电磁测量第三章

电磁测量第三章第1页，共53页，2023年，2月20日，星期一本章主要内容用整流式仪表直接测量用电磁系仪表直接测量用电动系仪表直接测量用静电系仪表测量电压用交流电位差计测量电压测量用互感器交流电压和电流的间接测量第2页，共53页，2023年，2月20日，星期一第一节用整流式仪表直接测量原理：二极管V1的单项导电性V2作用：反向保护整流管V1Rm:平衡负载，其值与Rg接近磁电系电流表加整流装置可构成测量交流的整流式仪表。磁电系测量机构整流电路+整流式电流/电压表整流式仪表的表盘符号V1V2RmRgIgiuttui半波整流电路电路中的电流波形一、整流电路1.半波整流电路第3页，共53页，2023年，2月20日，星期一2.全波整流电路原理：二极管的单项导电性,全桥整流电路V1、V2、V3、V4均为整流管正半周，V1、V3导通，V2、V4截止负半周，V2、V4导通，V1、V3截止流过表头电流是一脉动直流电流脉动直流交流电压iu全波整流电路V1V2V4V3全波整流电路中的电流波形ttui第4页，共53页，2023年，2月20日，星期一二、整流式仪表工作原理刻度特性：全波：0.9刻1，1刻1.11半波：0.9刻2，1刻2.22对一正弦全波整流后即半波整流整流式仪表：整流电路加上测量电路（分流或分压）流过表头的电流：脉动的直流电流表头可动部分惯性作用，指针反映电流平均值刻度：交流正弦量的有效值第5页，共53页，2023年，2月20日，星期一三、整流式电流表构成：整流电路、分流电阻和磁电系表头。设计:

参照磁电系电流表，将表头灵敏度乘以波形因数作为整流式电流表的表头灵敏度全波：半波：半波整流式电流表R1R2R3i3i2Ri1V1V2例:半波整流式电流表附加电阻计算(略)第6页，共53页，2023年，2月20日，星期一四、整流式电压表构成：整流电路、分压电阻和磁电系表头。例:半波整流式电压表附加电阻计算(略)R1R2R3u3u2u1RV1V2第7页，共53页，2023年，2月20日，星期一万用表实物图整流式仪表可用来测量交流电参量还可以制成万用表，用来测电压、电流、电阻第8页，共53页，2023年，2月20日，星期一例题例：全波和半波整流式电压表测量图示电压u,求读数分别为多少？解：基本量测量：整流后的平均值读数：整流后的平均值与波形因数乘积先求Uavu(V)100t(ms)2030全波：半波：第9页，共53页，2023年，2月20日，星期一思考：如正负半周波形对称读数是否相同？测量的正弦量存在高次谐波会怎样？电压表读数全波：半波：读数公式全波：半波：第10页，共53页，2023年，2月20日，星期一五、技术特性灵敏度高，其采用磁电式表头准确度低，整流元件不理想适于测正弦量，非正弦量产生误差修正测矩形波、三角波、其他周期波形时仪表读数例：适用频率范围，10kHz以下最小量程单独用一标尺，整流元件不理想造成u(V)wt

0计算图中电压平均之后乘以波形因数即为整流式仪表读数第11页，共53页，2023年，2月20日，星期一第二节用电磁系仪表直接测量一、电磁系仪表结构分为吸引式和排斥式吸引式电磁系仪表的结构1.指针2.阻尼翼片3.偏心铁片4.固定线圈5.游丝6.转轴排斥式电磁系仪表的结构1.游丝2.阻尼翼片3.动铁心4.静铁心5.固定线圈电磁系测量机构的磁场是由电流产生的，磁场较弱。结构上应有良好的磁屏蔽。第12页，共53页，2023年，2月20日，星期一W为线圈中储存的磁场能量：平均转动力矩M总是与通过线圈的电流有效值平方成正比二、工作原理１.转动力矩由能量平衡，铁片偏转做的机械功等于磁场能量的变化量F为铁片受到的电磁力，R为铁片最大半径,d为偏转角的变化量为铁片的偏转距离：平均转动力矩M为：瞬时转动力矩m为：第13页，共53页，2023年，2月20日，星期一２.反作用力矩产生：由游丝产生当驱动力矩和反抗力矩平衡时，M=M

