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1、第四章电动系仪表第四章电动系仪表第三节功率表第三节功率表第四节频率表，相位表和功率因数第四节频率表，相位表和功率因数第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表学习目标：学习目标：2理解电动系电流表和电压表的测量线路。理解电动系电流表和电压表的测量线路。1了了解解电电动动系系测测量量机机构构的的结结构构、工工作作原原理理、技技术术特性。特性。3掌握以它们的使用与维修方法。掌握以它们的使用与维修方法。第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构图图 4-1电动系测量机构的结构示意图电动系测量机构的结构示意图一、结构和工作原理一、结构和工作原理1结构结构
2、有有两两个个线线圈圈，固固定定线线圈圈(定定圈圈)和和可可动动线线圈圈(动动圈圈)。如图如图 4-1 所示。所示。第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构2工作原理工作原理设设定定圈圈中中通通过过电电流流为为 I1，动动圈圈中中通通过过电电流流为为 I2。磁场方向由右手螺旋定则确定。磁场方向由右手螺旋定则确定。转动力矩转动力矩 M 与电流与电流 I1 和和 I2 的乘积成正比，即的乘积成正比，即图图 4-3转动力矩产生的示意图转动力矩产生的示意图第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构当用于交流电路的测量时有当用于交流电路的测量时有当当可可动动部部分分偏偏转转一一角角度度 而而达达到到平平衡衡
3、，游游丝丝反反作作用力矩为用力矩为 Mf=D，根据，根据 M=MfI1、I2 为定圈和动圈中电流的有效值；为定圈和动圈中电流的有效值；(4-1)为为定定圈圈中中电电流流与与动动圈圈中中电电流流之之间间的的相相位差角。位差角。当用于交流电路的测量时有当用于交流电路的测量时有当用于直流电路的测量时有当用于直流电路的测量时有(4-1)易受外磁场干扰易受外磁场干扰可以交直流两用可以交直流两用电动系功率表刻度均匀电动系功率表刻度均匀能构成多种线路测量多种参数能构成多种线路测量多种参数准确度高准确度高二、技术特性二、技术特性第一节电动系测量机构第一节电动系测量机构仪表本身消耗功率大仪表本身消耗功率大过载能
4、力小过载能力小电动系电流表电压表刻度不均匀电动系电流表电压表刻度不均匀第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表图图 4-4电动系电流表原理电路电动系电流表原理电路一、电动系电流表一、电动系电流表电电流流表表指指针针的的偏偏转转角角正正比比于于被被测测电电路路的的平平方方，即即电动系电流表通常做成电动系电流表通常做成双量程双量程的便携式仪表。的便携式仪表。所所以以，电电动动系系电电流流表表标标度度尺尺的的刻刻度度具具有有平平方方规规律律，其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。第二节电动系电流表和电压表第二节电动系电流表和电压表二、电动系电
5、压表二、电动系电压表图图 4-7三量程电压表的测量线路三量程电压表的测量线路由由于于电电压压表表测测量量时时的的电电流流较较小小，所所以以电电动动系系电电压表的线圈匝数较多。压表的线圈匝数较多。电动系电压表通常做成电动系电压表通常做成多量程多量程的便携式仪表。的便携式仪表。图图 4-6电动系电压表原理电路电动系电压表原理电路当当附附加加电电阻阻一一定定时时，通通过过测测量量机机构构的的电电流流与与仪仪表两端的电压成正比。表两端的电压成正比。第三节功率表第三节功率表图图 4-8电动系功率表的原理电路电动系功率表的原理电路一、电动系功率表一、电动系功率表1结构和工作原理结构和工作原理测测量量功功率
6、率时时，定定圈圈 A 与与负负载载串串联联接接入入被被测测电电路路；动圈动圈 D 与附加电阻与附加电阻 Rj 串联后接入电路。串联后接入电路。下面介绍电动系功率表的工作原理。下面介绍电动系功率表的工作原理。第三节功率表第三节功率表对于一个已制成的功率表来说，对于一个已制成的功率表来说，R2 是一个常数是一个常数得出得出即即(1)用于直流电路的测量时，通过定圈电流用于直流电路的测量时，通过定圈电流(4-3)(2)用于交流电路的测量时，通过定圈电流等用于交流电路的测量时，通过定圈电流等于负载电流，即于负载电流，即第三节功率表第三节功率表由式由式(4-2)可得可得由由于于电电压压支支路路中中附附加加
7、电电阻阻 Rj 的的阻阻值值总总是是比比较较大大，在在工工作作频频率率不不太太高高时时，动动圈圈的的感感抗抗相相比比之之下下可可以以忽忽略略不计。不计。即即图图 4-9功率表向量图功率表向量图而通过动圈的电流与负载电压成正比而通过动圈的电流与负载电压成正比式中，式中，Z2 电压支路的复阻抗。电压支路的复阻抗。(4-4)2多量程功率表多量程功率表需需要要注注意意的的是是，功功率率表表的的不不同同量量程程是是通通过过选选择择不不同的电流量程和电压量程来实现的。同的电流量程和电压量程来实现的。图图 4-10用连片改变功率表的电流量程用连片改变功率表的电流量程第三节功率表第三节功率表(1)电流的两个量
