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作者:毛永明主编

出版社:人民邮电出版社

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电机与拖动实验教程

电机与拖动实验教程试读:

前言

本书是《电机学》和《电机与拖动基础》理论课程配套用的实验教材,目的在于培养学生的创新能力,培养学生掌握理论指导下的实验方法,锻炼学生的实际操作能力以及常规电机的正确使用方法,使学生学会利用理论知识对测得的实验数据进行合理分析,作出正确结论,并在此基础上进行分析研究。由于电机学等课程理论性强、概念抽象、实践性强、涉及的基础理论较广,它对培养学生的科学思维能力、工程能力,提高学生分析问题和解决问题的能力起着至关重要的作用。

根据教育部“卓越工程师培养计划”的精神,为满足本科相关专业实验能力培养的需要,着力强化基础训练和应用训练,加深理解课堂知识,提高学生的工程实践能力,编写了本书。本书在编写过程中,注重实践教学与理论教学内容紧密结合,大量吸取近年来电机学相关课程教学改革的新成果,突出验证性实验与设计性实验的结合。

本书立足于本科应用型人才培养目标,适应于社会发展需要,提高学生工程实践能力。本书在编写过程中,参考了部分院校的教学大纲和相关实验课程运行情况,以满足基本实验教学需要和有较宽适应面。本书包含了3部分内容:第一部分是电机与拖动实验的基本要求和方法(第1章);第二部分是电机与拖动实验中一些基本物理量的测量与用电安全(第2章);第三部分是电机与拖动实验(第3章~第7章)。

本书由毛永明任主编,王长涛、陈楠任副主编。阚凤龙、张东伟、吕九一、阚洪亮、刘阳、魏溯华、华海荣、左传文花费大量时间为实验项目进行了调研和预试,程娟为本书英文参考资料做了大量整理翻译工作,在此谨致以深切的谢意。

本书主审是沈阳建筑大学信息与控制工程实验中心主任黄宽高级实验师,对本书提出了不少宝贵意见和建议,在此表示感谢。

由于编者水平有限,书中不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正。编者2013年1月

第1章 电机与拖动实验的基本要求和方法

1.1 DDSZ-1型电机系统教学实验台简介

1.1.1 DDSZ-1型电机实验装置的主要结构部件使用说明

1.电源控制屏简介(1)三相0~450V可调交流电源,同时可得实验所需0~250V可调交流电源。(2)直流电机实验所需的220V、0.5A励磁电源,40~230V、3A可调电枢电源。(3)三相电网电压与三相调压输出电压由3只指针式交流电压表(量程为0~450V)表头指示,用切换开关切换;直流电机的励磁电源电压和电枢电源电压由1只直流数字电压表(量程为0~300V)指示,用表下的一只切换开关切换。

2.电源控制屏的启动和关闭(1)关闭所有的电源开关,将交流电压表的切换开关置于“三相电网”一侧,将三相调压器旋钮旋到零位。(2)接好机壳的接地线,插好三相四芯电缆线插头,接通三组380V、50Hz的交流市电。(3)开启钥匙式三相“电源总开关”,红色按钮灯亮(按钮“关”,则红色灯亮),三只电压表将指示三相电网线电压值,同时屏右侧面上的2只单相三芯插座有220V交流电压输出。(4)按下“开”按钮,红色灯灭,绿色灯亮,同时可听到屏内交流接触器瞬间吸合声,三相可调端3只发光二极管亮,屏正面大凹槽底部6处单相三芯220V圆形插座及屏左侧面单相二芯220V电源插座和三相四芯380V电源插座均有电压输出,电源控制屏启动完毕。(5)控制屏挂件处凹槽底部设有5处四芯信号插座,在按钮“关”或按钮“开”时,插座后方两针均有32V交流电源输出,与指针式仪表相连,给仪表供电。当仪表超量程时,保护电路通过信号插座切断电源,“告警”指示灯亮,蜂鸣器响,并发出告警声。(6)实验完毕,按下“关”按钮,绿色指示灯灭,红色指示灯亮,然后关闭三相“电源总开关”,红色指示灯灭,并检查一下各开关(包括直流“电枢电源”和“励磁电源”开关)是否都恢复到“关”的位置,三相调压器是否调回到零位,最后关闭电网闸刀。

3.三相可调交流电源输出电压调节(1)将交流电压表指示切换开关置于“三相调压”一侧,3只电压表指针回零。(2)按顺时针方向(即标志牌上“大”一侧)缓缓旋动三相自耦调压器的调节旋钮,3 只电压表随之偏转,指示三相可调输出电压的U、V、W两两之间的线电压之值,实验完毕,将调节旋钮调回零位。(3)三相电源主电路中设有3A带灯熔断器,若某相短路(或负载过大等),则熔断器指示灯亮,表明缺相,要及时更换熔管,并检查问题所在。三相可调输出端设有3只3A熔断器,若某相无输出,应检查熔管是否有断开或其他问题。在长时间运行时,输出电流不允许超过2A,否则会损坏三相自耦调压器。控制回路(接触器控制回路,日光灯照明电路,控制屏内外漏电保护装置供电电路,信号插座供电电路及屏右侧面单相三芯插座供电等)设有1.5A熔断器,如控制回路失灵,检查熔管是否完好及问题所在。

4.励磁电源、电枢电源的使用

先按照电源控制屏的启动方法启动交流电源控制屏。(1)励磁电源的启动:将控制屏左下方励磁电源开关置于“开”,此时励磁电源“工作”指示灯亮,说明励磁电源正常。将电压指示切换开关置于“励磁电源”一侧,直流电压表指示“励磁电源”电压值约为220V(熔丝额定电流为0.5A)。(2)电枢电源的操作

① 将电枢电源“电压调节”电位器按逆时针方向旋到底,并将电压指示“切换开关”置于“电枢电压”一侧,然后,将电枢电源开关置于“开”,经4~5s后可听到屏内接触器的瞬间吸合声,此时“工作”指示灯亮,电压表指示“电枢电源”输出电压(熔丝额定电流为3A)。

