第六章電磁參數(shù)的測量

1、西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 第六章第六章 電磁參數(shù)的測量電磁參數(shù)的測量 1 電壓、電流、功率的測量電壓、電流、功率的測量 2 頻率的測量頻率的測量 3 相位差的測量相位差的測量 4 波形參數(shù)的測量波形參數(shù)的測量 5 阻抗測量阻抗測量 6 磁參數(shù)的測量磁參數(shù)的測量西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術電壓的測量電壓的測量 電壓的等級：高壓、中壓、低壓電壓的等級：高壓、中壓、低壓 分壓器、電壓互感器、放大器分壓器、電壓互感器、放大器 電電磁磁力力指針，模擬指針電壓表指針，模擬指針電壓表 電電ADC 數(shù)字，數(shù)字電壓表數(shù)字，數(shù)字電壓表西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測

2、試技術西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術交流電壓測量交流電壓測量 將交流電壓轉換成直流電壓：峰值變換器、平均值變換器、有效值變換器。峰值變換器：峰值變換器：峰值-有效值。波峰系數(shù)波峰系數(shù) Kp=峰值/有效值，對于無直流分量的標準正弦波Kp=1.414平均值變換器：平均值變換器：平均值-有效值。波形因數(shù)波形因數(shù)KF=有效值/平均值，對于正弦波KF=1.11峰值變換器和平均值變換器的特點：標準正弦波或特定的波形；有些還受頻率的限制。成本低。有效值變換器：有效值變換器：有效值變換電路。特點：受波形

3、影響較小，成本高受波形影響較小，成本高。西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 數(shù)字采樣方法求交流有效值：數(shù)字采樣方法求交流有效值：影響測量準確度的因素：采樣頻率：越大，越接近真實波形與信號頻率變化的相關性：信號頻 率變化了，要調(diào)整采樣點數(shù)或采樣頻率， 保證是整周期電壓互感器：電壓互感器：與功率變壓器的區(qū)別：與功率變壓器的區(qū)別：功率變壓器：能量傳遞，高效；電壓互感器：精度高、線性度好。鐵心 選用高導磁材料制成，而且要降低漏磁 不能飽和。副邊不能短路。n-1222220121ii 01()NSrmsnTUuuuuuT西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術電流的測量電流的測量 直流

4、：分流器、霍爾效應直流：分流器、霍爾效應 交流：互感器、霍爾效應等交流：互感器、霍爾效應等西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術常用的方法：常用的方法：串電阻與分流器法：串電阻與分流器法：對電阻R有些特殊的要求：（1）電阻R的數(shù)值選擇要合理，要與R所通過的電流相適應.。一般使電阻上的電壓在40一l00mV左右。 (2)R的熱穩(wěn)定性要好，溫度系數(shù)小。注意滿足電阻R的允許功耗和散熱條件，允許功耗比實際功耗大幾倍。(3)在交流電路中，頻率較高時R選無感電阻，并且注意減小電感和分布電容。(4)電阻R最好是四端電阻，即具有一對電流接點串聯(lián)到電路，一對電位接點引出電壓，以降低接觸電阻對準確度的影響

5、；對于大電流測量，最好采用標準化的分流器。(5)為了避免對測量電路產(chǎn)生不良影響和危險，放大器通常采用隔離放大器。 西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 電流互感器：電流互感器：要求激磁阻抗 足夠大 ，副邊漏抗 足夠小 ，負載阻抗 不能大于規(guī)定的數(shù)值。 這對電流互感器的設計制造工藝都提出了較高的要求： (1)必須采用高導磁材料，并工作在低磁密狀態(tài)下，在整個量程內(nèi)不出現(xiàn)飽和，保證 足夠大。 (2)在工藝上保證原副邊耦合好，使 盡量減少。021III022()mfI ZIZZ 212ZZZZIIfmm 21II mZ2ZfZmZ2Z西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術電流互感器特

