Mesure des circuits à courant alternatif et interprétation des instruments à courant alternatif

一、交流仪表解读

交流仪表多数为电磁系仪表，利用线圈通电后产生磁场磁化铁片来产生电磁力。当测量大电量时，可配合仪用互感器进行使用。仪用互感器是指配合仪表使用的变换器，包括电压互感器和电流互感器。互感器通过电磁感应原理实现电压/电流的比例变换，将高压/大电流转换为仪表可承受的低压/小电流。

(一) 电压互感器 (PT) 接线

1. 接线原理：功能是将高电压(如10kV) 按比例转换为低电压(如100 V), 供仪表测量。接线方式为并联接入被测电路。

2. 接线步骤：高压侧原边(N₁) 并联接至高压线路(如L₁、L₂、L₃)；低压侧副边(N₂) 接至电压表。副边必须一端接地。

⚠️ 注意事项：严禁副边短路（会导致烧毁）；可靠接地；仪表匹配(100V量程)。

(二) 电流互感器 (CT) 接线

1. 接线原理：功能是将大电流(如500 A) 按比例转换为小电流(如5 A), 供仪表测量。接线方式为串联接入被测电路。

2. 接线步骤：一次侧原边(N₁) 串联接入被测电路；二次侧副边(N₂) 接至电流表。副边必须一端接地。

⚠️ 注意事项：严禁副边开路（产生数千伏高压）；可靠接地；仪表匹配(5A量程)。

二、功率表接线解读

功率表大多数为电动系结构，可以测量直流电路的功率，也可以测量正弦和非正弦交流电路的功率，而且准确度高。功率表反映电压和电流的乘积，通常制成多量程。

(一) 功率测量

1. 功率测量的方法：见表13-1 。

Nom

测量线路

说明及注意事项

直流电

路功率

的测量

接线时“发电机端”(符号)必须接到电源的同一极性上

单相交流电路功率的测量

f6f278784714b43baa3e176ce201d000

(a)

7bb294123ef799a91b1e3c03b23b8381

(b)

(1)标有“ · ”号的电压端钮，可以接至电流端的任一端。图(b)为电压线圈后

接，用于R₁接近Ry时。

(2)标有“ · ”号的电流端钮，必须接至电源的一端，另一电流端钮接至负载端

三相交流

电路功率的测量

三相三线

制电路的

接线

电路总功率等于两个功率表读数的代数和。

当负载cosφ<0.5时，则有一只功率表的读数为负值，即功率表反转

三相交流

电路功率的测量

三相四

线制电

路的接

线

用三只单相功率表测得各相功率，电路总功率为三只功率表读数之和

三相功率表测

量时的接线

(a) (b)

图(a)为直接接入电路的接法；

图(b)为带有电流互感器接入电路的接法

2. 功率表的使用方法：接线时固定线圈(电流线圈)串联，可动线圈(电压线圈)并联。

(1) 功率表的量程选择：必须同时满足电压和电流不超限。例如功率 800W, 电压 220V, cosφ=0.8。

计算电流：I=P/Ucosφ=800/220×0.8≈4.54(A)
结论：选用 300V / 5A 功率表。注意：150V/10A 的表虽然量程也是 1500W，但电压超限，不可使用。

(2) 功率表的读数计算：P=CN。其中功率表常数 C=UN·IN/αm。

(3) 功率表的接线：遵守“同名端”守则（电源端“·”或“±”），保证电流从同名端流入。

图13-5 电磁式单相电度表接线图

(二) 电能测量

1. 单相电度表

(1) 电磁式单相电度表：利用电压/电流线圈产生的涡流与磁通作用产生力矩，驱动铝盘旋转。制动磁铁确保转速与功率一致。

图13-4 电磁式单相电度表

其接线包括串联线圈电磁铁、并联线圈电磁铁、计度器齿轮及端子板。

图13-5 电磁式单相电度表接线图

图13-6 电磁式单相电度表读数

(2) 电子式单相电度表：通过采集信号并累积时间计算：W=(N₂-N₁)K,其中N₂ 和 N₁ 分别代表电度表的两个读数。电子式单相电度表可以确保读数的准确性。规定采用加计数方式，接线不正确也能计量。

