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第六章 电参数的测量. 第一节 概述. 第二节 电桥. 第三节 兆欧表. 第四节 接地电阻的测量. 学习目标:. 1 .掌握电阻、电容、电感的测量方法。. 2 .了解直流电桥的电路结构、工作原理和技术特性。. 3 .理解交流电桥、兆欧表及接地电阻测量仪的原理和结构。. 4 .掌握电桥、兆欧表、接地电阻测量仪的选择、使用和维护方法。. 第一节 概 述. 一、电阻的测量方法. 据测量原理而言,可以分为直接测量和间接测量。. ( 1 ) 直接测量. 利用专门测量电阻的电工仪表对地那组进行测量的方法。如利用电阻表或者直流电桥测量。. ( 2 ) 间接测量.
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第六章 电参数的测量 第一节 概述 第二节 电桥 第三节 兆欧表 第四节 接地电阻的测量
学习目标: 1.掌握电阻、电容、电感的测量方法。 2.了解直流电桥的电路结构、工作原理和技术特性。 3.理解交流电桥、兆欧表及接地电阻测量仪的原理和结构。 4.掌握电桥、兆欧表、接地电阻测量仪的选择、使用和维护方法。
第一节 概 述 一、电阻的测量方法 据测量原理而言,可以分为直接测量和间接测量。 (1)直接测量 利用专门测量电阻的电工仪表对地那组进行测量的方法。如利用电阻表或者直流电桥测量。 (2)间接测量 通过测量与电阻有关的电量,根据这些电量与电阻的关系计算出电阻。
第一节 概 述 电压表 - 电流表法也称伏 - 安法。 电压表 - 电流表法测量电阻的线路通常有两种,即电压表前接合电压表后接。图 6 – 1。 图 6 - 1 电压表 - 电流表法测量电阻的线路 一般来说,电压表前接的线路,适合于被测电阻 RS较大的情况。而电压表后接的线路,适合于被测电阻 RS较小的情况。
第一节 概 述 二、电容和电感的测量方法 1.电容的测量方法 (1)电压表 - 电流表法。 串联一可调电感 L,此方法要求电压表内阻很大。 若电压表读数为 U,电流表读数为 I,电源频率 f为已知,则 图 6 - 1 电压表 - 电流表法测量电容 (6 - 2)
第一节 概 述 (2)替代法。 LC的介入使电路能够进入谐振状态,以使毫安表有较大的读数。 测量时,S 首先接至位置1,调节R、L、C 使毫安表读数最大,并记下该读数;然后将S 接至位置2,保持R、L、C 不变,调节标准电容Cs,使毫安表读数与上次读数相同,则此时有Cx=Cs 。 图 6 - 1 替代法测量电容的一种线路
第一节 概 述 (3)谐振法。 测量时,调节信号发生器的频率,使电压表读数最大,此时电路达到谐振,则: 图 6 - 1 谐振法测量电容的一种线路 (6 - 3) 将电源频率 f0和标准电感的数值带入上式即可确定被测电容。
第一节 概 述 (4)电解电容的测量方法。 测量前,应考虑以下因素: 首先,电解电容的容量较宽,一般电容电桥的测量范围难于满足要求。 其次,电解电容的数值随频率变化很大。 最后,电解电容的端钮(或引线)有“+”、“-”极性标志。在工作和测试时应保证“+”极性端的点位高于“-”极性端的点位。
第一节 概 述 ① 用电压表测量电解电容器。 降压变压器 T和调节电位器 RP是用来调节测试交流电压的; 电源 E 供给被测电解电容器 CX和标准电容器 CS 直流偏压; 图 6 - 6 用电压表测量电解电容的线路 测量时 CX 与 CS 是串联接入交流电源的,两只交流电压表分别测出电压 UX和 YS ,则有: 可得 (6 - 4)
