第十九章 电工测量

• 一、电能表测量原理和技术参数 • 1.组成和原理 • 电能表由驱动机构、制动元件的积算机构组 成。驱动机构主要包括固定的电压电磁铁、 电流电磁铁和可转动的铝盘。制动元件主要 指卡着铝盘装设的永久磁铁。积算机构包括 铝盘转轴上的蜗杆及蜗轮、计数器等元件。
• 图19-8是电能表原理示意图。电压电磁铁的线圈 与电路并联，获取电路的电压讯号；电流电磁铁 的线圈与电路串联，获取电路的电流讯号。图中 ，IU是电压线圈中的电流、Φ U是电压电磁铁产生 的磁通、Φ I是电流电磁铁产生的磁通、Φ P是永 久磁铁产生的磁通。。下面设电流I与电压U同相 ，分析其驱动过程。图19-8（a）中，ERU和IRU是 由电压磁通Φ U感应发生的感应电动势和涡流。 IRU与ERU同相，ERU落后Φ U90°，Φ U与电压电流IU 同相，IU又落后U90°。因此，IRU落后U180°。 即IRU的实际方向与图示方向正好相反。根据左手 定则，可求得电流IRU与磁通Φ 1相互作用使铝盘 受到逆时针方向的驱动力矩MD1和M’D1。
m K% 100% Am
• （3）按照测量方法，电工仪表主要分为直读式 仪表和比较式仪表。前者根据仪表指针所指位 置从刻度盘上直接读数，如电流表、万用电表 、兆欧表等。后者是将被测量量与已知的标准 量进行比较来 测量，如电桥、接地电阻测量仪 等。
• 此外，按读数方式可分为指针式、光标 式、数字式等仪表；按安装方式可分为 携带式和固定安装式仪表；按防护型式 还可分为若干等级。
第十九章
电工测量
• 电工测量的过程，是将被测的电量或磁量与 同类标准量相比较的过程，根据比较的方法 不同，测量的方法也不一样。所以在测量中 除了应正确选择仪表和正确使用仪表之外， 还要掌握正确的测量方法。
• 第一节 电工仪表基本知识 • 一、电工仪表种类 • （1）按照工作原理，电工仪表分为磁电式、电 磁式、电动式、感应式等仪表。 • 磁电式仪表由固定的永久磁铁、可转动的线圈 及转轴、游丝、指针、机械调零机构等组成。 线圈位于磁铁的极靴之间。当线圈中流过直流 电流时，线圈在永久磁铁的磁场中受力，并带 动指针、转轴克服游丝的反作用力而偏转。当 电磁作用力与反作用力平衡时，指针停留在某 一位置，刻度盘上给出一相应的读数。
• （3）要根据待测电流的大小来选择适当的仪 表，例如安培表、毫安表或微安表。使被测 的电流处于该电表的量程之内，如被测的电 流大于所选电流表的最大量程，电流表就有 因过载而被烧坏的危险。因此，在测量之前 ，要对被测电流的大小有个估计。或先使用 较大量程的电流表来试测，然后，再换用一 个适当量程的仪表。
• 2.接线方式 • 测量电路的电压时，应将电压表并联在被测 电压的两端，如图19-5所示。使用磁电式仪 表测量直流电压时，还要注意仪表接线钮上 的“＋”“-”极性标记，不可接错。 • 600V以上的交流电压，一般不直接接入电压 表。工厂中变压系统的电压，均要通过电压 互感器，将二次侧的电压变换到100V，再进 行测量。其接线法如图19-6.电压表的内阻越 大，所产生的误差越小，准确度越高。例如 C50-V型0.1级直流电压表的内阻约为1kΩ /V 。
• 2.测量电流的接线 • （1）直流电流的测量：测量直流电流时，要 注意仪表的极性和量程（图19-1）。在用带 有分流器的仪表测量时，应将分流器的电流 端钮（外侧二个端钮）接入电路中（图19-2 ），图19-1，电流表直接接入法由表头引出 的外附定值导线应接在分流器的电位端钮上 。
• （2）交流电流的测量：测量单相交流电的接线 如图19-3所示。在测量大容量的交流电时，常借 助于电流互感器来扩大电表的量程，其接线方式 如图19-4所示。电流表的内阻越小，测出的结果 越准确。例如C30-A型0.1级船用仪表，量程为0 ～3A档的内阻只有0.025Ω
• 第三节 功率的测量 • 由于交流电功率P=UIcosΦ ，所以一定要用电 动式或感应式瓦特表来测量，而不能用一个 电压表和一个电流表来测量，由于电动式或 感应式瓦特表的指针偏转角是与UIcosΦ 成正 比的，所以，可以用来油量交流电功率。 • 使用瓦特表的注意事项
