电器测试与故障诊断技术大题

电器中基本电磁量的测量方法：（15分）1、各种电流测量的原理及特点1.分流器法工作原理：利用欧姆定理把一个已知的很小的电阻R1串进电路中，电流流过R1时，在电阻两端产生压降u=I R1 ，把此电压降引入仪器记录下来。

根据记录的电压u,除以已知电阻R1，可得出欲测得电流值。

特点：分流器一般还存在很小的电感，因此测量存在一定的误差。

为减小分流器的测量误差，在结构设计上，应尽量减小分流器的自感，并对外界磁场有较好的屏蔽能力，而且具有一定的动热稳定能力。

分流器主要有同轴式和扁片式两种。

扁片式由一片或多片电阻温度系数很低且稳定的薄片材料折叠而成，电感值很低，同轴式由两个同轴圆筒构成，外筒材料为良导电性的铜，内筒为电阻率较大、电阻温度系数较小的猛铜。

2.电流互感器工作原理：如图，I1≈(N2/N1)I2=KiI2式中Ki为电流互感器的电流比。

接线方式有一相式接线，两相V形接线，两相电流差接线，三相星形接线。

特点：1）电流互感器的一次绕组匝数很少，二次绕组匝数很多2）一次绕组导体粗，二次绕组导体细，二次绕组的额定电流为1A、2A和5A，5A 为优先值3）工作时，一次绕组串联在一次电路中，二次绕组串联在仪表、继电器的电流线圈回路中。

二次回路阻抗很小，二次回路接近于短路状态。

3.电子式电流互感器:电子式电流传感器由于去掉了铁心，则不存在励磁电流引起波形失真，而且还保存了电流互感器测量电路与主电路隔离的优点。

工作原理：空心电流传感器一次侧一般为一匝，通过被测大电流I(t)时,在其周围产生磁场，在二次侧（匝数较多）中产生感应电压U0。

当被测电流沿轴线通过线圈时，在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场H。

由安培环路定律求出电流。

特点：1）铁盒要用磁旁路开槽4来切断环流路径以防止主磁通在铁盒内产生环流2）用环流开槽来切断磁旁路以防止铁盒形成磁旁路4.利用霍尔效应测电流利用磁耦合原理，将霍尔元件的平面与电流的磁场方向相垂直，放置于截流导体附近或放置于开环铁心气隙中间，测量系统与主电路不接触。

5.利用光电效应测量电流激光器的光束经过偏振光片成为偏振光，进入磁光材料。

磁光材料处于一定的磁场中。

当偏振光从磁光材料另一端出来时，因在磁光材料内受被测电流磁场的作用，偏振光转了一个角度θ。

θ与磁光材料的长度及磁场强度成正比，即与被测电流大小成正比。

然后，光线再经过检偏片检测出偏转角θ。

因此，被测电流产生磁场使偏振光旋转θ角，被测电流与θ角成正比，使光和电流联系起来。

2、各种电压测量的原理及特点低电压：用电压表直接并联于被测电压端。

高电压：采用电压互感器或高电压静电压表。

空载电压用光线示波器测量其波形1.电压互感器电压互感器的用途是将继电保护装置、测量仪表和计量装置的电压回路与高压一次回路安全隔离，并取得固定的二次标准电压。

电压互感器的一次和二次绕组额定电压之比称为电压互感器的额定电压比K N。

若已知二次电压U2值，便可算出一次电压U1近似值为U1=K N U2电压互感器有四种常用接线方式1）一个单相电压互感器的接线，用于只需测量任意两相间电压对称的三相电路，可接入电压表、频率表和电压互感器等。

2）两个单相互感器可接成不完全三角形的V/V形接线，能测量线电压，但不能测量相电压。

3）三个单相电压互感器接成Y0/Y0形接线，可用于要求测量线电压的仪表和继电器以及要求供给相电压的绝缘监察电压表。

4）一台三相5芯柱电压互感器接成Y0/Y0/开口三角形接线。

接成Y0形的二次绕组供电给仪表、继电器及绝缘监察电压表等。

辅助二次绕组接成开口三角形，供电给绝缘监察电压继电器。

2.串联高值电阻测量法在振荡回路等高压装置中，可用高值电阻串联电流表来测量电容器组或高压电源的直流高电压，其被测高电压U=RI，( R为串联的高值电阻；I为电流表的读数)。

对高值电阻的要求与电阻分压器高压臂电阻相同，一般采用若干个金属膜电阻串联，安装在一个绝缘管上。

电流表可采用高准确度的磁电式毫安表（或微安表）。

3.分压器分压器是一种将高电压波形转换成低电压波形的转换器，它由高压臂和低压臂两部分组合。

输入电压加到整个装置上，输出电压则取自低压臂，从而可以用低压仪表来测量高压峰值及波形。

分压器本体的对地杂散电容使分压器电压分布产生畸变。

对地杂散电容的大小决定于分压器的尺寸。

为改善分压器性能，补偿对地分布电容的响应，可采用屏蔽电阻分压器的方法，即在分压器顶端加一个环电极。

分压器可分为电阻分压器，电容分压器和阻容分压器。

3、电路的功率因数测量稳态过程的测量方法有：二瓦特计法、功率振子法、平均值相位计法、相位-电压变换式相位计法。

强电流通断试验测量法：相位关系法、直流分量衰减法、电流比值法、脉冲式相位计法。

1.瓦特表法及功率因数表法2只要测出试验电路的有功功率P、空载电压U和试验电流I，即可求得cosφ，此式是瓦图中，W为测量功率P的瓦特表；V、A为测量U和I的电压表、电流表。