第一节 概 述 ② 电容电桥法测量电解电容器。 这种方法适用于测量容量不大的电解电容器。 图中 R是保护电阻,C是交流旁路电容。 这种测量方法的步骤与一般电桥相同,当电桥平衡时有: 图 6 - 7 电容电桥测量电解电容的线路
第一节 概 述 2.电感的测量方法 (1)空心电感的测量 ① 电压表 -电流表法 用电流表测出电流 I ,用高内阻的电压表测出电感线圈两端的电压 U,则线圈的阻抗 图 6 - 8 用电压表 - 电流表法测量电感的线路 (6 - 5)
第一节 概 述 (6 - 5) 图 6 - 8 用电压表 - 电流表法测量电感的线路 低频情况,可用测量直流电阻的方法测出 RX,如 f 已知,则被测电感 (6 - 6)
第一节 概 述 ② 三表法 利用电压表、电流表和功率表分别测量出电感线圈的 U、I和 P,然后计算电感,即 (6 - 7) (6 - 8) 图 6 - 9 用三表法测量电感的线路
第一节 概 述 ③ 谐振法 调节信号发生器的频率 f 和可调标准电容 CS,使 CS 并联的电压表读数最大,此时电路谐振,有 (6 - 9) 图 6 - 10 谐振法测量电感的线路 此外,用谐振法测电感页可以采用桥式线路,如图 6 - 11 所示。 图 6 - 11 谐振法测量电感的桥式线路
第一节 概 述 ③ 谐振法 图 6 - 10 谐振法测量电感的线路 图 6 - 11 谐振法测量电感的桥式线路 (6 - 9) 若电桥电源频率为 f0,有 (6 - 10) (6 - 11)
第一节 概 述 (2)铁心电感的测量 若铁心电感线圈工作时无直流通过且动态范围不宽时,可以不考虑非线性,此时可用测量空心电感的方法来测量。 当铁心电感线圈工作时无直流通过但工作电流较大时,非线性不能忽略。采用电压表 - 电流表法或者三表法,不能用电桥测量。 当铁心电感线圈工作时有直流通过时,测量中必须加入等值的直流偏置电流。图 6 - 12 是这类电桥引入直流偏置的两种方法。
第一节 概 述 (2)铁心电感的测量 图 6 - 12 用交流电桥测量铁心电感时引入直流偏置的两种方法
第二节 电 桥 一、直流电桥 1.直流电桥的分类 可以分为直流单臂电桥和直流双臂电桥。 (1)直流单臂电桥 ① 工作原理。 电桥平衡时,指零仪表 G中无电流通过。可以得到 图 6 - 13 单臂电桥的原理电路 (6 - 13)
第二节 电 桥 把被测电阻 Rx接于 a - c 桥臂上,其他用标准电阻或者可调标准电阻,可得 (6 - 13) 即通过电桥,把被测电阻 Rx 与标准电阻进行比较,从而实现测量电阻的目的。 通常把接入 R2和 R3的桥臂称为比例臂,接入 R4的桥臂称为比较臂。
第二节 电 桥 (1)直流双臂电桥 又称凯尔文电桥。用来测 10-5 1 的小电阻。 测量时,连接线电阻及接触电阻对测量的影响较大,必须设法消除,直流双臂电桥就是从这点出发设计的。 ① 工作原理。 图 6 - 13 直流双臂电桥原理电路
第二节 电 桥 ① 工作原理 电桥平衡时,IG = 0,则有 I1 = I2,I3 = I4,由电路可得下面方程 图 6 - 13 直流双臂电桥原理电路 解方程得: (6 - 16)
第二节 电 桥 ① 工作原理。 (6 - 16) 适当选择四个桥臂电阻,使得: (6 - 17) 图 6 - 13 直流双臂电桥原理电路
第二节 电 桥 2.直流电桥的技术特性 可以获得很高的准确度。 表 6 - 1 我国直流电桥的准确度等级 电桥的准确度等级是指在其“基本量程”范围之内,在正确使用条件下,测量误差不会超过准确度等级的要求。 表 6 - 2列出了集中直流电桥的技术特性。
