电能计量（三岗）专业基础知识（1-7）、专业知识（8-11章）课件.ppt

1、第一篇 电工基础知识第一章 直流电路,第一节 直流电路 一、电流 1、定义：导体中的自由电子在电场力的作用下作有规则的定向运动。 2、大小：单位时间内通过导体截面的电量。 IQ/t =C/s 3、方向：正电荷的移动方向。 4、单位：KA、A、mA 1KA=1000A 1A=1000mA,二、电位和电压 1、电位：单位正电荷在电场中移动，电场力所作的功。 2、电位的单位：V（伏特） 3、参考点：在电场中电位等于零的点。电位高于零点位的点，电位为正；电位低于零点位的点，电位为负。系统中常以大地作为参考点。 4、电压：电场中任意两点的电压，等于该两点的电位差。 5、电压的单位：KV、 V、mV 6、

2、电压的方向：高电位指向低电位点。（电压降低的方向） 7、与参考点的关系：电位与参考点的选择有关；电压与参考点的选择无关。,、电压与电位的关系 Uaba- b 三、电势 、电势 外力将单位正电荷从负极移到正极所做的功。 、单位 伏，V 、方向 负极指向正极，与电压相反 、与电压的关系 大小相等、方向相反,第二节欧姆定律,一、电路元件和导体的电阻 、电路的基本元件 ）有源元件：电池、发电机 ）无源元件：电阻、电感、电容 、电阻和电阻率 1）电阻（R）：在电场力的作用下，电流在导体中流动时所受的阻力。 2）单位：M、K、 1M=1000000 1K=1000 3）电阻的大小：R=L/S 与导体的长度

3、和横截面有关。,4）电阻率：与材料性质有关，电阻率越小，导电性能越好。 5）电阻率单位： mm2/m 6）电阻与温度的关系：温度升高，导体中分子运动加快，电子与分子碰撞机会增多，导致导体的电阻增大。 二、外电路欧姆定律 元件上的电压与电流的参考方向一致 在一段电路中，流过电阻R的电流I与电阻两端的电压U成正比，与这段电路的电阻成反比 IU/R URI R=U/I 三、电能和功率,、电能（W） 电流通过导体时所做的功 WUIt=RI2t=U2t/R 单位：焦耳（J）电能单位(kWh） 1kWh=3.6106J 、功率（P） 单位时间内电流所做的功。 单位：kW、W 1kW=1000W 功率的表达

4、式： P=A/t=UIRI2U2/R,四、全电路欧姆定律 在一个闭合电路中，电流与电源的电势E成正比，与电路中电源的内阻r和外电阻R之和成反比。 I=E/（R+R0） 五、电路的三种工作状态 、空载状态 开关K断开，负载电流I为，电源不向外电路提供能量。,、负载状态 开关K闭合，有电流，发电机向负载传送能量 、短路状态 负载电阻被短接时 特点：短路电流很大； 短路两点的电压为,第三节电路的计算,一、简单电路的计算 、电阻的串联 等效电阻 RR1+R2+R3 分压公式 U1R1U/R U2R2U/R U3R3U/R 电压与电阻成正比,、电阻的并联 等效电阻 1/R=1/R1+1/R2+1/R3

5、两个电阻的并联 RR1R2/(R1R2) 分流公式：通过各支路电流与其电阻成反比 即I1/I2=R2/R1。 、混联电路,分析计算混联电路的方法： 1）应用电阻的串联、并联逐步简化电路，求出电路的等效电阻。 2）由电路的等效电阻和总电压，根据欧姆定律求电路的总电流。 3）根据欧姆定律以及分压、分流规律由总电流求各支路的电流和电压。 二、基尔霍夫定律 1、节点：电路中三条及三条以上电路的连接点 2、支路：两个节点之间的电路元件。 3、回路：由数条支路所够成的闭合电路。,4、基尔霍夫第一定律（KCL） 流入节点的电流代数和为零。即I=0 或流入节点的电流等于流出节点的电流。 即I入= I出 如图所

6、示：II5I40 或 I6I5 I4 I3-2.5AI41A 特殊情况：对封闭曲面也适用（广义节点）,5、基尔霍夫第二定律（KVL） 在闭合回路中，所有电压的代数和为零。 即U=0 或在闭合回路中电压升等于电压降 即U升= U降 U1U2U3U40 U1U2 U3U4,三、电流源、电压源及其变换 1、电压源：实际电源的一种模型。 E=U+rI 若内阻为零，理想电压源：E=U，其电流由外电路决定。 2、电流源：实际电源的一种模型。Is=U/r+I 若内阻为无穷大，理想电流源： Is=I其电压由外电路决定。 3、电流源与电压源的等效变换 条件：Is=E/r （ErIs）内阻不变，由串联变为并联。

7、注意：理想电压源与理想电流源等效不能变换。,第五节等效发电机原理和节点电位法,一、等效发电机原理 任何一个有源二端电路，都可以用一个等效电压源与电阻的串联来等效代换。电压源的电压等于二端电路的开路电压，电阻等于有源二端电路变为无源二端电路时的入端电阻。 二、节点电位法 具有两个节点的电路，两个节点的电压 Uab=（E1G1-E2G2+E4G4）/（G1+G2+G3+G4） G上电导，电阻的倒数,、如图所示，求电流I1、I2 、如图所示，求各电阻的功率P1、P2、P3 、一只量程为100A的1.0级直流微安表，内阻是800,现改成1A的电流表，求表头上并联的分流电阻R是多少？,、一只内阻为100

