Đo các Đại lượng Điện cơ bản

CHƯƠNG 2: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG

ĐIỆN

NỘI DUNG

2.1 Đo dòng điện một chiều, xoay chiều, mở rộng thang đo2.2 Đo điện áp một chiều, xoay chiều, mở rộng thang đo.2.3 Đo công suất mạch một pha, ba pha

2.4 Đo điện năng tiêu thụ mạch một pha, ba pha

1 ĐO DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU, XOAY

CHIỀU, MỞ RỘNG THANG ĐO

 Chỉ thị trong dụng cụ đo tương tự là chỉ thị cơ điện với tín hiệu vào

là dòng điện và tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ hoặc độ di chuyển của bút ghi trên băng giấy

 Cơ cấu chỉ thị: điện áp, tần số, góc pha, công suất, dòng xoay

chiều và một chiều tần số công nghiệp

 Nguyên lý làm việc: Dựa trên tác động của từ trường nên phần

động của cơ cấu chỉ thị khi có dòng điện chạy qua và tạo ra một mô men quay (Mq)

 Độ lớn của mô men quay tỉ lệ với độ lớn của dòng điện đưa vào cơ cấu chỉ thị

1.1 CƠ CẤU CHỈ THỊ

 1.1.2 Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo số

 Thiết bị chỉ thị số bao gồm nhiều khối chức năng bên trong có nhiệm vụ hiển thị thông tin đo lường được theo yêu cầu

 Khối xử lý tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ biến đổi thông tin cần đo thành tín hiệu số

 Tín hiệu được tính toán và hiển thị thông tin đo được, kết quả hiển thị ở dạng số hoặc tương tự

Sơ đồ khối thiết bị chỉ thị số

1.2 ĐO DÒNG DC

  

1.2.2 Các thiết bị đo dòng

 Ampe met một chiều:

 Ampe mét một chiều được chế tạo trên cơ cấu chỉ thị từ điện

 Trong đó:

 RCT điện trở của cơ cấu chỉ thị

 RS – là điện trở shunt

 IS – dòng điện qua điện trở shunt

 ICT – dòng điện đi qua chỉ thị

 I – dòng điện ampe mét

Ampe met một chiều

 Khi sử dụng Ampemet cần chú ý:

 Không tạo nên điện áp rơi tại các mối nối

 Không được nối trực tiếp ampemet với nguồn điện khi chưa có tải

do thị trường sun có giá trị nhỏ sẽ tạo nên dòng đệm lớn gây hỏng thiết bị

 Khi sử dụng ampemet trước hết phải đổi lối ở vị trí dòng điện lớn nhất sau đó giảm dần cho đến khi thỏa mãn dòng cân đo

Cách mắc kế đo dòng

AMPEMET NHIỆT ĐIỆN

 Ampemet nhiệt điện là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện

Đo dòng điện DC dùng đồng hồ kim

• Bước 1:Cắm que đo màu đen vào đầu COM và que đỏ vào dấu (+)

• Bước 2:  Đặt chuyển mạch của đồng hồ ở thang DC.A – 250mA

• Bước 3:Tắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm

• Bước 4: Kết nối que đo màu đỏ của đồng hồ về phía cực (+) và que đo mày

đen về phía cực (-) theo chiều dòng điện trong mạch thí nghiệm Mắc đồng hồ nối tiếp với mạch thí nghiệm.

• Bước 5: Bật điện cho mạch thí nghiệm.

• Bước 6: Khi kết quả đọc được nhỏ hơn 25mA, đặt chuyển mạch sang vị trí

DC.A-25mA để được kết quả chính xác hơn Tương tự đối với kết quả nhỏ hơn 2.5mA thì đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A-2.5mA.

• Bước 7: Đọc và tính giá trị: tiến hành đọc trên cung chia độ C, tính giá trị

giống như trường hợp đo điện áp 1 chiều Có nghĩa là giá trị thực bằng số chỉ của kim trên cung chia độ nhân với thang đo và chia cho giá trị MAX trên cung chia độ.

Đo dòng điện DC dùng đồng hồ điện

tử

• Bước 1: Để đồng hồ ở thang đo A~ để đo dòng điện xoay chiều và

thang A- để đo dòng điện một chiều

• Bước 2: Que đen cắm cổng chung COM, que đỏ cắm vào cổng 20A

nếu đo dòng có cường độ lớn cỡ A và cổng mA nếu đo dòng có cường

độ nhỏ cỡ mA

• Bước 3: Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu

(+)

• Bước 4: Đặt chuyển mạch của đồng hồ ở thang DC.A – 250mA.

• Bước 5: Tắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm.

• Bước 6: Kết nối que đo màu đỏ của đồng hồ về phía cực dương (+)

và que đo màu đen về phía cực âm (-) theo chiều dòng điện trong mạch thí nghiệm Mắc đồng hồ nối tiếp với mạch thí nghiệm

• Bước 7: Bật điện cho mạch thí nghiệm.

