第六章电磁参数的测量案例
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西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
电流互感器特点及注意事项： (1)原副边电路起到了电隔离作用； (2)交流强电流直接串入电阻被测电路损耗太大。电流互感器副边 接入电阻折算到原边阻值很小，影响小，但电流互感器的接入对 瞬态电流的测试（如短路电流）不利。 （3）电阻R大小由互感器的容量伏安值决定（一般常用电流互感器 为10 V· A或5V· A） （4）由于电流互感器副边匝数远大于原边，在使用时副边绝对不允 许开路。否则，会使原边电流完全变成激磁电流，铁心达到高度 饱和状态，使铁心严重发热并在副边产生极高的电压，引起互感 器的热破坏和电击穿，并对人身及设备造成伤害。
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• 功率的测量（有功、无功、视在功率）
1 P T
T
0
u (t )i (t )dt UI cos
（1）功率变换器
e(t)= Ku(t )i(t )
KU m I m sin t sin(t ) KUI[cos cos(2t )]
常用的方法： 串电阻与分流器法： 对电阻R有—些特殊的要求： （1）电阻R的数值选择要合理，要与R 所通过的电流相适应.。一般使电阻上的 电压在40一l00mV左右。 (2)R的热稳定性要好，温度系数小。注意满足电阻R的允许功耗和散 热条件，允许功耗比实际功耗大几倍。 (3)在交流电路中，频率较高时R选无感电阻，并且注意减小电感和分 布电容。 (4)电阻R最好是四端电阻，即具有一对电流接点串联到电路，一对电 位接点引出电压，以降低接触电阻对准确度的影响；对于大电流 测量，最好采用标准化的分流器。 (5)为了避免对测量电路产生不良影响和危险，放大器通常采用隔离 放大器。
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f x N t fx N t
（2）闸门开启时间误差
•
t 为闸门开启时间误差，即时基误差，主要决定于晶体振荡器频
率的稳定度和准确度。此外也会受分频电路等开关速度及其稳定 性的影响 f c t t fc
f x N t fx N t
电压互感器：
与功率变压器的区别： • 功率变压器：能量传递，高效； • 电压互感器：精度高、线性度好。铁心 选用高导磁材料制成，而且要降低漏磁 不能饱和。副边不能短路。
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电流的测量 • 直流：分流器、霍尔效应 • 交流：互感器、霍尔效应等
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• 电流互感器：
I I I 1 2 0
Z I (Z Z ) I 0 m 2 f 2
I I2 1 Zm Z m Z f Z 2
I I1 2
Z 要求激磁阻抗 Z m 足够大 ，副边漏抗 Z 2 足够小 ，负载阻抗 f 不能 大于规定的数值。 这对电流互感器的设计制造工艺都提出了较高的要求： (1)必须采用高导磁材料，并工作在低磁密状态下，在整个量程内不 出现饱和，保证 Z m 足够大。 (2)在工艺上保证原副边耦合好，使 Z2' 尽量减少。
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• 数字采样方法求交流有效值：
TS 2 1 n-1 2 2 2 2 U rms (u0 u1 u2 un 1 ) ui T N i 0 影响测量准确度的因素： • 采样频率：越大，越接近真实波形 • 与信号频率变化的相关性：信号频 率变化了，要调整采样点数或采样频率， 保证是整周期
•频率测量的误差为 总相对误差—般可采用分项误差绝对值合成
N N f x 2 t t t
（1） 计数法测频的量化误差 计数电路可能存在±1个脉冲误差 ，量化误差 N 1 使N增大，减小相对误差：延长计数时间(控制闸门的时基增大)，或 者将输入信号倍频。但由于受计数器位数的限制，N不可能太大。
第六章 电磁参数的测量
• • • • • • 1 2 3 4 5 6 电压、电流、功率的测量 频率的测量 相位差的测量 波形参数的测量 阻抗测量 磁参数的测量
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电压的测量 • 电压的等级：高压、中压、低压 • 分压器、电压互感器、放大器 • 电→磁→力→指针，模拟指针电压表
f x f c 1 fx N fc
wk.baidu.com
f c / f c 远小于1/N ，所以，频 • 由于晶体振荡器的频率稳定度很高， 率测量误差主要是量化误差，频率越低，相对误差就越明显。
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• 计数法测周期
Tx NT0
Tx NT0 T0 N
cos(2t ) 0
U e(t ) K UI cos
（2）计算机采样计算法
T P S（P0 P ） 1P 2 P n 1 T
Pi ui ii
瞬时功率有正有负
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频率的测量
•计数法测频原理 频率是单位时间内被测 信号重复出现的次数。 N f t
• 电→ADC →数字，数字电压表
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交流电压测量 • 将交流电压转换成直流电压：峰值变换器、平均值变 换器、有效值变换器。 峰值变换器：峰值------有效值。波峰系数 Kp=峰值/有效 值，对于无直流分量的标准正弦波Kp=1.414 平均值变换器：平均值-----有效值。波形因数KF=有效值/ 平均值，对于正弦波KF=1.11 峰值变换器和平均值变换器的特点：标准正弦波或特定 的波形；有些还受频率的限制。成本低。 有效值变换器：有效值变换电路。 特点：受波形影响较小，成本高。