8、，量程为500A的1.0级微安表，改成5mA和50mA两个量限的毫安表，求分流电阻R1与R2。 、有一只旧毫安表，已知其内部接线如图所示，表头满刻度电流为500A，改成量限为300V的电压表，求在外电路串联的电阻值,第二章 电场与磁场基本知识第一节磁的性质和电流的磁场,一、磁的性质 1、磁化：铁磁物质带磁性的现象 2、磁场：有N、S两个磁极，磁力线的方向从N指向S（外部）。无头无尾的闭合线，磁场越强，磁力线越密。 3、磁场方向：磁力线的切线方向。 、相互作用：同性相斥，异性相吸 二、电流的磁场 1、长直导线磁场：方向由右手定则确定 2、螺旋管的磁场：方向由右手螺旋定则确定,三、磁通量与磁密 1

9、、磁通量：垂直穿过截面S磁力线的总数。用表示，单位是Wb（韦伯） 2、磁通密度B：穿过单位面积的磁力线，B=/ST 3、磁链：磁力线的总数N 4、磁动势：F=NI 单位A（安匝） 5、磁阻：磁通在空间流动所遇到的阻力。 6、磁路：磁通集中经过的路径。 四、电气设备的磁路 1、电机磁极：励磁绕组产生，方向由右手螺旋定则确定。 2、发电机的磁路：直流励磁 3、变压器的磁路：交变磁场（脉振磁场）,第二节 感应电势和载流导体受力,一、发电机和电动机工作原理 1、发电机的工作原理 电磁感应定律：导体在磁场中运动切割磁力线，产生感应电势。 大小 E=BLV（V） 方向：右手法则 2、电动机的工作原理 电磁

10、力定律：载流导体在磁场中受到电磁力的作用 大小： F=BLI（N） 方向：左手法则,、改变发电机电势的方向 ）磁场方向不变，改变发电机的导体运动方向 ）导体运动方向不变，改变磁场方向 两个方向不能同时改变 、改变电动机旋转的方向 ）磁极不变，改变通入导体中电流的方向 ）通入导体中电流的方向不变，改变磁场方向 、异步电动机工作原理 电磁感应、电磁力定理,异步电动机的转动方向与旋转磁场的方向相同,二、自感与自感电势 1、自感：在线圈中产生自感电势和自感电流的现象。 2、大小：法拉第电磁感应定律 3、方向：愣次定律 e =-/t 三、互感与互感电势 、互感：一个线圈的电流在另一个线圈中产生电势和电流

11、的现象 、法拉第电磁感应定律 3、方向：愣次定律 e =-MI2/t e2 =-MI1/t,第三章 单相交流电路第一节 交流电路基本概念,i=Imsin（t +） 1、周期（T）：正弦量变化一周所需的时间，s 2、频率（f）：单位时间变化的次数，单位Hz 3、角频率（）：单位时间变化的角度，rad/s 三个量之间的关系：f1/T =2/T=2f 4、发电机频率与转速的关系 fpn/60 p（磁极对数） n （发电机转速） 5、相位及相位差 相位：t + t=0时 叫初相,初相不能超过180度,两同频率正弦量的相位差： u=Umsin（ t +1 ） i=Imsin（t +2） 相位差： 1 2

12、 初相差(与时间无关） 0，电压超前电流（电压先达零值或最大值） 0，电压滞后电流 0，电压与电流同相 900，电压与电流正交 180O，电压与电流反相 6、有效值：I=Im/2,第二节 单一参数交流电路,一、纯电阻电路 1、 URI （有效值） uRi（瞬时值） 2、特点：瞬时值与有效值均满足欧姆定律；在相位上，电压与电流同相。 3、功率： PRI2U2/R 二、纯电感电路 1、UXLI （有效值） uLi/t （瞬时值） 感抗 XLL2fL 2、特点：有效值满足欧姆定律；在相位上，电压超前电流900（感超前） 3、功率（无功）： QXLI2=U2/XL,三、纯电容电路 1、U=XCI i=

13、cu/t 容抗 Xc=1/c1/2fc 2、特点：有效值满足欧姆定律；在相位上，电流超前电压90O（容压后） 3、功率（无功）： QXcI2=U2/Xc 四、相量图,第三节 串、并联电路的计算,一、R、L、C串联电路 1、串联电路的复阻抗： ZRj（XLXC）=RjX|Z| 阻抗角 2、阻抗三角形 3、电压与电流的关系 URIj（XLXC)I URULUC URUX 4、电压三角形 电压超前电流的角度 阻抗三角形与电压三角形是相似三角形,5、电路的功率 有功功率P：等效电阻消耗的功率 PURIUIcos （W） cos：功率因素 ：功率因素角 无功功率Q：储能元件与电源之间能量交换的速率 QU

14、XIUIsin （var） 视在功率S：电路的总功率 SUI 功率三角形: 功率三角形、电压三角形、阻抗三角形为相似三角形 功率因素cosR/Z=UR/U=P/S,例题：如图所示，求电路中的电压和电流的相位差及电阻、电感和电容上的电压。(单位均为） 解：由阻抗三角形得Z（R2X2）1/2=5 IU/Z100/520（A） URRI42080V ULXLI920180V UCXCI620120V arctgX/Rarctg3/436.78,在R、L、C串联电路中 当XLXC时，电路呈感性（感超前） 当XLXC时，电路呈容性 （容压后） 当XLXC时，电路呈阻性， 串联谐振（同相） 二、RLC并联