图13-7 电子式单相电度表接线

读数方法：若经互感器接入，实际电量W=(N₂-N₁)K（K为变比）。

2. 三相电度表

(1) 直接接入法：负载电流 < 100A 时使用。

图13-8 三相电度表直接接线示意图

(2) 通过互感器连接：电流 > 100A 时，将大电流转换为 5A。CT 二次侧 K₂ 端应接地。

图13-9 三相电度表通过电流互感器连接接线示意图

3. 功率表接线要点与注意事项

(1) 出表线需额定 500V 绝缘铜芯线，截面至少 2.5mm²。
(2) 导线敷设采用线码、槽板或塑料管。
(3) 相序标记：黄(A)、绿(B)、红(C)；中性线黑色。
(4) 留意 CT 一次线变比，正确压接接线耳。
(5) 新表依图纸接线，旧表需用万用表实测端子。
(6) 带 CT 的三相四线电度表，必须取下三个电压线圈连接片！
(7) CT 极性：P₁ 进 P₂ 出时，K₁ 接 1,4,7；K₂ 接 3,6,9。反接会导致反转。
(8) 母排固定 CT 需防热处理，建议缠绕玻纤布隔离。
(9) 走线前测量直流电阻，预防导线内部断路。
(10) 确保电压电流同相：A 相 CT 对应 A 相电压端子，严禁跨相取电。

三、交流电路故障分析

故障分为有明显特征（如冒烟、过热）和无明显特征（如动作失灵、断路）。诊断一般分为“望、问、闻、切”四个步骤：

1. “望”：弄清电路型号、组成功能。观察外观损伤、连线异常、烧焦导线松脱。

2. “问”：询问主要功能、故障现象、过程及先兆。

3. “闻”：听异常响声，如振动、摩擦声。

4. “切”：检查电路。

“切”的四个步骤：

第一步：保养性例行检修，防潮防尘。
第二步：先排除明显故障（如导线断线、触点烧损）。
第三步：多故障分清主次，先易后难。从后向前检修电源和流程。
第四步：根据旋钮判断范围，缩小故障点找到元件。

(一) 通电检查法

1. 要求：注意人身安全。尽可能切断主电路，仅给控制电路带电；电机空载运行。

2. 测量法：使用验电笔、万用表、钳形表等。复杂系统可用示波器。注意防回路电误判。

3. 故障检查具体方法

(1) 校验灯法：380V 电路选 220V 灯泡。低电位接零线，分点碰触。

图13-10 380V校验灯法

表13-2 校验灯法查找故障点

故障现象	测试状态	0和2 两点之间	0 和 3 两点之间	0和4 两点之间	故障点
按下SB₁ 时， KM不吸合	未按下SB₁	不亮	不亮	亮	FR常闭触点接触不良
		亮	不亮	亮	SB₂常闭触点接触不良
		亮	亮	不亮	KM线圈断路
	断开KM线圈，按下SB₁	亮	亮	不亮	SB₁触点接触不良

(2) 验电笔法：安全但受限（如触点爬弧可能误导）。从 A 点依次测至 F 点，若发光变暗则前段有故障。

图13-11 验电笔法

(二) 断电检查法

图13-12 电动机单向启动自锁控制线路图

针对短路或冒烟故障。需断开主电路（如 A/B 点），拆下电机接线防止绕组导通误判。以电动机单向启动自锁控制线路为例：图13-12 。

(三) 电压检查法 (带电测量)

1. 电压分阶法：黑笔固定 0 点，红笔依次测 2,3,4,5 点。测得 380V 为正常，0V 则前段断路。图13-13 。

图13-13 电压分阶测量法

表13-3 电压分阶测量法所测电压值及故障点

故障现象	测试状态	0 和 2 两点之间	0和3 两点之间	0 和 4 两点之间	0 和 5 两点之间	故障点
按下SB 或SB₃ 时， KM不吸合	按下SB₁ 不放	0	0	0	0	SB₂常闭触点接触不良
		380V	0	380 V或0	380 V或0	SB₃常闭触点接触不良
		380 V	380V	0	0	SB₁触点接触不良
		380V	380V	380V	0	FR常闭触点接触不良
		380V	380V	380V	380V	KM线圈断路

