2 项目二 电流和电压的测量

项目二：电流和电压的测量本章主要内容1、磁电系测量机构及磁电系电流表与电压表2、磁电系测量机构及磁电系电流表与电压表3、整流系仪表4、仪用互感器5、钳形电流表6、常用电工仪表的选择第一任务磁电系仪表一磁电系测量机构二磁电系电流表和电压表三磁电系检流计一、磁电系测量机构1结构磁电系测量机构主要由固定的磁路系统和可动线圈组成,其结构图如图2-1所示。固定的磁路系统由永久磁铁1、极掌2、圆柱型铁芯3组成，其作用是在极掌和铁芯之间的空气隙中产生较强的均匀辐射磁场,任何一条磁力线均通过转轴中心,使得线圈永远切割磁力线。其可动线圈4绕在铝框上，转轴7两端有游丝5、指针6平衡锤8等，整个可动部分支撑在转轴上，线圈位于环形气隙之中，其中游丝的作用是产生反作用力矩和引导电流磁电系测量机构的固定磁路系统有外磁式、内磁式、和内外磁式三种，如图2－2所示。磁电系测量机构2工作原理1）作用力矩的产生：作用力矩是由通电的可动线圈在永久磁铁的磁场中受力而产生的。其大小为M=NBIS2）反作用力矩的产生：反作用力矩是由游丝产生的。其大小与指针的偏转角成正比，即：Mα=Dα当Mα=M，可动部分处于平衡状态，指针指在某一位置不动Dα=NBISα=（NBS÷D）I当一只仪表制好之后，其N、B、S、D均为常数，所以（NBS÷D）也为常数，用SI来表示。SI就称为磁电系测量机构的灵敏度。α＝SII结论：指针的偏转角与被测的电流成正比阻尼力矩是由铝框产生的，其原理图如图2－3所示。当铝框在磁场中运动时，闭合的铝框切割磁力线B产生感生电流ic,ic在磁场中受到磁场力的作用，从而产生与铝框运动方向相反的电磁阻尼力矩。因为可动部分具有惯性，当作用力矩和反作用力矩平衡时，指针并不能立即停下来。阻尼力矩的作用是使指针尽快的停下来，以便读数。3、阻尼力矩的产生磁电系测量机构3特点1）刻度均匀因为指针的偏转角与被测电流成正比，所以标度尺的刻度是均匀的。2）准确度高，灵敏度高磁电系测量机构的磁场由永久磁铁产生的，其工作气隙较小，磁场较强，所以其准确度和灵敏度都高。3）功率消耗小测量机构内部通过的电流小，所以仪表的损耗也小。4）过载能力小由于电流的流入和流出是由游丝导入和导出的，加上可动动圈的线径较细，过载将会使游丝变形和线圈烧毁。5）只能测量直流因为永久磁铁产生的磁场方向恒定不变，在制作仪表时，指针只能向一个方向偏转，所以只有通入直流电流才能产生稳定的偏转。如果线圈中通入的是交流电，则由于电流方向不但改变，转动力矩也是交变的，可动部分由于惯性作用，还来不及转过去，马上又得转回来，结果指针只能在零位左右摆动，得不到正确读数。如果要想读数，需要加装整流装置。二磁电系电流表和电压表1、磁电系电流表及其扩程2、磁电系电压表及其扩程1磁电系电流表1）基本表头磁电系电流表的基本表头采用的是磁电系测量机构。2）扩程电路由于通过磁电系测量机构的电流小，如果要测量大一点的电流，则就需要对磁电系测量机构进行扩程。扩程方法：在磁电系测量机构上并联电阻，如图2-4所示并联电阻的计算：分流系数（亦称电流扩程倍数）：扩程后的量程与表头满偏电流的比值，并联电阻的大小分别为123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\仪表1.ddbDrawnBy:IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路RcnRsIcIxn113）分流器⑴、制作材料：锰铜线⑵、分类：内附分流器，与仪表做固定的连接，阻值相对较大。外附分流器，与仪表不做固定连接，需要时，可接在仪表的外部，阻值相对较小。⑶、端钮：共有两对端钮，其中一对电流端钮、一对电位端钮。使用时电位端钮应接在电流端钮的内侧。如图2－5所示。