15、电路 1、并联电路的复导纳 YGj（BLBC） G+jBX=1/Z |Y| 2、导纳三角形 3、电压与电流关系 IIRICIL（相量相加） 4、电流三角形 导纳三角形与电流三角形为相似三角形,5、电路的功率 有功功率PUIRUIcosUIcos（） UIcos 无功功率QUIXUIsin 视在功率SUI 在R、L、C并联电路中， 当ILIC时，电路呈感性（感超前） 当ILIC时，电路呈容性 （容压后） 当ILIC时，电路呈阻性， 并联谐振（同相）,三、串联谐振 1、谐振的条件： XLXC 可求出此时的频率 21/LC 2、电路的特点： ）阻抗最小 ZR ）电路的总电压与电阻的电压相等 UZIR

16、IUR(相量) ）电路电流最大 IU/R ULUC XLIXLU/RQPU （60100）U （电压谐振）,例1 已知电路的外加电压U220V，电阻R8，电抗XL=6，求电路中的电流、电阻R和电抗XL两端电压，电路中消耗的有功功率P和无功功率QL，以及功率因素角。 解：由阻抗三角形可得到Z=(82+62)1/2=10 U/Z=UR/R UR=RU/Z=8220/10=176V U/Z=UL/XL UL=XLU/Z6220/10132V IUR/R176/822A PRI282223872W3.872KW QLXLI26222 2904var2.904Kvar arccosR/Zarccos8/

17、1036.87,四、功率因数的提高 1、定义 COSP/S PS COS 2、利用抄见电量计算功率因数 cos 五、功率因数低的影响 1、降低发电设备的出力： PScos,2、增加功率损耗和电能损失 P 3、改善电压质量U 六、提高功率因素的意义 提高设备利用率；降低线路网耗 七、电容器容量的选择 按提高功率因数确定补偿容量 或,八、交直流电路计算的比较 1、交流电路的|Z|与直流电路的R对应 2、交流电路的U（相量）与直流电路的U对应 3、交流电路的I（相量）与直流电路的I对应 对应关系搞清楚后，直流电路的定律、计算方法均适用于交流电路。,第四章 三相交流电路第一节 三相电势的产生和三相电路

18、的连接,一、三相正弦交流电势的产生 1、三相发电机的结构原理 发电机的励磁绕组加直流电流，产生恒定磁场，原动机拖动转子转动，恒定磁场随者转动依次切割对称三相定子绕组，产生三相感应电势。 2、三相发电机的电势表达式 （对称） eA=2Esint EAE0 eB=2Esin（t120 0） EBE-120 eC=2Esin（t120 O） ECE120 特点：在任一时刻，瞬时值之和等于零。相量图是一个封闭的等边三角形,二、三相电路几个术语 1、三相电路：由三个大小相等、频率相同、相位互差120O电源供电的电路 2、相序：ABC达到零值或最大值的顺序。 正序：ABC 负序 ACB 发电厂、变电所以黄

19、、绿、红来表示ABC三相。 3、相电势、相电压和相电流 相电势：发电机绕组的电势。 相电压：发电机绕组两端的电压。 相电流：流过发电机绕组的电流。,三、三相电路的连接 1、三相电源与负载的星形连接 2、线电压和线电流 线电压：相线与相线之间的电压，UAB、UBC、UCA表示 线电压也是一组对称正弦量，在任何时刻，相量之和为零。 线电流：流过相线的电流；在星形连接中，线电流等于相电流 3、线电压与相电压的关系：,uABuAuB uBCuBuC uCAuCuA uABuBC uCA0 UABUA（UB）（相量） 有效值：线电压3相电压 相位上：线电压超前相电压30度 4、中线电流IN：流过中线的电

20、流 INIAIBIC（相量之和）对称三相电路，中线电流为零。 5、三相电路的三角形接线：三相电源依次连接 三角形接线中，相电压与线电压相等。,相电流与线电流的关系 IAIABICA IBIBCIAB ICICAIBC 以上均为相量关系 由相量图中可看出：线电流3相电流（有效值） 相位上：线电流滞后相电流30度 无论相电流是否对称，三线制电路中，线电流都有 IAIBIC0（相量） 在正确的三角形连接中，UAUBUC0 若有一相接反（C相）， UAUBUC2UC 在回路中有电压，在三角形回路中形成很大的环流，烧毁绕组故发电机绕组不作三角形连接，在变压器中作三角形连接。,第二节 不对称三相电路的概念

21、 和三相电路的功率,一、不对称三相电路和中性点位移公式的内容 1、不对称三相电路： 电源对称，负载不对称。 2、中性点位移公式： UNN（UAYAUBYBUCYC）/ （YAYBYNYC）0 负载的相电压UAUA UNN，负载的相电压不再对称 在对称三相电路中， UNN0 ， IN0 ，中线不起作用，既可以短路，也可以开路。 中线的作用：中线阻抗为零，使UNN0 ，迫使负载的相电压与电源相电压对称，保证负载的正常工作。因此，总中线上不允许装熔断器或开关。,二、对称三相电路的功率 P3UPIPcos 3ULILcos（适用于电路的任何连接） 三、不对称三相电路的对称分量法 对称分量法：把不对称的

22、三相电压（或电流）分解成正序、负序和零序三组对称分量进行分析计算。 1、正序分量：大小相等、频率相同、相位互差120，相序为ABC，用下标1表示。 2、负序分量：大小相等、频率相同、相位互差120，相序为ACB ，用下标2表示。 3、零序分量：大小相等、频率相同、相位相同，用下标0表示 一组不对称相量：AA1A2A0 A1 0 A2 0 A0 B B1B2B0 A1-120A2120A0 C C1C2C0 A1120A2-120A0 零序分量 A0 1/3（ABC ） 正序分量 A1 1/3（AB120 C-120 ） 负序分量 A2 1/3（AB-120 C120 ）,第二篇电子技术基础第五