② 顺时针旋转电枢电源输出电压调节电位器,输出电压增大,输出调节范围为 40~230V。

③ 电枢电源的保护系统:电枢电源具有过压、过流、过热及短路保护功能。

a.过压保护:当电源输出电压超过保护设定值时,可听到屏内中间继电器瞬间吸合声,自动切断输出回路,此时蜂鸣器响,过压保护指示灯亮,电压表指示慢慢回至0V。在调低电压后,按过压复位按钮,或停机后重新开机可恢复正常工作(有4~5s延时)。

b.过流保护:当电源输出回路中的电流超过保护设定值时,交流接触器瞬时动作,自动切断输出回路,此时蜂鸣器响,过流保护指示灯亮,电压指示回零。当输出回路中的电流减小到低于2.5A时,电路自动恢复输出电压,正常工作。

c.过热保护:当电源调整管温度过高时,温度保护器将动作,实现过热保护,保护过程类同过压保护。此时过压指示灯亮,蜂鸣响起。发生过热保护后必须停机让调整管自然冷却方可重新开机。

d.短路保护:当电源开机时输出回路中的电流大于 2.5A 或输出短路时,电源不能正常启动,此时过流指示灯亮,蜂鸣器响;当输出电压到低于2.5A时电源便可正常启动,启动过程同上。在工作过程中,若出现意外或人为短路,则电源电压降为0V,电流降为0A,过流指示灯亮,蜂鸣器发出警声,消除故障,电源自动恢复工作。本电源采用的是软截止保护技术。

5.日光灯的使用

开启钥匙式开关(红色按钮灯亮),将面板右上方的转换开关置于“照明”一侧,日光灯亮。反之则关闭日光灯。

6.无源挂件的使用

属于无源挂件的有DJ11、DJ12、D41、D42、D44、D51、D62、D63各1个,它们没有外拖电源线,可直接钩挂在控制屏的两根不锈钢管上并沿钢管左右随意移动。(1)DJ11组式变压器

由 3 只相同的双绕组单相变压器组成,每只单相变压器的高压绕组额定值为 220V、0.35A,低压绕组的额定值为55V、1.4A。

3 只变压器可单独作单相变压器实验,也可将其连成三相变压器组进行实验,此时,三相高压绕组的首端分别用A、B、C标号,其对应末端用X、Y、Z标号,三相低压绕组的首端用小写a、b、c标号,其对应末端用小写x、y、z标号。(2)DJ12三相芯式变压器

三相芯式变压器是一个三柱铁芯结构的三相三绕组变压器。每个铁芯柱即每相上安装有高压、中压和低压3个绕组,每个高压绕组的额定值为127V、0.4A,每个中压绕组的额定值为63.6V、0.8A,每个低压绕组的额定值为31.8V、1.6A。三相高压绕组的首端分别为A、B、C标号,其对应末端用X、Y、Z标号;三相中压绕组的首端分别为Am、Bm、Cm标号,其对应末端用Xm、Ym、Zm标号;三相低压绕组的首端分别为a、b、c标号,其对应末端用x、y、z标号。所以18个接线端在内部互不连接,可按实验指导书要求进行各种连接。(3)D41三相可调电阻器

由3只90Ω×2,1.3A、150W可调瓷盘电阻器组成。每只90Ω 电阻串接1.5A 保险丝,以作过载保护。其中第一个电阻器设有两组90Ω固定阻值的接线柱,做实验时可作为电机负载及启动电阻使用,也可他用。(4)D42三相可调电阻器

由 3 只 900Ω×2,0.41A、150W 可调瓷盘电阻器组成。每只 900Ω 电阻串接 0.5A 保险丝,以作过载保护。其中第一个电阻器设有两组900Ω 固定阻值的接线柱,做实验时可作为电机负载及励磁电阻使用,也可他用。(5)D44可调电阻器、电容器

由90Ω×2,1.3A、150W可调瓷盘式电阻器,900Ω×2,0.41A、150W瓷盘电阻器,35μF (450V)、4μF(450V)电力电容器各一只及两只单刀双掷开关组成。每只90Ω和900Ω电阻器都串接有保险丝保护,其中90Ω电阻器设有两组90Ω固定阻值的接线柱。

90Ω×2 电阻器一般用于直流他励电动机与电枢串联的启动电阻,900Ω×2 电阻器一般用于与励磁绕组串联的励磁电阻。

35μF(450V)电容器为单相电容启动异歩电动机的启动电容器。

4μF(450V)电容器为单相电容运转异歩电动机的运行电容器。(6)D51波形测试及开关板

本挂件由波形测试部分和一个三刀双掷开关、两个双刀双掷开关组成。

波形测试部分:用于测试三相组式变压器及三相芯式变压器不同接法时的空载电流、主磁通。相电势、线电势及三角形(△形)连接的闭合回路中三次谐波电流的波形。面板上方“Y1”和“⊥”两个接线柱接示波器的输入端,任意按下5个琴键开关中的一个时(不能同时按下2个或2个以上的琴键),示波器屏幕上显示与该琴键开关上所标的指示符号相对应的波形。S1、S2、S3三个开关,用作Y/∆换接的手动切换开关,或另作他用。(7)D62、D63继电器接触挂件

本挂件提供中间继电器(线圈电压220V)2只,热继电器1只,熔断器3只,转换开关3只,按钮1只,行程开关4只,信号灯、保险丝座各1只。还提供交流接触器(线圈电压380V)2只,热继电器1只,时间继电器1只,变压器(220V/26V/6.3V)、整流电路、能耗制动电阻(100Ω/20W)各一组,按钮三组。

7.有源挂件的使用

有源挂件是D31两件,D32、D33、D34、D35、D36、D52各1件,共8件,它们的共同点都是需要外接交流电源,因此都有一根外拖的电源线。对于D31、D34、D35、D36、D52五个挂件,要外拖一根三芯护套线和220V三芯圆形电源插头(配控制屏挂件凹槽处的220V三芯插座);对于D32交流电流表和D33交流电压表两个挂件,要外拖一根四芯护套和航空插头,插于控制屏挂件凹槽处的四芯插座。(1)D31直流数字电压、电流表

① 将此挂件挂在钢管上,并移动到合适的位置,插好电源线插头。挂件在钢管上不能随便移动,否则会损坏电源线及插头等。

② 电压表的使用:通过导线将“+”、“−”两极并接到被测对象的两端,对 4 挡琴键开关进行操作,完成电压表的接入和对量程的选择。电压表的“+”、“−”两极要与被测量的正负端对应,否则电压表表头的第一个数码管将会出现“−”,表示极性接反。

在使用过程中要特别注意应预先估算被测量的范围,以此来正确选择适当的量程,否则易损坏仪表。

③ 毫安表的使用:通过导线将“+”、“−”两端串接在被测电路中,对 4 挡琴键开关进行操作,完成毫安表的接入和对量程的选择。如果极性接反,毫安表表头的第一个数码管将会出现“−”。

