第四章 電動系儀表

1、第四章電動系儀表第四章電動系儀表第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表第四節(jié)頻率表，相位表和功率因數(shù)第四節(jié)頻率表，相位表和功率因數(shù)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第二節(jié)電動系電流表和電壓表第二節(jié)電動系電流表和電壓表學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：2理解電動系電流表和電壓表的測量線路。理解電動系電流表和電壓表的測量線路。1了解電動系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)了解電動系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)特性。特性。3掌握以它們的使用與維修方法。掌握以它們的使用與維修方法。第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)圖圖 4 - 1電動系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖電動系測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖一、結(jié)構(gòu)和工作原理一、結(jié)構(gòu)和工作原理1

2、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)有兩個線圈，固定線有兩個線圈，固定線圈圈( (定圈定圈) )和可動線圈和可動線圈( (動動圈圈) )。如圖如圖 4 - 1 所示。所示。第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)2工作原理工作原理設(shè)定圈中通過電流為設(shè)定圈中通過電流為 I1 ，動圈中通過電流為，動圈中通過電流為 I2 。磁場方向由右手螺旋定則確定。磁場方向由右手螺旋定則確定。轉(zhuǎn)動力矩轉(zhuǎn)動力矩 M 與電流與電流 I1 和和 I2 的乘積成正比，即的乘積成正比，即圖圖 4 - 3轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生的示意圖轉(zhuǎn)動力矩產(chǎn)生的示意圖21IIM 第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)當(dāng)用于交流電路的測量時有當(dāng)用于交流電路的測量時有當(dāng)可動部分

3、偏轉(zhuǎn)一角度當(dāng)可動部分偏轉(zhuǎn)一角度 而達到平衡，游絲反作而達到平衡，游絲反作用力矩為用力矩為 Mf = D ，根據(jù)，根據(jù) M = MfI1 、I2 為定圈和動圈中電流的有效值；為定圈和動圈中電流的有效值；( (4 - 1) ) cos21II 為定圈中電流與動圈中電流之間的相為定圈中電流與動圈中電流之間的相位差角。位差角。1I2I當(dāng)用于交流電路的測量時有當(dāng)用于交流電路的測量時有 cos21IIM 當(dāng)用于直流電路的測量時有當(dāng)用于直流電路的測量時有( (4 - 1) )21II 易受外磁場干擾易受外磁場干擾可以交直流兩用可以交直流兩用電動系功率表刻度均勻電動系功率表刻度均勻能構(gòu)成多種線路測量多種參數(shù)能

4、構(gòu)成多種線路測量多種參數(shù)準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高二、技術(shù)特性二、技術(shù)特性第一節(jié)電動系測量機構(gòu)第一節(jié)電動系測量機構(gòu)儀表本身消耗功率大儀表本身消耗功率大過載能力小過載能力小電動系電流表電壓表刻度不均勻電動系電流表電壓表刻度不均勻第二節(jié)電動系電流表和電壓表第二節(jié)電動系電流表和電壓表圖圖 4 - 4電動系電流表原理電路電動系電流表原理電路一、電動系電流表一、電動系電流表電流表指針的偏轉(zhuǎn)角電流表指針的偏轉(zhuǎn)角正比于被測電路的平方，正比于被測電路的平方，即即電動系電流表通常做成電動系電流表通常做成雙量程雙量程的便攜式儀表。的便攜式儀表。所以，電動系電流表標(biāo)度尺的刻度具有平方規(guī)律，所以，電動系電流表標(biāo)度尺的刻度具有平

5、方規(guī)律，其起始部分刻度較密，而靠近上量程部分較疏。其起始部分刻度較密，而靠近上量程部分較疏。2I 第二節(jié)電動系電流表和電壓表第二節(jié)電動系電流表和電壓表二、電動系電壓表二、電動系電壓表圖圖 4 - 7三量程電壓表的測量線路三量程電壓表的測量線路由于電壓表測量時的由于電壓表測量時的電流較小，所以電動系電電流較小，所以電動系電壓表的線圈匝數(shù)較多。壓表的線圈匝數(shù)較多。電動系電壓表通常做成電動系電壓表通常做成多量程多量程的便攜式儀表。的便攜式儀表。圖圖 4 - 6電動系電壓表原理電路電動系電壓表原理電路當(dāng)附加電阻一定時，當(dāng)附加電阻一定時，通過測量機構(gòu)的電流與儀通過測量機構(gòu)的電流與儀表兩端的電壓成正比。表