23、章常用半导体器件第一节半导体二极管,一、半导体二极管的导电特点 半导体PN结具有单向导电性。PN结对正向电流的阻碍作用很小，电流容易通过；PN结的反向电阻很大，电流不易通过。 二、二极管的特性和参数 1、正向特性 所加正向电压较小时，不足以削弱PN结内电场对多数载流子的阻挡作用，正向电流几乎为零，OA段叫死区，（硅管约为0.5V，锗管约为0.1V），外加电压超过死区电压后，电流增加很快，二极管处于导通状态。,加反向电压的OC段，仅有少数载流子导电，数值很小，反向漏电流。 3、反向击穿特性 反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，反向击穿。 4、二极管的简易测试 用万用表的欧姆档，量程在R100

24、或R1K的位置上，用红黑两表笔先后正接和反接二极管两极，两次测量中，大的是反向电阻（几十K到几M），小的是正向电阻（几百到几K欧），二者相差倍数越大越好，若电阻为零，说明管子已被击穿；若正反电阻均为无穷大，说明二极管内部已经断路，不能使用。,2、反向特性,万用表的黑表笔与表内电池的正极相连，因此测得正向电阻（阻值小）的一次，与黑表笔相接的一端为二极管的正极，与红表笔相接的一端为二极管的负极。反之，测得反向电阻的一次，与红表笔相接的一端为二极管的正极，与黑表笔相接的一端为二极管的负极。 三、稳压管的稳压作用 二极管在反向击穿后，通过管子的电流在很大范围内变化时，管子两端的电压变化很小，呈现出稳压

25、的特性。,第三节 半导体三极管,一、三极管的结构型式,二、三极管的电流放大作用 当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而c点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。,由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分

26、越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ib根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib维持一定的比例关系，即：1=Ic/Ib -称为直流放大倍数，集电极电流的变化量Ic与基极电流的变化量Ib之比为： = Ic/Ib -称为交流电流放大倍数，由于低频时1和的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，值约为几十至一百多。,三、三极管的输入与输出特性 、（b)是三极管的输入特性曲线，

27、它表示Ib随Ube的变化关系，其特点是：1）当Uce在0-2伏范围内，曲线位置和形状与Uce 有关，但当Uce高于2伏后，曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线（和）表示即可。 2）当UbeUbeR时，IbO称（0UbeR)的区段为“死区”当UbeUbeR时，Ib随Ube增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。 3）三极管输入电阻，定义为:rbe=(Ube/Ib)Q点， 估算公式为rbe=rb+(+1)(26毫伏/Ie毫安）rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧,2、输出特性输出特性表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数）图（C）所示的输出特性可见，它分为三个区域：

28、截止区、放大区和饱和区。 截止区 当Ube0时，则Ib0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安 放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。 饱和区 当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能,根据三极管发射结和集电结偏置情况，可判别其工作状态 截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域，三极管和导通时，工作点落在饱和区，三极管截止时，工作点落在截止区。,第六章放大电路第一节基本放大电路,一、三极管的基本

29、放大电路及各元件的作用,二、三极管基本放大电路的工作原理 静态： 放大电路的交流信号为零 Ib（UCCUbe）/Rb IcIb UceUCCRCIC 三、运算放大器简介 、运算放大器反相工作状态,1）基本放大器的放大倍数很大。同相端和反相端的电位差不大，在分析中认为该两点是等电位，即“虚短” 2）基本放大器的输入电流很小，认为Idi近似为零，即“虚断” R1的电流 I1（Ui0）/R1 Ui/R1 If Rf上的电流 If（0U0）/RfUO/Rf Ui/R1UO/Rf AU0/UiRf/R1,、运算放大器的同相工作状态 R1的电流 I1（Ui0）/R1 Ui/R1 Rf上的电流 IfU0/（

30、Rf R1） I1 If Ui/R1 UO/（Rf R1 ） AU0/Ui （Rf R1）/R11 Rf/R1,、运算放大器的跟随状态 U0Ui AU0/Ui1,第七章整流电路与稳压电路第一节不可控整流电路,一、单相全波整流和桥式整流电路 、如图所示：单相全波整流电路，副边ao绕组和bo绕组上的电压数值相等，相位相反。当电源电压交变一周时，两只二极管交替地各自导通半周，从而使负载得到单向全波电流和电压。 全波整流电路的负载电压UL0.9U2 IL=0.9U2/R 一只二极管导通时，副绕组两部分的电压全部加在另一只二极管上，二极管上最大反向电压可达到：UDm22U2,、单相桥式整流电路 当电源在

31、正半周内变化时，电流的路径 a（）D1RLD3b（） 在负半周变化时，电流的路径 b（）D2RLD4a（） 桥式整流电路的负载电压 UL0.9U2 IL=0.9U2/R 每个二极管所承受的最大反向电压为UDm2U2 二、三相桥式整流电流 变压器副边三相电压按正弦变化 特点：在任何时刻，都只有一组两只二极管导通，使电流由电位最高的相出发，经D1、D3、D5中的某一个，流经负载。再由D2、D4、D6中的某一个流回电位最低的相，其它二极管此时都截止。,第二篇 专业知识第八章数字仪表第一节 直流数字仪表,一、直流数字仪表的结构 读数方便直观、测量速度快、测量准确度高、测量范围宽、灵敏度高、输入阻抗大、

32、使用方便，大多数数字表具有接口电路，可以与计算机连接，便于自动测试。 数字仪表一般可测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流及欧姆等参量 主要框图,二、直流数字电压表的工作原理,1、技术术语 1)测量范围：指测量能够达到的被测量的范围。能满足误差极限的那部分测量范围称为有效测量范围。 2)基本量程。指在多量程的直流数字电压表中测量误差最小的量程，一般是不加量程衰减器及量程放大器的量程。 3)分辨力。指数字电压表能够显示的被测电压的最小变化值，也就是使直流数字电压表显示器末位数变化一个字所代表的输入电压值。通常在最低量程上，数字电压表具有最高的分辨力。例某直流数字电压表的最小量程是0100.0