8、程的实现如图电流的两个量程的实现如图 4-10 所示。所示。3功率表的选择及使用方法功率表的选择及使用方法 功功率率表表标标有有“*”号号的的电电压压端端钮钮可可以以接接至至电电流流端端钮钮的的任任意意一一端端，而而令令一一个个电电压压端端则则跨跨接接至至负负载载另另一一端端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。第三节功率表第三节功率表(2)功功率率表表的的正正确确接接法法必必须须遵遵守守“发发电电机机端端”的的接接线规则，即：线规则，即：(1)正确选择功率表量程。正确选择功率表量程。功功率率表表标标有有“*”号号的的电电流流端端必必须须接接电电源源一一
9、端端，而而另另一一个个电电流流端端则则接接至至负负载载端端。电电流流线线圈圈串串联联接接入入电电路。路。第三节功率表第三节功率表功率表常出现的错误接线如图功率表常出现的错误接线如图 4-13 所示。所示。功率表正确接线如图功率表正确接线如图 4-12 所示。所示。图图 4-13功率表的错误接法功率表的错误接法图图 4-12功率表的正确接法功率表的正确接法第三节功率表第三节功率表(3)功率表接线方式的正确选择。功率表接线方式的正确选择。功功率率表表有有两两种种不不同同的的连连线线方方式式,即即电电压压线线圈圈前前接接和和电压线圈后接。如下图。电压线圈后接。如下图。电电压压线线圈圈后后接接法法适适
10、用用于于负负载载电电阻阻远远比比电电压压支支路路电阻小得多的情况。电阻小得多的情况。电电压压线线圈圈前前接接法法适适用用于于负负载载电电阻阻远远比比电电流流线线圈电阻大得多的情况。圈电阻大得多的情况。第三节功率表第三节功率表下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表。下面介绍三种有不同特点的低功率因数功率表。(1)具有补偿线圈的低功率因数功率表。具有补偿线圈的低功率因数功率表。4低功率因数功率表低功率因数功率表用用于于测测量量功功率率因因数数较较低低的的交交流流电电路路的的功功率率，它它也也可以用来测量交直流电路中的小功率。可以用来测量交直流电路中的小功率。(4)功率表的正确读数。功率表的正确读
11、数。图图 4-15具有补偿线圈的低功率因数功率表具有补偿线圈的低功率因数功率表第三节功率表第三节功率表注注意意，低低功功率率因因数数功功率率表表的的接接线线和和使使用用方方法法与与普普通通功功率率表表基基本本相相同同，但但设设计计时时使使其其标标度度尺尺的的满满刻刻度度是是在在额额定定电电流流 IN、额额定定电电压压 UN 和和额额定定功功率率因因数数 N (cos N)下下刻刻度度的的。因因此此读读数数时时其其分分格格常常数数应应按按下下式式计计算算(2)应用补偿电容的应用补偿电容的低功率因数功率表。低功率因数功率表。图图 4-16带有补偿电容的低功率因数功率表带有补偿电容的低功率因数功率表
12、(3)带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。(4-7)二、三相功率表二、三相功率表第三节功率表第三节功率表1三相功率的测量方法三相功率的测量方法 三三相相交交流流电电路路按按其其电电源源和和负负载载的的连连接接方方式式的的不不同同，有有三三相相三三线线制制和和三三相相四四线线制制两两种种系系统统，而而每每一一种种系系统统在运行时又有如下图几种情况：在运行时又有如下图几种情况：根据三相电路的特点，有以下几种测量方法。根据三相电路的特点，有以下几种测量方法。(1)一表法。一表法。(3)三表法。三表法。(2)两表法。两表法。第三节功率表第三节功率表图图 4-20
13、三三表法测量三相四线制电表法测量三相四线制电路的有功功率路的有功功率图图 4-17一表法测量对称三相电路的有功功率一表法测量对称三相电路的有功功率图图 4-19两两表法测量三相功率的线路表法测量三相功率的线路第三节功率表第三节功率表工工作作原原理理与与单单相相功功率率表表相相同同，在在结结构构上上分分为为二二元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图图 4-22二元三相功率表的接线方法二元三相功率表的接线方法图图 4-21二元三相功率表的内部电路二元三相功率表的内部电路第三节功率表第三节功率表3三相无功功率表三相无功功率表图图 4-24无功功率
14、的测量原理无功功率的测量原理交交流流电电路路的的无无功功功功率率页页可可以以用用有有功功功功率率表表测测量量，因为：因为：线电压与相电压线电压与相电压之之间间恰恰有有 90 的的相相位位差差，如如果果将将图图 4-25(a)线线路路中中单单相相功功率率表表的的接接线线改改为为图图 4-26(a)所示电路。如下图。所示电路。如下图。第三节功率表第三节功率表图图 4-26测量三相无功功率的测量三相无功功率的接线图和向量图接线图和向量图图图 4-25测量三相有功功率的测量三相有功功率的接线图和向量图接线图和向量图而而三三相相对对称称负负载载的的电路中，无功功率电路中，无功功率(4-7)此时功率表的读