④ 电流表(5A 量程)的使用:将“+”、“−”两端串接在被测电路中,按下开关按钮,数码管便显示被测电流之值。如果极性接反,电流表表头的第一个数码管将会出现“−”。(2)D32交流电流表

① 挂好此挂件,接插好电源信号线插座。

② 挂件上共有3个完全相同的多量程指针式交流电流表,各表都设置4 个量程(0.25A、1A、2.5A及5A),并通过琴键开关进行切换。

③ 实验接线要与被测电路串联,量程换挡及不需要指示测量值时,将“测量/短接”键处于“短接”状态;需要测量时,将“测量/短接”键处于“测量”状态。

④ 当测量电流小于0.25A 时,选择“0.25A”、“*”这2 个输入口;当测量电流大于0.25A小于1A时,选择“1A”、“*”这2个输入口;当测量电流大于1A小于2.5A,选择“2.5A”、“*”这2个输入口;当测量电流大于2.5A小于5A时,选择“5A”、“*”这2个输入口。使用前要估算被测量的大小,以此来选择适当的量程,并按下该量程按键,相应的指示灯亮,指针指示出被测量值。

⑤ 若被测量值超过仪表某量程的量限,则告警指示灯亮,蜂鸣器发出告警信号,并使控制屏内接触器跳开。将该超量程仪表的“复位”按钮按一下,蜂鸣器停止发出声音,重新选择量程或将测量值减小到原量程测量范围内,再启动控制屏,方可继续实验。(3)D33交流电压表

① 挂好此挂件,接插好电源信号线插座。

② 挂件上共有3个完全相同的多量程指针式交流电压表,各表都设置5个量程(30V、75V、150V、300V及450V),并通过琴键开关进行切换。

③ 实验接线要与被测电路并联,并估算被测量的大小,以此选择合适的量程按键,相应的绿色指示灯亮,指针指示出被测量值。

④ 若被测量值超过仪表某量程的量限,则告警指示灯亮,蜂鸣器发出告警信号,并使控制屏内接触器跳开。将该超量程仪表的“复位”按钮按一下,蜂鸣器停止发出声音,重新选择量程或将测量值减小到原量程测量范围内,再启动控制屏,方可继续实验。(4)D34单相智能数字功率、功率因数表

本产品主要由微电脑、高精度A/D转换芯片和全数字显示电路构成。为了提高电压、电流的测量范围和测试精度,在硬、软件结构上,均分为 8 挡测试区域,测试过程中皆自动换挡。主要功能如下:①单相功率及三相功率P1、P2、P(总功率)测量,输入电压、电流量程分别为 450V、5A;②功率因数 cosφ测量,同时显示负载性质(感性或容性)以及被测电压、电流的相位关系;③频率和周期测量,测量范围分别为1.00~99.00Hz和1.00~99.00ms;④对测试过程中数据进行储存,可记录 15 组测试数据(包括单相功率、三相功率[P1、P2、P]、功率因数 cosφ等),可随时检阅。测量接线与一般功率表相同,即电流线圈与被测电路串联,电压线圈与被测电路并联。

8.交直流电机的使用(1)直流电机:DJ13直流复励发电机、DJ14直流串励电动机、DJ15直流并励电动机。各电机的电枢绕组和励磁绕组的端子都已引到接线板上,接线时红色接线柱接电源的正端,黑色接线柱接负端,直流电动机即可正转,直流发电机发出以红色接线柱为正端,黑色接线柱为负端的直流电压。(2)三相电机:DJ16三相鼠笼式异步电动机、DJ17三相线绕式异步电动机、DJ22三相双速异步电动机。各电机的三相绕组均已引到接线板上,接线时把电机绕组接线端与控制屏交流电源输出端的彩帽颜色对应起来(黄、绿、红),电机即可正转。三相鼠笼式异步电动机是三角形接法(额定电压220V),三相绕线式异步电动机和三相同步电动机是星形接法(额定电压220V)。其中DJ17右边的4个接线柱中红色的表示3个转子的一端,黑色接线柱表示3个转子的公共端,转子绕组即可串接电阻,也可直接短路。(3)单相电动机:D19单相电容启动异步电动机、DJ20单相电容运转异步电动机、DJ21单相电阻启动异步电动机。各电机的绕组均已引到接线板上,实验时,只要从控制屏三相交流输出处取两相220V电压即可。其中DJ19要用D44挂件中的35μF启动电容,DJ20要用D44中的4μF运转电容,DJ21单相电阻启动异步机的启动电阻已经安装在电机内部,只需按实验指导书接线即可。(4)DJ23校正过的直流电机。作测功机时,它是发电机,根据某一特定励磁电流下发电机的电枢电流,查出转矩曲线上对应的转矩T,即可算出功率(P = 0.1045×T×n)。同时, DJ23也可作为直流电动机使用,如带动同步发电机、作电机机械特性实验等。接线时励磁绕组和电枢绕组的红接线柱接电源正端,黑色接线柱接负端,即可正转或发出相应的直流电压。(5)DJ三相鼠笼电动机。接法同DJ16,三角形接法时工作电压为220V,星形接法时工作电压为380V。用来做继电接触控制实验和工厂电气控制实验。

9.导轨及转速表的使用

出厂时,这3个部件已由厂方安装调试完毕,可以直接使用。

使用时,转速表一端应在桌面电源控制屏一侧,并以实验内容的不同适当改变位置。安装电机时,首先要把电机底座有燕尾槽的一侧与测速发电机转轴的联轴器相连(不宜太紧),然后用偏心螺丝把电机与导轨固定。电机与电机相连也是按照此方法进行。

转速表面板上设有“正向”与“反向”、“1800”与“3600”的转换开关。测速时,以测速发电机轴顺时针方向旋转为正向,反之为反向。而板上正反向的指示应与电机转向一致,否则,指针反偏。当电机转速低于1800r/min时,转速切换开关应选择“1800”挡;高于1800r/min时,则选择“3600”这一挡。

10.测力矩支架、测力矩圆盘及弹簧称的使用

这是测试电机启动力矩的实验装置。

实验时,将测力矩支架固定在导轨上适当的位置(用内六角螺丝固定,固定时,4 颗螺丝要均匀用力)。测力矩圆盘用内六角螺丝固定在电机装有联轴器的一端,并将尼龙绳一端穿过圆盘边缘上的一个小孔(尼龙绳一端要打结,且不能穿过圆孔,另一端打结挂在弹簧称的挂钩上)。弹簧称挂在支架上适当的沟槽内。

