电动系仪表的结构和工作原理

电动系仪表的结构和工作原理

电动系测量机构是利用载流导线间的互相作用

来推动可动部分的偏转。测量机构如图1所示。电

动系仪表的测量机构是由固定部分和可动部分两部

分组成的。固定部分是固定线圈；可动部分是由装

在轴上的可动线圈、游丝、指针、平衡锤及空气阻

尼片等构成，固定线圈通常分成两个部分，并且在

空间上相距一定的距离，以使由固定线圈产生的磁

场比较均匀。两个线圈可以接成串联或并联。可动

线圈可以在固定线圈两部分之间的空间里自由转

动。一对游丝彼此是相互绝缘的，它也是可动线圈的

电流引入或导出线。当固定线圈通入电流i1时，产生1—固定线圈 2—可动线圈 图 1 电动系测量机构 磁场；可动线圈通入电流i2，则载流线圈在磁场中受到磁场力作用从而产生转动力矩。反作用力矩由游丝产生，阻尼力矩由阻尼片产生。

在直流工作时，固定线圈的电流为I1、自感为L1,可动线圈的电流I2、自感为L2，固定线圈与可动线圈的互感为M12，则它机构的系统能量为

W=112L1I12+L2I2+M12I1I2 22

转动力矩为

M=dW12dL112dL2dM12=I1+I2+I1I2 dα2dα2dαdα

当可动部分偏转时，固定线圈和可动线圈的电感L1和L2是不变的，因此转动力矩可写为

M=I1I2dM12 dα

当转动力矩等于反作用力矩时，可动部分平衡，则有

dM12=Dαdα dM121α=I1I2DdαI1I2

因此，偏转角正比于电流的乘积及互感对偏转角的导数。当电流I1和I2方向同时改变时，转动力矩的方向保持不变，因此这种测量机构可以测量直流，也可以测量交流。 当线圈通入交流电时，若两个交流电流的瞬时值分别为i1和i2，则可动部分的瞬时转动力矩为

Mt=i1i2dM12 dα

由于电动系测量机构的可动部分转动惯性较大，不能及时随瞬时转矩变化，所以它的偏转取决于一个周期内的平均转矩Mp

1Mp=T∫T

0dM121MtdT= dαT∫T

0i1i2dt

若电流i1和i2按正弦规律变化，两者之间的相位差为 ，则平均转矩可写为：

Mp=I1I2cos

其中，I1和I2为电流i1和i2的有效值。

当转矩和反作用力矩平衡时偏转角为： dM12=KαI1I2cos dα

α=1dM12I1I2cos =KI1I2cos Ddα

电动系仪表有其独特的优点。采用这种结构不仅可以制成精确度等级为0.5以上的仪表，用来准确地测量电流、电压和功率，而且还可以用来测量功率因数、频率、电容及电感等。电流表、电压表和功率表不仅可以在直流电路中使用，

而且可以在频率为15Hz至2500Hz甚至更高的频率的

交流电路中使用。

电动系功率表的测量电路如图2所示，固定线圈

和可动线圈是相互分离的。在一般情况下，电流线圈

是固定线圈，与负载串联；电压线圈是可动线圈，与

分压电阻Rd串联后与负载并联。功率标的电压线圈和

电流线圈的接线端都有一端标有“*”符号，称为电源

端，接线时应并联在一起。如果把电流线圈接反，指图2 电动系功率表测量线路 U

，负载的电压为U ，可动线圈通过电流为I 2，有 针将反转。如负载电流为I

=I I1

=UI2Rd

电动系功率表的偏转角α为

α=KI1I2cos =KIUcos =KpIUcos Rd

由上式可以看出，电动系功率表测量时，其偏转角度α与测量电路中的有功功率UIcos 成正比。

对于多量程的功率表，可以通过电流线圈的串联和并联得到不同的电流量程，通过电

压线圈分压电阻抽头的方法，得到不同的电压量程。