第2章指示仪表_____(3)电动系

2 7电动系仪表 电动系仪表是由可动线圈中电流所产生的磁场与一个或几个固定线圈中的电流所产生的磁场相互作用而工作的仪表 电动系仪表驱动装置 固定线圈 可动线圈 电动系仪表用于交流精密测量及作为标准表 与电磁系相比最大区别是以可动线圈代替可动铁芯 可以消除磁滞和涡流的影响 使它的准确度得到提高 另外电动系有固定和可动两套线圈 可以用来测量象功率 电能等这类与两个电量有关的物理量 2是可动线圈 固定在转轴上 转轴放在固定线圈缝隙之间 轴上固定着指针7和游丝6 3是空气阻尼翼片 4是阻尼箱 1是固定线圈 它分为二段 目的是为了获得较均匀的磁场 也便于改变电流量程 两固定线圈间有缝隙 一 测量机构的结构 游丝既产生反作用力矩又作为引导电流的元件 二 工作原理 定性分析 2 电动系测量机构中无铁磁物质 准确度可达0 5级以上 最大为0 1级 1 由于电动系测量机构内部的磁场也是由空心线圈产生的 因此比较弱 容易受外界磁场的干扰而产生测量误差 电动系测量机构特点 当固定线圈通以直流电流I1时 产生一磁感应强度为B的磁场 右手螺旋法则 电动系测量机构的可动部分所受的力矩为 三 直流转矩公式 若可动线圈通以直流电流I2 则可动线圈在磁场B中受到电磁力F 并在这力的作用下 它产生偏转 如图1 7 2所示 左手法则 讨论三种情况下的M的方向1 I1改变 I2不变 2 I1改变 I2不变 3 I1 I2同时变化 可见 指针偏转角 与可动线圈和固定线圈中流过的直流电流之积I1 I2成正比 与互感随偏转角的变化率成正比 游丝产生反作用力矩Ma Wa 平衡时M Ma 即 1 偏转角与直流电流的关系 如果电流I1和I2同时改变方向 电动系测量机构的转矩方向不变 因此 可以用来测量交流 设固定线圈和活动线圈分别通以正弦电流i1 i2 设 交流转矩公式 则转矩的平均值为 与直流公式只相差cos 可见 电动系测量机构的偏转取决于交流有效值的乘积 并且与cos 有关 所以可做成相位表和功率因数表 也可以做成功率表 则有 1 7 2 2 偏转角与交流电流的关系 由M M 四 电动系电流表 可见电动系电流表刻度是非均匀的 在小电流时 小于0 5A 把固定线圈和可动线圈串联起来 如图1 7 3所示 此时I1 I2 Ix 式 1 7 1 表明 偏转角与被测电流的平方成正比 四 电动系电流表 电流表的指针偏转角 与电流平方成比例 和电磁系一样 为了使仪表有足够安匝数 当被测电流为一定时 要求线圈有足够匝数 这就使得内阻和表耗功率都增大 一般电动系仪表内阻比电磁系还大 电动系电流表和电磁系一样 也不采用分流器扩程 理由与电磁系相同 常用的扩程方法是改变线圈的串并联组合 交流扩程方法则多用互感器 式中 R01为固定线圈的总电阻 R02为可动线圈的总电阻 R为与可动线圈串联的附加电阻 当被测电流大于0 5A时 可采用图如1 7 4所示的电路 即把固定线圈串联后与可动线圈 附加电阻R并联起来 I1 I2与被测电流Ix的关系为 只要R选择合适 流过可动线圈的电流I2就可以不超过游丝允许通过的电流值 加大固定线圈的导线直径 可以通过较大的电流 在此电路中 可动部分的偏转角与Ix的关系为 而采用改变线圈匝数的办法 一般把固定线圈分成几段 改变它们的串并联组合 就可以改变量限 交流电流表则多采用电流互感器扩大量限 式中 K K1K2 在电动系电压表中 可动线圈与固定线圈相互串联 与附加电阻形成测量电路 其电路如图1 7 5所示 改变附加电阻可以改变电压量限 五 电动系电压表 若某一量限附加电阻的值为Rvi 则可动部分的偏转角a为 电动系电压表偏转角a与Ux2成比例 五 电动系电压表 电动系电压表可动部分的偏转角与被测电压的平方有关 其标尺同样具有平方特性 为不均匀刻度 多量限的电动系电压表 主要是利用附加电阻的改变来实现的 附加电阻的接法见图 电动系电压表和电磁系电压表一样 既要保证线圈能产生足够的磁化力 又要尽量减少匝数 以免产生频率误差和温度误差 所以电动系电压表具有较大表耗电流 或者说它的内阻比较小 有些电压表为了适应较宽频率范围的测量 