圆盘外圆直径为110mm,沟槽低形成的圆直径D为110mm,弹簧称测量单位为牛顿(N),通过公式:T=F×,即可求出力矩,单位为“牛顿·米”。

注意:圆盘上的小槽应与弹簧称在一条直线上,测试时,电机一定要固定紧。

1.1.2 DDSZ-1型电机实验装置中各种类型被测试电机的额定值

DDSZ-1型电机实验装置中各种类型被测试电机的额定值如表1-1所示。表1-1 DDSZ-1型电机及电气技术实验装置被测试电机铭牌数据一览表

1.2 电机与拖动实验的基本要求

电机及电气技术实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生能根据实验目的、实验内容及实验设备来拟定实验线路,选择所需仪表,确定实验步骤,测取所需数据,进行分析研究,得出必要结论,从而完成实验报告。学生在整个实验过程中必须集中精力,及时认真做好实验。现按实验过程对学生提出下列基本要求。

一、实验前的准备

实验前应复习教科书有关章节,认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤,明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习,如熟悉组件的编号、使用及其规定值等),并按照实验项目准备记录抄表等。

实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实做好了实验前的准备,方可开始做实验。

认真做好实验前的准备工作,对于培养学生独立工作能力,提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

二、实验的进行

1.建立小组,合理分工

每次实验都以小组为单位进行,每组由两三人组成,实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工,以保证实验操作协调,记录数据准确可靠。

2.选择组件和仪表

实验前先熟悉该次实验所用的组件,记录电机铭牌和选择仪表量程,然后依次排列组件和仪表便于测取数据。

3.按图接线

根据实验线路图及所选组件、仪表,按图接线,线路力求简单明了,一般按接线原则是先接串联主回路,再接并联支路。为查找线路方便,每路可用相同颜色的导线。

4.启动电机,观察仪表

在正式实验开始之前,先熟悉仪表刻度,并记下倍率,然后按一定规范启动电机,观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常,应立即切断电源,并排除故障;如果一切正常,即可正式开始实验。

5.测取数据

预习时对电机的试验方法及所测数据的大小做到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。

6.认真负责,实验有始有终

实验完毕,须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后,才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。

三、实验报告

实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题,经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。

实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。

实验报告包括以下内容。(1)实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温(℃)。(2)列出实验中所用组件的名称及编号,电机铭牌数据(PN、UN、IN、nN)等。(3)列出实验项目并绘出实验时所用的线路图,并注明仪表量程、电阻器阻值、电源端编号等。(4)对数据整理和计算。(5)按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线,图纸尺寸不小于 8cm×8cm,曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。(6)根据数据和曲线进行计算和分析,说明实验结果与理论是否符合,可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上,保持整洁。(7)每次实验每人独立完成一份报告,按时送交指导教师批阅。

1.3 电机与拖动实验室安全操作规程

为了按时完成电机及电气技术实验,确保实验时人身安全与设备安全,要严格遵守如下规定的安全操作规程。(1)实验时,人体不可接触带电线路。(2)接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。(3)学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许,并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故,应立即切断电源,经查清问题和妥善处理故障后,才能继续进行实验。(4)电机如直接启动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求,是否有短路回路存在,以免损坏仪表或电源。(5)总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制,其他人只能由指导人员允许后方可操作,不得自行合闸。

第2章 实验中一些基本物理量的测量与用电安全

2.1 电机与拖动实验中一些基本物理量的测量

用来测量电流、电压、功率等电量的仪器、仪表,称为电工测量仪表。它不仅可以用来测量各种电量,还可以利用相应变换器的转换来间接测量各种非电量,如温度、压力等。在种类繁多的电工仪表中,应用最广、数量最大的是指针式仪表。另外,随着科学技术的发展,数字仪表、智能仪表和虚拟仪表也逐渐应用于电工测量中。

1.电工指示仪表的基本组成和工作原理

电工指示仪表的基本工作原理都是将被测电量或非电量变换成指示仪表活动部分的偏转角位移量。如图2-1所示,电工指示仪表一般由测量线路和测量机构2个部分组成。图2-1 电工指示仪表的基本组成

被测量往往不能直接加在测量机构上,一般需要将被测量转换成测量机构以测量的过渡量,这个将被测量转换为过渡量的结构部分称为测量线路。将过渡量按某一关系转换成偏转角的机构称为测量机构,它由活动部分和固定部分组成,是仪表的核心。

测量线路的作用是利用测量机构把被测电量或非电量转换为能直接测量的电量。测量机构的主要作用是产生使仪表指示器偏转的转动力矩,以及产生使指示器保持平衡和迅速稳定的反作用力矩及阻尼力矩。

它的活动部分可在偏转力矩的作用下偏转。同时测量机构产生反作用力矩的部件所产生的反作用力矩也作用在活动部件上,当转动力矩与反作用力矩相等时,可动部分便停止下来。由于可动部分具有惯性,以至于可动部分达到平衡时不能迅速停止下来,而是在平衡位置附近来回摆动。测量机构中的阻尼装置产生的阻尼力矩使指针迅速停止在平衡位置上,指示出被测量的大小,这就是电工指针仪表的基本工作原理。

2.常用电工仪表的分类

电工测量仪表种类繁多,分类方法也各有不同,了解电工测量仪表的分类,有助于认识它们所具有的特性,对了解电工测量仪表的原理有一定的帮助。下面介绍几种常见的电工测量仪表的分类方法。(1)按仪表的工作原理分类

根据测量仪表的工作原理,指示式仪表有几种类型:磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表、感应系仪表、电子系和整流系仪表等。(2)按测量对象分类

根据测量对象的不同,指示式仪表有电流表、电压表、功率表、电阻表、频率表以及多种用途的万用表等。(3)按测量电量的种类分类

根据测量电量的类型不同,指示式仪表分为直流仪表、单相交流表、交直两用表和三相交流表等。(4)按测量准确度分类

根据测量准确度等级,仪表有0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7个等级。(5)按仪表的内部结构分类

根据仪表的内部结构,仪表有模拟仪表、数字仪表、智能仪表等。

3.电工测量仪表的发展(1)电工测量仪表的发展

电工测量仪表的发展大体经历了如下4个阶段。

① 模拟仪表。模拟仪表基本结构是电磁机械式的,借助指针来显示测量结果。

② 数字仪表。数字仪表将模拟信号的测量转换为数字信号的测量,并以数字方式输出测量结果。

③ 智能仪表。智能仪表内置微处理器和GPIB 接口,既能进行自动测量又具有一定的数据处理能力。它的功能模块全部以软件或固化软件形式存在,但在开发或应用上缺乏灵活性。

