第四章 电动系仪表

UI cos P
( 4 - 4)
第三节
功率表
2．多量程功率表 (1)电流的两个量程的实现如图 4-10 所示。
图 4 - 10
用连片改变功率表的电流量程
需要注意的是，功率表的不同量程是通过选择不 同的电流量程和电压量程来实现的。
第三节
功率表
3．功率表的选择及使用方法 (1)正确选择功率表量程。 (2)功率表的正确接法必须遵守“发电机端”的接 线规则，即： ① 功率表标有“ * ”号的电流端必须接电源一端， 而另一个电流端则接至负载端。电流线圈串联接入电 路。
U N I N cos N C N
( 4 - 7)
第三节
功率表
二、三相功率表
1．三相功率的测量方法
三相交流电路按其电源和负载的连接方式的不同， 有三相三线制和三相四线制两种系统，而每一种系统 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。 (1)一表法。 (2)两表法。 (3)三表法。
cos( ) I1 cos( ) cos I 2 cos( )
(4 – 13)
第四节
频率表、相位表和功率因数表
使用单相相位表应注意： (1)使用前仪表指针可以不在零位。 (2)选择相位表时要注意它的电流和电压量程。 (3)单相相位表的接线与功率表相同，接入电路时， 必须遵守发电机端原则。 (4)在频率范围内使用。
第四章
第一节 第二节
电动系仪表
电动系测量机构 电动系电流表和电压表
第三节 功率表
第四节 频率表，相位表和功率因数
学习目标：
1．了解电动系测量机构的结构、工作原理、技术 特性。 2．理解电动系电流表和电压表的测量线路。 3．掌握以它们的使用与维修方法。
第一节
一、结构和工作原理
1．结构
电动系测量机构
R0 R 1 tan 2fC0 ( 2fL ) R0 2fC
(4 - 12)
第四节
频率表、相位表和功率因数表
上式说明，仪表指针的偏转角 只与频率 f 有关。
指针的偏转可能出现三种情况：
(1)停留在标尺中心位置，支路中 R、L、C 串联 电路谐振，被测频率 f 与串联谐振频率 f0 相等。 (2)指针从中心向右偏转时， > 0，tan > 0; 被 测频率 f 与串联谐振频率 f0 大。 (3)指针从中心位置向左偏转时， < 0，tan < 0; 被测频率 f 与串联谐振频率 f0 小。
UI P
第三节
功率表
成正比 与负载电压 U 而通过动圈的电流 I 2
即
U I 2 Z2
图4-9 功率表向量图
式中，Z2 电压支路的复阻抗。
由于电压支路中附加电阻 Rj 的阻值总是比较大， 在工作频率不太高时，动圈的感抗相比之下可以忽略 不计。 由式(4 - 2)可得
图4-8
电动系功率表的原理电路
下面介绍电动系功率表的工作原理。
第三节
功率表
(1)用于直流电路的测量时，通过定圈电流 即
I1 I
U I2 R2
对于一个已制成的功率表来说，R2 是一个常数 得出 ( 4 - 3) 等 (2)用于交流电路的测量时，通过定圈电流 I 1 ，即 于负载电流 I 2 I I 1
有两个线圈，固定线 圈 ( 定圈 ) 和可动线圈 ( 动 圈) 。 如图 4 - 1 所示。
图4-1
电动系测量机构的结构示意图
第一节
电动系测量机构
2．工作原理 设定圈中通过电流为 I1 ，动圈中通过电流为 I2 。 磁场方向由右手螺旋定则确定。
图4-3
转动力矩产生的示意图
转动力矩 M 与电流 I1 和 I2 的乘积成正比，即
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。
图 4 - 15
具有补偿线圈的低功率因数功率表
第三节
功率表
(2)应用补偿电容的 低功率因数功率表。
图 4 - 16
带有补偿电容的低功率因数功率表
(3)带光标指示器的张丝式低功率因数功率表。 注意，低功率因数功率表的接线和使用方法与普通 功率表基本相同，但设计时使其标度尺的满刻度是在额 定电流 IN 、额定电压 UN 和额定功率因数N (cosN) 下刻度的。因此读数时其分格常数应按下式计算
图4-6
电动系电压表原理电路
电动系电压表通常做成多量程的便携式仪表。
由于电压表测量时的 电流较小，所以电动系电 压表的线圈匝数较多。
图4-7 三量程电压表的测量线路
第三节 功率表
一、电动系功率表
1．结构和工作原理 测量功率时，定圈 A 与负载串联接入被测电路； 动圈 D 与附加电阻 Rj 串联后接入电路。
I1 I 2
( 4 - 1)
( 4 - 1)
当用于交流电路的测量时有
I1 I 2 cos
第一节
电动系测量机构
二、技术特性
准确度高 可以交直流两用 能构成多种线路测量多种参数 易受外磁场干扰 仪表本身消耗功率大
过载能力小 电动系电流表电压表刻度不均匀 电动系功率表刻度均匀
第二节
电动系电流表和电压表
图 4 - 24
无功功率的测量原理
第三节
功率表
此时功率表的读数
Q U VW I U cos(90 ) U VW I U sin
图 4 - 25 测量三相有功功率的 接线图和向量图
( 4 - 7) 而三相对称负载的 电路中，无功功率
Q 3UIsin
