電磁測(cè)量第六章

1、電磁測(cè)量課件第六章第1頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五第一節(jié) 電容的測(cè)量一、放電法CxARNSU 放電法測(cè)量電路i(t)tIm00.368Im 放電電流曲線 測(cè)量電路如上圖，首先將開關(guān)閉合，此時(shí)電源對(duì)電容充電，待電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)以后再將開關(guān)打開，此時(shí)，被測(cè)電容對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)電阻放電，放電電流曲線如下圖所示。計(jì)算出 。測(cè)出時(shí)間常數(shù) ,再根據(jù)第2頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五二、沖擊法 將開關(guān)合向“1”，當(dāng)被測(cè)電容充電達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，將開關(guān)合向“2”，使電容對(duì)檢流計(jì)放電，讀出沖擊檢流計(jì)的第一次最大偏轉(zhuǎn)，則放電電量為 GCxRx1 S 2沖擊法測(cè)量電容的電路

2、U得第3頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五三、電流比較法 用電流表分別測(cè)量流過 CN 的電流 IN 和流過 Cx 的電流Ix，根據(jù)電流比較法測(cè)量電容的電路可得第4頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五四、電壓比較法 用一只電壓表分別測(cè)量已知標(biāo)準(zhǔn)電容和被測(cè)電容兩端的電壓，根據(jù)電壓比較法的測(cè)量電路得第5頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五五、電壓表法電壓表法的測(cè)量電路CxUVI 將電壓表與被測(cè)電容串聯(lián)，然后接到電源上。設(shè)電壓表的內(nèi)阻為RV ，電壓表讀數(shù)為UV，被測(cè)電容兩端的電壓為電路中的電流為則被測(cè)電容為第6頁，共42頁，2022年，5月

3、20日，6點(diǎn)58分，星期五六、電容電壓變換法采用運(yùn)放電路，可以把電容變換成電壓，如圖。因?yàn)樗噪娙蓦妷鹤儞Q電路第7頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五七、電容時(shí)間變換法ININ恒流源恒流源上下限電平比較器CxSUo電容時(shí)間變換電路tUoUPUP0T輸出電壓波形第8頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 第二節(jié) 電感的測(cè)量 一、諧振法 用電阻、已知標(biāo)準(zhǔn)電容和被測(cè)電感串聯(lián)，加變頻電源電壓，通過調(diào)節(jié)電源的頻率，使電路發(fā)生諧振，諧振頻率為 從變頻電源可直接讀出諧振頻率，可以計(jì)算出被測(cè)電感。這種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是電感元件中的電阻不起作用。第9頁，共42頁，2022年，

4、5月20日，6點(diǎn)58分，星期五二、沖擊法 如圖電路，先將開關(guān)閉合，使電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，由于二極管的截止作用，沖擊檢流計(jì)沒有指示，然后將開關(guān) S 打開，此時(shí)，電感中的磁場(chǎng)能量以脈沖電流的形式通過沖擊檢流計(jì)釋放，有 沖擊法測(cè)量電感的電路UGAVSRNiIt=0Lx放電回路的電壓方程為第10頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五取等號(hào)兩邊從0 到的積分 因 ， ，故得第11頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五三、零位法如圖電路，設(shè) ； ； 且D零位法測(cè)量電感的電路LxRNR1L1C2AUINI1IxI2 由于RN 遠(yuǎn)大于 C2 與 并聯(lián)的阻抗，所以，可忽略這段支

5、路的阻抗，有 第12頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 調(diào)節(jié)RN使通過檢流計(jì)的電流為零，此時(shí)，有四、電壓表法則 參照第一節(jié)用電壓表法測(cè)量電容的方法，將圖中的電容換成電感，可得第13頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 第三節(jié) 互感的測(cè)量一、伏安法 如圖電路，用電流表和電壓表分別測(cè)出一次側(cè)電流的有效值和二次側(cè)電壓的有效值，根據(jù)AVuMR* *伏安法測(cè)量互感的電路可以計(jì)算出被測(cè)互感。第14頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五二、沖擊法 當(dāng)開關(guān)S倒向?qū)⒁淮蝹?cè)電流改變方向時(shí)，在二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電流，二次側(cè)回路電壓方程為GASRUM* *Ii2

6、 沖擊法測(cè)量互感的電路取上式等號(hào)兩邊積分得第15頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五三、坎貝爾橋法 四、補(bǔ)償法AD*MNEx*ENMxIU 坎貝爾橋法的電路 補(bǔ)償法的電路 第16頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五五、等效電感法順向串聯(lián)反向串聯(lián) 兩線圈的互感 六、電壓表法電壓表法d的測(cè)量電路第17頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 第四節(jié) 混合參數(shù)的測(cè)量一、交流電橋1平衡條件Z1Z2Z3Z4D 交流電橋的一般形式 u平衡條件或第18頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五2分類 按平衡條件分類 （1）實(shí)積電橋 （2）

