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第四章电动系仪表 第三节功率表 第四节频率表 相位表和功率因数 第一节电动系测量机构 第二节电动系电流表和电压表 学习目标 2 理解电动系电流表和电压表的测量线路 1 了解电动系测量机构的结构 工作原理 技术特性 3 掌握以它们的使用与维修方法 第一节电动系测量机构 图4 1电动系测量机构的结构示意图 一 结构和工作原理 1 结构 有两个线圈 固定线圈 定圈 和可动线圈 动圈 如图4 1所示 第一节电动系测量机构 2 工作原理 设定圈中通过电流为I1 动圈中通过电流为I2 磁场方向由右手螺旋定则确定 转动力矩M与电流I1和I2的乘积成正比 即 图4 3转动力矩产生的示意图 第一节电动系测量机构 当用于交流电路的测量时有 当可动部分偏转一角度 而达到平衡 游丝反作用力矩为Mf D 根据M Mf I1 I2为定圈和动圈中电流的有效值 4 1 为定圈中电流与动圈中电流之间的相位差角 当用于交流电路的测量时有 当用于直流电路的测量时有 4 1 易受外磁场干扰 可以交直流两用 电动系功率表刻度均匀 能构成多种线路测量多种参数 准确度高 二 技术特性 第一节电动系测量机构 仪表本身消耗功率大 过载能力小 电动系电流表电压表刻度不均匀 第二节电动系电流表和电压表 图4 4电动系电流表原理电路 一 电动系电流表 电流表指针的偏转角正比于被测电路的平方 即 电动系电流表通常做成双量程的便携式仪表 所以 电动系电流表标度尺的刻度具有平方规律 其起始部分刻度较密 而靠近上量程部分较疏 第二节电动系电流表和电压表 二 电动系电压表 图4 7三量程电压表的测量线路 由于电压表测量时的电流较小 所以电动系电压表的线圈匝数较多 电动系电压表通常做成多量程的便携式仪表 图4 6电动系电压表原理电路 当附加电阻一定时 通过测量机构的电流与仪表两端的电压成正比 第三节功率表 图4 8电动系功率表的原理电路 一 电动系功率表 1 结构和工作原理 测量功率时 定圈A与负载串联接入被测电路 动圈D与附加电阻Rj串联后接入电路 下面介绍电动系功率表的工作原理 第三节功率表 对于一个已制成的功率表来说 R2是一个常数 得出 即 1 用于直流电路的测量时 通过定圈电流 4 3 2 用于交流电路的测量时 通过定圈电流等于负载电流 即 第三节功率表 由式 4 2 可得 由于电压支路中附加电阻Rj的阻值总是比较大 在工作频率不太高时 动圈的感抗相比之下可以忽略不计 即 图4 9功率表向量图 而通过动圈的电流与负载电压成正比 式中 Z2电压支路的复阻抗 4 4 2 多量程功率表 需要注意的是 功率表的不同量程是通过选择不同的电流量程和电压量程来实现的 图4 10用连片改变功率表的电流量程 第三节功率表 1 电流的两个量程的实现如图4 10所示 3 功率表的选择及使用方法 功率表标有 号的电压端钮可以接至电流端钮的任意一端 而令一个电压端则跨接至负载另一端 功率表的电压支路是并联接入被测电路的 第三节功率表 2 功率表的正确接法必须遵守 发电机端 的接线规则 即 1 正确选择功率表量程 功率表标有 号的电流端必须接电源一端 而另一个电流端则接至负载端 电流线圈串联接入电路 第三节功率表 功率表常出现的错误接线如图4 13所示 功率表正确接线如图4 12所示 图4 13功率表的错误接法 图4 12功率表的正确接法 第三节功率表 3 功率表接线方式的正确选择 功率表有两种不同的连线方式 即电压线圈前接和电压线圈后接 如下图 电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路电阻小得多的情况 电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈电阻大得多的情况 第三节功率表 下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表 1 具有补偿线圈的低功率因数功率表 4 低功率因数功率表 用于测量功率因数较低的交流电路的功率 