电工技术 主讲李锁牢

电工技术 咸阳职业技术学院精品课件 主讲 李锁牢 任务 一 了解常用电工测量仪表的结构和工作原理 学习目标 1 了解常用仪表的结构及工作原理 2 会正确选用合适的仪表和工具对电量和非电量进行测量 3 能够进行简单误差分析 重点难点 1 仪表的正确选用 2 常用仪表的结构和工作原理 电路中的各个物理量 如电压 电流 功率 电能及电路参数等 的大小 除用分析与计算的方法外 常用电工测量仪表去测量 电工测量技术的应用主要有以下优点 电工测量 1 电工测量仪表的结构简单 使用方便 并有足够的精确度 2 电工测量仪表可以灵活地安装在需要进行测量的地方 并可实现自动记录 3 电工测量仪表可实现远距离的测量问题 4 能利用电工测量的方法对非电量进行测量 一 电工测量仪表的分类 1 按照被测量的种类分类 2 按照工作原理分类 3 按照电流的种类分类 见上表 4 按照准确度分类 最大基本误差 仪表的最大量程 满标值 目前我国直读式电工测量仪表按照准确度分为0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0七级 准确度较高 0 1 0 2 0 5 的仪表常用来进行精密测量或校正其他仪表 相对额定误差 准确度是电工测量仪表的主要特性之一 仪表的准确度是根据仪表的相对额定误差来分级的 例 一准确度为2 5级的电压表 其最大量程为50V 正常情况下 可认为最大基本误差是不变的 所以被测量值比满标值愈小 则相对测量误差就愈大 如用上述电压表来测量实际值为10V的电压时 相对误差为 测量实际值为40V的电压时 相对误差为 则可能产生的最大基本误差为 在选用仪表的量程时 一般应使被测量的值超过仪表满标值的一半以上 电工测量仪表上的几种符号 一 误差类型 二 电工仪表的误差 精确度与灵敏度 误差 在测量过程中 由于仪表本身的机构 电路参数或受外界因素影响而发生变化 导致仪表批示值与实际值之间产生的差值 1 绝对误差 仪表指示值与实际值之间的差值 3 引用误差 0 绝对误差与量程之比 2 相对误差 绝对误差 与实际值比值的百分数 在实际情况下用AX代替A 称为标称或名义相对误差 二 减小或消除误差的方法 1 系统误差 选择经过校正 精确度高的仪表工具并使用正确的方法测量 2 偶然误差 增加测量次数 通过重复测量最后求出其平均值作为测量结果 3 疏失误差 提高操作者的素质 工作责任心并树立科学求实的工作作风 1 精确度 三 仪表的精确度和灵敏度 上表中数字越小者精确度越高 国家标准规定仪表的精确度等级共分七级 它与误差的对应关系如下表所示 2 灵敏度S 指针偏转角度变化量 A 为被测量的变化量 灵敏度越高 测量精确度越高 误差越小 仪表质量越好 四 电工仪表的型号 形状第一位数字 仪表面板形状的最大尺寸 形状第二位代号 仪表外壳尺寸 系列代号 仪表工作原理方式 C 磁电式 T 电磁式 便携式仪表不用形状代号 五 电工仪表测量方法 测量 将未知的被测量与已知的标准量进行直接或间接的比较 从中确定出被除数测量大小的过程 1 直接测量法 利用仪表直接获取测量结果的方法 速度快但精度低 2 间接测量法 先由仪表测出所需中间量 再用公式计算出被测量的方法 精确度高但速度慢 六 电工仪表使用注意事项 1 先仔细阅读说明书 并严格按说明书要求存放和使用 2 长期使用或长期存放的仪表 应定期检验和校正 3 轻拿轻放 不得随意调试和拆装 以免影响灵敏度与准确性 4 在测量进行中不得更换挡位或切换开关 5 严格分清仪表测量功能和量程 不得用错 更不能接错测量线路 电流表与电压表 一 电流表与电压表的工作原理 三 电压的测量 二 电流的测量 一 磁电式仪表 一 电流表与电压表的工作原理 