7、虛積電橋 Z2 和 Z3一個(gè)為容性，另一個(gè)必為感性。Z2Z3R4D uR1R1Z2Z3C4D u實(shí)積電橋 的電路 虛積電橋的電路 Z2 和 Z3都應(yīng)是容性阻抗。第19頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 （3）實(shí)比電橋 （4）虛比電橋R1Z2R3Z4D uR3Z2Z4C1D u Z2和Z4 應(yīng)該是相同性質(zhì)的阻抗。 Z2應(yīng)是容性阻抗，Z4應(yīng)是感性阻抗 實(shí)比電橋的電路 虛比電橋的電路第20頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 3平衡條件與電源頻率的關(guān)系（1）實(shí)積和虛積電橋R3RxR4C4D uR2LxR3RxR4C4D uR2Lx平衡條件與電源頻率無關(guān)的實(shí)積

8、電橋 平衡條件與電源頻率有關(guān)的實(shí)積電橋第21頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五C3RxR4C4D uR2CxC3RxR4C4D uR2Cx平衡條件與電源頻率無關(guān)的虛積電橋 平衡條件與電源頻率有關(guān)的虛積電橋第22頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 可見，實(shí)積和虛積電橋，除單一元件的兩臂外，其余兩臂的阻抗，一個(gè)臂是兩元件的串聯(lián)，另一個(gè)臂是兩元件的并聯(lián)，此時(shí)電橋的平衡條件與電源頻率無關(guān)，否則與電源頻率有關(guān)。（2）實(shí)比和虛比電橋 實(shí)比和虛比電橋，除單一阻抗元件的兩臂外，其余兩臂的阻抗都是兩元件的串聯(lián)或都是兩元件的并聯(lián)，此時(shí)電橋的平衡條件與電源頻率無關(guān)，否則與

9、電源頻率有關(guān)。第23頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 4交流電橋的靈敏度 指零儀一端兩側(cè)橋臂阻抗模越接近相等，輻角差越接近90時(shí)，電橋的靈敏度越高。 5交流電橋的收斂性 交流電橋至少要調(diào)節(jié)兩個(gè)變量才能平衡，如果選擇不同的可調(diào)變量，電橋調(diào)到平衡的難易程度也不同，一般用收斂性來衡量電橋調(diào)到平衡的難易程度。交流電橋的收斂性被定義為電橋達(dá)到平衡所需反復(fù)調(diào)節(jié)的次數(shù)。調(diào)節(jié)次數(shù)越少，收斂性就越好；調(diào)節(jié)次數(shù)越多，收斂性就越差。 第24頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 每個(gè)可調(diào)變量只影響一個(gè)平衡方程式，此時(shí) 電橋的收斂性最好。 必須指出：在實(shí)際的電橋當(dāng)中，并不是所

10、有電橋的收斂性都是最好，如果電橋的收斂性不是最好，那么，就必然在其他方面獲得收益，例如西林電橋，雖然犧牲了收斂性，但換來了讀數(shù)的方便，可以省去麻煩的計(jì)算，直接讀出被測(cè)元件的介質(zhì)損耗。 第25頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 6交流電橋的防護(hù) 交流電橋的防護(hù)就是采取相應(yīng)的措施，消除或減小干擾因素給測(cè)量結(jié)果帶來的影響。 （1）引起誤差的因素 電容性漏電 電阻性漏電 可變磁場(chǎng)的影響 （2）防護(hù)的原則 最理想的情況就是將干擾因素徹底消除，不能徹底消除的，應(yīng)盡量減小它們的影響，不能減小的把它們的影響固定下來，以便在最后從測(cè)量結(jié)果中扣除。 （3）防護(hù)的措施 控制漏電回路 適當(dāng)接地

11、替代法 磁屏蔽 零位平衡法。第26頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五二、變壓器電橋基本電路：串聯(lián)電容電橋 串聯(lián)電容電橋的電路平衡條件第27頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 并聯(lián)電容電橋 電感電橋+u-DLNLxRNRx 并聯(lián)電容電橋的電路 電感電橋的電路 第28頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 這些基本電路都存在一定的問題。例如，在串聯(lián)電容電橋中，當(dāng) 很大時(shí)，需要很大的RN ；在并聯(lián)電容電橋中， 當(dāng)很小時(shí)，同樣需要很大的 RN ；在電感電橋中，必須使用標(biāo)準(zhǔn)電感，而標(biāo)準(zhǔn)電感的準(zhǔn)確度又很低，并且，被測(cè)電感和標(biāo)準(zhǔn)電感之間存在互感。

12、因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，必須對(duì)它們進(jìn)行改進(jìn)。采用三端電阻電路可以解決需要大電阻的問題，如圖電路。 CBAR1R2R0T型三端電阻電路CBARABRACRBC型三端電阻電路第29頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 將T 型三端電阻電路等效成型電路后，A、B兩端的等效電阻為 由于標(biāo)準(zhǔn)電感的不理想，可以利用只有電阻和電容的三端阻抗電路來模擬一個(gè)感性阻抗，如圖所示。R1R2C0ABCT型三端阻抗電路ZAB 型三端阻抗電路BARACRBCC等效阻抗為 第30頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 三、有源電橋 1有源電橋的構(gòu)成 有源電橋是由有源元件運(yùn)算放大器與基本電橋

