浅析电工仪表的分类及其应用

作者:未知

  摘 要:21世纪随着电力行业的不断发展,电工仪表担负着电能测量的重任。本文简单介绍几种常用的电工仪表。
  关键词:磁电系;电磁系;电动系;电能
  1 电工仪表概念
  1.1 电工仪表定义
  电能在我们生活中无处不在,这种特殊的能量是人们感官不能直接感觉和反映的。在电能的生产、分配中,只有通过电工仪表的测量才能对其加以监测从而保证电力系统安全经济的运行。通常人们把电工仪表叫做电力工业的“眼睛”。
  1.2 电测量指示仪表构成
  电测量指示仪表可以分为测量线路和测量机构两个部分。其中测量线路是将被测量a转为测量机构的过度量b;之后测量机构再把过度量b转化为指针的角位移c。通常情况下测量机构的过度量和角位移是保持一定的函数关系,通过角位移的值就能得到被测量的值。
  2 电工仪表的分类
  (1)按准确度等级:可分为0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0等七个等级。
  (2)按使用环境条件:可分为A、A1、B、B1、C五个组。
  (3)按外壳防护性能:可分为普通、防尘、防溅、防水、水密、气密、隔爆等七种类型。
  (4)按仪表防御外磁场或电场影响的性能:可分为I、II、III、IV四等。
  (5)按读数装置:可分为指针式、光指示式、振簧式等。
  (6)按使用方式:可分为安装式、可携式等。
  (7)按工作原理:可分为磁电系、电磁系、电动系、感应系、静电系等。
  按照工作原理分类的电工仪表:
  (1)磁电系仪表。磁电系仪表的测量机构由固定部分和可动部分组成。其中永久磁铁、极掌和固定在支架上的圆柱形铁芯组成固定部分;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、游丝组成可动部分。
  磁电系仪表的工作原理是利用可动线圈中通过的电流和气隙中永久磁铁产生的磁场相互作用,产生电磁力而使可动部分转动。当线圈中通入电流,电表的可动部分受到转动力矩、反作用力矩和阻尼力矩的作用。其中转动力矩是在线圈中通入电流时,载流导体在磁场中受到力的作用,遵守左手定则:F=BINL(B—气隙的磁场磁感应强度。L—线圈的有效边长;I—通过线圈的电流;N—线圈的匝数)当考虑到磁力线方向和圆柱面垂直时,引入转动力矩的概念:M=Fr=2BLINr=BSIN=KI(K与气隙中磁感应强度、线圈尺寸及匝数有关)反作用力矩是线圈在电磁力作用下,受到游丝产生的反作用力的效果,其大小与游丝的形变大小成正比,即与线圈偏转角c成正比:Mc=Dc(D是系数,与游丝材料性质、形状和尺寸有关)仪表的阻尼力矩属于电磁阻尼力矩,它由铝框中产生的感应电流和磁场相互作用产生。根据右手定则可判断电流在磁场中的方向,通过左手定则可判断受力,该阻尼力矩总是反抗铝框运动。同时在指针的稳定位置时,阻尼力矩就消失了。
  (2)电磁系仪表。电磁系仪表是利用动铁片和通电的固定线圈之间或与被此线圈磁化的静铁片之间的作用力制成的仪表。一般分为两种:一种为吸引型,一种为排斥型。无论是哪种仪表,当通过固定线圈的电流增大时,可动部分的转动力矩会增大。由数学关系得:
  M=KC(IN)2(KC是个系数)。电磁系仪表的反作用力矩由游丝或弹簧产生,反作用力矩为:Mc=Dc。而仪表的阻尼器通常有“磁感应阻尼器”和“空气阻尼器”两种,以磁感应阻尼器为例,当金属片在阻尼磁场中切割磁力线时,会在金属中产生感应电流,电流和磁场相互作用产生电磁力,其方向可以根据左手定则加以判断。
  (3)电动系仪表。电动系的测量机构是通过两个通电线圈之间的电动力来产生转动力矩的。它由固定线圈和可动线圈组成,游丝产生反作用力矩的同时可引入引出可动线圈的电流,空气阻尼器用来产生阻尼力矩。当固定线圈和可动线圈分别通电流I1和I2时,可动线圈会在力矩作用下发生偏转,因为通电的可动线圈处在固定线圈产生的磁场中。根据电磁感应定律可知M=kB1I2,同时B1=kI1由此可知M=kI1I2。(B1—固定线圈产生的磁场。I1—固定线圈通过的电流;I2—可动线圈通过的电流;k为系数)反作用力矩由游丝产生Mc=Dc。由转动力矩的公式可知当通入交流时,同时改变I1和I2的方向,力矩的方向仍然保持不变。
  3 电工仪表的特点
  (1)磁电系仪表。磁电系仪表的准确度高,由于表本身的磁场很强,受到的外磁场影响很小;灵敏度高,因为表头内永久磁铁磁场很强,线圈有很小的电流就能使表头偏转;由于偏转角和线圈电流成正比,所以仪表刻度均匀;因被测电流通过游丝导入可动线圈,电流过大就会使游丝发热从而使弹性发生变化导致过载能力小;仪表只能测量直流,因为通入交流时,产生的转动力矩是交变的,可动部分由于惯性作用不会转到。一般用作磁电系电流表、电压表和万用表等。
  (2)电磁系仪表。电磁系仪表结构简单,过载能力大,因为电磁系测量机构的活动部分不通过电流;因为电磁系表的磁场由通电线圈建立的,因此使得它的灵敏度要低得多;电磁系仪表本身磁场较弱,外磁场对其影响较大,通常采用磁屏蔽措施或無定位结构来提高抗外磁场的能力。一般用作电磁系电流表和电压表。
  (3)电动系仪表可交直两用,由于表中没有铁磁物质,不存在涡流和磁滞影响其准确度高;由于固定线圈磁场较弱,在准确度高的仪表中也需要采用磁屏蔽或者无定位结构抵抗外磁场的影响;仪表本身的功率消耗大,过载能力小,一般用作电动系电流表、电压表、功率表等。
  参考文献:
  [1]庄建源,陈惠群.《电工仪表与测量》教材的特点[J].现代技能开发,2002-11.
  [2]何港铃.电工仪表的测量误差与消除办法[J].智库时代,2018-11-26.
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