电工仪表与测量(第四版)第六章-元器件参数测量仪器的使用

第一节第二节第三节第6章电功率的测量第一节直流电流表与电压表电动系仪表和电磁系仪表在结构上的区别•电动系仪表和电磁系仪表在结构上的区别是：用可动线圈代替了可动铁片，这样就基本上消除了磁滞和涡流的影响，使电动系仪表的准确度得到了提高，所以在需要精密测量交流电流、电压时，多采用电动系仪表。电动系仪表结构上的特点•电动系仪表结构上的主要特点是它有固定线圈和可动线圈，两者可分别通过两个不同的电流，这就使得电动系仪表能够测量电功率、相位等与两个电量有关的量。一、电动系测量机构•电动系测量机构的结构•电动系测量机构的工作原理•电动系仪表的特点电动系测量机构的结构电动系测量机构的结构•固定线圈一般都分成两段,其目的是：①能获得较均匀的磁场；②便于改换电流量程。游丝的作用除了产生反作用力矩外，还起引导电流进入可动线圈的作用。电动系测量机构的工作原理•电动系测量机构是利用两个通电线圈之间产生电动力作用的原理制成的。•当固定线圈中通入电流I１时，将产生磁场B１。同时在可动线圈中通入电流I2，可动线圈中的电流就受到固定线圈磁场的作用力，产生转动力矩，从而推动可动部分发生偏转，直到与游丝产生的反作用力矩相平衡为止，指针停在某一位置，指示出被测量的大小。电动系仪表原理•电动系测量机构测量直流时，指针的偏转角α与两线圈中电流的乘积成正比。•电动系测量机构测量交流电时，仪表指针的偏转角α不仅与通过两个线圈电流的有效值I１、I２有关，而且还与两电流相位差的余弦cos有关。电动系仪表的优点准确度高；交直流两用，并且能测量非正弦电流的有效值；能构成多种仪表，测量多种参数；电动系功率表的标度尺刻度均匀。电动系仪表的缺点仪表读数易受外磁场的影响；本身消耗功率大；过载能力小；电动系电流表、电压表的标度尺刻度不均匀。铁磁电动系测量机构二、电动系功率表•电动系功率表的结构及工作原理•功率表的量程及扩大电动系功率表的结构及工作原理电动系功率表原理电路电动系功率表的符号电动系功率表的符号•匝数少、导线粗的固定线圈与负载串联，通过固定线圈的电流等于负载电流，因此，固定线圈又叫功率表的电流线圈•匝数多、导线细的可动线圈与分压电阻Rv串联后再与负载并联，加在该支路两端的电压等于负载电压，所以可动线圈又称为功率表的电压线圈。电动系功率表的结构及工作原理功率表的量程及扩大•实际应用时，为了满足测量不同大小功率的需要，往往需要扩大功率表的量程。功率表的功率量程主要由电流量程和电压量程来决定。所以，功率量程的扩大也要通过电流量程和电压量程的扩大来实现。电流量程的扩大•电动系功率表的电流量程是可以成倍改变的。两线圈串联两线圈并联电压量程的扩大•扩大功率表电压量程是利用与电压线圈串联不同阻值分压电阻的方法来实现的。•实际上，只要在功率表中选定不同的电流量程和电压量程，功率量程也就随之确定了。【例】D19－W型功率表的电流量程为5／10A，电压量程为150／300V，其功率量程有：P1=5×150=750WP2=10×150=1500W或P2′=5×300=1500WP3=10×300=3000W这里的功率是指负载的功率因数cos＝1时的情况。而感性或容性负载的cos1，所以，上述量程是指最大功率量程。D26－W型便携式单相功率表电流端钮连接片电压端钮三．功率表的正确使用1.正确选择量程•选择时，要使功率表的电流量程略大于被测电流，电压量程略高于被测电压。［例］有一感性负载，额定功率为400W，额定电压为220V，cos＝0.75。现要用功率表去测量它实际消耗的功率，试选择所用功率表的量程。解：因为负载额定电压为220V，应选功率表电压量程为300V。