電磁測量第三章第一頁，共五十三頁，2022年，8月28日本章主要內(nèi)容用整流式儀表直接測量用電磁系儀表直接測量用電動系儀表直接測量用靜電系儀表測量電壓用交流電位差計測量電壓測量用互感器交流電壓和電流的間接測量第二頁，共五十三頁，2022年，8月28日第一節(jié)用整流式儀表直接測量原理：二極管V1的單項導電性V2作用：反向保護整流管V1Rm:平衡負載，其值與Rg接近磁電系電流表加整流裝置可構(gòu)成測量交流的整流式儀表。磁電系測量機構(gòu)整流電路+整流式電流/電壓表整流式儀表的表盤符號V1V2RmRgIgiuttui半波整流電路電路中的電流波形一、整流電路1.半波整流電路第三頁，共五十三頁，2022年，8月28日2.全波整流電路原理：二極管的單項導電性,全橋整流電路V1、V2、V3、V4均為整流管正半周，V1、V3導通，V2、V4截止負半周，V2、V4導通，V1、V3截止流過表頭電流是一脈動直流電流脈動直流交流電壓iu全波整流電路V1V2V4V3全波整流電路中的電流波形ttui第四頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、整流式儀表工作原理刻度特性：全波：0.9刻1，1刻1.11半波：0.9刻2，1刻2.22對一正弦全波整流后即半波整流整流式儀表：整流電路加上測量電路（分流或分壓）流過表頭的電流：脈動的直流電流表頭可動部分慣性作用，指針反映電流平均值刻度：交流正弦量的有效值第五頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、整流式電流表構(gòu)成：整流電路、分流電阻和磁電系表頭。設(shè)計:

參照磁電系電流表，將表頭靈敏度乘以波形因數(shù)作為整流式電流表的表頭靈敏度全波：半波：半波整流式電流表R1R2R3i3i2Ri1V1V2例:半波整流式電流表附加電阻計算(略)第六頁，共五十三頁，2022年，8月28日四、整流式電壓表構(gòu)成：整流電路、分壓電阻和磁電系表頭。例:半波整流式電壓表附加電阻計算(略)R1R2R3u3u2u1RV1V2第七頁，共五十三頁，2022年，8月28日萬用表實物圖整流式儀表可用來測量交流電參量還可以制成萬用表，用來測電壓、電流、電阻第八頁，共五十三頁，2022年，8月28日例題例：全波和半波整流式電壓表測量圖示電壓u,求讀數(shù)分別為多少？解：基本量測量：整流后的平均值讀數(shù)：整流后的平均值與波形因數(shù)乘積先求Uavu(V)100t(ms)2030全波：半波：第九頁，共五十三頁，2022年，8月28日思考：如正負半周波形對稱讀數(shù)是否相同？測量的正弦量存在高次諧波會怎樣？電壓表讀數(shù)全波：半波：讀數(shù)公式全波：半波：第十頁，共五十三頁，2022年，8月28日五、技術(shù)特性靈敏度高，其采用磁電式表頭準確度低，整流元件不理想適于測正弦量，非正弦量產(chǎn)生誤差修正測矩形波、三角波、其他周期波形時儀表讀數(shù)例：適用頻率范圍，10kHz以下最小量程單獨用一標尺，整流元件不理想造成u(V)wt

