电压与电流的测量方法详解

电压和电流是两个最基本的电量。电压和电流的大小可以用有效值来表示，也可以用平均值或最大值来表示。通常交流电压和电流多用有效值表示，因此交流仪表多用有效值来进行标定；而直流电压和电流则多用平均值来表示，因此直流仪表也多用平均值来进行标定。电压与电流测量时，一般都直接测取线电压和线电流。本小节将介绍几种电压、电流的具体测量方法。

1.用指示式仪表测量

进行电压、电流测量时，常选用指示式电工仪表。

图10-13示出了动圈式电流表的结构。在永磁体N、S上装有两个电工纯铁制成的极靴P，动圈C绕制在矩形骨架上，骨架上、下分别装有转轴、轴承和游丝，以及与转轴成直角的可以自由转动的指针等。

图10-13 动圈式仪表的结构

a）正面 b）侧剖面

当被测电流流过动圈时，产生与电流成正比的驱动力矩，使指针偏转，指针偏转使游丝被拉紧并产生弹性控制力矩，当驱动力矩与控制力矩平衡时，指针将停止在与被测量大小相应的位置。

这里再介绍一种电量测量时常用的电动系仪表。电动系仪表的表头是交、直流两用表头，可通过内部电路的不同连接构成的电流表、电压表和功率表等。若把仪表的定圈画在水平位置，动圈画在垂直位置，则电动系仪表的几种应用方式如图10-14所示。图中，i₁、i₂分别为定圈和动圈电流，R_V为电压表内阻，R_L为负载电阻。

由于电动系仪表中无铁磁物质，因此在测量交流电量时无涡流、磁滞现象，使电动系仪表成为交流系列仪表中准确度较高的一种。

使用指示式电工仪表测量时，常常需要配用仪用互感器，电压表与电压互感器以及电流表与电流互感器的接线图如图10-9和图10-10所示。这种方式一般用于控制柜、电源控制屏以及电气试验台等装置的电压、电流测量。

顺便指出，使用指示式电工仪表测量直流电流时，常需要配用分流器，如图10-15所示。分流器的电流端串接到被测线路中，其额定电流从几十安培到几千安培；分流器的电压端接一块磁电系毫伏表，其电压值与被测电流成正比。当电流端为额定电流时，电压端将是一个定值电压，一般分为75mV、150mV和300mV三个等级。

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图10-14 电动系仪表的几种应用方式

a）毫安表线路（串联方式） b）毫安表或安培表线路（并联方式） c）伏特表线路（串联方式） d）功率表线路

图10-15 分流器的应用

2.用钳型电流表测量

钳型电流表因具有用来检测电流的钳形传感器而得名。钳型电流表主要用于交、直流电路电流的随机测量，也常用于mA级的电路漏电流测量。

钳型电流表有模拟式和数字式之分，由于数字式的精度较高，因此应用广泛。选择和使用钳型电流表时，应注意以下几点：①钳型传感器的口径应与电路电缆的尺寸相一致。特别是进行漏电流测试时，常常因需要三相电路一起夹持而给测试带来困难。②对于非正弦电流电路，例如使用了电力电子变流器的电路，应选用真有效值测定型仪表，以免造成不应有的测量误差。③若选用具有波形检测输出功能和存储输出功能的产品，将会给使用者带来很多便利。当然，这样的产品价格要贵些。④用于漏电流测量时，应选用分辨率高的产品（小于0.01mA）。

3.用数字存储示波器测量

近年来，为了实现风力发电机组的功率优化控制，普遍采用了变速恒频控制，这时，需要在发电机与电网之间接入一台电力电子变流器，使发电机和变流器馈入电网的电压和电流波形成为非正弦波形，用普通模拟式仪表测量时，测量精度将明显降低。在风力发电机组进行控制系统调试以及机组运行过程中，往往不仅需要了解电压和电流的大小，还需要了解电压和电流的波形；有时不仅需要了解机组稳态运行的情况，还常常需要了解电压、电流随时间变化的动态过程。这些情况下的电压、电流测量工作，普通电工测量仪表是难以胜任的，这时，可以考虑采用便携式数字存储示波器来进行测量。

数字存储示波器具有普通模拟示波器所不可比拟的测量功能，它充分利用了其计算功能和显示功能，可以在显示被测电压或电流波形的同时，实时显示出信号的频率、周期、幅值、有效值、平均值等信息，还可以对上述信息和波形进行数字存储，以备随时调用。数字存储示波器一般还具有扫描速度和测量量程自动变换等功能，因此使用起来十分方便。

4.用电量变送器测量

风力发电系统需要对电压和电流进行自动监测、检测与控制，因此需要使用电压、电流变送器。由变送器将被测电压或电流变换成标准直流电信号，由主控制器的模拟量输入模块输入并送至CPU进行运算处理，然后用来进行数字显示或用于系统的自动控制。