第五章 电气测量技术（课件）- 《电气与电子测量技术（第3版）》同步教学（电子工业出版社）

3:1 第五章 电气测量技术 1 Page . 电气测量技术 1 高电压的测量：电压互感器 2 大电流的测量：电流互感器 3 频率、周期、相位的测量 4 指针式电工仪表 5 电力设备绝缘性能的测试 7 局部放电的测试 6 接地电阻的测量 频率是目前测量精度最高的参量之一，能达到10-13的精确度。 频率和周期是从不同的侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系。 频率测量的数学模型 f —被测信号的频率； N —电振动次数或脉冲个数； t —产生N次电振动或N个电脉冲所需的时间 频率和周期的测量 目前最常用的是采用计数法测量频率的数字频率计 频率的测量 计数法测信号频率原理图 计数法测信号频率各点波形图 1 Page . 欲准确地测量频率，必须要确定一个准确的时间间隔。由于稳定度良好的石英晶体振荡器产生的信号的频率稳定度可达10-9量级，所以利用石英晶体振荡器产生周期为T0的脉冲，经过一系列分频可得到几种标准的时间基准，例如，10ms，0.01s，1s，10s等几种 频率的测量 计数法测量频率时相对误差 极限情况下最大相对误差 5 频率的测量 设标准频率为f0，闸门开启时间T=NT0=N/f0 式中，G为晶体振荡器的稳定度 计数法测量频率的最大相对误差 1 Page . 频率测量的误差构成 计数误差 计时误差 周期指电信号一个循环所需要的时间，它与频率的关系 周期的测量 计数法测周期原理图 计数法测周期各点波形图 1 Page . 7 根据获得的计数值N，时标信号周期T0，以及被测信号倍乘系数n，得到周期 计数法测量周期的的测量误差 最大相对误差 周期的测量 Page . 对于同一信号用直接测量频率和直接测量周期的误差相等时，那么此时信号的输入频率被称为中介频率fc 为了获得较高的测量准确度，如果被测频率高于或低于中介频率时，采用直接测量频率的方法 假设 可得 中介频率 相位和时间也是密切相关的，二者也可以互相转换，例如50Hz交流电源，一个周期为20ms，对应相位为360°，如果测出时间间隔为5ms，则知相位为90°。可见，与频率计测量时间的原理类似，可以利用计数法来测量相位的变化 相位的测量 1 Page . 被测相位差值 式中，T0为时标脉冲周期， Nx为时间 内的计数值，T为被测信号周期 由于T也是未知数，所以需要经过两次测量，并经过计算得到相位差值， 假设测量信号的周期计数值为NT 该测量方法的准确度与时标脉冲的频率相关 准确度要求为0.1° 相位的测量 即 1 Page . 1 高电压的测量：电压互感器 2 大电流的测量：电流互感器 3 频率、周期、相位的测量 4 指针式电工仪表 5 电力设备绝缘性能的测试 7 局部放电的测试 6 接地电阻的测量 指针式电工仪表 1 Page . 磁电系仪表 电磁系仪表 电动系仪表 功率表 磁电系测量机构 极掌与铁心之间的空气隙的长度是均匀的，其中分布着均匀的辐射方向的磁场。 电磁机构 固定部分 马蹄形永久磁铁 极掌NS 可动部分 线圈 铝框 圆柱形铁芯 两根 半轴 指针 游丝 磁电系测量机构中的游丝 1 Page . 游丝 产生 反向力矩 导入和导出 被测电流 弹性很好的金属材料，载流能力有限 更多？ 工作原理 F S N F 转动力矩M 反作用力矩MF  线圈 电流 I 转动 力矩 M=K1I 指针 转动 线圈转动后 游丝产生 阻转矩MF。 MF与指针的偏转角成正比， MF= k2 当游丝阻转矩与转动转矩达到平衡即MF= M 时，转动部分便停止转动。 平衡时指针的偏转角 磁电系仪表 阻尼力矩的产生： 当线圈通入电流而发生偏转时，铝框切割磁通，在框内感应出电流，其电流再与磁场作用，产生与转动方向相反的制动力，于是转动部分受到阻尼作用，快速停止在平衡位置。 工作原理 结论: 指针偏转的角度与流经线圈的电流成正比。 1 Page . 磁电系仪表 1 Page . 用途 1. 测量直流电流 2. 测量直流电压 优点 1.刻度均匀； 2.灵敏度和准确度高； 3.阻尼强； 4.消耗电能量小； 5.受外界磁场影响小。 