2. 电压分段法：两笔测量相邻点（1-2, 2-3…）。正常电压为 0V，有故障则显示 380V。图13-14 。

图13-14 电压分段测量法

表13-4 电压分段测量法所测电压值及故障点

故障现象	测试状态	1和2 两点之间	2 和 3 两点之间	3 和 4 两点之间	4 和 5 两点之间	5和0 两点之间	故障点
按下SB₃或 SB₄ 时， KM不吸合	按下 S B₃或 SB₄ 不放	380V	0	0	0	0	SB₁常闭触点接触不良
		0	380 V	0	0	0	SB₂常闭触点接触不良
		0	0	380V	0	0	SB₃或SB₄常开触点接触不良
		0	0	0	380V	0	FR常闭触点接触不良
		0	0	0	0	380V	KM线圈断路

(四) 电阻检查法 (断电测量)

⚠️ 必须切断电源！

1. 电阻分阶法：测 0-1, 0-2… 正常为线圈电阻，∞ 为断路。图13-15 [电阻分阶图]。

图13-15 电阻分阶测量法

测量前先断开主电路电源，接通控制电路电源。若按下启动按钮SB 或 SB₃ 时，接触器 KM不吸合，则说明控制电路有故障。

检测时应切断控制电路电源(这点与电压分阶测量法不同),然后一人按下SB₁ 不放，另一人用万用表依次测量0和1、0和2、0和3、0和4两点之间电阻值，根据测量结果可找出故障点，见表13-5。

表13-5 电阻分阶测量法所测电阻值及故障点

故障现象	测试状态	0和1 两点之间	0 和 2 两点之间	0和3 两点之间	0和4 两点之间	故障点
按下SB₁或 SB₃ 时，KM不吸合	按下 S B 不放	00	R	R	R	SB₁常闭触点接触不良
		0	00	R	R	SB₁或SB₃常开触点接触不良
		00	00	00	R	FR常闭触点接触不良
		00	00	0	0∞	KM线圈断路

注：R为 KM线圈电阻值。

2. 电阻分段法：测相邻点，如 1-2, 2-3。若 ∞ 则说明断路。注意并联电路干扰。图13-16 [电阻分段图]。

图13-16 电阻分段测量法

表13-6 分段测量法所测电阻值及故障点

故障现象	测量点	电阻值	故障点
按下SB₃或SB₄ 时， KM不吸合	1 和 2	∞	SB₁常闭触点接触不良
	2 和 3	00	SB₂常闭触点接触不良
	3 和 4	00	SB₃或SB₄常开触点接触不良
	4 和 5	00	FR常闭触点接触不良
	5 和 0	00	KM线圈断路

(1)用电阻分段测量法检查故障时，一定要先切断电源；

(2)所测量电路若与其他电路并联，必须断开并联电路，否则所测电阻值不准确；

(3)测量高电阻电器元件时，要将万用表的电阻挡转换到适当挡位。

(五) 短接检查法

用绝缘导线短接可疑断路处。注意：严禁短接负载（如线圈 5-0 之间），严禁跨大压降元件短接。

图13-17 短接检查法

用短接法检查故障时必须注意以下几点：

(1)用短接法检查时，是用手拿着绝缘导线带电操作的，所以一定要注意安全，避免触电事故；

(2)短接法检查只适用于压降极小的导线及触点之类的断路故障，对于压降较大的电器，如出现电阻、线圈、绕组等断路故障，则不能采用短接法，否则会短路；

(3)对于工业机械的某些要害部位，必须在保证电气设备或机械设备不会出现故障的情况下，才能使用短接法。

使用短接法检查前，先用万用表测量如图13- 17所示1和0两点之间的电压，若电压正常，可一人按下启动按钮SB₃ 或 SB₄ 不放，然后另一人用一根绝缘性能良好的导线，分别短接标号相邻的1和2两点、2和3两点、3和4两点、4和5两点(注意：千万不要短接5和0两点，否则会造成短路),当短接到某两点时，接触器 KM 吸合，则说明断路故障就在该两点之间，见表13-7。

表13-7 短接法查找故障点

故障现象	短接点标号	KM动作	故障点
按下SB₃或SB₄ 时， KM不吸合	1和2	吸合	SB₁常闭触点接触不良
	2 和 3	吸合	SB₂常闭触点接触不良
	3 和 4	吸合	SB₃或SB₄常开触点接触不良
	4 和 5	吸合	FR常闭触点接触不良