④ 虚拟仪器。虚拟仪器是一种功能意义上的仪器,在微型计算机上添加强大的测试应用软件和一些硬件模块,具有虚拟仪器面板和测量信息处理系统,使用户操作微机就像操作真实仪器一样。虚拟仪器强调软件的作用,提出“软件就是仪器”的概念。(2)现代电工测量技术的发展趋势

随着微电子技术、计算机技术及数字信号处理(DSP)等先进技术在测试技术中的应用,就共性和基础技术而言,现代电工测量技术的发展趋势是:集成仪器、测试系统的体系结构、测试软件、人工智能测试技术等方面,以下着重讲述集成仪器和测试软件两个方面。

① 集成仪器概念。仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器结构概念。从虚拟仪器、卡式仪器、VXI总线仪器……直至集成仪器概念,至今还未有正式的定义。一般说来,将数据采集卡插入计算机空槽中,利用软件在屏幕上生成虚拟面板,在软件导引下进行信号采集、运算、分析和处理,实现仪器功能并完成测试的全过程,这就是所谓的虚拟仪器。即由数据采集卡、计算机、输出(D/A)及显示器这种结构模式组成仪器通用硬件平台,在此平台基础上调用测试软件完成某种功能的测试任务,便构成该种功能的测量仪器,成为具有虚拟面板的虚拟仪器。在此同一平台上,调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器,故可方便地将多种测试功能集于一体,实现多功能集成仪器。因此,出现了“软件就是仪器”的概念,如对采集的数据通过测试软件进行标定和数据点的显示就构成一台数字存储示波器;若对采集的数据利用软件进行快速傅里叶变换(FFT),则构成一台频谱分析仪。

② 测试软件。在测试平台上,调用不同的测试软件就构成不同功能的仪器,因此软件在系统中占有十分重要的地位。在大规模集成电路迅速发展的今天,系统的硬件越来越简化,软件越来越复杂,集成电路器件的价格逐年大幅下降,而软件成本费用则大幅上升。测试软件不论对大的测试系统还是单台仪器子系统来讲都是十分重要的,而且是未来发展和竞争的焦点。有专家预言:“在测试平台上,下一次大变革就是软件。”

信号分析与处理要求取的特征值,如:峰值、有效值、均值、均方根值、方差、标准差等,若用硬件电路来获取,其电路极为复杂,若要获得多个特征值,电路系统则很庞大;而另一些数据特征值,如相关函数、频谱、概率密度函数等则是不可能用一般硬件电路来获取的,即使是具有处理器的智能化仪器,如频谱分析仪、传递函数分析仪等。而在测试平台上,信号数据特征的定义式用软件编程很容易实现,从而使得那些只能是“贵族式”分析仪器才具有的信号分析与测量功能得以在一般工程测量中实现,使得信号分析与处理技术能够广泛应用于工程生产实践。

软件技术对于现代测试系统的重要性,表明计算机技术在现代测试系统中的重要地位。但不能认为,掌握了计算机技术就等于掌握了测试技术。这是因为,计算机软件永远不可能全部取代测试系统的硬件,不懂得测试系统的基本原理不可能正确地组建测试系统和正确应用计算机。一个专门的程序设计者,可以熟练而又巧妙地编制科学算法的程序,但若不懂测试技术则根本无法编制测试程序。测试程序是专业程序编制人员无法编写的,而必须由精通测试技术的工程人员来编写。因此,现代测试技术既要求测试人员熟练掌握计算机应用技术,更要深入掌握测试技术的基本理论。

因此,通用集成仪器平台的构成技术与数据采集、数字信号处理的软件技术是决定现代测试仪器、系统性能与功能的两大关键技术。以虚拟/集成仪器为代表的现代测试仪器、系统与传统测试仪器相比较的最大特点是:用户在集成仪器平台上根据自己的要求开发相应的应用软件,就能构成自己需要的实用仪器和实用测试系统,其仪器的功能不限于厂家的规定。因此,学习了解测量原理是非常必要的。

4.电工仪表的选择

电工仪表的选择应从以下几个方面进行考虑。(1)仪表类型的选择

根据被测量是直流量还是交流量来选用直流仪表或交流仪表。若被测量是直流量时,常采用磁电式仪表,也可选用电动式仪表;若被测量是正弦交流量时,只需测出其有效值即可换算出其他值,可用任何一种交流仪表;若被测量是非正弦量,测量有效值用电动式或电磁式仪表测量,测量平均值用整流式仪表测量,测量瞬时值则用示波器。应该注意,如果被测量是中频或高频,应选择频率范围与之相适应的仪表。(2)准确度的选择

应根据测量所要求的准确度来选择相适应的仪表等级。仪表的准确度越高,造价就越高。因此,从经济角度考虑,实际测量中,在满足测量精度要求的情况下,不要选用高准确度的仪表。

通常准确度等级为0.1级、0.2级的仪表为标准表,也可用于精密测量;0.5级、1.0级的仪表可用于实验室;而工程实际中对仪表准确度的要求较低,在1.5级以下。(3)量限的选择

被测量的值越接近仪表的满刻度值,测量值的准确度就越高,但同时还要兼顾可能出现的最大值,通常应使被测量不小于量限的2/3。(4)内阻的选择

仪表内阻的大小反映了仪表本身的功耗,仪表的功耗对被测对象的影响越小越好。应根据被测量阻抗的大小和测量线路来合理选择仪表内阻的大小。(5)根据仪表的工作条件选择

要根据仪表所规定的工作条件,并考虑使用场所、环境温度、湿度、外界电磁场等因素的影响选择合适的仪表,否则将引起一定的附加误差。总之,在选择仪表时,不应片面追求仪表的某一项指标,应根据被测量的特点,从以上几方面进行全面考虑。

2.2 测量误差

任何测量仪器的测得值都不可能完全准确地等于被测量的真值。在实际测量过程中,人们对于客观事物认识的局限性,测量工具不准确,测量手段不完善,受环境影响或测量工作中的疏忽等,都会使测量结果与被测量的真值在数量上存在差异,这个差异称为测量误差。