1 结构 磁电式仪表的原理结构如图所示 固定部分 永久磁铁 极靴 圆柱形铁心 可动部分 绕在铝框上的线圈 线圈两端的轴 指针 平衡重物 游丝 永久磁铁置于可动线圈外面 可动线圈位于永久磁铁当中 整个可动部分被支承在轴承上 2 工作原理 被测电流流过线圈 线圈受电磁力矩转动 带动指针偏转 带动游丝发生弹性形变 形变与电磁力矩相等时指针静止 3 通常用来测量直流电压 电流 二 电磁式 1 结构 2 工作原理 固定部分 固定线圈 固定铁片 可动部分 可动铁处片 转动轴 指针 游丝 零位调整装置 被测电流流过线圈 两铁片被磁化而排斥 动铁片运动 指针偏转 游丝形变与偏转力矩相等时指针静止 3 通常用来测量交流流电压 电流 一 直流电流的测量 1 用直流电流表测直流电流的线路如下图所示 2 接线电流表的正端接被测电路的高电位端 负端接被测电路的低电位端 注意在仪表的允许范围内测量 二 电流的测量 3 扩大大量程 分流器的电阻值可用下式计算 式中 R分 分流器电阻值 单位为欧姆 Rg 电流表表头内阻 单位为欧姆 n 扩大量程倍数 测量较大电流时应在仪表上并联低阻值电阻制成的分流器 如下图所示 1 测量交流电流时 电流表不分极性 只要按下图串入被测电路即可 二 交流电流的测量 2 扩大量程 在工程上配电流互感器用的交流电流表量程为5A 但表盘上读数在出厂前已按电流互感器比率标出 可直接读出被测电流值 使用电流到感器时 二次侧不允许断开 铁心及二次线圈的一端应接地 测量较大电流时可加接电流互感器 其接线原理如下图所示 三 用钳形电流表测交流电流 钳形电流在测电流时不用串入被测电路 是一种使用方便的携带式仪表 1 钳形电流表的基本结构和工作原理 钳形电流表简称钳形表 主要由一只电磁式电流表和穿心式电流互感器组成 穿心式电流互感器的二次绕组缠绕在铁心上且与电流表相连 它的一次绕组即为穿过互感器中心的被测导线 旋钮实际上是一个量程选择开关 扳手的作用是开合穿心式互感器铁心的可动部分 以便使其钳入被测导线 测量电流时 按动扳手 打开钳口 将被测载流导线置于穿心式电流互感受器的中间 当被测导线中有交变电流通过时 交流电流的磁通在互感器二次绕组中感应出电流 该电流通过电磁式电流表的线圈 使指针发生偏转 在表盘标度心是指出被测电流值 其外形如右图所示 2 钳形表的正确使用 1 测量前应注意调零 3 正确选择量程 尽量让被测值超过中间刻度 2 检查钳口的开合情况 要求钳口开合自如 两边钳口结合面接触紧密 4 当被测电路电流太小时 为提高精确度 可将被测载流导线在钳口部分的铁心柱上缠绕几圈后进行测量 将指针指示数除以穿入钳口内导线根数即得实际电流值 5 测量时 应使被测导线置于钳口内中心位置 以利于减小测量误差 6 钳形表不用时 应将量程选择旋钮旋至最高量程挡 一 直流电压的测量 1 测量电路两端直流电压的线路如下图所示 2 接线电压表正端接被测电路高电位点 负端接低电位点 三 电压的测量 3 扩大量程 用图所示电路即可扩大电压表量程 所串附加电阻越大 量程越大 阻值可用下式计算 式中 R分 分压电阻值 单位为欧姆 Rg 电压表表头内阻 单位为欧姆 n 扩大量程倍数 二 交流电压的测量 1 测量交流电压时 电压表不分极性 只要按下图并入被测电路即可 2 扩大量程 测量较大电压时可加接电压互感器 其接线原理如下图所示 在工程上配电压互感器按测量电压等级不同有不同的的标准电压比率 配用互感器的交流电压表量程一般为100V 选择时根据被测电路电压等级和电压表自身量程合理配合使用 但表盘上读数在出厂前已按电流互感器比率标出 可直接读出被测电流值 使用电流互感器时 二次侧不允许短路 铁心及二次侧绕组要接地 一 电阻表及直流电阻的测量 