33、0mV，则末位数变化一个字所代表的输入电压改变为10V，也就是说该表的分辨力是10V。,4)显示能力：指直流数字电压表的每一位数码管能够按照它的编码作连续变化的能力。 5)显示位数：数字电压表能以完整的显示数字(即能够显示09的十个数码的显示能力)的多少来确定。能够显示全09数字的位数称为“满位”，否则则称为“半位”或“12位”。 6)测量速度：指数字电压表在单位时间内，以规定的准确度完成的最大测量速度。 7)输入电阻。对于直流数字电压表来说，输入电阻一般是指工作状态下从输入端看进去的输入电路的等效电阻。 8)稳定误差：指在规定时间内其他条件保持不变，直流数字电压表在某一校准点显示值的最大变化

34、量。稳定误差包括波动和漂移两种变量。根据不同的时间间隔，又有短期稳定误差(如24h)和长期稳定误差(三个月、半年、一年)之分。,9）抗干扰特性：仪器本身具有一定的对于干扰信号的抑制能力。根据干扰信号加入的方式不同，可把干扰分为串模干扰和共模干扰两类，并以串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表示。 10）基本误差：指直流数字电压表在标准条件下，经预热、预调和校准之后，仪器本身所固有的24h的误差。 11）线性误差：指直流数字电压表的测量电压是否均匀地反映被测电压的特征。 在直流数字电压表中，模拟数字转换器是其核心部分，因此不同类型的AD转换器就决定了各种型式的数字电压表。,2、AD转换器的分类： 1

35、）直接比较型。将输入模拟信号直接与作为标准的参考电压相比较；而得到可按数字编码的渐续量或直接得到数字量。这类转换是瞬时比较，抗干扰能力差，但转换速度较快。 2）间接比较型。输入模拟信号不是直接与参考电压比较，而是将二者都变为中间物理量再进行比较，然后将由比较而得到的时间(T)或频率(f)进行数字编码。这类转换为平均值响应，它抗于扰能力较强，但转换速度较慢。 3）复合型。将直接比较与间接比较积分型两类AD转换的原理结合起来，发挥各自的优点从而获得高准确度与优质性能。,3、AD转换器的主要技术指标 1）AD转换的准确度。准确度取决于转换误差与量子化误差。转换误差是由于在AD转换过程中参与转换的各元

36、器件的误差而引起的。量子化误差是由于将连续的模拟量变为离散的数字量，总有一个最小的数字分度单位，从而构成量子化误差 2）转换速度。指每秒完成的转换次数，它决定了数字电压表的测量速度。 3）输入电阻和输出电阻。输入电阻是指输入电压与此电压引起的输入电流之比，输出电阻是指输出电压与引起此电压的输出电流之比，输入电阻高和输出电阻低是对高性能AD转换器的要求。,4）输入零电流。由于零电流的存在，它对测量会造成误差。当线路结构一定时，零电流基本上是一个恒定值(仅随温度而变化，故需预热才能稳定)。它与被测量无关，可视为一恒流源，因而可以对其进行补偿。 5）稳定度和分辨力。稳定度是指在被测量不变条件下一段时

37、间内输出示值的变化，它常分为短期与长期两种，分辨力指的是转换器所能分辨的被测量的最小值。,三、直流数字仪表的主要技术特性 技术特性： 1）抗干扰能力强。因为测量的是被测电压的平均值，所以只要选择积分时间为干扰信号周期的整数倍，在时间内，干扰信号就可以被平均掉。如果在结构上采用浮地输入双层屏蔽技术，模拟部分与数字部分采用脉冲变压器耦合，可以使共模干扰抑制能力得以提高。 2）对于元器件的要求不高，只要它们短期内稳定就可以了。 3）测量速度一般比较慢，通常为每秒210次。,1、电流的测量 数字多用表中对电流的测量是把电流变换成相应的电压再进行测量的，比较常见的有利用运算放大器来实现电流到电压的转换,

38、当不接分流电阻时，被测电流则流过R1和R2，根据放大器的原理得：U0IxR2。 当R2固定时，被测电流就转换成了与之成比例的电压输出，利用分流电阻，可以改变电流测量的量程。 如果是直流电流输入则把输出的直流电压送入直流电压测试通道，如果是交流电流输入则把输出的交流电压送入交流电压测试通道。,2、电阻的测量 电阻测量中比较常用的是采用比例运算放大器法把被测电阻转成一直流电压,（为放大器的输入阻抗）,由于运算放大器的放大倍数很大 A 由于UN是恒压源，RN是标准电阻，则与成线性关系，这样就把电阻转换成一个与之成比例的电压值输出。 当测量小电阻时，由于也在引线上造成压降，为了消除此影响，则采用四端法

39、。 改变RN即改变了工作电流的大小，同时也改变了被测电阻的量程。,四、直流数字仪表的检定、测试方法 1、直流标准电流源法（a),2、直流比较法（标准数字电流表法）（b）。 3、直流标准仪器法（c）。 4、标准数字电压表法，（d）。,第二节 交流数字仪表,交流电压的测量：交流电压测量的最基本环节是把交流信号转换成直流信号，即ACDC转换器。转换方式有平均值转换、峰值转换、有效值转换。对于高准确度的数字多用表的测量都采用交流有效值测量，有效值测量又可分为两大类，即热偶式和全电子式，热偶式在20世纪70年代前使用得比较普遍，但其测量速度慢，过载能力差等各种不可避免的缺点，因此目前高准确度的交流电压测

