电工仪表及测量 教学课件 作者 周启龙 2第二章 磁电系仪表.ppt

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1、第一章测量与电工仪表的基本知识第一节测量基本知识一、测量的定义二、测量方法分类三、测量的单位第二节电工仪表的分类一、电测量指示仪表二、比较仪器第三节电工仪表的组成和基本原理一、电测量指示仪表的组成二、测量机构的组成与原理第四节电工仪表的误差和准确度一、电工仪表误差的分类二、误差的表示方法三、仪表的准确度第五节电工仪表的主要技术性能一、仪表灵敏度和仪表常数二、仪表误差三、仪表的阻尼时间四、仪表的功率损耗第六节测量误差及其消除方法一、系统误差二、偶然误差三、疏忽误差（粗差）第七节工程上最大测量误差的估计一、直接

2、测量法的最大误差二、间接测量方式的最大误差第八节电工仪表的表面标记和型号一、电工仪表的表面标记二、型号思考题第二章磁电系仪表磁电系仪表在电气测量指示仪表中占有极其重要的地位，常用于直流电路中测量直流电压和电流。若附上整流器以后，可以用来测量交流电流和交流电压；与变换器配合，可以测量交流功率、频率、温度、压力等。采用特殊结构时还可以构成检流计，用来测量极其微小的电流(可小到10-10A)。第一节测量基本知识一、磁电系仪表的结构磁电系仪表根据磁路形式的不同，分为内磁式、外磁式和内外结合式三种结构。外磁式的永久磁

3、铁在可动线圈的外面，主要结构如图2-1(a)所示，它包括固定部分和可动部分：固定部分由永久磁铁、极掌和固定在支架上的圆柱形铁芯构成。可动部分由绕在铝框架上的可动线圈、前后两根半轴、与转轴相连的指针、平衡锤以及游丝所组成。整个可动部分支承在轴承上，线圈位于环形气隙之中。极掌与铁芯之间的空气隙是均匀的，其中产生均匀的辐射方向的磁场。两个游丝的螺旋方向相反，它们的作用是产生反作用力矩并兼作电流引入动圈的引线，游丝的一端与可动线圈相连，另一端固定在支架上。外磁式1-永久磁铁2-极掌3-铁芯4-线圈5-转轴6-平衡锤

4、7-指针8-游丝内磁式1-永久磁铁2-磁軛3-极掌4空气间隙图2-1磁电系仪表的结构示意图内磁式是将永久磁铁做成圆柱形并放在动圈之内，它既是磁铁又是铁芯。为了能形成工作气隙，并能在工作气隙中产生一个均匀的磁场，磁场的方向能处处与铁芯的圆柱面垂直，在内磁式的永久磁铁外面要加装一个闭合的导磁环。内磁式的结构紧凑、受外界磁场的影响小。内磁式磁电系磁路系统的结构如图2-1(b)所示。内外结合式在可动线圈的内外部均使用永久磁铁，气隙磁场更强、仪表灵敏度更高、受外界磁场影响更小，但结构复杂，实际用得较少。二、工作原理磁

5、电系仪表是利用可动线圈中的电流与气隙中磁场相互作用，产生电磁力而使可动部分转动的原理制成的。当线圈中通入电流时，仪表的可动部分要受以下几个力矩的作用。1.转动力矩当线圈中有电流流过时，电流的方向如图2-2所示，载流导体在磁场中受到力的作用，线圈的两个边所受力的方向由左手定则可以确定为图2-2的方向，每边所受力的大小为（式2-1）式中B——工作气隙中的磁场磁感应强度；——线圈有效边长；I——通过线圈的电流；N——线圈的匝数。由于磁力线方向与圆柱面垂直，所以电磁力F的方向与线圈平面垂直，线圈沿顺时针方向转动，其

6、转动力矩为(式2-2)式中，r为转轴中心到有效边的距离，由于线圈平面的面积S=2lr,所以式（2-2）变为(式2-3)式中，K是与气隙中磁感应强度、线圈尺寸及匝数有关的常数。由于气隙磁场强度是均匀辐射状的，不管线圈转到什么位置，磁感应强度B均不变；对已制成的仪表，线圈面积S、线圈匝数N都是一定的，所以转动力矩的大小与被测电流成正比，其方向决定于电流流进线圈的方向。图2-2磁电系测量机构产生转动力矩的原理图3.阻尼力矩磁电系仪表的阻尼力矩属于电磁阻尼力矩，它是由铝框中产生的感应电流和磁场相互作用而产生的，如图

7、2-3所示。当铝框按图中方向转动时，由右手定则可知产生如图示的感应电流，再根据左手定则可知产生如图所示的阻尼力，从而产生阻尼力矩，该阻尼力矩总是反抗铝框运动。指针稳定在平衡位置时，阻尼力矩也就消失了，因此，阻尼力矩在指针偏转的过程中存在，不影响测量结果，但对仪表可动部分起保护作用，可以防止各种原因引起的可动部分的快速摆动，以免损坏轴承及指针等。可动部分的铝框架相当于一个短路匝，在转动时，切割磁力线，铝框架中产生的感应电势为，因为铝框架只有1匝，所以感应电势的数值为，此电势在铝框架中产生的电流数值为，该电流与

8、流过线圈的电流一样，也要产生转矩(式2-6)式中：B——磁感应强度S——铝框架的面积2.反作用力矩可动线圈在电磁力的作用下顺时针转动的同时，会受到游丝产生的反作用力矩作用，反作用力矩的大小与游丝形变大小成正比，即与线圈偏转角成正比，即(式2-4)式中，D为常数，是游丝的反抗力矩系数，其大小由游丝的材料性质、形状和尺寸决定。反抗力矩与偏转角成正比，当转动力矩与反抗力矩大小相等时，指针稳定在平衡点，这时式（2-3）