电流互感器特点及注意事项： (1)原副边电路起到了电隔离作用； (2)交流强电流直接串入电阻被测电路损耗太大。电流互感器副边 接入电阻折算到原边阻值很小，影响小，但电流互感器的接入对 瞬态电流的测试（如短路电流）不利。 （3）电阻R大小由互感器的容量伏安值决定（一般常用电流互感器 为10 V· A或5V· A） （4）由于电流互感器副边匝数远大于原边，在使用时副边绝对不允 许开路。否则，会使原边电流完全变成激磁电流，铁心达到高度 饱和状态，使铁心严重发热并在副边产生极高的电压，引起互感 器的热破坏和电击穿，并对人身及设备造成伤害。
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• 功率的测量（有功、无功、视在功率）
1 P T
T
0
u (t )i (t )dt UI cos
（1）功率变换器
e(t)= Ku(t )i(t )
KU m I m sin t sin(t ) KUI[cos cos(2t )]
常用的方法： 串电阻与分流器法： 对电阻R有—些特殊的要求： （1）电阻R的数值选择要合理，要与R 所通过的电流相适应.。一般使电阻上的 电压在40一l00mV左右。 (2)R的热稳定性要好，温度系数小。注意满足电阻R的允许功耗和散 热条件，允许功耗比实际功耗大几倍。 (3)在交流电路中，频率较高时R选无感电阻，并且注意减小电感和分 布电容。 (4)电阻R最好是四端电阻，即具有一对电流接点串联到电路，一对电 位接点引出电压，以降低接触电阻对准确度的影响；对于大电流 测量，最好采用标准化的分流器。 (5)为了避免对测量电路产生不良影响和危险，放大器通常采用隔离 放大器。
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（2）闸门开启时间误差
•
t 为闸门开启时间误差，即时基误差，主要决定于晶体振荡器频
率的稳定度和准确度。此外也会受分频电路等开关速度及其稳定 性的影响 f c t t fc
f x N t fx N t
电压互感器：
与功率变压器的区别： • 功率变压器：能量传递，高效； • 电压互感器：精度高、线性度好。铁心 选用高导磁材料制成，而且要降低漏磁 不能饱和。副边不能短路。
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电流的测量 • 直流：分流器、霍尔效应 • 交流：互感器、霍尔效应等
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• 电流互感器：
I I I 1 2 0
Z I (Z Z ) I 0 m 2 f 2
I I2 1 Zm Z m Z f Z 2
I I1 2
Z 要求激磁阻抗 Z m 足够大 ，副边漏抗 Z 2 足够小 ，负载阻抗 f 不能 大于规定的数值。 这对电流互感器的设计制造工艺都提出了较高的要求： (1)必须采用高导磁材料，并工作在低磁密状态下，在整个量程内不 出现饱和，保证 Z m 足够大。 (2)在工艺上保证原副边耦合好，使 Z2' 尽量减少。
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• 数字采样方法求交流有效值：
TS 2 1 n-1 2 2 2 2 U rms (u0 u1 u2 un 1 ) ui T N i 0 影响测量准确度的因素： • 采样频率：越大，越接近真实波形 • 与信号频率变化的相关性：信号频 率变化了，要调整采样点数或采样频率， 保证是整周期
•频率测量的误差为 总相对误差—般可采用分项误差绝对值合成
N N f x 2 t t t
（1） 计数法测频的量化误差 计数电路可能存在±1个脉冲误差 ，量化误差 N 1 使N增大，减小相对误差：延长计数时间(控制闸门的时基增大)，或 者将输入信号倍频。但由于受计数器位数的限制，N不可能太大。
第六章 电磁参数的测量
• • • • • • 1 2 3 4 5 6 电压、电流、功率的测量 频率的测量 相位差的测量 波形参数的测量 阻抗测量 磁参数的测量
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电压的测量 • 电压的等级：高压、中压、低压 • 分压器、电压互感器、放大器 • 电→磁→力→指针，模拟指针电压表
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f c / f c 远小于1/N ，所以，频 • 由于晶体振荡器的频率稳定度很高， 率测量误差主要是量化误差，频率越低，相对误差就越明显。
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• 计数法测周期
Tx NT0
Tx NT0 T0 N
cos(2t ) 0
U e(t ) K UI cos
（2）计算机采样计算法
T P S（P0 P ） 1P 2 P n 1 T
Pi ui ii
瞬时功率有正有负
西北工业大学自动化学院电气工程系-电气测试技术
频率的测量
•计数法测频原理 频率是单位时间内被测 信号重复出现的次数。 N f t
• 电→ADC →数字，数字电压表
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交流电压测量 • 将交流电压转换成直流电压：峰值变换器、平均值变 换器、有效值变换器。 峰值变换器：峰值------有效值。波峰系数 Kp=峰值/有效 值，对于无直流分量的标准正弦波Kp=1.414 平均值变换器：平均值-----有效值。波形因数KF=有效值/ 平均值，对于正弦波KF=1.11 峰值变换器和平均值变换器的特点：标准正弦波或特定 的波形；有些还受频率的限制。成本低。 有效值变换器：有效值变换电路。 特点：受波形影响较小，成本高。