6、兩端的電壓成正比。第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表圖圖 4 - 8電動系功率表的原理電路電動系功率表的原理電路一、電動系功率表一、電動系功率表1結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理測量功率時，定圈測量功率時，定圈 A 與負載串聯(lián)接入被測電路；與負載串聯(lián)接入被測電路；動圈動圈 D 與附加電阻與附加電阻 Rj 串聯(lián)后接入電路。串聯(lián)后接入電路。下面介紹電動系功率表的工作原理。下面介紹電動系功率表的工作原理。第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表對于一個已制成的功率表來說，對于一個已制成的功率表來說，R2 是一個常數(shù)是一個常數(shù)得出得出即即( (1) )用于直流電路的測量時，通過定圈電流用于直流電路的測量時，通過定圈電流( (4 -

7、 3) )22RUI II 1( (2) )用于交流電路的測量時，通過定圈電流等用于交流電路的測量時，通過定圈電流等于負載電流，即于負載電流，即1I2IPUI II 1第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表由式由式( (4 - 2) )可得可得由于電壓支路中附加電阻由于電壓支路中附加電阻 Rj 的阻值總是比較大，的阻值總是比較大，在工作頻率不太高時，動圈的感抗相比之下可以忽略在工作頻率不太高時，動圈的感抗相比之下可以忽略不計。不計。即即圖圖 4 - 9功率表向量圖功率表向量圖22ZUI 而通過動圈的電流與負載電壓成正比而通過動圈的電流與負載電壓成正比U2I式中，式中，Z2 電壓支路的復(fù)阻抗。電壓支路的復(fù)阻抗

8、。( (4 - 4) )PUI cos2多量程功率表多量程功率表需要注意的是，功率表的不同量程是通過選擇不需要注意的是，功率表的不同量程是通過選擇不同的電流量程和電壓量程來實現(xiàn)的。同的電流量程和電壓量程來實現(xiàn)的。圖圖 4 - 10用連片改變功率表的電流量程用連片改變功率表的電流量程第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表( (1) )電流的兩個量程的實現(xiàn)如圖電流的兩個量程的實現(xiàn)如圖 4-10 所示。所示。3功率表的選擇及使用方法功率表的選擇及使用方法 功率表標(biāo)有功率表標(biāo)有“* *”號的電壓端鈕可以接至電流號的電壓端鈕可以接至電流端鈕的任意一端，而令一個電壓端則跨接至負載另一端鈕的任意一端，而令一個電壓端則跨接

9、至負載另一端。功率表的電壓支路是并聯(lián)接入被測電路的。端。功率表的電壓支路是并聯(lián)接入被測電路的。第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表( (2) )功率表的正確接法必須遵守功率表的正確接法必須遵守“發(fā)電機端發(fā)電機端”的接的接線規(guī)則，即：線規(guī)則，即：( (1) )正確選擇功率表量程。正確選擇功率表量程。 功率表標(biāo)有功率表標(biāo)有“* *”號的電流端必須接電源一端，號的電流端必須接電源一端，而另一個電流端則接至負載端。電流線圈串聯(lián)接入電而另一個電流端則接至負載端。電流線圈串聯(lián)接入電路。路。第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表功率表常出現(xiàn)的錯誤接線如圖功率表常出現(xiàn)的錯誤接線如圖 4-13 所示。所示。功率表正確接線如圖功率表正確接

10、線如圖 4-12 所示。所示。圖圖 4 - 13功率表的錯誤接法功率表的錯誤接法圖圖 4-12功率表的正確接法功率表的正確接法第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表( (3) )功率表接線方式的正確選擇。功率表接線方式的正確選擇。功率表有兩種不同的連線方式功率表有兩種不同的連線方式, ,即電壓線圈前接和即電壓線圈前接和電壓線圈后接。如下圖。電壓線圈后接。如下圖。 電壓線圈后接法適用于負載電阻遠比電壓支路電壓線圈后接法適用于負載電阻遠比電壓支路電阻小得多的情況。電阻小得多的情況。 電壓線圈前接法適用于負載電阻遠比電流線圈電壓線圈前接法適用于負載電阻遠比電流線圈電阻大得多的情況。電阻大得多的情況。第三節(jié)功率表第