电阻表与兆欧表 二 兆欧表及绝缘电阻的测量 三 电阻的其他测量方法 一 电阻表及直流电阻的测量 电阻表和兆欧表都是用来测电阻的仪表 只是电阻表多用于测量电气线路或设备的直流电阻 而兆欧表多用于测量它们的绝缘电阻 一 电阻表的工作原理 1 基本结构 电阻表由表头 串接的附加电阻和电源组成 其电路如下图所示 图中Rx为待测电阻 2 调零 式中 U为表头电源电压 Rg为表头内阻 R为表内串接的附加电阻 将a b两端钮短路 调节附加电阻R的阻值 使表头指针偏转到最大值的过程就是调零 电阻表测量前应先进行调零 调零时通过表头的满刻度电流为 3 工作原理 显然电流I随电阻R的增大而减小 按电阻值与电流值的对应关系刻出电阻表的刻度盘 就可以直接读出被测电阻的阻值 2 被测电阻越大 通过表头的电流越小 1 由于电流I与电阻R不成正比 所以电阻表的刻度盘是不均匀的 且为反向刻度 电阻表的刻度如下图所示 当电阻表接入待测电阻后 通过表头的电流为 1 被测电路或设备不得带电 二 电阻表的正确使用 2 每次测量和更换量程挡时 均应调零 3 测量时 直接将a b两点引出的测试笔接被测电阻或电路两端 但人体不得同时接触两个表笔接触点 以免并入人体电阻增大测量误差 4 测量时应估计电阻的大概阻值 选择合适的量程 二 兆欧表及绝缘电阻的测量 一 兆欧表的工作原理 兆欧表又称摇表 是一种测量电气设备及电路绝缘电阻的仪表 1 组成摇表外形如下图所示 由三个部分组成 手摇直流发电机 磁电式流比计及接线桩 兆欧表 用于检查电机 电器及线路的绝缘情况和测量高值电阻 2 结构 兆欧表构造示意图 两个线圈固定在同一轴上且相互垂直 一个线圈与电阻R串联 另一个线圈与被测电阻Rx串联 两者并联接于直流电源 永久磁铁 线圈 手摇直流发电机 磁场是不均匀的 3 工作原理 在测量时 通过线圈的电流 线圈受到磁场的作用 产生两个方向相反的转矩 f1 和f2 分别为两个线圈所在处的磁感应强度与偏转角 之间的函数关系 T1 k1I1f1 T2 k2I2f2 仪表的可动部分在转矩的作用下发生偏转 直到两个线圈产生的转矩平衡 当两个线圈产生的转矩平衡时 有T1 T2 即k1I1f1 k2I2f2 上式表明 偏转角 与两线圈中电流之比有关 故称为流比计 因 所以 结论 1 偏转角 与被测电阻Rx有一定的函数关系 所以 角可以反映出被测电阻的大小 2 仪表的偏转角 与电源电压U无关 所以手摇发电机转动的快慢不影响读数 二 兆欧表的选用 1 常用规格 250V 500V 1000V 2500V和5000V 2 选用原则 选用兆欧表时主要从输出电压及测量范围两方面进行考虑 高压设备和电路选电压高的兆欧表 低压设备和电路选低压的兆欧表 三 兆欧表的使用方法 1 使用前的准备 1 检查兆欧表是否能正常工作 可分两步进行 空摇兆欧表 指针应指到 慢慢摇动手柄 使 L 线路 和 E 接地 瞬时短接 指针应迅速指零 2 切断被测电路或设备的电源 3 对被测电路或设备放电 2 正确使用方法 接线桩 E 接地 L 线路 和 G 保护环或称屏蔽端子 保护环的作用是消除表壳表面 L 和 E 接线桩间的漏电和被测绝缘物表面漏电的影响 测线路绝缘电阻 L 接待测部位 E 接设备外壳 1 将兆欧表置于平衡牢固的地方 2 正确接线 测电机的绝缘电阻 L 接待测绕组 E 接电机外壳 若测两绕组间的绝缘电阻两接线端分别接两绝缘接线端 测电缆的绝缘电阻 L 接线心 E 接外壳 G 接线心与外壳间的绝缘层 3 测量时摇动手柄的转速要均匀 一般规定为120r min 误差不应超过 25 摇动1min指针稳定后再读数 若测量中发现指针指零 应立即停止摇动 4 测量完毕后 应对被测设备或电路充分放电 5 