0計算圖中電壓平均之后乘以波形因數(shù)即為整流式儀表讀數(shù)第十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日第二節(jié)用電磁系儀表直接測量一、電磁系儀表結(jié)構(gòu)分為吸引式和排斥式吸引式電磁系儀表的結(jié)構(gòu)1.指針2.阻尼翼片3.偏心鐵片4.固定線圈5.游絲6.轉(zhuǎn)軸排斥式電磁系儀表的結(jié)構(gòu)1.游絲2.阻尼翼片3.動鐵心4.靜鐵心5.固定線圈電磁系測量機構(gòu)的磁場是由電流產(chǎn)生的，磁場較弱。結(jié)構(gòu)上應(yīng)有良好的磁屏蔽。第十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日W為線圈中儲存的磁場能量：平均轉(zhuǎn)動力矩M總是與通過線圈的電流有效值平方成正比二、工作原理１.轉(zhuǎn)動力矩由能量平衡，鐵片偏轉(zhuǎn)做的機械功等于磁場能量的變化量F為鐵片受到的電磁力，R為鐵片最大半徑,d為偏轉(zhuǎn)角的變化量為鐵片的偏轉(zhuǎn)距離：平均轉(zhuǎn)動力矩M為：瞬時轉(zhuǎn)動力矩m為：第十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日２.反作用力矩產(chǎn)生：由游絲產(chǎn)生當驅(qū)動力矩和反抗力矩平衡時，M=M

，即：指針偏轉(zhuǎn)特點:偏轉(zhuǎn)角度與電流有效值的平方成正比刻度特點:按有效值標刻度，因此刻度不均勻。磁電系儀表的基本量測量為電流有效值的平方思考：整流式儀表刻度均勻嗎？如何計算讀數(shù)？（與電磁系比較）改進措施:為了改善刻度的非線性，在結(jié)構(gòu)上采用特殊形狀的鐵心，使dL/d的變化呈某種非線性，補償標尺刻度的平方關(guān)系，標尺在10%~100%之間基本均勻。第十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、電磁系電流表原理：磁電系測量機構(gòu)指針隨電流有效值平方偏轉(zhuǎn)特點：由于電磁式儀表的游絲不通過電流，測量機構(gòu)本身能測量較大的電流。因此電磁式電流表的量程越大，它的固定線圈的導線就越粗，匝數(shù)就越少，總的磁通勢基本不變。

３.阻尼力矩產(chǎn)生：由空氣阻尼器和電磁阻尼器產(chǎn)生阻尼力矩電流方向改變時，轉(zhuǎn)矩的方向不變，電磁式儀表測量機構(gòu)可以交、直流兩用，測量交流時用交流有效值直接刻度的。電磁系儀表讀數(shù)為有效值第十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日繞組串聯(lián)繞組并聯(lián)接線端子

量程：多量程電磁式電流表將固定線圈的繞組分段纏繞，利其中兩個或兩個以上的繞組的串、并聯(lián)組合來改變量程。繞組并聯(lián)時量程是串聯(lián)時量程的2倍，無論選用哪個電流量限儀表內(nèi)產(chǎn)生的總的安匝數(shù)都是一定的。兩兩并聯(lián)再串聯(lián)量程為2I四段串聯(lián)量程為I四段并聯(lián)量程為4I第十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日單量程電壓表：在固定線圈上串聯(lián)附加電阻構(gòu)成的四、電磁系電壓表注：L是線圈的電感，R是串聯(lián)附加電阻，r是線圈電阻，ω是被測電壓頻率，U是被測電壓有效值多量程電壓表電壓表中的電流

多量程電壓表：在固定線圈上串聯(lián)附加電阻構(gòu)成的第十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日指針的偏轉(zhuǎn)角α與被測電壓有效值的關(guān)系:

注意：電磁系電壓表附加電阻不宜過大。否則較小的勵磁電流要求線圈的匝數(shù)過多，電感過大，從而導致電壓表的頻率誤差和溫度誤差增大。因此，一般電磁系電壓表的Su只有幾十歐/伏。電磁系電壓表主要用于電力系統(tǒng)的安裝式儀表。第十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日五、技術(shù)性能1.基本量測量電流有效值平方2.靈敏度低

3.準確度低4.功耗大5.刻度特性不均勻6.頻率范圍直流、工頻~幾百赫茲7.抗外磁場能力弱8.過載能力強高壓控制柜第十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日第三節(jié)用電動系儀表直接測量用通電流的固定線圈（靜圈）代替磁電系測量機構(gòu)的永久磁鐵提供磁場，即可測量交流，也可測直流。可用來測電流、電壓、功率、頻率等實物圖1.固定線圈2.可動線圈3.阻尼器4.指針