• 在测量中，可能出现一种情况，即瓦特表的接法 是正确的，而指针却反转，这是由于功率的实际 输送方向与预期的方向相反的缘故，这时应把电 流线圈的两端换接一下，以便取得正的读数。但 是，不应该去换接电压线圈的两个端线。因为， 电压线圈中不串联着一个很大的附加电阻R，线 间电压的绝大部分都分配在这个电阻上，如果把 电压线圈的两个端线一换接，则两个线圈的端电 位差将等于电路的电压，由于这两个线圈的位置 是很靠近的，在这种电压下，可能引起线圈绝缘 损坏。同时，由于两个不同电位的线圈之间将出 现静电作用而使测量结果的误差增大。这种错误 接法如图19-7所示。
平五固电 衡、定磁 锤游铁式 ；丝片测 九；；量 、六三仪 磁、、表 屏指转一 。针轴、 ；； 七四固 、、定 阻可线 尼动圈 片铁； ；片二 八；、 、
• 电动式仪表由固定的线圈、可转动线圈及转 轴、游丝、指针、机械调零机构等组成。当 两个线圈中都流过电流时，可转动线圈受力 并带动指针偏转。电动式仪表可直接用于交 、直流测量；精度较高。电动式仪表制作电 压表或电流表时，刻度盘分度不均匀（制作 功率表时，刻度盘分度均匀）；结构上也应 有抗干扰设计。电动式仪表常用来制作功率 表、功率因数表等表计。
• 二、电工仪表常用符号 • 为了便于使用了解仪表的性能和使用范围， 在仪表的刻度盘上标有一些符号。电工仪表 的常用符号见表19-1。
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第二节 电流和电压的测量 一、电流的测量 1.仪表型式和量程的选择 （1）测量直流时，可使用磁电式、电磁式或 电动式仪表，由于磁电式的灵敏度和准确度 最高，所以使用最为普遍。 • （2）测量交流时，可使用电磁式、电动式感 应式等仪表，其中电磁式应用较多。
• 3.电阻测量。测量电阻时，S1可拨在7、8、9三 个位置，S2应拨在2位置，将表内电池接入电路 。被测电阻接在万用表的“＋”、“-”端，表 头内就有电流通过，拨动S1时，就可以得到不同 的。如果被测电阻未接入，则输入端开路，表内 无电流通过，指针不偏转，所以欧姆档标度尺的 左侧是“∝”符号；如果输入端短路，则被测电 阻为0，此时指针偏转角最大，所以标度尺的右 侧是“0”。 • 万用表中的干电池使用久了或存放时间长了端电 压就会下降。这时，如将输入端短接，指针并不 指0，此时，可调节万用表头上的调零电位器， 使指针回0。
• 下面说明万用表的工作原理。 • 1.直流电流的油量。油量直流电流时，S1可拨 在4、5、6三个位置，S2拨在1位置。被测电流 从“＋”端流入，“-”端流出。R1、R2、R3 、R4为并联分流电阻，拨动S1可改变测量电流 的量程，这和电流表并联分流电阻扩大量程原 理是一样的。 • 2.直流电压的测量。测量直流电压时，S1可拨 在10、11、12三个位置，S2拨在1位置。被测 电压加在“＋”、“-”两端，R5、R6、R7为 串联附加电阻，拨动S1就可以得到不同电压测 量量程，这和电压表串联附加电阻变换电压量 程是一样的。
• 第四节 电能的测量 • 测量电能使用电能表，用电动式直流电能表 测量直流电能，用感应式交流电能表测量交 流电能。交流电能表分单相、三相两种。三 相电能表分为三相两元件和三相三元件电能 表。三相两元件电能表用于三相三线线路或 三相设备电能的测量；三相ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ元件电能表主 要用于低压三相四线配电线路电能的测量。
• 感应式仪表由固定的开口电磁铁、永久磁 铁、可转动铝盘及转轴、计数器等组成。 当电磁铁线圈中流过电流时，铝盘里产生 涡流，涡流与磁场相互作用使铝盘受力转 动，计数器计数。铝盘转动时切割永久磁 铁的磁场产生反作用力矩。感应式仪表用 于计量交流电能。