40、量都采用全电子式的有效值转换器来实现对交流电压的测量。,交流电压有效值的数字定义如下：,A1、A2加法器，A3倒相器，M乘法运算器，A4积分器 经乘法器M相乘得到的输出电压为 乘法器输出电压U。进入积分器后，交流成分被滤除，输出的直流分量为,若送入积分器的直流分量为正极性电压，则积分后使输出减小；若送入积分器的直流分量为负极性电压,积分后使输出增加。系统是负反馈闭环工作，最后只有当UO2Urms2时系统才乎衡。 积分器输入近似为零，输出电压保持为稳定的UO 所以UOUrms 系统的输出直流电压等于输入交流电压的有效值，这样就完成了交流输入电压变为直流输出电压的转换。,第三节 数字多功能表的技术

41、性能及使用方法,使用一台数字多功能表中要着重考虑下列问题： 1、测量功能与测量范围。了解多功能表可以测量的功能及对应每一功能的测量范围，各测量功能的量程是否能自动切换，哪一个量程是基本量程，基本量程的测量误差最小，电压输入阻抗最高。 2、测量准确度。了解多功能表各功能所对应的各量程可允许的最大误差是多少，其分辨力是多少，以及保证误差的工作条件是什么，预热时间要多少，是否需要预调整。有的数字多功能表在不同的时间内还规定了不同的准确度，对于实际使用者来说数字多功能表的年准确度是最重要的。,3、响应特性。应了解多功能表的采样速率是多少，它能否满足使用的要求，交流量测量的频率范围。交流测量是平均值响应

42、，峰值响应还是有效值响应。 4、输入、输出特性。把标准表接入标准装置及测量电路以前应了解它在各量程的输入阻抗和零电流的大小，共模干扰信号与串模干扰信号的抑制能力有多大，还要注意“保护”端与被测电路的连接方式。 数字多功能表的误差由两部分所组成。一部分与被测量显示值有关，这部分误差随测量值的增大而增大。可变部分包括了被测量电压、电流、电阻转换成直流电压的转换误差，AD中标准源电压的误差，输入放大器的误差，分压衰减器误差，刻度系数误差。另一部分是固定项，它与被测量无关。固定误差部分由量子化误差、零点飘移、噪声干扰等因素引起 Ux越小，则相对误差就越大，因此在使用数字多功能表时，应尽量在接近满量程时

43、进行测量。,一、输入阻抗的影响 表示数字多功能表的输入阻抗在测量直流电压时的影响。被测信号源电压为Ux，内阻为Rx。数字多功能表直流电压的输入阻抗为Ri，输入回路电流为 在Rx上产生的误差电压为 产生的相对误差为 所以若要减少rR，必须增大Ri或减少Rx 。,二、输入零电流的影响 由于I0的存在，它在被测信号源内阻上同样要产生电压降，即误差电压为UxI0RX 相对误差 由于数字多功能表中直流电压测量时的输入阻抗及零电流的存在，因此在利用数字电压表来测量经分压器分压以后的电压值时，就必须考虑这两个量所产生的测量误差,在了解了数字多功能表的工作原理及误差计算的基础上，还应该正确掌握它的使用和操作方

44、法，才能发挥它的特长，否则可能造成错误甚至损坏仪表。数字多功能表的种类很多，面板结构和操作方法也各有不同，在使用各种不同型号的数字多功能表进行测试时应根据说明书的规定与要求进行测量和操作。,第九章感应式电能表的结构及工作原理第一节 感应式单相电能表的结构,感应式电能表都是由测量机构（驱动元件、转动元件、制动元件、字轮计度器）、调整装置和辅助部件（外壳、基架、端钮盒、铭牌）所组成。 一、测量机构 （一）驱动元件（又称电磁元件） 作用：产生转动力矩（驱动力矩或电磁力矩），使圆盘转动。它包括电压元件和电流元件 1电压元件 由电压铁芯、电压线圈及回磁板组成。铁芯由0.350.5厚的硅钢片叠成，下面固定

45、着回磁板。回磁板作用是构成电压工作磁通的磁路。电压线圈用漆包铜线绕成，一般按每伏2550匝来选择。整个电压元件位于圆盘的上方。电压线圈和负荷并联连接。,1电压铁芯；2电流铁芯；3圆盘；4转轴；5上轴承；6下轴承；7蜗轮；8制动元件；9计度器；10接线端子；11铭牌；12回磁板；13电压线圈；14电流线圈,2、电流元件 电流元件由电流铁芯和电流线圈组成。电流铁芯由0.350.5mm厚的“U”形硅钢片叠成。电流线圈为匝数相等的两部分，分别绕在“U”形铁芯的两柱上，绕向相反，导线较粗，匝数较少，一般为60150安匝，它与负荷串联连接。 （二）转动元件 作用：在驱动元件建立的交变磁场的作用下，在圆盘上

46、产生感应电流，进而产生转动力矩使圆盘转动，并把转动的圈数传递给计度器。,转动元件是电能表的可动部分，它由圆盘（或叫转盘）、转轴、上轴承、下轴承、蜗轮组成。 圆盘用铝板制成，边缘涂以计算转数的标记，取其重量轻及导电性能好。为增强盘的刚度，一般将盘压花。圆盘直径一般为80100mm，厚度为0.51.2mm。 转轴一般用铝或铜合金棒制成，转轴上装有蜗杆，蜗杆与计度器上的蜗轮相啮合，以便把圆盘转数传递给计度器。 下轴承为钢珠宝石和轴承套组合，钢珠装在竖轴下端头，宝石装在轴承套内，使竖轴通过钢珠由宝石支撑并在其上旋转，以减少摩擦。 上轴承主要起支撑定位作用，由钢针和上轴承钢套组合，钢针装在竖轴上端，在上