11、三節(jié)功率表下面介紹三種有不同特點的低功率因數(shù)功率表。下面介紹三種有不同特點的低功率因數(shù)功率表。( (1) )具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表。具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表。4低功率因數(shù)功率表低功率因數(shù)功率表用于測量功率因數(shù)較低的交流電路的功率，它也用于測量功率因數(shù)較低的交流電路的功率，它也可以用來測量交直流電路中的小功率?？梢杂脕頊y量交直流電路中的小功率。( (4) )功率表的正確讀數(shù)。功率表的正確讀數(shù)。圖圖 4 - 15具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表具有補償線圈的低功率因數(shù)功率表第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表注意，注意，低功率因數(shù)功率表的接線和使用方法與普通低功率因數(shù)功率表的接線和使用方法與普通功

12、率表基本相同功率表基本相同，但設(shè)計時使其標(biāo)度尺的滿刻度是在額但設(shè)計時使其標(biāo)度尺的滿刻度是在額定電流定電流 IN 、額定電壓、額定電壓 UN 和額定功率因數(shù)和額定功率因數(shù) N ( (cos N) )下刻度的。因此讀數(shù)時其分格常數(shù)應(yīng)按下式計算下刻度的。因此讀數(shù)時其分格常數(shù)應(yīng)按下式計算( (2) )應(yīng)用補償電容的應(yīng)用補償電容的低功率因數(shù)功率表。低功率因數(shù)功率表。圖圖 4 - 16帶有補償電容的低功率因數(shù)功率表帶有補償電容的低功率因數(shù)功率表( (3) )帶光標(biāo)指示器的張絲式低功率因數(shù)功率表。帶光標(biāo)指示器的張絲式低功率因數(shù)功率表。( (4 - 7) )NIUCNNNcos 二、三相功率表二、三相功率表第

13、三節(jié)功率表第三節(jié)功率表1三相功率的測量方法三相功率的測量方法 三相交流電路按其電源和負載的連接方式的不同，三相交流電路按其電源和負載的連接方式的不同，有三相三線制和三相四線制兩種系統(tǒng)，而每一種系統(tǒng)有三相三線制和三相四線制兩種系統(tǒng)，而每一種系統(tǒng)在運行時又有如下圖幾種情況：在運行時又有如下圖幾種情況： 根據(jù)三相電路的特點，有以下幾種測量方法。根據(jù)三相電路的特點，有以下幾種測量方法。( (1) )一表法。一表法。( (3) )三表法。三表法。( (2) )兩表法。兩表法。第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表圖圖 4 - 20三三表法測量三相四線制電表法測量三相四線制電路的有功功率路的有功功率圖圖 4 - 17一

14、表法測量對稱三相電路的有功功率一表法測量對稱三相電路的有功功率圖圖 4 - 19兩兩表法測量三相功率的線路表法測量三相功率的線路第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表工作原理與單相功率表相同，在結(jié)構(gòu)上分為二元工作原理與單相功率表相同，在結(jié)構(gòu)上分為二元三相功率表和三元三相功率表。三相功率表和三元三相功率表。2三相有功功率表三相有功功率表圖圖 4 - 22二元三相功率表的接線方法二元三相功率表的接線方法圖圖 4 - 21二元三相功率表的內(nèi)部電路二元三相功率表的內(nèi)部電路第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表3三相無功功率表三相無功功率表圖圖 4 - 24無功功率的測量原理無功功率的測量原理交流電路的無功功率頁可以用有功功率表測

15、量，交流電路的無功功率頁可以用有功功率表測量，因為：因為：)90cos(sin UIUIQ線電壓與相電壓線電壓與相電壓之間恰有之間恰有 90 的相位差，如的相位差，如果將圖果將圖 4 - 25( (a) )線路中單相線路中單相功率表的接線改為圖功率表的接線改為圖 4 - 26( (a) ) 所示電路。如下圖。所示電路。如下圖。UUVWU第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表圖圖 4 - 26測量三相無功功率的測量三相無功功率的接線圖和向量圖接線圖和向量圖圖圖 4 - 25測量三相有功功率的測量三相有功功率的接線圖和向量圖接線圖和向量圖而三相對稱負載的而三相對稱負載的電路中，無功功率電路中，無功功率( (4