禁止在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘 6 兆欧表未停止转动以前 不可用手去触及设备的测量部分或摇表接线桩 7 定期对兆欧表进行校验 兆欧表的使用方法 使用方法 注意事项 三 电阻的其他测量方法 在电气安装和检修中 测量电阻使用最多的是万用表 对于测阻值较低的电阻 可用单臂电桥或双臂电桥 直流电桥 2 工作原理 1 电路 最常用的单臂直流电桥 惠斯登电桥 用来测量约1 到0 1M 电阻 当检流计G中无电流流过时 电桥达到平衡 电桥平衡的条件为 R1R4 R2R3 设R1 Rx为被测电阻 则 测量时 先将比臂调到一定比值 然后再调节较臂直到电桥平衡为止 单臂电桥 惠斯登电桥 一 结构及原理 电度表及电能的测量 二 电度表读数 三 电度表的接线 四 电度表的选用 电度表 用于测量负载在一定时间内所耗电能的仪表 分类 单相电度表 三相电度表 规格 2A 4A 5A 10A 20A 本节只介绍单相电度表 单相电度表外形如图所示 一 结构及原理 两个电磁铁 一个线圈匝数多 线径小 与被测电路并联称为电压线圈 另一个线圈匝数少 线径大 与被测电路串联称为电流线圈 一个铝盘 在电磁铁中因电磁感应产生感应电流 因而在磁场力作用下旋转 一套计数机构 可在铝盘的带动下转动 改变电度表面板上的读数 电路中负载越大 电流越大 铝盘旋转越快 单位时间内读数越大 在电度表面板上方有一个长方形的窗口 窗口内装有机械式计数器 从左到右依次为千 百 十 个和十分位 如下图所示 两次读数之差即为所用电的度数 二 电度表读数 电度表有四个接线桩 从左到右按1 2 3 4编号 直接接线方法一般有两种 三 电度表的接线 四 电度表的选用 选用时应注意与电器的总电流相适应 1 按编号1 3接进线 1接相线 3接零线 2 4接出线 2接相线 4接零线 2 按编号1 2接进线 1接相线 2接零线 3 4接出线 3接相线 4接零线 一 指针式万用表及其使用 万用表及其使用 二 数字万用表 MF 30型万用表的面板图 万用表 零欧姆调整 机械零位调整 转换开关 数字式万用表 一 指针式万用表及其使用 一 指针式万用表的基本结构与工作原理 1 基本结构 由电磁式表头 分流器 附加电阻 整流器 转换开关 插口及干电池组成 2 工作原理 分流器 与表头并联 扩大表头测电流时的量程 并用转换开关进行转换 附加电阻 与表头串联 扩大表头测量电压时的量程 并用转换开关进行转换 分流与分压电阻混联 获得测电阻的不同倍率挡 用于测电阻 整流器 测交流参数时将交流电变换成直流电输入表头 转换开关和插孔 选择测量项目和量程 500型万用表总电路图 二 指针式万用表的注意事项 1 使用前应充分了解万用表的性能和各条标度尺的读法和转换开关等部件的用法 2 将表头置于机械零位 3 根据被测量的大小选择合适的量程 最佳量程应使表头指针位于满刻度的三分之二左右 被测量无法估计时应从最大量程逐渐减小到合适挡次 4 测量时应根据所选挡次正确读数 5 测量完毕 应将转换开关拨到最高交流电压挡 6 应在干燥 无震动 无强磁场 环境温度适宜的条件下使用和保存万用表 对长期不用的万用表应将电池取出 三 指针式万用表的基本使用方法 1 测交流电压 1 将转换开关拨至交流电压挡 正确选择量程 若误用直流电压挡 表头指针会不动或略微抖动 若误用直流电流或电阻挡 轻则打弯指针 重则烧坏表头 损坏万用表 2 将表笔并联在被测电路或元件两端 3 严禁在测量中拨动转换开关 避免损坏万用表 2 测直流电压 直流电压的测量方法和注意事项与测量交流电压基本相同 下面只介绍不同之处 1 测直流电压时若误选交流电压挡 读数可能偏高也可能为零 