负载额定电流为A故确定选用电流量程为2.5A，电压量程为300V，功率量程为300×2.5=750W的功率表。42.275.0220400cosUPI•在选择功率表的量程时，不仅要注意其功率量程是否足够，还要注意仪表的电流量程以及电压量程是否与被测功率的电流和电压相适应。•在使用功率表时，不仅要注意使被测功率不超过仪表的功率量程，通常还要用电流表、电压表去监视被测电路的电流和电压，使之不超过功率表的电流量程和电压量程，以确保仪表安全可靠地运行。2.要正确接线•功率表应按照“发电机端守则”进行接线。•发电机端守则的内容：电流线圈：使电流从发电机端流入，电流线圈与负载串联。电压线圈：保证电流从发电机端流入，电压线圈支路与负载并联。功率表的接线方式•电压线圈前接方式，适用于负载电阻比功率表电流线圈电阻大得多的情况。功率表的接线方式•电压线圈后接方式，适用于负载电阻比功率表电压线圈支路电阻小得多的情况。功率表的接线方式•为保证功率表安全可靠地运行，常将电流表、电压表与功率表联合使用。功率表指针反偏现象及处理•实际测量中，如果功率表接线正确，但指针仍反转的情况发生在：负载端含有电源，并且负载不是消耗而是发出功率时；三相电路的功率测量中。•解决方法在切断电源之后，将电流线圈的两个接线端对调，并且将测量结果前面加上负号。但不得调换功率表电压线圈支路的两个接线端。功率表的错误接线3.要正确读数•功率表的标度尺上只标有分格数，而不标瓦特数。当选用不同的量程时，功率表标度尺的每一分格所表示的功率值不同。•通常把每一分格所表示的瓦特数称为功率表的分格常数。UN——功率表的电压量程IN——功率表的电流量程αm——功率表标度尺满刻度的格数。被测功率：P＝C·αmNNIUC功率表的分格常数也可按下式计算［例］若选用一只功率表，它的电压量程为300V、电流量程为2.5A，标度尺满刻度格数为150格，用它测量某负载消耗的功率时，指针偏转100格。求负载消耗的功率。•解：先求功率表的分格常数：•W/格•被测功率：W51505.2300mNNIUC5001005CP四、低功率因数功率表低功率因数功率表的用途低功率因数功率表的构造低功率因数功率表的使用低功率因数功率表的用途•用普通功率表测量低功率因数电路的功率，不仅读数困难，而且测量误差很大。因此，必须采用专门的低功率因数功率表。•低功率因数功率表是专门用来测量低功率因数负载功率的仪表。低功率因数功率表的构造•工作原理与普通功率表基本相同，在构造上的不同之处主要有：1．标度尺应按较低的功率因数来刻度。2．为了减小摩擦，提高灵敏度，通常采用游丝支撑、光标指示结构。使仪表在较小的转矩下工作。3．在仪表结构上采用误差补偿措施。加补偿线圈通过补偿线圈的电流抵消了电流线圈中因流过电压线圈支路的电流所造成的误差，从而在功率表的读数中消除了电压线圈支路功率损耗的影响。加补偿电容电容器C并联在电压支路的附加电阻的一部分上，从而可以使原来的电感电路转变为纯电阻性电路，达到消除误差的目的。D34－W型低功率因数功率表低功率因数功率表的使用1．要正确接线•低功率因数功率表的接线也应遵守“发电机端守则”。对具有补偿线圈的低功率因数功率表，必须采用电压线圈后接的接线方式。2．要正确读数•低功率因数功率表的分格常数Ｃ可按下式计算:式中额定功率因数cosＮ1被测功率:Ｐ＝C·αmNNNcosIUC•应注意，使用低功率因数功率表时，被测电路的功率因数cos不得大于功率表额定功率因数cosＮ。否则会发生仪表电压、电流量程并未达到额定值，而指针却已超出满刻度，从而造成仪表的损坏。思考与练习•电动系仪表在结构上与电磁系仪表有什么不同?为什么电动系仪表的准确度比电磁系仪表高?