图3 22双金属片热继电器结构图 1 压簧 2 凸轮 3 杠杆 4 固定转轴 5 补偿金属片 6 推杆 7 9 片簧 8 手动复位按钮 10 弓簧 11 调节螺钉 12 触头 13 主双金属片 14 热元件 15 导板 58 2 热继电器的主要技术参数 额定电压 指触点的电压值 热继电器选择时要求额定电压大于或等于触点所在线路的额定电压 额定电流 热继电器的额定电流是指允许装入的热元件的最大额定电流值 额定电流应大于电动机的额定电流 热继电器的整定电流 热继电器的整定电流是指热继电器的热元件允许长期工作不引起动作的最大电流值 热继电器常见故障分析 59 60 3 时间继电器时间继电器是按照设定的时间控制触头延时闭合或延时断开的继电器 主要作为辅助电器元件 用于各种电气保护及自动装置中 使被控元件达到所需要的延时 时间继电器的电气符号如图3 24所示 61 图3 24时间继电器电气符号 62 时间继电器种类很多 常用的有电磁式 空气阻尼式 电动式和晶体管式等 常用的空气阻尼式时间继电器根据触电延时特点可分为通电延时型和断电延时型两种 图3 25 a b 分别为JS7系列通电延时型时间继电器的外形和结构示意图 图3 25JS7系列通电延时型时间继电器外型和结构1 延时调节螺钉 2 橡皮膜 3 活塞杆 4 7 微动开关 5 杠杆形撞块 6 托板 8 衔铁 9 固定螺钉 10 复位弹簧 11 线圈 12 铁芯 6