5.游絲14532第二十頁，共五十三頁，2022年，8月28日

鐵磁電動系特點：磁場強，轉(zhuǎn)矩大。但磁滯和渦流損耗造成準確度不高，多用于安裝式儀表。

鐵磁電動系：若將固定線圈繞在鐵心上構(gòu)成鐵磁電動系儀表電動系測量機構(gòu)結(jié)構(gòu)

1.固定線圈2.可動線圈3.阻尼翼片4.空氣阻尼箱5.軸6.游絲7.指針一、電動系儀表結(jié)構(gòu)固定線圈——用來產(chǎn)生磁場?？煞譃閮刹糠?，目的是獲得較均勻的磁場?？蓜泳€圈——在磁場中受力。（與磁電系測量機構(gòu)的動圈作用相同）動圈放在定圈的氣隙內(nèi)，并固定在轉(zhuǎn)軸上第二十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、工作原理以定圈不帶鐵心的電動系測量機構(gòu)為例定圈一般分為兩段，目的為了在定圈氣隙中產(chǎn)生比較均勻的磁場，動圈在定圈氣隙內(nèi)，并固定在轉(zhuǎn)軸上。假設(shè)通過定圈的電流為i1，動圈的電流為i2，

定圈也稱電流線圈，動圈也稱電壓線圈FFI1I2B動圈受力原理1.轉(zhuǎn)動力矩磁場由定圈產(chǎn)生B=k1i1第二十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日瞬時轉(zhuǎn)動力矩：

m=Bk2i2=k3i1i2注：K0為常數(shù)，為i1為i2和的初相位差角儀表只能反映平均轉(zhuǎn)動力矩動圈電流和定圈磁場有關(guān)第二十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日力矩平衡時，M

=Ma，得到:偏轉(zhuǎn)角與兩線圈中電流的有效值及其相位差余弦的乘積成正比2.反作用力矩產(chǎn)生：測量機構(gòu)用游絲產(chǎn)生反抗力矩3.阻尼力矩Ma=W由空氣阻尼器產(chǎn)生上述推導基于正弦交流，對其他波形同樣成立第二十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、電動系電流表低量限（毫安級）電動系電流表：采用將電動系測量機構(gòu)的靜圈與動圈相串聯(lián)的方法，這種電流表的內(nèi)阻很大。此時

I=I1=I2,cosφ=1則:=KI2

即與I2成正比I1：通過固定線圈的電流I2：通過可動線圈的電流I：兩線圈串聯(lián)后的電流使用有效值刻度，電動系電流表刻度不均勻電動系毫安表靜圈動圈1、原理偏轉(zhuǎn)角與兩線圈通過電流有關(guān)，將動圈和定圈串聯(lián)或并聯(lián)，可直接測量電流第二十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日定圈并聯(lián)高量限的電動系電流表采用將電動系測量機構(gòu)的靜圈與動圈相并聯(lián)的方法（圖2）。2、電動系電流表的實際使用電動系安培表雙量程電動式電流表:通過改變兩段固定線圈的連接方式改變量程，兩段線圈并聯(lián)量程是串聯(lián)時量程的兩倍,與電磁系相似第二十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日當測量大于300A的電流時需采用電流互感器配合使用，可直接在電流表上讀數(shù).

*注：電流互感器的副繞阻額定電流為5A.

