第20卷湖北师范学院学报(自然科学版)Vol120第4期JournalofHubeiNormalUniversity(NaturalScience)No14,2000功率表的接法及误差分析张学文(湖北师范学院物理系,湖北黄石435002)摘要:根据功率表的工作原理分析了在实验中经常使用的功率表两种接法特点及其出现的误差情况,提出了误差补偿及实验改进方法。关键词:功率表接法;测量;功率损耗;误差补偿中图分类号:O4234文献标识码:A文章编号:100922714(2000)0420029206在电工实验中,功率表的接法会直接影响仪表的安全性和实验结果的准确性。本文根据功率表的工作原理分析了在实验中经常使用的功率表的两种接法特点及其出现的误差情况,提出了误差补偿及实验改进方法,较好地克服了原实验的不足,提高了实验结果的准确性。1功率表的接法及分析111电动系测量机构工作原理电动系测量机构由固定线圈、可动线圈以及固定在转轴上的指针、阻尼片、游丝组成。11111直流工作情况当固定线圈和可动线圈中分别通有如图1(a)所示方向的直流电流I1和I2时,由右手螺旋定则可知,固定线圈产生的磁场方向如图1(a)中B1的方向,动线圈的电流I2受到B1的作用而产生一力偶矩,其大小与B1、I2成正比,即M1∝B1I2因为B1与I1成正比,所以M1应与I1和I2的乘积成正比,即M1=KI1I2(1)如果电流I1和I2的方向同时改变,电磁力F的方向不变,即动线圈的转动方向和指针的偏转方向不变,如图1(b)所示。图1电动系测量机构工作原理图收稿日期:2000208220作者简介:张学文(19652),女,实验师。·92·11112交流工作情况设i1=2I1sinΞt,i2=2I2sin(Ξt-Υ)Mt=Ki1i2=KI1I2·2sinΞt·sin(Ξt-Υ)=KI1I2〔cosΥ-cos(2Ξt-Υ)〕(2)由于仪表可动部分具有惯性,它来不及随转动力矩瞬时值的变化而变化,因此应取Mt在一个周期内的平均值。(2)式中第二项在一周内的平均值为零,因此Mt的平均值,即偏转力矩M=KI1I2cosΥ(3)112功率表的两种接法在测量负载功率时,功率表通常按所谓“前接法”和“后接法”两种方式接入电路,如图2(a)、2(b)所示。在前接法中动线圈(电压线圈)标有“3”的端钮与定线圈(电流线圈)标有“3”的端钮接在一起,相当于在图2(a)中,电压线圈与附加电阻Rfj串联后并接在电流线圈的前端和负载的另一端(“前接法”名称来源于此)。在后接法中,电压线圈标有“3”端钮接在负载的一端,相当于在图2(b)中电压线圈直接接在负载的两端,此时电压线圈位于电流线圈的后端(“后接法”名称来源于此)。(a)电压线圈前接电路(b)电压线圈后接电路图2功率表两种接法在上面的两种接法中,不考虑电流线圈内阻,忽略电压线圈的感抗。由于电流线圈和负载串联I1=I,电压线圈支路的电流i2与负载UL同相,因此电流线圈中的电流i1与电压线圈中的电流i2之间的相位差等于电流i与负载两端电压UL之间的相位差Υ,由此(3)式可变为M=KI1I2cosΥ=KI1UL�Z�cosΥ=K�Z�ULIcosΥ=KPP(4)由(4)式可见:(1)当电动系测量机构用于正弦交流电路中时,功率P不仅与I1、I2有关,还与cosΥ有关。(2)Υ角不同(I1、I2方向一定)可出现三种情况:(i)0°≤�Υ�≤90°时,cosΥ>0,P>0;(ii)�Υ�>90°时,cosΥ<0,P<0;(iii)�Υ�=90°时,cosΥ=0,P=0,这时两个线圈中虽然都有电流通过,但仪表没有指示,当ZL为纯容性负载时就会出现这种情况。113功率表两种接法的误差分析前面我们讨论功率表的工作原理时忽略了电流线圈的内阻,且认为电压线圈内阻与附加电阻Rfj之和足够大。实际上,由于电流线圈、电压线圈内阻的影响,功率表本身存在损耗功率,下面对两种接法分别进行误差分析。11311功率表内耗引起的误差如图3、4所示,令I1为通过功率表电流线圈的电流,I为负载电流,UW为跨接在功率表电压支路的电压,UL为跨接在负载端的电压。令RA和RV分别为功率表电流和电压线圈的内阻(RV包括电压线圈内阻和附加电阻Rfj),RL为负载电阻,令jXA为功率表电流线圈的感性电抗,jXL为负载的感性电抗,由于功率表并联线路的电阻RV远大于其感抗,故忽略电压线圈·03·的感性电抗。(i)电压线圈前接误差图3(a)中,I=I1=UWRA+RL+j(XA+XL)I1UW=I2〔RA+RL+j(XA+XL)〕(a)接线图(b)相量图图3电压线圈前接电路分析功率表读数P′=I1UWcosΗ=I2(RL+RA)(5)负载实际功率=I2RL=功率表读数-I2RA功率表的校正值=I2RA=I21...