若误选电路或电阻挡 仍然会造成打弯指针或烧毁表头 2 测量时要注意表笔的正负极性 红表笔接高电位端 黑表笔接低电位端 否则 万用表指针容易被撞弯 3 测直流电流 1 测量时将万用表串联到被测电路中 2 注意表笔的正负极性 红表笔接电路断口高电位端 黑表笔接电路断口低电位端 3 严禁在测量中拨动转换开关 4 测电阻 1 严禁在被测电路带电的情况下测量电阻 因为这将使被测电阻两端电压被引入万用表内部测量线路 导致测量误差或损坏表头 2 直接将表笔跨接在被测电阻或电路的两端 3 每次测量和换挡前都应调零 调零即将两表笔短接 用零欧姆调整旋钮将指针调零 4 测量时应选择合适的倍率挡 使指针尽可能接近标度尺的几何中心 5 测量中不允许用手同时触及被测电阻两端 数字式万用表结构精密 性能稳定 可靠性高 使用方便 其基本结构由测量线路及相关元器件 液晶显示器 插孔和转换开关组成 BT 890B 型万用表面板结构如图所示 二 数字万用表 DT 830型万用表的面板图 面板说明 2 电源开关 使用时将开关置于 ON 位置 使用完毕置于 OFF 位置 3 转换开关 用以选择功能和量程 根据被测的电量 电压 电流 电阻等 选择相应的功能位 按被测量程的大小性选择合适的量程 4 输入插座 将黑色测试笔插入 COM 的插座 红色测试笔有如下三种插法 测量电压和电阻时插入 V 插座 测量小于200mA的电流时插入 mA 插座 测量大于200mA的电流时插入 10A 插座 1 显示器 显示四位数字 最高位只能显示1或不显示数字 算半位 故称三位半 最大指示为1999或 1999 当被测量超过最大指示值时 显示 1 或 1 一 使用前的检查与注意事项 1 将电源开关置于ON状态 液晶显示器应有符号显示 若此时显示电池形符号 应更换表内的电池 2 表笔插孔旁的 符号 表示测量时输入电流 电压不得超过量程规定值 否则将损坏内部测量线路 3 测量前转换开关应置于所需量程 4 若显示器只显示 1 表示量程选择偏小 转换开关应置于更高量程 5 在高电压线路上测量电流 电压时 应注意人身安全 二 直流电压的测量 1 将黑表笔插入COM插孔 红表笔插入插孔 2 将功能开关 转换开关 置于直流电压范围的合适量程 3 表笔与被测电路并联 红表笔接被测电路高电位端 黑表笔接被测电路低电位端 注意 该仪表不得用于测量高于1000V的直流电压 三 交流电压的测量 1 表笔插法同 直流电压测量 2 将转换开关置于交流电压范围合适量程 3 测量时表笔与被测电路并联且红 黑表笔不分极性 注意 该仪表不得用于测量高于700V的交流电压 四 直流电流的测量 1 将黑表笔插入COM插孔 测量最大值不超过200mA电流时 红表笔插 mA 插孔 测200mA 20A范围电流时 红表笔应插 20A 插孔 2 将转换开关置于直流电流范围合适量程 3 将该仪表串入被测线路且红表笔接高电位端 黑表笔接低电位端 注意 如果量程选择不对 过量程电流会烧坏熔断器 最大测试电压降为200mV 五 交流电流的测量 1 表笔插法同 直流电流测量 2 将转换开关置于交流电流范围合适量程 3 测量时表笔与被测电路串联且红 黑表笔不分极性 六 电阻的测量 1 将黑表笔插入COM插孔 红表笔插入插孔 2 将功能开关 转换开关 置于电阻范围的合适量程 3 表笔与被测电路并联 注意 表中读数为阻值 无需乘倍率 测大于1M 电阻时 要几秒钟的稳定时间 严禁被测电阻带电 一 基本结构 功率表 二 功率表的接线 三 功率表使用注意事项 一 基本结构 功率表大多采用电动式仪表的测量机构 它与电动式电压表和电流表在结构上的区别是 其固定线圈和可动线圈不是串联成一条支路 而是将固定线圈与负载串联 称为电流线圈 可