例：測量500A，選100/1的電流互感器

測大電流接線注意：測量過程中，電壓互感器不能短路電流互感器不能開路測電流時，電流表串聯(lián)接入負載電路，接線如圖電流表測負載電流電流表的實際使用第二十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日電動系電壓表四、電動系電壓表電動式電壓表是把內(nèi)部定線圈和動線圈串聯(lián)以后,再與附加電阻串聯(lián)構(gòu)成

。此時通過電壓表電流為：

I=U/[R2+(wL)2]1/2注：R--電壓表的總內(nèi)阻,

L--總電感,

w--被測電壓角頻率,

U--被測電壓有效值與U2成正比，電動系電壓表刻度是否均勻？1、工作原理=KI2=KU2/R2

=KUU2

第二十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日1）安裝式儀表的單量程電壓表，

一般直接與負載并聯(lián).接互感器的電壓表2）當制成多量程時，可將儀表的固定線圈分段串聯(lián)或并聯(lián)

，同時為增加電壓表內(nèi)阻，儀表固定線圈與不同附加電阻串聯(lián).

注：電壓互感器副繞阻額定電壓為100V，例：測量600V，選定6/1互感器.

2、實際使用3）當被測量電壓大于600V時，

需采用電壓互感器配合使用可直接在電壓表上讀數(shù).

第二十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日3.頻率范圍直流、工頻~幾千赫茲4.功耗大

5.刻度特性

對于電壓、電流測量，刻度不均勻。6.抗外磁場能力弱五、技術(shù)特性1.基本量測量兩電流有效值及它們之間余弦的乘積。由可構(gòu)成電壓表、電流表、功率表、相位表。1.靈敏度較高

2.準確度較高

可達0.1級第三十頁，共五十三頁，2022年，8月28日第四節(jié)用靜電系儀表測量電壓一、靜電系測量機構(gòu)定葉片動葉片阻尼片指針游絲靜電系測量機構(gòu)可動部分的偏轉(zhuǎn)角取決于電壓的平方

形成空氣電容器第三十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日靜電系電壓表擴大量程采用串聯(lián)電容分壓器來實現(xiàn)C1C2C0分壓比近似為則二、靜電系電壓表電壓表固有電容器第三十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日

1．靈敏度低；

2．準確度低，易受外界電場的影響；

3．刻度不均勻；

4．交直流兩用；

5．頻帶寬，可從0到幾MHz；

6．功耗小，幾乎不消耗功率；

7．便攜式電壓表最大量程為30kV。＞＞返回三、靜電系電壓表的技術(shù)特性第三十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日第五節(jié)用交流電位差計測量電壓一、交流電位差計的特點1．準確度低；2．輸入阻抗高；3．正弦交流電壓的補償難度大。判斷兩個正弦電壓是否相等的條件：周期或頻率、振幅或有效值和初相位電壓補償?shù)臈l件第三十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日二、極坐標式電位差計極坐標式電位差計原理電路ARR0DiABCUx由得補償條件為原理電路如圖第三十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、直角坐標式電位差計電壓補償?shù)南嗔繄D未知電壓可以用電壓和來進行補償；未知電壓可以用電壓和來進行補償。Ux1Ux2UA1UA2UB2UB1˙˙˙˙˙˙第三十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日直角坐標式電位差計的電路＞＞返回RBUA直角坐標式電位差計原理電路ADUUxUBRAR2R1

I1I2MOEMBA˙˙˙˙˙˙˙˙第三十七頁，共五十三頁，2022年，8月28日第六節(jié)測量用互感器

測量用互感器(儀用互感器):可把高電壓和大電流變成低電壓和小電流的設(shè)備，便于使用普通儀表進行測量。一、電壓互感器電壓互感器相當于一個降壓變壓器。AaxX電壓互感器的符號第三十八頁，共五十三頁，2022年，8月28日變壓比為或變差（比差）為電壓互感器的準確度等級用比差表示，如0.2級的電壓互感器，表示在規(guī)定條件下，比差不超過0.2%第三十九頁，共五十三頁，2022年，8月28日使用電壓互感器應(yīng)注意的問題：（1）選用電壓互感器一次側(cè)線圈額定電壓應(yīng)大于被測壓。（2）與電壓互感器配套的測量儀表選擇交流電壓表：