缺点 1.只能测量直流； 2.价格较高； 3.不能承受较大过载。 电流表应串联在电路中 电流表的内阻要很小 若要扩大电流表的量程，可在测量机构上并联一个分流电阻 RA 磁电系电流表 二 I 负载 A I 负载 RA R0 I0 R0 —— 测量机构的电阻 RA—— 分流器的电阻 1 Page . 排斥型电磁式仪表的工作原理 被测电流流过固定线圈时，产生的磁场使固定铁片和可动铁片同极性磁化，磁场相互排斥使可动部分转动。带动指针旋转。 优点：结构简单、价格低、能进行交、直流测量。 缺点：刻度不均匀、准确度较差。 电磁式仪表 Page . 固定部分 1、定线圈 2、定铁片 活动部分 3、转轴 4、动铁片 5、游丝 6、指针 7、阻尼器 8、平衡锤 电动系仪表结构 电动仪表电磁力示意图 电磁转矩 T=K1I1I2；弹簧的反作用力矩 TC=K2。 当T = TC 时，可动部分停止转动，指针的偏转角 =KI1I2 电动系电流表： I=I1=I2 则指针的偏转角为 =KI2 电动系仪表 F F 可动线圈 固定线圈 Page . 测量功率时，电动系仪表的固定线圈与负载串联，反映负载电流 I ，仪表的可动线圈与负载并联，反映负载电压 U 。按电动系仪表工作原理，可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。 如果U、I 为交流同样可推出可动线圈的偏转角正比于负载功率P。 电动系功率表工作原理 电压线圈 电流线圈 Page . 功率表接线应遵守“电源端”守则 将电源端“*”接在电源的同一极性上。 功率表的正确接线 *号表示“电源端” 1 Page . 功率表的错误接线 a) b) c) Page . 用单相功率表测三相功率 一表法： 适用于电压、负载对称的系统。三相负载的总功率，等于功率表读数的三倍。 三相交流功率的测量 a)负载为星形联结法 b)负载为三角形联结法 1 Page . 工作原理 三相瞬时功率： p = pA+ pB+ pC= uA iA + uB iB + uC iC 因为，iA+ iB+ iC= 0 所以， p = uA iA + uB iB + uC(–iA– iB) = (uA – uC ) iA + ( uB – uC ) iB = uAC iA + uBC iB = p1+ p2 可见，三相功率可用两个功率表来测量。 在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。 通过电流线圈的电流为线电流，加在电压线圈上的电压为线电压，三相总功率等于两表读数之和。 两功率表测量三相功率 三相交流功率的测量 Page . 三相交流功率的测量 式中 为uAC和iA之间的相位差。 W1 的读数为： W2 的读数为： 式中 为uBC和iB之间的相位差。 两功率表读数之和为 P = P1+ P2 = UAC IA cos + UBC IB cos  iA W1 W2 * * * * iB iC A B C Page . 可见，采用两表法可测量三相功率。 P = P1+P2 =UAC IA cos + UBC IB cos  由相量图可知，两功率表的读数为： P1 = UAC IA cos = Ul Il cos (30º–  ) P2 = UBC IB cos  = Ul Il cos (30º+  ) 两功率表读数之和为 P = P1+ P2= Ul Il cos (30º–  )+ Ul Il cos (30º+  ) 当 < 60º时，P1和P2 均为正值，P = P1读数+P2读数 当 > 60º时，P1为正值，P2为负值，反转，P = P1读数– P2读数 任何一只表的读数无意义 三相交流功率的测量 Page . 适用于三相四线制，电压、负载不对称的系统，被测三相总功率为三表读数之和，即 三表法 Page . THANKS 30 放大整形 主门 计数器 晶振 分频 译码器 门控 数字显示 被测信号频率 置零 晶振 整形 分频 计数器 译码器 门控 十进分频 放大整形 主门 被测信号周期 数字显示 周期倍乘选择 置零 � 比较器1 比较器2 计数器 置零 � W W W W W W W W W $$