由图可知，V和W 的电压线圈都是接在试验变压器的二次侧，当试品触头闭合产生试验电流时，V的所测值不是空载电压，而是比空载电压U小一些的负载电压，W的所测值也不是全电路的功率P，而是变压器低压侧电路中总电阻R ′的消耗功率P ′。

实际上只要负载阻抗比变压器和电源阻抗大一个数量级即可采用此法。

此法一般需要一定的时间，若试验电流较大，则在通电读数时间内负载阻抗和连接导线发热就很严。

因此，本法适用于试验电流较小时，进行控制电器等通断能力试验。

2.相位关系法测量试验电流I与空载电压U之间的相角差。

①开始时预期电流包含有非周期分量，需经过若干周波使非周期分量衰减至零后，才变为稳态电流；②在稳态电流零线上从某一过零点a 取ab=bc=cd=de （ab 的长度相当于稳态电流半波的时间，其角度为π）的长度往前延伸，求得e 点，并由电压零点g 求得f 点，取出e f 后用相应的比例变换，即得功率因数角φ；③示波图上的电压波形表示试验电源的空载电压，它与稳态电流的夹角φ的余弦就是整个试验电路的功率因数。

优点：不论单相还是三相试验，电路的功率因数在很大的范围内都均可用此法测量，例如cosφ在~范围内都适用。

缺点：该法在示波图上通过人工分度的方法求φ角时，存在作图误差，并在随后计算cosφ时会使这种误差放大。

例如，若φ=80o 时的作图误差为%，则引起的cosφ误差可达% ，且cosφ愈小，影响愈大。

若采用专用的数显电子测量装置来测量φ值，就可避免作图误差，显着提高测量精度。

3. 直流分量法间常数T ，再由此求出功率因数优点：所求得的cos φ是试验电路全电路的功率因数，其中包括负载阻抗、变压器内阻抗和电源阻抗的功率因数。

缺点：① 只适用于非周期分量流i d 值较大时，而i d 的大小与cos φ及合闸相角θ有关，cos φ越小，i d 越大，故本法仅适用于cos φ<时，且单相试验时即使cos φ较小，还应选择合适的合闸相角θ，以使i d 尽量大一些；② cos φ与电源的频率f 值有关，因此在拍摄预期电流的同时还要测出f 的实际值。

因此，此法的适用范围有一定局限性。

4. 电流比值法定义比值Ms I ’之平均值与各相对称电流有效值 之平均值之比。

在进行单相电流接通时，取非对称电流两个分量的二次方之和的二次方根值I ′与周期对称电流有效值 的比值为M D ，即根据求得的M s 、M D 值，也可用图查出相应试验电路的功率因数cosφ。

5. 脉冲式相位计法T t ei i -=0d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=-2sin 2m 2T 0.01m 2m I e I I M D ϕ2/m I 2/m I利用接通试验电流前一个电压波的由负到正过零瞬间产生开门信号；利用试验电流达稳定后（7个周波），电流由负变正过零瞬间产生关门信号；在上述时间段内记录时钟脉冲数。

此数减去7个周波内的电压计数脉冲即为相位差脉冲数。

脉冲式相位计法的测试精度较高。

不仅适用于冲击试验情况下的单次测量，也可用于稳态试验电路的自动重复测量。

4、电器的磁场和磁路参数测量测量磁场和磁路参数的方法很多，应用较多的是电磁感应法和霍尔效应法。

1. 电磁感应法（一）恒定磁场测量方法对探测线圈单个脉冲的感应电动势进行积分。

按所有仪器积分方式的不同，测量方法分为磁电式磁通计法；冲击电流计法；电子磁通计法；电压-频率变换数字磁通计法。

（二）交变磁场测量方法交变的磁场中线圈会产生感应电动势。

测出E 、f 、N 、S ，可求出Bm 。

测试时将探测线圈直接与高内阻的电压表连接，当磁场存在时，电压表的读数即为探测线圈的感应电动势有效值E,从而求出磁感应强度的最大值Bm 。

2. 霍尔效应法将霍尔元件放于磁场B 中，通以电流Ic ，受洛仑兹力f B 作用，产生霍尔电动势E H ，设元件厚δ。

E H =应用霍尔元件应注意问题:（1）. 温度对内阻的影响仪器温度系数约为%时，可尽量采用恒流源供电。

（2）. 温度对霍尔系数的影响霍尔元件的系数K H 随温度而变化（3）. 不等位电动势的误差主要由加工工艺引起，可用补偿电路消除。

3. 磁阻效应法和磁敏二极管法1．磁阻效应法磁阻效应是指某些金属、合金及导体材料的电阻在磁场中会发生变化的一种现象。

利用这一效应可以通过测量电阻来测量磁场。

利用磁阻效应测量磁场的优点是测量方便。

但由于磁阻效应受温度等影响，以及电阻与磁感应强度B 的非线性关系，限制了它的广泛应用。

2．磁敏二极管法磁敏二极管是一种新型磁电转换的半导体器件,它由纯锗片经半导体工艺制成。

磁敏二极管两端的电压U 与磁场方向的正负和大小有有关。

磁敏二极管法的优点是线路简单，灵敏度高，能显示磁场方向。

其缺点是受温度影响较大，4.44P m E fNS B但可采用温度补偿等方法来消除。