电工仪表及测量 教学课件 作者 周启龙 8第八章 电气测量常用的其他几种仪表.ppt

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1、第八章电气测量常用的其它几种仪表第一节相位表和频率表一、电动系相位表二、电动系频率表第二节直流电位差计一、工作原理二、直流电位差计的技术性能和分类三、电位差计的应用第三节绝缘电阻表和接地电阻测量仪一、绝缘电阻表二、接地电阻测量仪第四节直流电桥和交流变比电桥一、惠斯顿电桥二、开尔文电桥三、变比电桥思考题第八章电气测量常用的其它几种仪表本章将介绍工程上常用的几种仪表：相位表、频率表、直流电位差计、绝缘电阻表、接地电阻测量仪、直流电桥和变比电桥，重点介绍这些常用仪表的结构、工作原理及使用方法。第一节相位表和频率表相位表和频率表的结构型式有多种，在相位表中有电动系相位表、电磁系相位表，在频

2、率表中有电动系频率表、电磁系频率表、整流系频率表和电子系频率表，在这里我们只研究最普遍的、适合于低频范围应用的电动系相位表和电动系频率表，这些仪表都是利用“比率表”的基本原理制造的。一、电动系相位表电气工程中一般用符号φ表示电路的电压与电流之间的相位差角，用cosφ表示功率因数，每个φ角都对应一个cosφ，所以相位表和功率因数表实质上是同一种表，只是一个是用φ作为刻度标志，另一个是用φ角的余弦作为刻度标志。下面介绍电动系相位表的结构与原理。1.电动系相位表结构电动系相位表多采用比率表型结构，图8—1为结构示意图。图中A为由两段相同线圈串接而成的固定线圈，B1、B2为两个结构相同、匝

3、数尺寸也相等的可动线圈，彼此成交角固定在转轴上。可动部分不装游丝，未通电前处于随遇平衡状态，即可以自由地绕轴偏转。固定线圈A串联之后，引出两个电流端子。可动线圈B1、B2分别与R1、L2、R2串联之后引出两个电压端子，测量相位时电流端子与负载电阻R串联，电压端子与电源电压并联，具体接法见图8—2。2.工作原理设通过固定线圈的电流为负载电流I，通过可动线圈B1、B2的电流为I1、I2。给定电流的参考方向如图8—2箭头所示。I与I1对可动部分产生的电磁力为F1，I与I2对可动部分产生的电磁力为F2，但使可动部分产生偏转的力是F1、F2与线圈平面垂直的分量，即：图8—1电动系相位表结构图

4、8—2单相相位表电路联接图式中为可动线圈B1与固定线圈轴线之间的夹角。若线圈A与B1、B2分别通以交流电i、i1、i2，则两个可动线圈所产生的瞬时转矩为（式8—1）（式8—2）两个可动线圈所受的平均转距分别为（式8—3）（式8—4）在B1、L1、R1组成的支路中，电流i1的相位比电压U的相位滞后一个β角，β角由L1、R1的值决定。在B2、R2组成的支路中，因为R2很大，可以忽略B2的感抗，近似地认为电流I2与电压U同相，其相量图见图8—3。将和代入式（8—3）和式（8—4）中（式8—5）（式8—6）考虑到线圈B1、B2的结构、尺寸、匝数完全相同，近似地认为。从图8-1中给定的电流参

5、考方向可知，可动线圈B1产生的转矩M1与可动线圈B2产生的转矩M2其正方向刚好相反，所以当M1=M2时，可动部分平衡，可推出平衡条件为（式8—7）若两支路阻抗相等，，并配置适当的L1、R1便满足，则代入上式可得（式8—8）若指针装在可动线圈B1的平面上，线圈A轴线与标尺中心重合，如图8-1，则B1与线圈A轴线的夹角，就是指针与标尺中心的夹角。由式（8—8）可知，指针偏转角就等于电路相位差角φ。若仪表标尺按φ值刻度，则分度是均匀的，若按刻度，则分度是不均匀的。偏转角的方向与负载的性质即φ值正负有关，通常或置于标尺中心，感性负载向一边偏转，容性负载向另一边偏转。3.电动系三相相位表三相

6、相位表的基本结构与单相相位表相同，所不同的是可动线圈B1的支路没有串接电感，而是用纯电阻R1，见图8—4。图8—3单相相位表相量图图8—4三相相位表电路图这种相位表只适用于三相三线制对称负载的相位或功率因数的测量。例如负载为三角形接法，B1支路电压为UAB，电流I1与电压UAB同相。B2支路的电压为UAC，电流I2与电压UAC同相，相量图见图8—5。由图8-5可知，将值代入式（8—7）（式8—9）若令则（式8—10）也就是相位表的指针偏转角与各相负载的相位差φ有关，因为是对称负载各相φ相等。4.相位表的使用相位表的接法与功率表很相似，因此接线时要遵守“电源端”守则。由于固定线圈与负

7、载串联，所以额定电流应大于负载电流，可动线圈的二个支路与负载并联，所以额定电压应大于负载电压。在上面推导中曾假定，，而电流与电感L1的感抗有关，所以相位表必须使用在规定频率范围，若频率改变，感抗值变化，显然上述条件就被破坏，造成仪表读数误差。二、电动系频率表1.结构电动系频率表多采用比率表型结构，如图8—6所示，内部电路见图8—7。图8—6电动系频率表结构示意图图8—7电动系频率表的内部电路图图8—5三相相位表相量图图中固定线圈A在结构上分成完全相同的两段，这样能获得