随着科学技术的发展,对于测量精确度的要求越来越高,要尽量控制和减小测量误差,使测量值接近真值,所以测量工作的值取决于测量的精确程度。当测量误差超过一定限度时,由测量工作和测量结果所得出的结论将是没有意义的,甚至会给工作带来危害,因此对测量误差的控制就成为衡量测量技术水平乃至科学技术水平的一个重要方面。但是,由于误差存在的必然性与普遍性,人们只能将它控制在尽量小的范围,而不能完全消除它。

实验证明,无论选用哪种测量方法,采用何种测量仪器,其测量结果总会含有误差。即使在进行高准确度的测量时,也会经常发现同一被测对象的前次测量和后次测量的结果存在差异,用这一台仪器和用那一台仪器测得的结果也存在差异,甚至同一位测量人员在相同的环境下,用同一台仪器进行的两次测量也存在误差,且这些误差又不一定相等,被测对象虽然只有一个,但测得的结果却往往不同。当测量方法先进,测量仪器准确时,测得的结果会更接近被测对象的实际状态,此时测量的误差小,准确度高。但是,任何先进的测量方法,任何准确量的误差都不会等于零。或者说,只要有测量,必然有测量结果,有测量结果必然产生误差。误差自始至终存在于一切科学实验和测量全过程之中,不含误差的测量结果是不存在的,这就是误差公理。重要的是要知道实际测量的精确程度和产生误差的原因。

研究误差的目的,归纳起有如下几个方面。

① 正确认识误差产生的原因和性质,以减小测量误差。

② 正确处理测量数据,以得到接近真值的结果。

③ 合理地制定测量方案,组织科学实验,正确地选择测量方法和测量仪器,以便在条件允许的情况下得到理想的测量结果。

④ 在设计仪器时,由于理论不完善,计算时采用近似公式,忽略了微小因素的作用,从而导致了仪器原理设计误差,它必然影响测量的准确性。因此设计时必须要用误差理论进行分析并适当控制这些误差因素,使仪器的测量准确程度达到设计要求。

可见,误差理论已经成为从事测量技术和仪器设计、制造技术的科技人员所不可缺少的重要理论知识,它同任何其他科学理论一样,将随着生产和科学技术的发展而进一步得到发展和完善,因此正确认识与处理测量是十分重要的。

1.测量误差的表示方法

测量误差可表示为4种形式。(1)绝对误差

绝对误差为由测量所得的示值与真值之差,即

式中,∆A——绝对误差;

Ax——示值,在具体应用中,示值可以用测量结果的测量值、标准量具的标称值、标准信号源的调定值或定值代替;

A0——被测量的真值,由于真值的不可知性,常用约定真值和相对真值代替。绝对误差可正可负,且是一个有单位的物理量。绝对误差的负值称为修正值,也称补值,一般用C表示,即

测量仪器的修正值一般是通过计量部门检定给出。从定义不难看出,测量时利用示值与已知的修正值相加就可获得相对真值,即实际值。(2)相对误差

相对误差定义为绝对误差与被测量真值之比,一般用百分数形式表示,即

这里真值A0也用约定真值或相对真值代替。但在约定真值或相对真值无法知道时,往往用测量值(示值)代替,即

应注意,在误差比较小时,γ0和γx相差不大,无需区分,但在误差比较大时,两者相差悬殊,不能混淆。为了区分,通常把γ0称为真值相对误差或实际值相对误差,而把γx称为示值相对误差。

在测量实践中,常常使用相对误差来表示测量的准确程度,因为它方便、直观。相对误差愈小,测量的准确度就愈高。(3)引用误差

引用误差定义为绝对误差与测量仪表量程之比,用百分数表示,即

式中,γn——引用误差;

Am——测量仪表的量程。

测量仪表各指示(刻度)值的绝对误差有正有负,有大有小。所以,确定测量仪表的准确度等级应用最大引用误差,即绝对误差的最大绝对值与量程之比。若用γnm表示最大引用误差,则有

国家标准GB776-76《测量指示仪表通用技术条件》规定,电测量仪表的准确度等级指数a分为:0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7级。它们的基本误差(最大引用误差)不能超过仪表准确度等级指数a的百分数,即

γnm≤a%    (2-7)

依照上述规定,不难看出:电工测量仪表在使用时所产生的最大可能误差可由下式求出

引用误差是为了评价测量仪表的准确度等级而引入的,它可以较好地反映仪表的准确度,引用误差越小,仪表的准确度越高。

[例] 某1.0级电压表,量程为500 V,当测量值分别为 U1=500V,U2=250V,U3=100V时,试求出测量值的(最大)绝对误差和示值相对误差。

解:根据式(2-1)可得绝对误差

由上例不难看出:测量仪表产生的示值测量误差γx不仅与所选仪表等级指数a有关,而且与所选仪表的量程有关。量程Am和测量值Ax相差愈小,测量准确度愈高。所以,在选择仪表量程时,测量值应尽可能接近仪表满刻度值,一般不小于满刻度值的 2/3。这样,测量结果的相对误差将不会超过仪表准确度等级指数百分数的 1.5 倍。这一结论只适合于以标度尺上量限的百分数划分仪表准确度等级的一类仪表,如电流表、电压表、功率表,而对于测量电阻的普通型电阻表是不适合的,因为电阻表的准确度等级是以标度尺长度的百分数划分的。可以证明电阻表的示值接近其中电阻值时,测量误差最小,准确度最高。(4)容许误差

容许误差是指测量仪器在使用条件下可能产生的最大误差范围,它是衡量测量仪器质量的最重要的指标。测量仪器的准确度、稳定度等指标都可用容许误差来表征。按SJ943-82《电子仪器误差的一般规定》的规定,容许误差可用工作误差、固有误差、影响误差、稳定性误差来描述。

① 工作误差。工作误差是在额定工作条件下仪器误差极限值,即来自仪器外部的各种影响量和仪器内部的影响特性为任意可能的组合时,仪器误差可能达到的最大极限值。这种表示方式的优点是使用方便,即可利用工作误差直接估计测量结果误差的最大范围。不足的是由于工作误差是在最不利的组合条件下给出的,而在实际测量中最不利组合的可能性极小,所以,由工作误差估计的测量误差一般偏大。

② 固有误差。固有误差是当仪器的各种影响量和影响特性处于基准条件下仪器所具有的误差。由于基准条件比较严格,所以固有误差可以更准确地反映仪器所固有的性能,便于在相同条件下对同类仪器进行对比和校准。