15、数此时功率表的读数第三节功率表第三节功率表三相电路无功功率的测量方法很多，这里介绍最三相电路无功功率的测量方法很多，这里介绍最常用的两种。常用的两种。(1)用三个有功功率表测量用三个有功功率表测量(图图 4 27)图图 4-27三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图三个有功功率表测量三相不平衡电路无功功率表的接线图总的无功功率为总的无功功率为 第三节功率表第三节功率表(2)铁磁电动系无功功率表铁磁电动系无功功率表图图 4-28铁磁电动系无功功率表的线路图铁磁电动系无功功率表的线路图两两表表跨跨接接法法只只适适用用对对称称负负载载的的三三相相三三线线制制交交流流电电路，而量表人工中性
16、点法可用于对称及不对称电路。路，而量表人工中性点法可用于对称及不对称电路。铁铁磁磁电电动动系系无无功功功功率率表表通通常常都都做做成成安安装装式式仪仪表表。如图如图 4-28 所示所示。第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表图图 4-29电动系比率表的结构图电动系比率表的结构图一、电动系比率表一、电动系比率表结构如图结构如图 4 29 所示，具有以下特点：所示，具有以下特点：(1)两两个个线线圈圈分分别别产产生生转转动力矩和反作用力矩。动力矩和反作用力矩。(2)有有一一个个分分为为两两段段烧烧制制的定圈，用来建立工作磁场。的定圈，用来建立工作磁场。(3)指指针针偏偏转
17、转角角 与与定定圈圈电电流流和和动动圈圈电电流流乘乘积积成成正正比。比。(4-11)第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表(5)不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁场等。场等。(4)没有游丝，电路接通前，指针可以再任意位置。没有游丝，电路接通前，指针可以再任意位置。I1，I2 为为动动圈圈 1、2 中中的的电电流流；1 与与 2 为为定定圈圈电电流与和的相位差。流与和的相位差。二、电动系频率表二、电动系频率表第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表图图 4-30电动系频率表测量线路电动系频率表测量线路
18、 测量线路如图测量线路如图 4-30 所示。所示。(4-12)当当频频率率表表接接入入电电压压为为的的被被测测电电路路后后指指针针的的偏偏转转角角 与两个动圈的关系是与两个动圈的关系是第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表 指针的偏转可能出现三种情况：指针的偏转可能出现三种情况：上式说明，仪表指针的偏转角上式说明，仪表指针的偏转角 只与频率只与频率 f 有关。有关。(3)指针从中心位置向左偏转时，指针从中心位置向左偏转时，0，tan 0，tan 0;被被测频率测频率 f 与串联谐振频率与串联谐振频率 f0 大。大。三、电动系相位表和功率因数表三、电动系相位表和功率因数
19、表第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表电电动动系系相相位位表表和和功功率率因因数数表表的的工工作作原原理理、测测量量线线路路完完全全相相同同，所所不不同同的的是是，相相位位表表的的标标度度尺尺是是按按来来那那个个被被测交流量的相位差测交流量的相位差 刻度，而功率因数表按刻度，而功率因数表按 cos 刻度。刻度。图图 4-32单相相位表的测量线路单相相位表的测量线路图图 4-32单相相位表的测量线路单相相位表的测量线路第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表假假设设被被测测负负载载是是一一个个感感性性负负载载，则则负负载载电电流流(即即流流过过
20、定圈的电流定圈的电流)滞后于电压一个角度滞后于电压一个角度 ；由由于于动动圈圈 B1 支支路路中中有有电电感感 L1，因因此此流流过过动动圈圈 B1 的的电电流流滞滞后后于于电电压压 一一个角度个角度 ；而而动动圈圈 B2 支支路路中中串串联联的的是是一一个个纯纯电电阻阻，因因此此与与电压电压 同相。同相。由此可得：由此可得：(4 13)第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表(4)在频率范围内使用。在频率范围内使用。(3)单单相相相相位位表表的的接接线线与与功功率率表表相相同同，接接入入电电路路时时，必须遵守发电机端原则。必须遵守发电机端原则。使用单相相位表应使用单相
21、相位表应注意：注意：(2)选择相位表时要注意它的电流和电压量程。选择相位表时要注意它的电流和电压量程。(1)使用前仪表指针可以不在零位。使用前仪表指针可以不在零位。第四节频率表、相位表和功率因数表第四节频率表、相位表和功率因数表最后介绍三相相位表。最后介绍三相相位表。图图 4-34三相相位表的测量线路三相相位表的测量线路与与单单相相相相位位表表比比较较可可以得：以得：两两者者的的使使用用方方法法基本相同。基本相同。两两者者的的测测量量机机构构都是电动系比率表。都是电动系比率表。动动圈圈 B1 中中只只串串联了电阻联了电阻 R1，而无电感。，而无电感。人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识
22、，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。