13、電路構(gòu)成，如圖。在有源電橋中，運(yùn)算放大器起到了隔離和參數(shù)變換的作用，還可組成有源轉(zhuǎn)移單元，這種電橋?qū)ζ帘蔚囊蟠蟠蠼档?，同時(shí)提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度，改善了電橋的平衡調(diào)節(jié)過程以及其他性能。 2有源電橋的分析 通常不采用經(jīng)典電橋的分析方法，而采用兩端口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移參數(shù)來進(jìn)行分析，即把電橋電路看成是由若干兩端口網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)或并聯(lián)組成。有源電橋的電路第31頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 以上圖為例，首先從電源電壓入手，把R2作為無源轉(zhuǎn)移導(dǎo)納單元Y2，把R3和C3的并聯(lián)及運(yùn)算放大器作為有源轉(zhuǎn)移阻抗單元ZD ，把R4作為無源轉(zhuǎn)移導(dǎo)納單元Y4 ，然后到指零儀，再把Rx和Lx的串聯(lián)作為無源轉(zhuǎn)移

14、導(dǎo)納Yx ，最后又回到電源電壓，該過程可由下面的框圖表示。圖中Y2ZDY4DYxI2I1UU轉(zhuǎn)移單元聯(lián)接框圖第32頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五電橋平衡時(shí)應(yīng)有代入轉(zhuǎn)移參數(shù)，有則整理可得第33頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五4有源電橋的特點(diǎn) （1）有源電橋的電源和指零儀共地，消除了二者之間的干擾。 （2）有源電橋具有自動(dòng)防護(hù)功能，降低了對(duì)屏蔽的要求，消除了雜散電容對(duì)電橋的影響。 （3）由于有源電橋消除了某些干擾和雜散參數(shù)的影響，對(duì)電橋的收斂性也有所改進(jìn)。第34頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五四、間接測(cè)量1三表法 若被測(cè)阻抗

15、和儀表內(nèi)阻滿足條件采用電壓表前接、電流表后接的電路，反之采用電壓表后接、電流表前接的電路。電壓表前接、電流表后接的電路電壓表后接、電流表前接的電路第35頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五根據(jù) 可以求出負(fù)載的等值電阻，再根據(jù)可以求負(fù)載的阻抗值，從而可以求出負(fù)載的電抗為最后求出負(fù)載的等值電感或電容第36頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 2三電壓表法 電路如左圖，用電壓表分別測(cè)出RN兩端的電壓、Z兩端的電壓和電源電壓，電路的相量圖如右圖所示。 三電壓表法的測(cè)量電路RNZU+UNUZ+ 相量圖UULUZURUNI 根據(jù)余弦定理可以求出角 ，從而得出L兩端的

16、電壓和R兩端的電壓第37頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五即可計(jì)算出的等值電阻和等值電感。 3三電流表法 如果使RN與Z并聯(lián)，用電流表分別測(cè)出兩個(gè)支路的電流和總電流，也可根據(jù)三電壓表法的測(cè)量原理計(jì)算出Z的等值電阻和等值電感。第38頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五第五節(jié) 輸電線路工頻參數(shù)的測(cè)量 輸電線路的工頻參數(shù)是指正序阻抗、零序阻抗、正序電容、零序電容、相間電容、互感電容和互感阻抗，這一組參數(shù)是電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算、繼電保護(hù)整定計(jì)算和選擇合理運(yùn)行方式前建立數(shù)學(xué)模型的必備參數(shù)。我國 110V 及以上的線路要求以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)，110V以下的線路一般不要求實(shí)

17、測(cè)，以理論計(jì)算為準(zhǔn)，但對(duì)于新建線路、改造線路和對(duì)系統(tǒng)安全要求較高的線路必須進(jìn)行實(shí)測(cè)。本節(jié)只介紹模擬測(cè)量法。第39頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五 將線路末端短路，采用兩表法測(cè)出三相總功率、三相電流和線電壓，然后計(jì)算正序阻抗。一、正序阻抗二、零序阻抗 將線路首端和末端均短路，采用三表法測(cè)出電壓、電流和功率，然后計(jì)算零序阻抗。三、正序電容 測(cè)量正序電容的電路與測(cè)量正序阻抗的電路基本相同，但線路末端要開路，需要同時(shí)測(cè)量線路首端電壓和末端電壓。此時(shí)，空載線路末端電壓高于首端電壓，計(jì)算時(shí)，電壓取首端電壓和末端電壓的平均值，電流取三相電流的平均值。第40頁，共42頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)58分，星期五四、零序電容 測(cè)量零序電容的電路與測(cè)量零序阻抗的電路基本相同，線路首端短路，末端開路，需要同時(shí)測(cè)量線路首端電壓和末端的電壓。計(jì)算時(shí)，電壓取首端電壓和末端電壓的平均值。 五、相間電容計(jì)算相間電容可根據(jù)正序電容和零序電容計(jì)算獲得。 六、耦合電容 兩條線路各首端短路，末端開路，在其