•电动系功率表的标度尺与电动系电流表的标度尺有什么不同？为什么?•怎样扩大功率表的功率量程?•测量功率时，除了要用功率表外，为什么同时还要用电流表和电压表?•有一单相感性负载，有功功率为99W，电流为0.9A，cos＝0.5，用量程为1/2A、150／300V的D19－W型功率表测量该负载功率，问应怎样选择其量程?如果功率表的标度尺分格数为150格，选用上述量程时，指针指示为50格，求负载实际消耗功率为多少?•画出“功率表电压线圈前接”和“功率表电压线圈后接”的接线图，并说明其适用范围。•为什么功率表指针会发生反转现象?什么情况下功率表指针发生反转?一旦发生反转应如何处理?返回章目录第二节三相有功功率的测量一、一表法适用范围：测量三相对称负载的有功功率测量结果：按一表法接线，则三相总功率P＝3P1Y接对称负载△接对称负载人工中点法二、三表法适用范围：测量三相四线制不对称负载的有功功率测量结果：按三表法接线，三相总功率P＝P1+P2+P3三、两表法适用范围：对于三相三线制电路，不论负载是否对称，也不论负载是星形连接还是三角形连接，都能用两表法来测量三相负载的有功功率测量结果：按两表法接线，三相总功率P＝P1+P2两表法接线规则（1）两只功率表的电流线圈分别串联在任意两相线上,使通过线圈的电流为线电流，电流线圈的发电机端必须接到电源一侧。（2）两只功率表电压线圈的发电机端应分别接到该表电流线圈所在的相线上，另一端则共同接到没有接功率表电流线圈的第三相上，如图所示。两表法测量三相三线制负载功率四、三相有功功率表D33－W型三相有功功率表三相有功功率表接线图铁磁电动系三相功率表•安装式三相有功功率表通常采用铁磁电动系测量机构，并做成两元件，其工作原理与两表法原理一样。思考与练习•画出一表法接线图,说明适用范围。•简述两表法接线规则。•画出两表法接线图,说明适用范围。•画出三表法接线图,说明适用范围。返回章目录第三节三相无功功率的测量一、一表跨相法•适用范围；三相电路完全对称的情况。•测量结果：按一表跨相法接线，将该功率表的读数乘以，即得三相无功功率。3•已知Q＝UIsinUIcos(900－)如果设法使电压U与电流I之间的相位差等于(900－),那么，功率表就能够用来测量无功功率了。由相量图看出，当三相电路完全对称时，线电压Uvw与电流Iu之间存在的相位差等于（90˚－）。所以，只要按照图a所示的接线方式进行接线，则功率表的读数就是Q1=UvwIucos（90˚－）=UIsin只要把Ql乘以，则得三相无功功率：3sin331UIQQ二、两表跨相法•适用范围：适用于三相电路对称的情况。由于供电系统电源电压不对称的情况是难免的，而两表跨相法在此情况下测量的误差较小，因此此法仍然适用。•测量结果：按两表跨相法接线，将两表读数之和乘以，就得到三相无功功率。23•采用两只单相功率表，每表都按一表跨相法的原则接线。•在三相电路对称的情况下，每只功率表的读数Q1和Q2与一表跨相法一样，都等于Q1＝Q2＝UIsin•三相无功功率:sin3)sin2(23)(2321UIUIQQQ三、三表跨相法•适用范围：适用于电源电压对称，而负载对称或不对称的情况。•测量结果：按三表跨相法接线，将三只功率表的读数之和再除以，就得到三相电路的无功功率。3•采用三只单相功率表，每表都按一表跨相法的原则接线，就是三表跨相法。•三相总无功功率)(31321QQQQ思考与练习•画出一表跨相法接线图，说明适用范围。•画出两表跨相法接线图，说明适用范围。•画出三表跨相法接线图，说明适用范围。哪些电路中的功率表接线正确?适用于什么情况?哪些电路中的功率表接线错误?错在什么地方?返回章目录