，即：指针偏转特点:偏转角度与电流有效值的平方成正比刻度特点:按有效值标刻度，因此刻度不均匀。磁电系仪表的基本量测量为电流有效值的平方思考：整流式仪表刻度均匀吗？如何计算读数？（与电磁系比较）改进措施:为了改善刻度的非线性，在结构上采用特殊形状的铁心，使dL/d的变化呈某种非线性，补偿标尺刻度的平方关系，标尺在10%~100%之间基本均匀。第14页，共53页，2023年，2月20日，星期一三、电磁系电流表原理：磁电系测量机构指针随电流有效值平方偏转特点：由于电磁式仪表的游丝不通过电流，测量机构本身能测量较大的电流。因此电磁式电流表的量程越大，它的固定线圈的导线就越粗，匝数就越少，总的磁通势基本不变。

３.阻尼力矩产生：由空气阻尼器和电磁阻尼器产生阻尼力矩电流方向改变时，转矩的方向不变，电磁式仪表测量机构可以交、直流两用，测量交流时用交流有效值直接刻度的。电磁系仪表读数为有效值第15页，共53页，2023年，2月20日，星期一绕组串联绕组并联接线端子

量程：多量程电磁式电流表将固定线圈的绕组分段缠绕，利其中两个或两个以上的绕组的串、并联组合来改变量程。绕组并联时量程是串联时量程的2倍，无论选用哪个电流量限仪表内产生的总的安匝数都是一定的。两两并联再串联量程为2I四段串联量程为I四段并联量程为4I第16页，共53页，2023年，2月20日，星期一单量程电压表：在固定线圈上串联附加电阻构成的四、电磁系电压表注：L是线圈的电感，R是串联附加电阻，r是线圈电阻，ω是被测电压频率，U是被测电压有效值多量程电压表电压表中的电流

多量程电压表：在固定线圈上串联附加电阻构成的第17页，共53页，2023年，2月20日，星期一指针的偏转角α与被测电压有效值的关系:

注意：电磁系电压表附加电阻不宜过大。否则较小的励磁电流要求线圈的匝数过多，电感过大，从而导致电压表的频率误差和温度误差增大。因此，一般电磁系电压表的Su只有几十欧/伏。电磁系电压表主要用于电力系统的安装式仪表。第18页，共53页，2023年，2月20日，星期一五、技术性能1.基本量测量电流有效值平方2.灵敏度低

3.准确度低4.功耗大5.刻度特性不均匀6.频率范围直流、工频~几百赫兹7.抗外磁场能力弱8.过载能力强高压控制柜第19页，共53页，2023年，2月20日，星期一第三节用电动系仪表直接测量用通电流的固定线圈（静圈）代替磁电系测量机构的永久磁铁提供磁场，即可测量交流，也可测直流。可用来测电流、电压、功率、频率等实物图1.固定线圈2.可动线圈3.阻尼器4.指针

5.游丝14532第20页，共53页，2023年，2月20日，星期一

铁磁电动系特点：磁场强，转矩大。但磁滞和涡流损耗造成准确度不高，多用于安装式仪表。

铁磁电动系：若将固定线圈绕在铁心上构成铁磁电动系仪表电动系测量机构结构

1.固定线圈2.可动线圈3.阻尼翼片4.空气阻尼箱5.轴6.游丝7.指针一、电动系仪表结构固定线圈——用来产生磁场。可分为两部分，目的是获得较均匀的磁场。可动线圈——在磁场中受力。（与磁电系测量机构的动圈作用相同）动圈放在定圈的气隙内，并固定在转轴上第21页，共53页，2023年，2月20日，星期一二、工作原理以定圈不带铁心的电动系测量机构为例定圈一般分为两段，目的为了在定圈气隙中产生比较均匀的磁场，动圈在定圈气隙内，并固定在转轴上。假设通过定圈的电流为i1，动圈的电流为i2，

定圈也称电流线圈，动圈也称电压线圈FFI1I2B动圈受力原理1.转动力矩磁场由定圈产生B=k1i1第22页，共53页，2023年，2月20日，星期一瞬时转动力矩：

m=Bk2i2=k3i1i2注：K0为常数，为i1为i2和的初相位差角仪表只能反映平均转动力矩动圈电流和定圈磁场有关第23页，共53页，2023年，2月20日，星期一力矩平衡时，M