它也可以用来测量交直流电路中的小功率 4 功率表的正确读数 图4 15具有补偿线圈的低功率因数功率表 第三节功率表 注意 低功率因数功率表的接线和使用方法与普通功率表基本相同 但设计时使其标度尺的满刻度是在额定电流IN 额定电压UN和额定功率因数 N cos N 下刻度的 因此读数时其分格常数应按下式计算 2 应用补偿电容的低功率因数功率表 图4 16带有补偿电容的低功率因数功率表 3 带光标指示器的张丝式低功率因数功率表 4 7 二 三相功率表 第三节功率表 1 三相功率的测量方法 三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同 有三相三线制和三相四线制两种系统 而每一种系统在运行时又有如下图几种情况 根据三相电路的特点 有以下几种测量方法 1 一表法 3 三表法 2 两表法 第三节功率表 图4 20三表法测量三相四线制电路的有功功率 图4 17一表法测量对称三相电路的有功功率 图4 19两表法测量三相功率的线路 第三节功率表 工作原理与单相功率表相同 在结构上分为二元三相功率表和三元三相功率表 2 三相有功功率表 图4 22二元三相功率表的接线方法 图4 21二元三相功率表的内部电路 第三节功率表 3 三相无功功率表 图4 24无功功率的测量原理 交流电路的无功功率页可以用有功功率表测量 因为 线电压与相电压之间恰有90 的相位差 如果将图4 25 a 线路中单相功率表的接线改为图4 26 a 所示电路 如下图 第三节功率表 图4 26测量三相无功功率的接线图和向量图 图4 25测量三相有功功率的接线图和向量图 而三相对称负载的电路中 无功功率 4 7 此时功率表的读数 第三节功率表 三相电路无功功率的测量方法很多 这里介绍最常用的两种 1 用三个有功功率表测量 图4 27 图4 27三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图 总的无功功率为 第三节功率表 2 铁磁电动系无功功率表 图4 28铁磁电动系无功功率表的线路图 两表跨接法只适用对称负载的三相三线制交流电路 而量表人工中性点法可用于对称及不对称电路 铁磁电动系无功功率表通常都做成安装式仪表 如图4 28所示 第四节频率表 相位表和功率因数表 图4 29电动系比率表的结构图 一 电动系比率表 结构如图4 29所示 具有以下特点 1 两个线圈分别产生转动力矩和反作用力矩 2 有一个分为两段烧制的定圈 用来建立工作磁场 3 指针偏转角 与定圈电流和动圈电流乘积成正比 4 11 第四节频率表 相位表和功率因数表 5 不受外界因素的影响 电源电压 温度 外磁场等 4 没有游丝 电路接通前 指针可以再任意位置 I1 I2为动圈1 2中的电流 1与 2为定圈电流与和的相位差 二 电动系频率表 第四节频率表 相位表和功率因数表 图4 30电动系频率表测量线路 测量线路如图4 30所示 4 12 当频率表接入电压为的被测电路后指针的偏转角 与两个动圈的关系是 第四节频率表 相位表和功率因数表 指针的偏转可能出现三种情况 上式说明 仪表指针的偏转角 只与频率f有关 3 指针从中心位置向左偏转时 0 tan 0 被测频率f与串联谐振频率f0小 1 停留在标尺中心位置 支路中R L C串联电路谐振 被测频率f与串联谐振频率f0相等 2 指针从中心向右偏转时 0 tan 0 被测频率f与串联谐振频率f0大 三 电动系相位表和功率因数表 第四节频率表 相位表和功率因数表 电动系相位表和功率因数表的工作原理 测量线路完全相同 所不同的是 相位表的标度尺是按来那个被测交流量的相位差 刻度 而功率因数表按cos 刻度 图4 32单相相位表的测量线路 图4 32单相相位表的测量线路 第四节频率表 相位表和功率因数表 假设被测负载是一个感性负载 则负载电流 即流过定圈的电流 滞后于电压一个角度 由于动圈B1支路中有电感L1 因此流过动圈B1的电流滞后于电压一个角度 而动圈B2支路中串联的是一个纯电阻 因此与电压同相 由此可得 4 13 第四节频率表 相位表和功率因数表 4 在频率范围内使用 3 单相相位表的接线