第2章 指示仪表 (2)电磁系

§2.6电磁系仪表电磁系仪表的结构有三种：①吸引型、②推斥型、③吸引推斥型。电磁系仪表是测量交流电压与交流电流的最常用一种仪表。它具有结构简单，过载能力强、造价低廉以及交直流两用等一系列优点。在实验室和工程仪表中应用十分广泛；电磁系测量机构和磁电系的一样，应当有产生三种（转动、反作用、阻尼）力矩的装置。概述2、工作原理：1、电磁系测量机构结构：以排斥型为例。一、排斥型测量机构线圈阻尼器当固定线圈通过被测电流时，固定铁心2和动铁心3同时被磁化，有相同的磁化极性，从而产生排斥力(即转动力矩)，使动铁心偏转。游丝1、转动力矩产生原理当线圈通有电流时，产生磁场，两铁片均被磁化，同一端的极性是相同的，因而互相推斥，可动铁片因受斥力而带动指针偏转。在线圈通有交流电流的情况下，由于两铁片的极性同时改变，所以仍然产生推斥力。排斥性仪表中铁心被磁化的情况当线圈的电流改变方向，转动力矩的方向会发生变化吗？2、电磁阻尼原理电磁系仪表一般采用磁感应阻尼，它是利用阻尼翼片切割永久磁铁的磁场，使翼片中形成涡流ie，此电流与磁场Ｂ相互作用产生阻尼力矩。3、空气阻尼结构电磁系仪表除用磁感应阻尼外，还有采用空气阻尼的。空气阻尼箱二、工作原理1、定性分析：固定线圈通电静动铁片磁化铁片互斥产生转矩带动指针偏转I22、定量分析LI21W2I—被测电流值，L—线圈自感系数ddLI21ddWM2上式表示，在直流的情况下，电磁系测量机构可动部分的偏转角，与电流的平方成比例，由于线圈的自感Ｌ会随着可动铁心偏转而发生变化，则可动部分偏转角还与dL∕d成比例。电磁系仪表的转动力矩是靠通以被测电流的线圈与铁芯的吸引力产生的，从电工理论可知，线圈的磁场能量为：2、定量分析TTpdtiTddLdttMTM020121)(1ddLIMp221可见测量直流的式和测量交流的式完全相同，只要将电流换成交流有效值即可，也就是说电磁系仪表可以用直流刻度测量交流有效值。在交流情况：由于可动铁心的惯性，可动部分的偏转来不及跟着瞬时力矩变化，所以其转动力矩决定于瞬时转矩在一个周期的平均值。有效值定义:TdtiTI0213、偏转角与电流关系（3）刻度特性：电磁系仪表的刻度是不均匀的。如果dL/d为常数，则刻度具有平方律特性。刻度与dL/d的变化有关，如果结构上采取适当措施，进行补偿，可使刻度比较均匀。（2）当平衡时有：（1）反作用力矩：WMMMi即WddLI221所以ddLIW221（1－6－1）三、☆电磁系仪表的特性（2）仪表结构简单；（3）灵敏度较低，受外磁场影响大、功耗大；（4）感抗大、不易用于高频测量；（1）使用范围：电磁系仪表交直流两用。因为线圈电流方向改变时，线圈磁极性和铁心磁极性同时改变，从而保持受力方向不变。（5）刻度尺非均匀，经过补偿可近似均匀。四、电磁系防干扰措施（１）磁屏蔽：电磁系仪表由于线圈磁场的工作气隙大，磁场相对比较弱，外磁场的影响比较明显，成了附加误差的主要来源，为了防止外磁场的干扰，通常采取以下一些措施。将测量机构装在导磁良好的屏蔽罩内，外磁场的磁力线将沿磁屏蔽罩通过，而不进入测量机构。防干扰措施（２）无定位结构：即把测量机构的线圈分成二部分且反向串联。当线圈通电时，两线圈产生的磁场方向相反，但转矩却是相加的，见图。外磁场对测量机构的影响是：一个线圈磁场被削弱，另一个却被增强，两部分结构完全对称，作用可互相抵消一部分，所以不论仪表放置位置如何，外磁场的影响总要被削弱，故名为无定位结构。五、电磁系电流表电磁系仪表的磁场靠线圈产生，为了得到一定的磁场强度，匝数应足够多。线径不能用得很粗，否则重量太大。由于线径细而匝数多，内阻因而较大，消耗功率较多，测量时将带来一定的误差。电磁系测量机构本身就是电流表，只要将被测电流接入固定线圈中即可。由于固定线圈的线径较粗，可以流入大电流，因而不需要分流器。电磁系多量程电流表当构成多量程电流表时，不宜采用分流器。因为线圈内阻较大，对一定的电流分配关系，分流器电阻也大，它的尺寸和功耗也要增大，这样做不合理。为构成多量限电流表，通常是将固定线圈分段绕制，采用线圈串并联结合的方法改变量程。如图为双量限电流表；电磁系多量程电流表电磁系多量程电流表如将线圈分成四段绕制，通过四段的串联、并联和混联可构成三个量限的电流表。设该线圈的线径允许流过的电流为Ｉ，则通过串并联可得到Ｉ、２Ｉ和４Ｉ的量限。此外，如配接内附电流互感器将各种被测电流变换成固定线圈允许流过的电流，则构成多量程电磁系交流电流表。直接测量的电流表，其最高量限一般只做到２００Ａ。例如我国生产的１Ｔ１－Ａ型，１９Ｔ１－Ａ型电磁系安装式电流表。在发电厂和变电所中，常将一次回路的大电流变为二次回路的标准值，因此电流表必须与电流互感器配合使用。图1-6-4所示是多量限电流表的线路图。a图中线圈分成两个相同部分，利用其串并联得到1:2的两个量限；而b图可以得到1:2:4的三个量限。电磁系多量程电流表0R0IvRxU电磁系电压表由固定线圈和附加电阻串联而成。测量电路如图1-6-5所示。流过固定线圈的电流Io等于vxRRUI00式中,R0为固定线圈的电阻；Rv为附加电阻；Ux为被测电压。六、电磁系电压表仪表的偏转角为ddLRRUWddLIWvx20220)(2121（1-6-2）多量限电压表可以用改变附加电阻的方法来完成，多量限电压表的测量电路如图1-6-6所示。1、多量限电压表2、电磁系电压表特点电压表的内阻应越大越好，才不致于影响被测回路。但是电磁系电压表一方面要保证足够磁化力使仪表产生足够的转矩，另一方面又希望尽量减少匝数，以防止频率误差和温度误差。这样就要求通过仪表的电流大，也就是电压表内阻要小，通常每伏只有几十欧，而磁电系能做到每伏几千欧，可见电磁系电压表内阻小，表耗功率大。