图 4 - 26 测量三相无功功率的 接线图和向量图
图 4 - 28
铁磁电动系无功功率表的线路图
两表跨接法只适用对称负载的三相三线制交流电 路，而量表人工中性点法可用于对称及不对称电路。
第四节
频率表、相位表和功率因数表
一、电动系比率表
结构如图 4 – 29 所示，具有以下特点： (1)两个线圈分别产生转 动力矩和反作用力矩。
(2)有一个分为两段烧制 的定圈，用来建立工作磁场。
M I1 I 2
第一节
电动系测量机构
当用于交流电路的测量时有
M I1 I 2 cos
I1 、I2 为定圈和动圈中电流的有效值； 与动圈中电流 I 之间的相 为定圈中电流 I 2 1 位差角。
当可动部分偏转一角度 而达到平衡，游丝反作 用力矩为 Mf = D，根据 M = Mf 当用于直流电路的测量时有
图 4 - 29
电动系比率表的结构图
第四节
频率表、相位表和功率因数表
(3)指针偏转角 与定圈电流和动圈电流乘积成 正比。
cos( ) I1 cos( 1 ) cos I 2 cos( 2 )
(4 - 11)
I1，I2 为动圈 1、2 中的电流；1 与 2 为定圈电 和I 与 I 的相位差。 流I 1 2
第四节
频率表、相位表和功率因数表
三、电动系相位表和功率因数表
图 4 - 32
单相相位表的测量线路
电动系相位表和功率因数表的工作原理、测量线路 完全相同，所不同的是，相位表的标度尺是按来那个被 测交流量的相位差 刻度，而功率因数表按 cos 刻度。
第四节
频率表、相位表和功率因数表
假设被测负载是一个感性负载，则负载电流 (即流过 滞后于电压 U 一个角度； 定圈的电流) I 由于动圈 B1 支路中有 电感 L1，因此流过动圈 B1 一 滞后于电压 U 的电流 I 1 个角度 ； 而动圈 B2 支路中串联 与 的是一个纯电阻，因此 I 2 同相。 电压 U 图 4 - 32 单相相位表的测量线路 由此可得：
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 常用的两种。 (1)用三个有功功率表测量(图 4 – 27)
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
总的无功功率为
1 Q QU QV QW (Q1 Q2 Q3 ) 3
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通常都做成安装式仪表。 如图 4 - 28 所示。
第四节
频率表、相位表和功率因数表
最后介绍三相相位表。 与量机构 都是电动系比率表。
② 动圈 B1 中只串 联了电阻 R 1 ，而无电感。
图 4 - 34 三相相位表的测量线路
③ 两者的使用方法 基本相同。
(4)没有游丝，电路接通前，指针可以再任意位置。
(5)不受外界因素的影响，电源电压、温度、外磁 场等。
第四节
频率表、相位表和功率因数表
二、电动系频率表
测量线路如图 4 - 30 所示。
图 4 - 30 电动系频率表测量线路
的被测电路后指针的偏转 当频率表接入电压为 U 角 与两个动圈的关系是
功率表
(3)功率表接线方式的正确选择。 功率表有两种不同的连线方式,即电压线圈前接和 电压线圈后接。如下图。
①电压线圈前接法适用于负载电阻远比电流线圈 电阻大得多的情况。 ② 电压线圈后接法适用于负载电阻远比电压支路 电阻小得多的情况。
第三节
功率表
(4)功率表的正确读数。 4．低功率因数功率表
用于测量功率因数较低的交流电路的功率，它也 可以用来测量交直流电路中的小功率。
第三节
功率表
图 4 - 17
一表法测量对称三相电路的有功功率
图 4 - 19
两表法测量三相功率的线路
图 4 - 20
三表法测量三相四线制电 路的有功功率
第三节
功率表
2．三相有功功率表 工作原理与单相功率表相同，在结构上分为二元 三相功率表和三元三相功率表。
图 4 - 21
二元三相功率表的内部电路 图 4 - 22
二元三相功率表的接线方法
第三节
功率表
3．三相无功功率表
交流电路的无功功率页可以用有功功率表测量， 因为：
Q UI sin UI cos(90 )
与相电压 U 线电压 U VW U 之间恰有 90 的相位差，如 果将图 4 - 25(a)线路中单相 功率表的接线改为图 4 - 26(a) 所示电路。如下图。
一、电动系电流表
电流表指针的偏转角 正比于被测电路的平方， 即
I2
图4-4
电动系电流表原理电路
所以，电动系电流表标度尺的刻度具有平方规律， 其起始部分刻度较密，而靠近上量程部分较疏。 电动系电流表通常做成双量程的便携式仪表。
第二节
电动系电流表和电压表
二、电动系电压表
当附加电阻一定时， 通过测量机构的电流与仪 表两端的电压成正比。
② 功率表标有“*”号的电压端钮可以接至电流 端钮的任意一端，而令一个电压端则跨接至负载另一 端。功率表的电压支路是并联接入被测电路的。
第三节
功率表
功率表正确接线如图 4-12 所示。
图 4-12 功率表的正确接法
功率表常出现的错误接线如图 4-13 所示。
图 4 - 13
功率表的错误接法
第三节