=Ma，得到:偏转角与两线圈中电流的有效值及其相位差余弦的乘积成正比2.反作用力矩产生：测量机构用游丝产生反抗力矩3.阻尼力矩Ma=W由空气阻尼器产生上述推导基于正弦交流，对其他波形同样成立第24页，共53页，2023年，2月20日，星期一三、电动系电流表低量限（毫安级）电动系电流表：采用将电动系测量机构的静圈与动圈相串联的方法，这种电流表的内阻很大。此时

I=I1=I2,cosφ=1则:=KI2

即与I2成正比I1：通过固定线圈的电流I2：通过可动线圈的电流I：两线圈串联后的电流使用有效值刻度，电动系电流表刻度不均匀电动系毫安表静圈动圈1、原理偏转角与两线圈通过电流有关，将动圈和定圈串联或并联，可直接测量电流第25页，共53页，2023年，2月20日，星期一定圈并联高量限的电动系电流表采用将电动系测量机构的静圈与动圈相并联的方法（图2）。2、电动系电流表的实际使用电动系安培表双量程电动式电流表:通过改变两段固定线圈的连接方式改变量程，两段线圈并联量程是串联时量程的两倍,与电磁系相似第26页，共53页，2023年，2月20日，星期一当测量大于300A的电流时需采用电流互感器配合使用，可直接在电流表上读数.

*注：电流互感器的副绕阻额定电流为5A.

例：测量500A，选100/1的电流互感器

测大电流接线注意：测量过程中，电压互感器不能短路电流互感器不能开路测电流时，电流表串联接入负载电路，接线如图电流表测负载电流电流表的实际使用第27页，共53页，2023年，2月20日，星期一电动系电压表四、电动系电压表电动式电压表是把内部定线圈和动线圈串联以后,再与附加电阻串联构成

。此时通过电压表电流为：

I=U/[R2+(wL)2]1/2注：R--电压表的总内阻,

L--总电感,

w--被测电压角频率,

U--被测电压有效值与U2成正比，电动系电压表刻度是否均匀？1、工作原理=KI2=KU2/R2

=KUU2

第28页，共53页，2023年，2月20日，星期一1）安装式仪表的单量程电压表，

一般直接与负载并联.接互感器的电压表2）当制成多量程时，可将仪表的固定线圈分段串联或并联

，同时为增加电压表内阻，仪表固定线圈与不同附加电阻串联.

注：电压互感器副绕阻额定电压为100V，例：测量600V，选定6/1互感器.

2、实际使用3）当被测量电压大于600V时，

需采用电压互感器配合使用可直接在电压表上读数.

第29页，共53页，2023年，2月20日，星期一3.频率范围直流、工频~几千赫兹4.功耗大

5.刻度特性

对于电压、电流测量，刻度不均匀。6.抗外磁场能力弱五、技术特性1.基本量测量两电流有效值及它们之间余弦的乘积。由可构成电压表、电流表、功率表、相位表。1.灵敏度较高

2.准确度较高

可达0.1级第30页，共53页，2023年，2月20日，星期一第四节用静电系仪表测量电压一、静电系测量机构定叶片动叶片阻尼片指针游丝静电系测量机构可动部分的偏转角取决于电压的平方

形成空气电容器第31页，共53页，2023年，2月20日，星期一静电系电压表扩大量程采用串联电容分压器来实现C1C2C0分压比近似为则二、静电系电压表电压表固有电容器第32页，共53页，2023年，2月20日，星期一

1．灵敏度低；

2．准确度低，易受外界电场的影响；

3．刻度不均匀；

4．交直流两用；

5．频带宽，可从0到几MHz；

6．功耗小，几乎不消耗功率；

7．便携式电压表最大量程为30kV。＞＞返回三、静电系电压表的技术特性第33页，共53页，2023年，2月20日，星期一第五节用交流电位差计测量电压一、交流电位差计的特点1．准确度低；2．输入阻抗高；3．正弦交流电压的补偿难度大。判断两个正弦电压是否相等的条件：周期或频率、振幅或有效值和初相位电压补偿的条件第34页，共53页，2023年，2月20日，星期一二、极坐标式电位差计极坐标式电位差计原理电路ARR0DiABCUx由得补偿条件为原理电路如图第35页，共53页，2023年，2月20日，星期一三、直角坐标式电位差计电压补偿的相量图未知电压可以用电压和来进行补偿；未知电压可以用电压和来进行补偿。Ux1Ux2UA1UA2UB2UB1˙˙˙˙˙˙第36页，共53页，2023年，2月20日，星期一直角坐标式电位差计的电路＞＞返回RBUA直角坐标式电位差计原理电路ADUUxUBRAR2R1