第二节 电桥 表 6 - 2 几种直流电桥的技术特性 直流电桥可以制成单 - 双臂两用电桥,这种电桥的测量范围很大,如上表所示的 QJ17等。
第二节 电 桥 3.直流电桥的使用方法 (1)根据被测电阻的阻值范围和对测量的准确度要求,正确选用电桥。 (2)正确选用外附检流计。 (3)当需外接电源时,电源的正负极应与面板上标有“+”、“-”的接线端钮分别连接。 (4)把被测电阻接到电路面板上标有“Rx”的连个接线端钮上。 (5)测量前应估计被测电阻的阻值适当选择比例臂的倍率挡。
第二节 电 桥 3.直流电桥的使用方法 (6)测量时先将检流计的锁钮打开,然后按下电源按钮并锁住,以接通电源。 (7)测量完毕后,应先松开检流计按钮,再放开电源支路按钮,特别是当被测元件中含有电感量时,更应遵守这一顺序。 (8)在某些情况应注意以下几点。 ① 对含电容元件测量时先给电容放电 1 min。 ② 需考虑温度影响时,应记录下温度。 ③ 精密测量中,改变电源极性,进行两次测量,取其平均值作为测量结果。
第二节 电 桥 二、交流电桥 交流电桥主要用于交流等效电阻及时间常数,电容及其介质损耗,自感及线圈品质因数等电参数。 1.交流电桥的原理 调节电桥的桥臂参数,使 IG = 0 时,有 在正弦交流电的情况下,复阻抗可以写为 图 6 - 19 交流电桥的原理线路 (6 - 18) 据复数相等条件有 (6 - 19)
第二节 电 桥 2.交流电桥的一般结构 为了使电桥的结构简单和调节方便,一般将交流电桥中的两个桥臂设计为纯电阻,另外一个桥臂则根据线路和测量对象配置合适的电抗元件,而最后一桥臂则用于接入相应的被测电抗元件。 根据被测元件性质不同,交流电桥可分为电容电桥、电感电桥两种。 需要注意的是,交流电桥的平衡必须饭仿佛调节两个桥臂的参数,所以交流电桥的平衡调节比直流电桥困难一些。
第三节 兆欧表 一、结构和工作原理 1.结构 兆欧表的基本结构式一台手摇发电机和一只磁电系比率表。 图 6 - 20 磁电系比率表的基本结构 磁电系比率表是一种特殊形式的磁电系测量机构。
第三节 兆欧表 2.工作原理 (1)磁电系比率表 由于两个动圈中电流磁场作用,产生两个方向相反的转矩,若其中一个电流 I1产生转动力矩,另一个电流 I2产生反作用力矩。平衡时,指针偏转角为 。 有 (6 - 20) 与测量电路中的电源电压无关。
第三节 兆欧表 (2)兆欧表 动圈 1 、内附电阻 RC 被测电阻 RX 串联;动圈 2 和内附电阻 RV 串联,承受相同电压 U。 有 图 6 - 21 兆欧表的测量电路 把上两式代入(6 - 20),既得 (6 - 21)
第三节 兆欧表 二、兆欧表的选择及使用维护方法 1.兆欧表的选择 对于电压高的电气设备,必使用额定电压高和测量范围大的兆欧表进行测量。 而对于电压较低的电力设备,其内部绝缘所能承受的电压不高,应选用额定电压低的兆欧表。 表 6 - 3 兆欧表电压等级选择举例
第三节 兆欧表 表 6 - 4 国产兆欧表主要技术参数
第三节 兆欧表 2.兆欧表的使用和维护方法 (1)在被测电气设备不带电的情况下测量。 (2)测试前,放置在水平地方,有水平调节的兆欧表调好本身水平位置,可以避免摇动发电机手柄时因表身摇动而影响读数。 (3)一般测量,将被测绝缘电阻接到 L和 E两个接线端钮上;若被测对戏那个为线路的绝缘电阻时,应将被测端连接到 L接线端钮,E端接地。 图 6 - 22 测量线路绝缘电阻接线图