可采用并联电容 的办法 如下图所示 五 电动系电压表 在电流表的基础上串联附加电阻构成电动系电压表 六 电动系仪表技术特性 1 准确度较高 没有磁滞和涡流的影响 2 可以交直流两用 可精确测量电压 电流 功率还可以测量功率因数 频率 电容 电感和相位差 3 易受外磁场影响 固定线圈产生的磁场弱 4 仪表本身消耗的功率较大 5 过载能力小 可动线圈的电流流经游丝 6 电动系电流表 电压表的标度尺刻度不均匀 但构成功率表标度尺刻度是均匀的 七 电动系功率表 电动系测量机构有两个线圈 根据P UI 让固定线圈 与负载串联 以反映负载的电流 改称为 电流线圈 让可动线圈 串接一定的附加电阻Rv 然后与负载并联 以反映负载的电压 此时改称为 电压线圈 其电路见图 如此电动系测量机构就可以测量功率 称为功率表 功率表测直流功率 如果功率表接在直流电路上 则通过线圈 的电流I1就等于负载电流Ix 通过可动线圈 的电流I2 在附加电阻和线圈电阻保持不变的情况下 正比于负载两端的电压 即I2 UX R2 R2 Rv R 2 且I2和I1的相位差为零 由PX IxUX I1I2R2 可见功率表测直流 Px 功率表测交流功率 可见 电动系功率表既可用来测量直流功率也可以用来测量交流功率 并且可用同一刻度 如果功率表接在交流电路上 并假使附加电阻Rv较大 并联支路 电压支路 的感抗可略去不计 电流 固定 线圈电流I1 I 又由于并联支路已假定为阻性电路 I2与 同相 所以I1与I2之间的相位差角 就等于 与 之间的相位差 其相量关系见图 因此功率表在使用中 要遵循一定的接线规则 即要保证两线圈的电流都从同名端流入 例如图1 7 6所示的电压支路 可动线圈 的 号端和电流支路的 号端联在一起 这样接线方式称 前接 另一种正确的接线方式为 后接 如图1 7 7所示 1 功率表正确接线 前接法 后接法 单相测功率 直流功率的测量电路如图1 7 8所示 单相交流功率的测量电路如图1 7 9所示 一般要按图1 7 9的接表方式同时接入电流表和电压表 以监视电流和电压的量值 2 功率测量 电动系功率表可以用来测量直流功率 单相交流功率 三相有功功率 三相无功功率等 三相交流电路中有功功率的测量 三相交流电路在实际工程上应用很广 因此对三相交流电路进行功率测量尤为重要 三相功率的测量方法 三相交流电路分为完全对称电路 电源对称 负载对称 和不对称电路 而不对称电路又分为简单不对称电路 电源对称 负载不对称 和复杂不对称电路 电源和负载都不对称 跟据三相交流电路特点不同 其测量方法也不同 三相交流电路一表法测量有功功率 用一表法测量对称三相电路的有功功率 即利用一只单相功率表直接测量三相完全对称的电路中任意一相的功率 然后将其读数乘以3 便可得出三相交流电路所消耗功率 三相电路有功功率的测量 有两表法和三表法两种 对于三相三线制系统 多采用图1 7 10所示的两表法测量电路 这种测量方法不要求被测电路对称 三相总功率为两功率表的示值之和 即P P1 P2 两表法测功率 两表法测功率 两只功率表的电流线圈分别串接任意两相 但电流线圈的同名端必须接到电源侧 两功率表的电压线圈的同名端 必须分别接到各自电流线圈所在的相上 而另一端接在公共相上 只要是三相三线制 ia ib ic 0 不论负载是否对称 两功率表读数之和等于三相总功率 P P1 P2 三表法适用于三相四线制系统功率的测量 电路如图1 7 11所示 不论被测电路是否对称 三相总功率为三只功率表的示值之和 即P P1 P2 P3 三表法测功率 一般功率表标度尺上不标瓦特数 只标分格数 每一分格的瓦数即为功率表常数CP 式中 UN为所接量限的电压额定值 IN为所接量限的电流额定值 am为功率表标尺的满刻度格数 被测功率的大小 应由功率表常数CP进行换算P Cpa式中 a为功率表指针偏转的格数 3 功率表读数 例题 若电压与电流额定值分别为UN 450V IN 5A am 150DIV 测得指针偏转格数为80DIV 则被测功率为 功率表读数例题 4 功率表的选择及使用 1 功率表量限的正确选择 