6、點及注意事項： (1)原副邊電路起到了電隔離作用； (2)交流強電流直接串入電阻被測電路損耗太大。電流互感器副邊接入電阻折算到原邊阻值很小，影響小，但電流互感器的接入對瞬態(tài)電流的測試（如短路電流）不利。（3）電阻R大小由互感器的容量伏安值決定（一般常用電流互感器為10 VA或5VA） （4）由于電流互感器副邊匝數(shù)遠大于原邊，在使用時副邊絕對不允許開路。否則，會使原邊電流完全變成激磁電流，鐵心達到高度飽和狀態(tài)，使鐵心嚴重發(fā)熱并在副邊產(chǎn)生極高的電壓，引起互感器的熱破壞和電擊穿，并對人身及設備造成傷害。西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術功率的測量（有功、無功、視在功率）功率的測量（有功、

7、無功、視在功率）iiiiuPcos)()(10UIdttituTPT( ) ( )e(t)= Ku t i tsinsin()mmKU Itt)2cos(costKUI0)2cos(tcos)(UIKteU（1）功率變換器）功率變換器（2）計算機采樣計算法）計算機采樣計算法0121SnTPPPPPT（）瞬時功率有正有負瞬時功率有正有負西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術頻率的測量頻率的測量計數(shù)法測頻原理計數(shù)法測頻原理 頻率是單位時間內(nèi)被測信號重復出現(xiàn)的次數(shù)。 頻率測量的誤差為總相對誤差般可采用分項誤差絕對值合成 （1） 計數(shù)法測頻的量化誤差計數(shù)法測頻的量化誤差 計數(shù)電路可能存在1個脈

8、沖誤差 ，量化誤差 使N增大，減小相對誤差：延長計數(shù)時間(控制閘門的時基增大)，或者將輸入信號倍頻。但由于受計數(shù)器位數(shù)的限制，N不可能太大。 tNf 2xNNfttt ttNNffxx1N 西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術（2）閘門開啟時間誤差）閘門開啟時間誤差 為閘門開啟時間誤差，即時基誤差，主要決定于晶體振蕩器頻率的穩(wěn)定度和準確度。此外也會受分頻電路等開關速度及其穩(wěn)定性的影響由于晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高， 遠小于1/N ，所以，頻率測量誤差主要是量化誤差，頻率越低，相對誤差就越明顯。 tccffttccxxffNff1ccff /ttNNffxx西北工業(yè)大學自動化學院電氣工

9、程系-電氣測試技術 計數(shù)法測周期 1）量化誤差同樣存在土1個脈沖的原理誤差，為了減小相對誤差，可以采用周期倍乘的方法，即將被測信號分頻m倍，計量m個周期內(nèi)的脈沖數(shù)，然后取m個周期內(nèi)的平均值 0NTTxNTNTTx0000TTNNTTxx1N mNTTx/0西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術（ 2）觸發(fā)誤差）觸發(fā)誤差 測量周期一般是將B端輸入被測信號，進行過零觸發(fā)控制閘門的，而被測倍號均不同程度存在有干擾噪聲疊加在其上面，使觸發(fā)提前或推遲，為了減小觸發(fā)誤差，要注意適當提高信號電平，增大信噪比。 西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 中界頻率中界頻率 周期與頻率的測量均存在N

10、=1的量化誤差為了保證測量準確度，當頻率比較高時，直接測量信號頻率，這時示值大，相對誤差可小些；而當頻率比較低時，測量信號的周期，使相對誤差小些。 對某一個被測頻率信號，究竟是應該測頻率還是應該測周期？存在一個分界點，即中界頻率問題。 xxTf1xxxxTTff西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 測頻時 測周期時 在中界頻率，相對誤差相等，則兩者計數(shù)值N應該是相等 般電氣測試，多數(shù)是低頻信號，所以相對來說，測周期的情況較多。 tNfxtfNxf0TmNTx0TmTNxT0Tfmtfmm0tTmfm,fTNN西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 數(shù)據(jù)擬合零點測頻率西北工業(yè)大

11、學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術相位差的測量 （1）直接測量 （2）基于FFT頻譜分析)sincos()(01020tnbtnatxnnna,.)3 , , 2 , 1( n/ 210/ 2/ 22/ 2/ 22/ 222( );( ) cos;( ) sin;nnTTTTnTTTnTTnnnbnaax t dtax tntdtbx tntdtAabarctg210( )()NjnkNnX kx nT e西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 （3）基于相關原理求相位差20200,()0()(12)22Txy0TTxy00TT0TTx(t)= Asint y(t)Bsint1R (