16、- 7) ) sin3UIQ sin)90cos(UVWUVWIUIUQ 此時功率表的讀數(shù)此時功率表的讀數(shù)第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表三相電路無功功率的測量方法很多，這里介紹最三相電路無功功率的測量方法很多，這里介紹最常用的兩種。常用的兩種。( (1) )用三個有功功率表測量用三個有功功率表測量( (圖圖 4 27) )圖圖 4 - 27三個有功功率表測量三相不平衡電路無功功率表的接線圖三個有功功率表測量三相不平衡電路無功功率表的接線圖)(31321WVUQQQQQQQ 總的無功功率為總的無功功率為 第三節(jié)功率表第三節(jié)功率表( (2) )鐵磁電動系無功功率表鐵磁電動系無功功率表圖圖 4 - 28鐵

17、磁電動系無功功率表的線路圖鐵磁電動系無功功率表的線路圖兩表跨接法只適用對稱負載的三相三線制交流電兩表跨接法只適用對稱負載的三相三線制交流電路，而量表人工中性點法可用于對稱及不對稱電路。路，而量表人工中性點法可用于對稱及不對稱電路。 鐵磁電動系無功功率表通常都做成安裝式儀表。鐵磁電動系無功功率表通常都做成安裝式儀表。如圖如圖 4 - 28 所示所示。 第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表圖圖 4 - 29電動系比率表的結(jié)構(gòu)圖電動系比率表的結(jié)構(gòu)圖一、電動系比率表一、電動系比率表結(jié)構(gòu)如圖結(jié)構(gòu)如圖 4 29 所示，具有以下特點：所示，具有以下特點：( (1) )兩個線圈分別

18、產(chǎn)生轉(zhuǎn)兩個線圈分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩和反作用力矩。動力矩和反作用力矩。( (2) )有一個分為兩段燒制有一個分為兩段燒制的定圈，用來建立工作磁場。的定圈，用來建立工作磁場。( (3) )指針偏轉(zhuǎn)角指針偏轉(zhuǎn)角 與定圈與定圈電流和動圈電流乘積成電流和動圈電流乘積成正比。正比。( (4 - 11) )cos()cos(cos)cos(2211 II 第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表( (5) )不受外界因素的影響，電源電壓、溫度、外磁不受外界因素的影響，電源電壓、溫度、外磁場等。場等。( (4) )沒有游絲，電路接通前，指針可以再任意位置。沒有游絲，電路接通前，指針可以再任

19、意位置。II1，I2 為動圈為動圈 1、2 中的電流；中的電流； 1 與與 2 為定圈電為定圈電流與和的相位差。流與和的相位差。2I1I二、電動系頻率表二、電動系頻率表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表圖圖 4 - 30電動系頻率表測量線路電動系頻率表測量線路 測量線路如圖測量線路如圖 4 - 30 所示。所示。( (4 - 12) )212(2tan000fCfLfCRRR 當(dāng)頻率表接入電壓為的被測電路后指針的偏轉(zhuǎn)當(dāng)頻率表接入電壓為的被測電路后指針的偏轉(zhuǎn)角角 與兩個動圈的關(guān)系是與兩個動圈的關(guān)系是U第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表

20、指針的偏轉(zhuǎn)可能出現(xiàn)三種情況：指針的偏轉(zhuǎn)可能出現(xiàn)三種情況： 上式說明，儀表指針的偏轉(zhuǎn)角上式說明，儀表指針的偏轉(zhuǎn)角 只與頻率只與頻率 f 有關(guān)。有關(guān)。( (3) )指針從中心位置向左偏轉(zhuǎn)時，指針從中心位置向左偏轉(zhuǎn)時， 0，tan 0，tan 0; 被被測頻率測頻率 f 與串聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率 f0 大。大。三、電動系相位表和功率因數(shù)表三、電動系相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表電動系相位表和功率因數(shù)表的工作原理、測量線路電動系相位表和功率因數(shù)表的工作原理、測量線路完全相同，所不同的是，相位表的標(biāo)度尺是按來那個被完全相同，所不同的是，相位表的標(biāo)度尺是按來那個被測交流量的相位差測交流量的相位差 刻度，而功率因數(shù)表按刻度，而功率因數(shù)表按 cos 刻度?？潭取D圖 4 - 32單相相位表的測量線路單相相位表的測量線路圖圖 4 - 32單相相位表的測量線路單相相位表的測量線路第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表第四節(jié)頻率表、相位表和功率因數(shù)表假設(shè)被測