U I cos 2 功率表的正确接法必须遵守 同名端 发电机端 守则 3 正确测量一相 三相交流电路功率的方法 4 正确读取功率表的示值 读数 格数 仪表常数 4 功率表的选择及使用 5 功率表量程包括功率 电压 电流三个因素 功率量程表示负载功率因数cos 1 电流和电压均为额定值时的乘积 6 若cos 即使电压与电流均达额定 功率也不会达到额定值 可见功率表的量程选择 实则就是选择电流和电压的额定值 7 在实际测量中 为保护功率表 应接入电流表和电压表 以监视负载电流和电压不超过功率表的额定电压和额定电流 4 功率表的选择及使用 所以功率表应选用300V 10A量限 例 有一感性负载 其功率约为1000W 功率因数为0 8 工作在220V电路中 如用D9 W14多量限电动系功率表测量负载实际功率 应怎样选择量限 解 1 因负载工作于220V电路中 故表额定电压量程应选为300V 负载电流如下 若负载工作于110V电路中 其它条件不变 又应如何 低功率因数功率表 1 普通功率表满偏条件 Ux和Ix为额定值且cos 1 2 用普通功率表测低功率因素负载 指针偏转少 不易读数 误差大 3 低功率因素表灵敏度高 专用来测cos 0 1和cos 0 2的负载 三系指示仪表性能比较 比较项目 系别 第2章复习题2 12 电磁系仪表采用哪些措施来减少外磁干扰 磁电系为什么不需要采用措施减来少外磁干扰 13 电磁系和磁电系的过载能力有何差别 是什么原因造成的 14 用 平均 转矩公式来说明磁电系 电磁系和电动系仪表为什么能测量直流或交流 15 磁电系 电磁系和电动系电压表的刻度尺有何区别 试说明原因 19 熟练掌握电动系功率表的使用和读数 如1 22题 16 电动系功率表的接线应遵循什么规则 为什么 17 测量交流负载有功功率时可使用一表法 二表法和三表法 它们各适用什么情况下的负载 18 电动系功率表的刻度为什么是均匀的 习题选解 1 2为什么分流器要采用四端钮结构 答 为了减小接触电阻对 小阻值的 分流器的影响 1 9功率表的接线规则是什么 为何要遵循这个接线规则 答 功率表的接线规则是 电源端守则 因为电动系仪表的力矩方向与两线圈的电流方向有关 不遵守此规则 可导致指针反转 1 10有一磁电系表头 内阻为150 额定电压为45mV 现将它改接为150mA量限的电流表 问应接多大的分流器 若将它改接为15V的电压表 则应接多大的附加电阻 答案 I0 0 3mA Rf 45mV 150mA Rv 50 习题选解 1 14用内阻为50K 的直流电压表测量某直流电压时 电压表读数为100V 若改用内阻为100K的电压表测量 则电压表读数为109V 问该电路的实际电压是多少 解 解得Ux 120V 习题选解 1 17 有一个测量电路如题1 17图所示 图中u1 100sin314t V U2 35 V 分别用磁电系 电磁系和电动系电压表测量电压u1 U2 问仪表的指示各是多少 解 磁电系 u1 U2 35V 电磁系 35 100 1 414 V 电磁系 35 100 1 414 V 习题选解 解 Io 40mA 150V Io 150 40 3 75K V 3750 150 25 1 19题 某电动系电压表满偏电流为40mA 若制成150V 300V 450V 的三量限电压表 求各量限的内阻和电压灵敏度 300V Io 300 40 7 5K V 7500 300 25 习题选解 1 22有一电动系功率表 满刻度有150格 电流量限有0 1 0 5A和0 1A两种 电压量限为37 5V 75V 150V和300V四种 额定功率因数有cos 1 cos 0 1两种 试填写选用的仪表参数 37 5 1 0 25 96 75 1 1 0 0 5 89 6 300 1 0 1 0 2 77 1 10有一磁电系表头 内阻为150W 额定电压为45mV 现将它改接为150mA量限的电流表 问应接多大的分流器 若将它改接为15V的电压表 则应接多大的附加电阻 1 1磁电系测量机构的特点有哪些 1 4检流计的结构有什么特点 使用中应注