47、轴承孔内旋转。,（三）制动元件 作用是：产生与转动力矩相反的制动力矩，以平衡转动力矩，使表速与电能量成正比。 它由永久磁铁及其调整装置组成。磁铁要求矫顽磁力强，不易失磁，一般用铝镍钴合金制作。 （四）字轮计度器 是电能表的指示部分，其作用是将使用的电能量记录显示出来。 它由齿轮组、拨齿、字轮等组成,1竖轴；2蜗杆；3齿轮；4字轮；5拨齿 首位齿轮与竖轴蜗杆啮合，末位齿轮带动末位字轮，字轮上印有09的数字，末位字轮转满一圈后带动拨齿使上一位字轮翻一个字，这一位字轮转满一圈后再通过另一个拨齿使再上一位字轮翻一个字，依此类推。拨齿的作用主要是只有在下一位字轮转满一圈后方由拨齿拨动上一位转动1/10圈

48、，即翻一个字，其余时间上、下字轮相互是分离的，以减轻拖动力。黑色字轮表示整数电能量，红色字轮表示小数电能量。齿轮的齿数和个数构成传动比，据以确定电能表铭牌上标出的电能表常数。,二、调整装置 用以调节全负荷、轻负荷和相位角、防止潜动 三、辅助部件 由外壳、基架、端钮盒和铭牌组成。外壳由底座和表盖组合而成，一般用金属材料制作，也可用塑料绝缘材料制作，表盖用玻璃或塑料压制而成。基架用来支撑和固定测量机构及调整装置的，要求它具有足够的机械强度。端钮盒是用来将测量机构的电流、电压线圈与被测电路相连接，要求它具有足够的机械强度和良好的电气绝缘。铭牌可以固定在计度器框架上，也可附在表盖上，上面应标注电能表的

49、型号、额定电压、标定电流、频率、相数、准确等级、电能表常数等主要技术性能，还要标明厂家、编号、出厂年月等。,第二节感应式单相电能表的工作原理,一、转动力矩 （一）单相电能表的磁路系统 电能表内磁通由两部分组成： 1、负载电流I产生的磁通 负载电流在电流铁芯中产生的总磁通有两部分： 电流工作磁通：它沿电流铁芯右边柱经空气隙穿过圆盘，经电压铁芯再次穿过圆盘回到电流铁芯左边柱形成闭合回路。I、I/的方向相反。 电流非工作磁通：这部分磁通是不穿过圆盘的，它们对改善电能表的工作特性是必要的。,2、电压线圈中的电流IU产生的磁通 电压工作磁通U：其回路是从电压铁芯的中柱到上磁轭，再沿二边柱经回磁板及回磁板

50、与电压铁芯间的气隙穿过圆盘回到电压铁芯中柱。 电压非工作磁通：包括电压线圈的漏磁通UL和沿电压铁芯中柱、磁轭及两个边柱闭合的磁通F。 穿过圆盘的磁通有方向相反的两个电流工作磁通I、I和一个电压工作磁通U。 （二）转动力矩 1、产生转动力矩的原因 通入电能表的外加电压超前负载电流的相位角为，为分析方便，假定磁通与负载电流同相位，滞后外加电压90，磁通和感应电流均为正弦波，U滞后I的相位差为=90。,圆盘的转动方向应该由一个周期内的平均电磁力的方向决定，也就是说由多数时刻电磁力的方向决定，而且圆盘的转动是有惯性的，所以，圆盘可以在平均电磁力形成的转动力矩的作用下，按一定的方向而转动。在一个周期内与

51、的相位差越大，平均电磁力越大。当=90时，平均电磁力可以达到最大值。只要0，便可在圆盘上产生转动力矩。 由上可知，圆盘之所以转动，是因为有三个空间位置不重合，时间上又有一定相位差的交变磁通。,2、转动力矩的大小 使圆盘转动的转动力矩为： 1）产生转动力矩的条件：至少应该有两个同频率的在时间上和空间上不重合的交变磁通； 2）圆盘转动方向与两个磁通在空间上的位置、电气相位角有关。转动方向是由超前磁通指向滞后磁通的方向； 3）转动力矩的大小是正比于两个磁通与两个磁通相位差的正弦的乘积。 3、转动力矩与负载功率的关系的说明,（1）如果电能表电流、电压铁芯不饱和（即忽略电压和电流铁芯的损耗及非线性影响）

52、，则有： VKVU， IKII （2）如果不计铁芯损耗（电压线圈为纯电感元件，电流线圈为纯电阻元件），电能表所接负载为感性负载，电流滞后电压的相位差为，则外加电压U、电压线圈中的电流IU、负载电流I、电压工作磁通V 、电流工作磁通I之间的相位关系,转动力矩与负载功率P成正比，感应式测量机构可以测量功率。 （3）正确测量条件。转动力矩与负载的有功功率是成正比的。因此感应式测量机构还可以测量电功率。实现正确测量条件是： 1）应满足电压工作磁通正比于外加电压； 2）应满足电流工作磁通正比于外加电流； 3）应满足（感性负载时）或（容性负载时）。在电能表中，称为90相位角条件。,（三）单相电能表的相量图