③ 影响误差。影响误差是当一个影响量处在额定使用范围内,而其他所有影响量处在基准条件时仪器所具有的误差,如频率误差、温度误差等。

④ 稳定性误差。稳定性误差是在其他影响量和影响特性保持不变的情况下,在规定的时间内,仪器输出的最大值或最小值与其标称值的偏差。

容许误差通常用绝对误差表示。测量仪表的各刻度值的绝对误差有明显的特征:其一,存在与示值 Ax无关的固定值,当被测量为零时可以发现它;其二,绝对误差随示值Ax线性增大。因此其具体表示方法有以下3种可供选择。

式中,Ax——测量值或示值;

Am——量限或量程值;

a——误差的相对项系数;

β——固定项系数。

式(2–11)、(2-12)主要用于数字仪表的误差表示,“n个字”所表示的误差值是数字仪表在给定量限下分辨力的n倍,即末位一个字所代表的被测量量值的n倍。显然,这个值与数字仪表的量限和显示位数密切相关,量限不同,显示位数不同,“n个字”所表示的误差值不同。例如,某4位数字电压表,当n为4,在1V 量限时,“n个字”表示的电压误差是4 mV,而在10 V 量限时,“n个字”表示的电压误差是40 mV。通常仪器准确度等级指数由a与β之和来决定,即a=a+β。

2.测量误差的分类

根据误差的性质,测量误差可分为系统误差、随机误差和疏失误差3类。(1)系统误差

在相同条件下,多次测量同一个量值时,误差的绝对值和符号保持不变,或在条件改变时,按一定规律变化的误差称为系统误差。产生这种误差的原因有以下几点。

① 测量仪器设计原理不完善及制作上有缺陷。如刻度的偏差,刻度盘或指针安装偏心,使用时零点偏移,安放位置不当等。

② 测量时的实际温度、湿度及电源电压等环境条件与仪器要求的条件不一致等。

③ 测量方法不正确。

④ 测量人员估计读数时,习惯偏于某一方向或有滞后倾向等原因所引起的误差。

对于在条件改变时,仍然按一个确定规律变化的误差也是系统误差。

值得指出的是,被测量通过直接测量的数据再用理论公式推算出来时,其误差也属于系统误差。例如用平均值表示测量非正弦电压进行波形换算时的定度系数为

式中,π与均为无理数,所取的1.11是一个近似数,由它计算出来的结果显然是一个近似值。因为它是由间接的计算造成的,用提高测量准确度或多次测量取平均值的方法均无效,只有用修正理论公式的方法来消除它,这是它的特殊性。但是,因为它产生的误差是有规律的,所以一般也把它归到系统误差范畴内。

系统误差的特点是,测量条件一经确定,误差就是一个确定的数值。用多次测量取平均值的方法,并不能改变误差的大小。系统误差产生的原因是多方面的,但它是有规律的误差。针对其产生的根源采取一定的技术措施,可减小它的影响。例如,仪器不准时,通过校验取得修正值,即可减小系统误差。(2)随机误差(偶然误差)

在相同条件下,多次重复测量同一个量值时,误差的绝对值和符号均以不可预定方式变化的误差称为随机误差。产生这种误差的原因有以下几点。

① 测量仪器中零部件配合的不稳定或有摩擦,仪器内部器件产生噪声等。

② 温度及电源电压的频繁波动,电磁场干扰,地基振动等。

③ 测量人员感觉器官的无规则变化,读数不稳定等原因所引起的误差均可造成随机误差,使测量值产生上下起伏的变化。

就一次测量而言,随机误差没有规律,不可预测。但是当测量次数足够多时,其总体服从统计的规律,多数情况下接近于正态分布。

随机误差的特点是,在多次测量中误差绝对值的波动有一定的界限,即具有有界性;正负误差出现的概率相同,即具有对称性。

根据以上特点,可以通过对多次测量的值取算术平均值的方法来消弱随机误差对测量结果的影响。因此,对于随机误差可以用数理统计的方法来处理。(3)疏失误差(粗大误差)

在一定的测量条件下,测量值明显地偏离被测量的真值所形成的误差称为疏失误差。产生这种误差的原因有以下几点。

① 一般情况下,它不是仪器、仪表本身所固有的,主要是由于测量过程中的疏忽大意造成的。例如测量者身体过于疲劳,缺乏经验,操作不当或工作责任心不强等原因造成读错刻度、记错读数或计算错误。这是产生疏失误差的主观原因。

② 由于测量条件的突然变化,如电源电压、机械冲击等引起仪器示值的改变。这是产生疏失误差的客观原因。含有疏失误差的测量数据是对被测量的歪曲,称为坏值,一经确认应当剔除不用。

3.系统误差的消除

对于测量者,要善于找出产生系统误差的原因并采取相应的有效措施以减小误差的有害作用。它与测量对象,测量方法,仪器、仪表的选择以及测量人员的实践经验密切相关。下面介绍几种常用的减小系统误差的方法。(1)从产生系统误差的原因采取措施

接受一项测量任务后,首先要研究被测对象的特点,选择合适的测量方法和测量仪器、仪表,并合理选择所用仪表的精度等级和量程上限;选择符合仪表标准工作条件的测量工作环境(如温度、湿度、大气压、交流电源电压、电源频率、振动、电磁场干扰等),必要时可采用稳压、恒温、恒湿、散热、防振和屏蔽接地等措施。

测量时应提高测量技术水平,增强工作人员的责任心,克服由主观原因所造成的误差。为避免读数或记录出错,必要时可用数字仪表代替指针式仪表,用打印代替人工抄写等。

总之,在测量操作之前,尽量消除产生误差的根源,从而减小系统误差的影响。(2)利用修正的方法来消除

利用修正的方法是消除或减弱系统误差的常用方法,该方法在智能化仪表中得到了广泛应用。所谓修正的方法就是在测量前或测量过程中,求取某类系统误差的修正值,而在测量的数据处理过程中手动或自动地将测量读数或结果与修正值相加,于是,就从测量读数或结果中消除或减弱了该类系统误差。若用 C 表示某类系统误差的修正值,用 Ax表示测量读数或结果,则不含该类系统误差的测量读数或结果A可用下式表示。

A= Ax+C    (2-14)

修正值的求取有以下3种途径。

① 从有关资料中查取。如仪器、仪表的修正值可从该表的检定证书中获取。

② 通过理论推导求取。如指针式电流表、电压表内阻不够小或不够大引起方法误差的修正值可由下式表示。

式中,CA、CV——电流表、电压表读数的修正值;