⑷、额定值：外附分流器上标有额定电压或额定电流。国家标准规定的外附分流器在通入额定电流时，对应的额定电压分别为30mV、45mV、75mV、100mV、150mV、300mV，共六种规格。4）多量程磁电系电流表123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\仪表1.ddbDrawnBy:IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路IcIxIxμARcRs图2-4磁电系电流表的扩程电路IcIxIxμARcRs图2-4磁电系多量程电流表-+I2I3I1+-IcRcR1R2R3图2-6多量程磁电系电流表多量程磁电系电流表一般采用闭环式分流器，如图2－6所示它的优点是接触电阻处在被测电路之中，接触不良时不会烧毁测量机构。其缺点是各个量程之间相互影响，电阻计算复杂。以三个量程为例来说明如何计算分流电阻。2磁电系电压表1）基本表头磁电系电压表的基本表头采用磁电系测量机构2）扩程电路由于通过磁电系测量机构的电流小，磁电系表头的电阻也较小，所以加在表头的电压也较小，如果要测量大一点的电压，则就需要对磁电系测量机构进行扩程。方法：在磁电系测量机构上串联电阻。如图2-7所示电阻计算：m=m—分压系数（也称电压扩程倍数），它是指扩程后的电压量程与表头的满偏电压的比值。串联的附加电阻：Rs=（m-1）Rc123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\仪表1.ddbDrawnBy:RSRIII+-CCXXR2RI+-CCR1R3*I3I2I1磁电系电流表的电原理图多量程直流电流表电原理图RRI+-CCSU3UcUR1RI+-CCU2U1R2R3GND-R?INDUCTOR1R?INDUCTOR1IIII用途号（国际通用符号）设计序号（数字）系列代号（汉语拼音字母）形状第二位代号（数字0可省略）形状第一位代号（数字）+-+图2-7磁电系电压表的扩程电路图2-8多量程的磁电系电压表cxUU123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\仪表1.ddbDrawnBy:RSRIII+-CCXXR2RI+-CCR1R3*I3I2I1磁电系电流表的电原理图多量程直流电流表电原理图RRI+-CCSU3UcUR1RI+-CCU2U1R2R3GND-R?INDUCTOR1R?INDUCTOR1IIII用途号（国际通用符号）设计序号（数字）系列代号（汉语拼音字母）形状第二位代号（数字0可省略）形状第一位代号（数字）+-+图2-7磁电系电压表的扩程电路图2-8多量程的磁电系电压表3）多量程磁电系电压表多量程磁电系电压表多采用公用式附加电阻，如图2－8所示。这种电路的优点是高量程分压电阻共用了低量程的分压电阻，节约了材料，分流电阻计算也方便。其缺点是一旦低量程损坏，则高量程也不能使用。三磁电系检流计⑴、作用：检测微小电流和电压用⑵、结构特点：支承采用不用轴承，代之以张丝、悬丝读数用采用指针式，代之以光标。由于它的结构特殊，所以其灵敏度较高。⑶、使用：a、轻拿轻放。b、使用完毕锁上锁扣。c、不准用万用表或电桥测内阻第二任务电磁系测量机构1电磁系测量机构2电磁系电流表和电压表一、电磁系测量机构1结构电磁系测量机构的结构主要由固定线圈和可动铁片组成。它有吸引型和排斥型两种。1）吸引型测量结构吸引型测量结构如图2－9所示，它主要由固定线圈1和偏心地装在转轴上的可动铁片2组成。在转轴上还有指针3、阻尼片4和游丝5等，游丝的作用是为了产生反作用力矩。阻尼片和永久磁铁6组成磁感应阻尼器。在永久磁铁前加有磁屏蔽，以防止永久磁铁对线圈产生影响。