53、及内外部接线图 1、简化相量图,2、单相电能表的接线 单相电能表的电压线圈是并联在电路中的，电流线圈是串联在电路中的，安装使用时，单相电能表的电压线圈和电流线圈是通过电能表端钮盒中的连接片连在一起的。试验室进行电能表误差检定时，若需要电压、电流线圈分别接入试验电源，只要把连接片打开，就可以满足试验的要求。,二、制动力矩 1、制动力矩的产生 当圆盘在转动力矩MD的作用下逆时针转动时，永久磁铁的磁通T被圆盘切割，在圆盘上产生感应电势ET，产生感应电流IT，方向用右手定则判断，如图所示。 IT与T相互作用产生电磁力FT， FT的方向用左手定则判断。 FT在的作用下形成制动力矩MT，其方向与MD相反，

54、使圆盘受到制动。 MT的方向总与MD相反，与永久磁铁极性放置无关。,2、制动力矩的大小 制动力矩与圆盘转速成正比，可使圆盘受到制动，以实现一定功率下作匀速转动。 三、转数与被测电能的关系 电能表在一定功率下运行，经过时间T，圆盘转过的转数，是与这段时间内通过电能表的电量成正比的。所以，可以用圆盘转数代表电量的多少。 四、电能表常数 电能表通过单位电量时，圆盘应转的转数。它的单位一般为r/kWh（转/千瓦时）。,第三节 三相电能表的结构特点,一、三相电路中有功电能的测量原理 P=PA+PB+PC=UAIAcosA+UBIBcosB+ UCICcosC 当三相电路对称时，三相总功率表示为P=3Up

55、Ipcos=3ULILcos 三相功率的测量方法是采用“二表法”或“三表法”。而电能与功率是成正比的，P乘以时间就是电能，感应式单相电能表测量机构的转矩也是与通过它的功率成正比的，三相电路中的电能同样可以运用“二瓦表法”或“三瓦表法”的原理进行测量。 、三相四线电路有功电能的测量原理,2、三相三线电路有功电能的测量原理,（a）取A、C相电流；（b）取A、B相电流；（c）取B、C相电流,故“二表法”不仅适用于三相三线对称电路，也适用于不对称的三相三线电路。 1）当=60时，P10，电能表Wh1圆盘不转动； 2）当60时，P10，电能表Wh1圆盘反转。此时，可将电能表的电流线圈的出、入端子对换位置

56、后接入电路，使圆盘正转，并将其读数记为负值，于是三相电路的总电能为两表读数之差。,二、三相电能表的结构特点 三相有功电能表可分为三相三线有功电能表和三相四线有功电能表两大类。它与单相电能表的区别是每一个三相电能表均有两组或三组电磁驱动元件，相当于两个或三个单相电能表的组合。它们的转动力矩共同作用在一个转动元件上，转轴通过涡轮传动机构和计度器相连来测量三相电能。三相有功电能表具有单相电能表的一切基本功能，但是由于各组元件之间存在着相互影响的关系，又不完全和单相电能表相同。 （一）三相三线电能表,三相三线有功电能表有两组电磁元件，它的转动元件可分为单圆盘和双圆盘两种，目前使用的三相感应式电能表一般

57、为双圆盘式。 （a）双圆盘结构；（b）单圆盘结构 1电流线圈；2电压线圈； 3制动磁铁；4圆盘；5转轴,（二）三相四线有功电能表 三相四线有功电能表一般有三组电磁元件。这三组电磁元件可以分别作用于三个盘上，也可以是其中两组电磁元件作用于一个圆盘，而另一组作用于另一个圆盘上，或者是三组电磁元件共同作用于一个圆盘上。因此，三相四线电能表可以是单圆盘、双圆盘和三圆盘三种结构，目前三元件三相四线电能表多采用双圆盘式结构。,（a）三圆盘结构（b）双圆盘结构（c）单圆盘结构 1电流线圈；2电压线圈；3制动磁铁； 4圆盘；5转轴,由于三相电能表总的驱动力矩等于各组电磁元件产生驱动力矩的代数和，所以，三相电能

58、表的准确度与各元件的相对位置及其工作状态有关。为了改善三相电能表的工作特性，除了应装设单相电能表上的那些调整装置外，每组驱动元件上还应装设平衡调整装置，用以调整每组元件的驱动力矩，以保证三相负载不平衡时不致于产生过大的附加误差。此外，还应采取防止元件间电磁干扰的措施。,1、为什么说选择电流互感器的变比过大时，将严重影响电能表的计量准确？ 2、S级电流互感器的使用范围是什么？ 3、对运行中的电能表，现场检验哪些项目？ 、单相电能表有哪些调整装置？ 、作用在电能表圆盘上的作用力有哪几个?为什么电能表的圆盘始终能朝一个方向转动? 、简述电能表的转动原理? 、为什么对于中性点直接接地的三相三线电路，用

59、三相四线有功电能表测量有功电能较适宜呢？,、三相电能表有单转盘和多转盘的不同结构形式，试叙述单转盘结构形式的优缺点。 、感应系电能表由哪几部分组成？ 10、简述电能表轻载调整装置的常见调整方法及原理。 11、电能表相位调整装置的方法有哪几种？ 12、什么是电能表的驱动元件？ 13、什么是电能表的电压元件？ 14、什么是电能表的电流元件？ 15、什么是电能表的制动元件？ 16、什么是电能表的转动元件？,17、单相电能表在火线和零线互换情况下，是否能正确计量？ 18、某低压动力客户使用一块三相四线有功电能表计费，该表额定电流为5A，配用三相2005的电流互感器。后因A相互感器故障，客户未报告供电企业，私自更换一台3005的互感器，后待检查人员发现时已使用半年，共用电10万kWh。求应向该客户追补的电量数是多少?(假设该客户负荷平衡) 19、将某电感线圈接入200V直流电压时，线圈消耗的功率是500W；当将它接于电压为220V、频率为50Hz的交流电路时，线圈消耗的功率是400W。求该线圈的电阻及和电感L。R=80，L0.182H,20、有一只0.2级