• （2）按精确度等级，电工仪表分为0.1、0.2、 0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等七级。仪表精确度 K%用引用相对误差表示，如下式所示，式中Δ m 和Am分别为最大绝对误差和仪表量限。例如， 0.5级仪表的引用相对误差为0.5％。
• 第五节 万用电表 • 一、万用表结构及工作原理万用表是电工测量中常 用的多用途、多量程的可携式仪表。它可以测量直 流电流、直流电压、交流电压、电阻等电量，比较 好的万用表还可以测量交流电流、电功率、电感量 、万用表是电工必备的仪表之一。 • 万用表的结构主要由表头（测量机构）、测量线路 、转换开关、电池、面板以及表壳等组成。万用表 的表头是一个磁电式测量机构，图19-11为一个最 简单的万用表原理电路图，图中S1是一个具有12个 分接头的转换开关，用来选择测量种类和量程。S2 是一个单刀双投开关，测量电阻时，S2拨至“2” 位，进行其他测量时，S2拨至“1”位。
• 机械调零机构用于校正零位误差，在没有测量 讯号时借以将仪表指针调到指向零位。磁电式 仪表的灵敏度和精确度较高、刻度盘分度均匀。 磁电式仪表必须加上整流器才能用于交流测量， 而且过载能力较小。磁电式仪表多用来制作携 带式电压表、电流表等表计。
• 电磁式仪表由固定的线圈、可转动的铁芯及 转轴、游丝、指针、机械调零机构等组成。 铁芯位于线圈的空腔内。当线圈中流过电流 时，线圈产生的磁场使铁芯磁化。铁芯磁化 后受到磁场力的作用并带动指针偏转。电磁 式仪表过载能力强，可直接用于直流和交流 测量。电磁式仪表的精度较低；刻度盘分度 不均匀；容易受外磁场干扰，结构上应有抗 干扰设计。电磁式仪表常用制作配电柜用电 压表、电流表等表计。
• 图19-8（b）中，ERI和IRI是由电流磁通Φ 1感应 产生的感应电动势和涡流。IRI与ERI同相，ERI落 后Φ 190°；另一方面，Φ U与电压电流IU同相 ，IU又落后U90°。因此，IRI与Φ U同相。显然 ，电流IRI与磁通Φ 相互作用也使铝盘受到逆时 方向的驱动力矩MD2. • 可以证明铝盘所受到的总驱动力矩与电压、电 流及功率因数的乘积，是与有功功率成正比的 。图19-8（c）表示，当铝盘切割永久磁铁的磁 力线时，铝盘内产生感应电流IRP，IRP与Φ P相 互作用产生阻力力矩Md。由于阻力力矩的存在 ，铝盘的转速与电路的有功功率成正比。
• 二、电能表接线 • 单相电能表的接线见图19-9（a）、（b），三 相三元件电能表的接线见图19-10（a）、（b） ，三相三元件电能表的接线见图19-10（a）、 （b），带电流互感器和电压互感器的三相两元 件有功电能表的接线见图19-10（c），接线时 应注意分清接线端子及其首尾端；三相电能表 按正序接线；经互感器接线者极性必须正确； 电压线圈连接线应采用1.5mm2绝缘铜线、电流 线圈连接线直入者应采用与线路导电能力相当 的绝缘铜线（6mm2以下者用单股线）、经电流 互感器接入者应采用2.5mm2绝缘铜线；互感器 的二次线圈和外壳应当接地（或接零）；线路 开关必须接在电能表的后方。
• 2.主要技术参数 • 单相电能表的额定电压多为220V。三相电能表的 额定为380V（三相两元件）、380/220V（三相三 元件）及110V（高压计量用）。 • 电能表的额定电流有1A、2A、3A、5A、10A等很 多等级。凡类似5（10）A标志者，括号外数字表 示该电能表额定电流为5A；括号内数字表示该电 表改变内部接线后其额定电流可扩大为10A。 • 电能表上都标志有电能表常数。电能表常数是每 用电1kWh对应的铝盘转数。 • 电能表电流线圈的直流电阻很小，而电压线圈的 直流电阻约为1000～2000Ω 。
• 二、电压的测量 • 1.电压表的型式和量程的选择 • 电压表和电流表在结构上基本上是一样的，只是 仪表的附加装置和在电路中的接法有所不同。电 压表的选择方式与电流表的选择方式相同，例如 ，根据被测电压的大小，选用伏特表或毫伏表。 工厂内低压配电装置的电压一般为380/220V，所 以，在进行测量时应使用量程大于450V的仪表。 如不当心，选用量程低于被测电压的仪表，就可 能使仪表损坏。