2）排斥型测量机构排斥型测量机构如图2－10所示，它主要由固定线圈1、固定在线圈内侧的固定铁片2和固定在转轴3上的可动铁片4以及游丝5、指针6、阻尼片7等组成。2吸引性测量机构的工作原理1）作用力矩的产生作用力矩是由通电的固定线圈产生磁场将可动的铁片磁化后相互间产生力而产生的。其大小为M=K1（NI）22）反作用力矩的产生反作用力矩由游丝产生的。其大小为Mα=Dα当Mα=M可动部分处于平衡状态，指针指在某一位置不动。Dα=K1（NI）2当一只仪表制作好之后，K1、N、D为常数，所以也为常数，用K来表示，K称为电磁系测量机构的灵敏度。α=KI2结论：指针的偏转角与被测的电流的平方成正比22)(1KIDNIKDNKK213）阻尼力矩的产生当阻尼片随仪表可动部分偏转时，阻尼片切割永久磁铁的磁力线而产生涡流，该涡流与永久磁铁的磁场相互作用产生与运动方向相反的阻尼力矩，其大小与运动速度成正比，阻尼力矩由阻尼片产生的。其工作原理如图2－11所示电磁系测量机构3特点1）测量直流和交流由于线圈的偏转角与电流的方向无关，所以即可测直流又可测交流2）刻度不均匀由于指针的偏转角与被测电流的平方成正比，所以仪表的标度尺具有平方律的性质，标度尺不均匀，前密后疏。3）测直流时有磁滞误差由于铁片具有磁滞特性，所以在测直流时有磁滞误差。故应采用优质坡莫合金材料。4）过载能力强电磁系测量机构的电流的流入流出采用直接接入线圈的方式，而线圈的线径有比较粗，所以其过载能力强些。5）易受外磁场的影响测量机构的磁场是由通入固定线圈中的电流产生的，强度较弱，极易受外磁场的影响。一般采用以下措施来消除。（1）磁屏蔽将整个测量机构装在用导磁性良好的材料做成的磁屏蔽罩内，这样外磁场的磁力线将沿屏蔽罩外穿过而不影响罩内的测量机构。如图2－12所示（2）无定位结构把测量机构的固定线圈分成完全相同的两部分且反向串联，如图2－13所示。当线圈通电时，两线圈产生的磁场方向相反但其总转矩是相加的一旦有外磁场存在，一个线圈是减弱的，一个线圈是加强的，但二者的合作用却是相互抵消的，对测量没有影响。二电磁系电流表和电压表1、电磁系电流表和电压表2、电磁系电流表和电压表1电磁系电流表电磁系电流表由电磁系测量机构组成，1）单量程电磁系电流表一般用于安装式，其量程在200A以下。因为电流过大，仪表将产生较大的误差，且仪表端钮若接触不良时，会发热严重而酿成事故。2）多量程电磁系电流表一般用于便携式，其量程有两个，采用分段线圈的串、并联来改换。并联量程为串联量程的两倍，为了使两个量程共用一根标尺，必须保证其内部磁场分布不变和总安匝数不变。如图2－14所示123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:21-May-2003SheetofFile:C:\ProgramFiles\DesignExplorer99\仪表1.ddbDrawnBy:RSRIII+-CCXXR2RI+-CCR1R3*I3I2I1磁电系电流表的电原理图多量程直流电流表电原理图RRI+-CCSU2UcUR1U1R1R2GND-R?INDUCTOR1INDUCTOR1IIII用途号（国际通用符号）设计序号（数字）系列代号（汉语拼音字母）形状第二位代号（数字0可省略）形状第一位代号（数字）+-+图2-7磁电系电压表的扩程电路IIII图2-14双量程的电磁系电流表的电原理图34123142图2-15电磁系电压表RI+-CC2电磁系电压表电磁系电压表采用电磁系测量机构。1）单量程电磁系电压表一般用于安装式，电压在600V以下。因为电压过大，仪表将产生较大的误差，且仪表端钮若接触不良时，会发热严重而酿成事故。2）多量程电磁系电压表一般用于便携式，其量程有3～5个，改变量程采用分段线圈的串联或并联