I1I2MOEMBA˙˙˙˙˙˙˙˙第37页，共53页，2023年，2月20日，星期一第六节测量用互感器

测量用互感器(仪用互感器):可把高电压和大电流变成低电压和小电流的设备，便于使用普通仪表进行测量。一、电压互感器电压互感器相当于一个降压变压器。AaxX电压互感器的符号第38页，共53页，2023年，2月20日，星期一变压比为或变差（比差）为电压互感器的准确度等级用比差表示，如0.2级的电压互感器，表示在规定条件下，比差不超过0.2%第39页，共53页，2023年，2月20日，星期一使用电压互感器应注意的问题：（1）选用电压互感器一次侧线圈额定电压应大于被测压。（2）与电压互感器配套的测量仪表选择交流电压表：

被测电压＝电压表的读数×电压互感器的变比（3）一、二次侧绝对不能接反，A、X应接被测电压，a、x应接电压表。（4）二次侧不允许短路，为防止互感器短路损坏，可在一次和二次侧安装熔断器。（5）为防止故障时二次侧电压升高，电压互感器的二次侧线圈、外壳和铁芯要可靠接地，以确保人身和设备的安全。第40页，共53页，2023年，2月20日，星期一电流互感器相当于一个升压变压器＞＞返回变流比为比差为

L1K1K2L2电流互感器的符号二、电流互感器第41页，共53页，2023年，2月20日，星期一使用电流互感器应注意的问题：（1）一次侧绕组额定电流应大于被测电流，同时电流互感器的额定电压与被测电压等级相符。（2）电流互感器配套测量仪表为交流电流表。

被测电流=电流表的读数×电流互感器的变比

（3）一、二次侧不能接反，电流表串入被测电路。（4）二次侧不允许开路，否则二次侧将产生很高的电压，可能将互感器的绝缘击穿。（5）二次侧不允许接熔断器，需要更换测量仪表时，用开关先将二次侧短路，更换仪表后再将开关打开。（6）为了人身和设备的安全，电流互感器的二次侧线圈、铁芯和外壳也要可靠接地。第42页，共53页，2023年，2月20日，星期一三、钳形电流表特点：不切断一次侧电路可测量电流，由钳形电流互感器和电流表构成。使用：当紧握手柄时，铁芯可以张开，使铁芯包围被测电流通过导线；松开手柄时，铁芯闭合，铁芯包围的导线就是电流互感器的一次侧绕组，二次侧绕组线圈在内部与电流表串联。钳形电流表结构铁芯转换开关钳形电流表在测量电流时，由于不切断一次侧电路，使用特别方便，但准确度较低，一般不超过2.0级。第43页，共53页，2023年，2月20日，星期一用交流电位差计不能直接测量交流电流，让被测电流通过一标准电阻，用电位差计测量标准电阻两端的电压，然后再换算成电流，可以实现电流的间接测量。第七节交流电压和电流的间接测量一、AC－DC变换由于没有理想的整流元件，测量结果的误差一般都比较大，因此，这种方法目前应用较少。二、用电位差计测量正弦交流电流第44页，共53页，2023年，2月20日，星期一I2·DN0N1N2I1·**电流比较仪三、电流比较仪电流比较仪的两个绕组绕在同一个铁芯上，分别通入两个电流，两电流产生的磁场方向相反。铁芯中为零磁通状态，

此时两电流比等于两匝数比。如果两电流之一为已知，可测出另一个电流。第45页，共53页，2023年，2月20日，星期一四、电风车电压传感器

·电极绝缘环叶片u电风车的结构电风车是一种验电设备，起动电压为3000V，在3000V以上，转速与外加电压基本满足线性关系，而且，外加电压越高，线性度越好第46页，共53页，2023年，2月20日，星期一电风车电压传感器的结构

u光源光敏元件光源驱动电路信号放大电路光纤光纤电风车电风车电压传感器的结构被测电压的有效值与转速的关系为

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