第三节 兆欧表 2.兆欧表的使用和维护方法 (4)测量绝缘电阻时,放电机手柄应由慢渐快地摇动,若发现指针指零,说明被测绝缘物有短路现象。若指示正常,应使发电机转速稳定在规定范围内,切忌忽快忽慢而使是真摆动,加大误差。 (5)测量完毕后,当兆欧表没有停止转动或被测物没有放电前,不可用手去触及被测物测量部分和进行拆线工作。
第四节 接地电阻的测量 在电力系统中,为防止电力设备绝缘层被击穿和因漏电是电力设备外壳带电,一般要把设备的外壳接地。 接地装置必须十分可靠,其接地电阻必须保证在一定的范围之内。 表 6 - 5 各类接地装置的接地电阻合格值
第四节 接地电阻的测量 一、电压表 -电流表法 变压器起着隔离测量线路与交流电网的作用;辅助电流电极 C 用以构成接地电流回路;辅助电位电极 P 用以构成测量线路。 图 6 - 24 电压表 – 电流表法测量接地电阻的线路 图中电流表测量的是流过被测电阻 A的电流 I,而高内阻的电压表测量的是 Rx上的电压降,按公式 Rx = U/I即可算出被测接地电阻的数值。
第四节 接地电阻的测量 二、电桥法 测量接地电阻的原理线路如图 6 - 25 所示。 测量中,需要二次对电桥进行平衡调节。 首先把 S 接到位置“1”,调节可调电阻 R使指零仪指针指零。此时 R被可动端分为两部分,设为 R11和 R12,然后将 S 接到位置“2”,重复上部,得到 R21和 R22,则被测接地电阻 Rx按下式计算: (6 - 22) 图 6 - 25 电桥法测量接地电阻的线路
第四节 接地电阻的测量 三、补偿法 原理:交流发电机输出电流 I1,流经电流互感器 TA一次绕组到接地体 A,经大地和辅助电流电极 C 构成一个闭合回路。 图 6 - 26 补偿法测量接地电阻的线路 接地电流在接地电阻 Rx上的压降为 IRx,接地电阻 RC时同样形成压降 IRC。调节补偿电阻 R,使电流 I1流过电极 A、P 之间的接地电阻 Rx后,且电流互感器二次绕组电流流过补偿电阻 R后,P 电极的电位与 R可动端的电位相等,即检流计指零。这时有 (6 - 23)
第四节 接地电阻的测量 四、接地电阻测量仪 常用的过长接地测量仪有 ZC - 8 型和 ZC - 29 型等几种。 (1)结构 图 6 - 27ZC - 8型接地电阻测量仪
第四节 接地电阻的测量 (2)工作原理 根据补偿原理制成。 端钮 P2和 C2短接后接至被测电路地极,P1和 C1 分别是电位辅助电极和电流辅助电极。测量时,分别用导线与电极连接。 用转换开关 S可以改变量程。 图 6 - 28ZC - 8型接地电阻测量仪
第四节 接地电阻的测量 (2) 工作原理 S 挡置于 1 时,I2 = I1,K = 1。置于 2 和 3 时,K = 1/10、K = 1/100。 调节电位器补偿电阻 R 的旋钮使检流计指零,可以读出 r的值,则被测接地电阻为 Rx = Kr 图 6 - 28ZC - 8型接地电阻测量仪
第四节 接地电阻的测量 五、接地电阻测量仪的使用 (1)因选择在土壤导电率最低、干燥的时期。 (2)测量前先将仪器放置水平位置调零,检查检流计的指针是否在中心线上。 (3)接线。 图 6 - 29 接地电阻测量仪的接线 (4)将粗调倍率旋钮主置于最大倍数位置,一遍缓慢转动发电机手柄,一面调节粗调。检流计接近平衡时,加快手柄转动。
第四节 接地电阻的测量 (5)如果测量表读盘的读数小于 1 ,则应将组条倍率旋钮置于倍数较小的挡,重新测量和读数。 (6)为了保证测得的接地电阻值准确可靠,应在测量完毕后移动两根探测针,更换另一个地方再次测量,多测几次,取平均值。 电气设备接地电阻的测量应该定期进行。接地电阻按要求在一年中任何时候多不能大于规定的数值,所测接地电阻小于规定值才算真正符合要求。