12、)=x(t)y(t +)dtT11R ()=x(t)y(t)dtAsintBsintdtTT1ABsintcos dtABsintcostsin dtT1ABsintcos dtTABcoscost dtTABcos2020arccosxyxycosR ()ABR ()AB西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術波形的測量波形的測量失真度、偏離系數(shù)、電壓尖峰失真度、偏離系數(shù)、電壓尖峰（1）失真度測量（）失真度測量（THD）：）： 定義：各諧波分量有效值之和與基波分量的有效值之比定義為失真度或波形畸變系數(shù)。 當失真不大時，波形總有效值近似等于基波有效值，失真度可近似等于各諧波分量有效值之和

13、與被測波形總有效值之比，用 表示。%100122UUnn1222nnnnUU21西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術.基波抑制法測量失真度基波抑制法測量失真度 開關K置于“1” ，指示值即與被測信號的U成正比 開關K置于“2” ，調(diào)節(jié)基波抑制網(wǎng)絡，使網(wǎng)絡的諧振頻率與被測信號的基波頻率相同。這時，電壓表的示值為最小，表示基波巳被濾除，該示值即為被測信號的諧波分量總有效值 。濾波器不可能完全濾除基波，帶來誤差；測得的是 ，而不是12nnUU22nnkUU%100UUk西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術頻譜分析頻譜分析（1）數(shù)字式頻譜分析儀）數(shù)字式頻譜分析儀實現(xiàn)數(shù)字頻譜分析主要

14、有兩種方法，一是仿照模擬頻譜分析的數(shù)字濾波法；另一種是基于快速傅里葉交換法(FFT)的分析法。 西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術(2) 模擬式頻譜分析儀模擬式頻譜分析儀帶通濾波器的中心頻率是可變的，可調(diào)出所需測量的各次諧波頻率。被測信號經(jīng)過濾波器選出所需測量的各次諧波信號，然后由檢波器變?yōu)橹绷餍盘栯妷核偷斤@示器，顯示每個單次諧波的有效值 西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術波形偏離系數(shù)的測量 被測電壓波形與其基波波形對應點進行比較，其最大偏差值與基波電壓峰值之比稱為偏離系數(shù) 偏離系數(shù)= 1max1 max100%xiiuuu西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術

15、 電壓尖峰的測量：測試方法：測試方法：設備：示波器或高速數(shù)據(jù)記錄儀設備：示波器或高速數(shù)據(jù)記錄儀觸發(fā)方法：觸發(fā)方法：預設電平單次觸發(fā)單次觸發(fā)。尖峰電壓的出現(xiàn)具有隨機性，而測試設備的存貯器RAM容量是有限的。為了保證對尖峰電壓波形的完整記錄，常采用預設電平觸發(fā)工作方式。西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術阻抗的測量阻抗的測量實際應用傳感器的輸出很多為實際應用傳感器的輸出很多為R、L、C。測量方法：伏安法、電橋法、諧振法。測量方法：伏安法、電橋法、諧振法。伏安法：伏安法：sxNsxZxxNsNRNxNxUI =Z +RU ZU = IZ =Z +RU RU = IR =Z +RZ = r+

16、 jx西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術 諧振法：cIE1Uj CZ j Cnn1z= R, L=C11=f =LC2LC或（1）未知電感L標準電容CN ，諧振頻率fn，電感為（2）未知電容C標準電容LN ，諧振頻率fn，電容為2nN1LC2nN1CL西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術（3）Q值的測量諧振時電容C上的電壓達到最大值Ucmax（4）未知電阻RcmaxnncmaxnncmaxE1EUjLR jCRU1LQRCREUQEnnnnL1RQC Q西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術電橋法： 分類：電阻電橋、電感電橋、電容電橋 直流電橋（R）、交流電橋（R、L、C） 電路：單臂單臂 半橋半橋全橋全橋西北工業(yè)大學自動化學院電氣工程系-電氣測試技術電壓源供電：12123431AB11AD2312341423ABAD1234EEI;IZZZZZZU