被測電壓＝電壓表的讀數(shù)×電壓互感器的變比（3）一、二次側(cè)絕對不能接反，A、X應(yīng)接被測電壓，a、x應(yīng)接電壓表。（4）二次側(cè)不允許短路，為防止互感器短路損壞，可在一次和二次側(cè)安裝熔斷器。（5）為防止故障時二次側(cè)電壓升高，電壓互感器的二次側(cè)線圈、外殼和鐵芯要可靠接地，以確保人身和設(shè)備的安全。第四十頁，共五十三頁，2022年，8月28日電流互感器相當于一個升壓變壓器＞＞返回變流比為比差為

L1K1K2L2電流互感器的符號二、電流互感器第四十一頁，共五十三頁，2022年，8月28日使用電流互感器應(yīng)注意的問題：（1）一次側(cè)繞組額定電流應(yīng)大于被測電流，同時電流互感器的額定電壓與被測電壓等級相符。（2）電流互感器配套測量儀表為交流電流表。

被測電流=電流表的讀數(shù)×電流互感器的變比

（3）一、二次側(cè)不能接反，電流表串入被測電路。（4）二次側(cè)不允許開路，否則二次側(cè)將產(chǎn)生很高的電壓，可能將互感器的絕緣擊穿。（5）二次側(cè)不允許接熔斷器，需要更換測量儀表時，用開關(guān)先將二次側(cè)短路，更換儀表后再將開關(guān)打開。（6）為了人身和設(shè)備的安全，電流互感器的二次側(cè)線圈、鐵芯和外殼也要可靠接地。第四十二頁，共五十三頁，2022年，8月28日三、鉗形電流表特點：不切斷一次側(cè)電路可測量電流，由鉗形電流互感器和電流表構(gòu)成。使用：當緊握手柄時，鐵芯可以張開，使鐵芯包圍被測電流通過導線；松開手柄時，鐵芯閉合，鐵芯包圍的導線就是電流互感器的一次側(cè)繞組，二次側(cè)繞組線圈在內(nèi)部與電流表串聯(lián)。鉗形電流表結(jié)構(gòu)鐵芯轉(zhuǎn)換開關(guān)鉗形電流表在測量電流時，由于不切斷一次側(cè)電路，使用特別方便，但準確度較低，一般不超過2.0級。第四十三頁，共五十三頁，2022年，8月28日用交流電位差計不能直接測量交流電流，讓被測電流通過一標準電阻，用電位差計測量標準電阻兩端的電壓，然后再換算成電流，可以實現(xiàn)電流的間接測量。第七節(jié)交流電壓和電流的間接測量一、AC－DC變換由于沒有理想的整流元件，測量結(jié)果的誤差一般都比較大，因此，這種方法目前應(yīng)用較少。二、用電位差計測量正弦交流電流第四十四頁，共五十三頁，2022年，8月28日I2·DN0N1N2I1·**電流比較儀三、電流比較儀電流比較儀的兩個繞組繞在同一個鐵芯上，分別通入兩個電流，兩電流產(chǎn)生的磁場方向相反。鐵芯中為零磁通狀態(tài)，

此時兩電流比等于兩匝數(shù)比。如果兩電流之一為已知，可測出另一個電流。第四十五頁，共五十三頁，2022年，8月28日四、電風車電壓傳感器

·電極絕緣環(huán)葉片u電風車的結(jié)構(gòu)電風車是一種驗電設(shè)備，起動電壓為3000V，在3000V以上，轉(zhuǎn)速與外加電壓基本滿足線性關(guān)系，而且，外加電壓越高，線性度越好第四十六頁，共五十三頁，2022年，8月28日電風車電壓傳感器的結(jié)構(gòu)

u光源光敏元件光源驅(qū)動電路信號放大電路光纖光纖電風車電風車電壓傳感器的結(jié)構(gòu)被測電壓的有效值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為

＞＞返