RA、RV——电流表、电压表量程对应的内阻;

Rab——被测网络的等效含源支路的入端电阻;

Ix、Ux——电流表、电压表的读数。

通过实验求取对影响测量读数(结果)的各种影响因素,如温度、湿度、频率、电源电压等变化引起的系统误差,可通过实验作出相应的修正曲线或表格,供测量时使用。对不断变化的系统的系统误差,如仪器的零点误差、增益误差等可采取边测量、边修正的方法解决。智能化仪表中采用的三步测量、实时校准均缘于此法。(3)利用特殊的测量方法消除

系统误差的特点是大小、方向恒定不变,具有可预见性,所以可用特殊的测量方法消除。

① 替代法。替代法是比较测量法的一种,它是先将被测量Ax接在测量装置上,调节测量装置处于某一状态,然后用与被测量相同的同类标准量AN替代Ax,调节标准量AN,使测量装置恢复原状态,则被测量等于调整后的标准量,即Ax=AN。例如在电桥上用替代法测电阻,先把被测电阻Rx接入电桥,调节电桥比例臂R1、R2和比较臂R3,使电桥平衡,则Rx=( R1/R2)×R3。

显然桥臂参数的误差会影响测量结果。若以标准量电阻RN代替被测Rx接入电桥,调节RN使电桥重新平衡,则RN=( R1/R2)×R3。

显然Rx=RN,且桥臂参数的误差不影响测量结果, Rx仅取决于RN的准确度等级。

可见替代法的特点是测量装置的误差不影响测量结果,但测量装置要求必须具有一定的稳定性和灵敏度。

② 交换法。当某种因素可能使测量结果产生单一方向的系统误差时,可利用交换位置或改变测量方向等方法,测量两次,并对两次的测量结果取平均值,即可大大减弱甚至抵消由此引起的系统误差。例如用电流表测量某电流时,可将电流表放置位置旋转180o再测,取两次测量结果的平均值,即可减弱或消除外磁场引起的系统误差。

③ 抵消法(正负误差补偿法)。这种方法要求进行两次测量,改变测量中某一条件,如测量方向,使两次测量结果中的误差大小相等,符号相反,取两次测量值的平均值作为测量结果,即可消除系统误差。

例如,用电流表测电流时,因为恒定外磁场的影响使仪表读数一次偏大,一次偏小,可以将电流表的位置旋转180o再测一次,取两次读数的平均值作为测量结果。

此外,减小系统误差的方法还有很多,只要事先仔细研究,判断系统误差的属性,适当选择测量方法就能部分或大体上消除系统误差。

2.3 触电与安全用电

随着现代科学技术的飞速发展,种类繁多的家用电器和电气设备被广泛应用于人类的生产和生活当中。电给人类带来了极大的便利,但电是一种看不见、摸不着的物质,只能用仪表测量,因此,在使用电的过程中,存在着许多不安全用电的问题。如果使用不合理、安装不恰当、维修不及时或违反操作规程,都会带来不良甚至极为严重的后果。因此,了解安全用电十分重要。

2.3.1 触电定义及分类

当人体某一部位接触了低压带电体或接近、接触了高压带电体,人体便成为一个通电的导体,电流流过人体,称为触电。触电对人体是会产生伤害的,按伤害的程度可将触电分为电击和电伤两种。

电击是指人体接触带电后,电流使人体的内部器官受到伤害。触电时,肌肉发生收缩,如果触电者不能迅速摆脱带电体,电流持续通过人体,最后因神经系统受到损害,使心脏和呼吸器官停止工作而导致死亡。这是最危险的触电事故,是造成触电死亡的主要原因,也是经常遇到的一种伤害。电伤是指电对人体外部造成的局部伤害,如电弧灼伤、电烙印、熔化的金属沫溅到皮肤造成的伤害,严重时也可导致死亡。(1)触电电流

人触电时,人体的伤害程度与通过人体的电流大小、频率、时间长短、触电部位以及触电者的生理素质等情况有关。通常,低频电流对人体的伤害高于高频电流,而电流通过心脏和中枢神经系统最危险。具体电流的大小对人体的伤害程度可参见表2-1。表2-1 电流的大小对人体的影响(2)安全电压

人体电阻通常在1~100 kΩ之间,在潮湿及出汗的情况下会降至800Ω 左右。接触36 V以下电压时,通过人体电流一般不超过50 mA。因此,我国规定安全生产电压的等级为36 V、24 V、12 V、6V。一般情况,安全电压规定为36 V;在潮湿及地面能导电的厂房,安全电压规定为24 V;在潮湿、多导电尘埃、金属容器内等工作环境中,安全电压规定为12 V;而在环境十分恶劣的条件下,安全电压规定为6V。

2.3.2 常见的触电方式

常见的触电方式可分为单线触电、双线触电和跨步触电3种。(1)单线触电

当人体的某一部位碰到相线(俗称火线)或绝缘性能不好的电气设备外壳时,由相线经人体流入大地的触电,称为单线触电(或称单相触电),如图2-2、图2-3所示。因现在广泛采用三相四线制供电,且中性线(俗称零线)一般都接地,所以发生单线触电的机会也最多。此时人体承受的电压是相电压,在低压动力线路中为220 V。图2-2 单线触电图2-3 单线触电的另一种形式(2)双线触电

如图2-4所示,当人体的不同部位分别接触到同一电源的两根不同相位的相线,电流由一根相线流经人体流到另一根相线的触电,称为双线触电(或称双相触电)。人体承受的电压是线电压,在低压动力线路中为 380 V,此时通过人体的电流将更大,而且电流的大部分经过心脏,所以比单线触电更危险。(3)跨步触电

高压电线接触地面时,电流在接地点周围1 520 m 的范围内将产生电压降。当人体接近此区域时,两脚之间承受一定的电压,此电压称为跨步电压。由跨步电压引起的触电称为跨步电压触电,简称跨步触电,如图2-5所示。图2-4 双线触电图2-5 跨步触电

跨步电压一般发生在高压设备附近,人体离接地体越近,跨步电压越大。因此在遇到高压设备时应慎重对待,避免受到电击。

2.3.3 常见触电的原因

常见触电的原因有很多,主要有以下几种原因。

① 违章作业,不遵守有关安全操作规程和电气设备安装及检修规程等规章制度。

② 误接触到裸露的带电导体。

③ 接触到因接地线断路而使金属外壳带电的电气设备。

④ 偶然性事故,如电线断落触及人体。

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