• Bước 8: Đọc kết quả trên màn hình LCD

THỰC HÀNH

1.3 ĐO DÒNG AC

  

Dòng chỉnh lưu qua cơ cấu

ĐO DÒNG AC DÙNG ĐỒNG HỒ KIM

• Bước 1: Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào

đầu AC-15A

• Bước 2: Đặt chuyển mạch của đồng hồ ở thanh AC-15A

• Bước 3: Tắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm

• Bước 4: Kết nối 2 que đo của đồng hồ về phía 2 điểm cần đo dòng

điện của mạch thí nghiệm (mắc nối tiếp) Sau đó bật điện cho mạch thí nghiệm

• Bước 5: Đọc và tính giá trị: Đọc trên cung chia độ E15, tính giá trị

giống với trường hợp đo điện áp 1 chiều Có nghĩa là giá trị thực bằng số chỉ của kim cương trên cung chia độ nhân với thang đo và chia cho giá trị MAX trên cung chia đó

Nguyên lý hoạt động Ampe kìm

• Với dòng điện 1 chiều (DC) thì hoạt động từ trường sinh ra không biến thiên vì vậy trong trường hợp này khi sử dụng ampe kìm để đo

chúng ta dựa trên cảm biến Hall để tính toán ra thông số dòng điện

1 chiều đang chạy trong mạch

• Với dòng điện xoay chiều (AC) thì Ampe kim hoạt động trên nguyên

lý cảm ứng điện từ Phần vỏ của kìm kẹp của ampe kìm có 1 cuộn

dây quấn quanh khung sắt Phần kẹp kìm quanh dây dẫn có thể đo được độ biến thiên trong mạch Từ đó có chúng ta có thể phân tích

và đánh giá được các thông số của dòng điện trong mạch

CÁCH SỬ DỤNG AMPE KÌM

Cách sử dụng

• Kiểm tra ampe kìm: trước khi sử dụng ampe kìm, cần kiểm tra xem

ampe kìm có hoạt động bình thường hay không

• Chọn thang đo phù hợp: Tùy theo dòng điện cần đo mà chọn

thang đo phù hợp Nếu chọn thang đo quá thấp, kết quả đo sẽ không chính xác Nếu chọn thang đo quá cao, có thể làm hỏng máy

• Kẹp ampe kìm vào dây dẫn: Để đo dòng điện, cần kẹp ampe kìm

vào dây dẫn cần đo Chú ý chỉ kẹp vào dây dẫn đơn, không kẹp vào dây dẫn đôi

• Đọc kết quả đo: Sau khi đã kẹp ampe kìm vào dây dẫn, đọc kết

quả đo trên màn hình Kết quả đo sẽ được hiển thị dưới dạng số

• Ngắt nguồn điện: Sau khi đo xong, cần ngắt nguồn điện để đảm

bảo an toàn

Đo dòng điện DC dùng ampe kìm

• Bước 1: Xoay núm vặn tới thang đo có ký hiệu (A) để đo dòng điện

1 chiều và (~A) để đo dòng xoay chiều

• Bước 2: Nhấn nút Zero để loại bỏ bù trừ dòng điện nhằm cho kết

quả đo chính xác hơn. 

• Bước 3: Nhấn mở hàm và kẹp vào dây dẫn cần đo sau đó nhả nút

bấm

• Bước 4: Màn hình của ampe kìm sẽ hiển thị chính xác các thông số

đo

Đo dòng điện DC dùng ampe kìm

• Bước 1: Mắc chốt (+) của ampe kìm về phía cực dương và chốt (-)

về phía cực âm của nguồn điện

• Bước 2: Điều chỉnh kim chỉ thị về đúng vị trí vạch 0 để đảm bảo kết

quả đo chính xác nhất

• Bước 3: Mở hàm và kẹp vào dây dẫn cần đo, sau đó xoay tới thang

đo dòng DC hoặc AC tùy theo nhu cầu sử dụng

• Bước 4: Kết quả đo sẽ được hiển thị qua thước đo hình cung.

MỞ RỘNG THANG ĐO

Muốn đo dòng điện áp cao hơn từ 1A - 10A ta sử dụng máy biến dòng

BI Đây là loại máy có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, tăng hoặc giảm mức điện áp ban đầu của dòng điện theo khả năng của máy biến áp đó

Các bước thực hiện

• Bước 1: Xác định cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng TI.

• Bước 2: Đấu nối cuộn sơ cấp của máy biến áp dòng TI với đầu dây

tải dòng. 

• Bước 3: Cuộn thứ cấp của TI sẽ được nối kín với một ampe kìm,

đồng hồ vạn năng, woatmet điện động hoặc công tơ điện

• Bước 4: Lưu ý cuộn sơ cấp của máy biến áp cần được cách điện

tốt với cuộn thứ và  vỏ điện máy đảm bảo an toàn khi nối đất vỏ máy cùng với đầu dây cuộn thứ cấp. 

Lưu ý khi mở rộng thang đo bằng máy biến áp

• Đồng hồ vạn năng cần được nối với đầu dây cuộn thứ cấp của máy biến áp TI

• Giá trị của dòng cần đo sẽ bằng chỉ số của dụng cụ đo điện nhân với hệ số định mức được quy định trên dụng cụ

• Nếu không cần hiển thị nhanh, người thực hiện cần một đồng hồ đo điện áp, 1 vài con trở công suất 5W có điện trở nhỏ hơn 4.7 Ohms Mắc nối tiếp trở vào mạch, đo điện áp rơi trên trở rồi tính ra dòng

• Người thực hiện cũng cần lưu ý rằng, áng chừng dòng rồi mắc trở

để tránh sự cố xảy ra Thực tế, để tìm được điện trở có định mức nhỏ trên thị trường là rất khó

Đo điện áp DC với đồng hồ vạn năng

• Bước 1: Cắm que đo màu đỏ vào đầu cực + của thiết bị và que

màu đen chân COM

• Bước 2: Đặt công tắc về phạm vi điện áp DC với phạm vi đo phù

hợp

• Bước 3: Kết nối đầu dò màu đỏ với cực dương (+) của mạch bên

dưới và đầu dò màu đen với cực âm (-) của mạch (mạch song song)

• Bước 4:Nếu điện áp đo được nhỏ hơn 250V, hãy đặt bộ chọn

phạm vi chuyển sang vị trí dải điện áp thấp hơn để đọc chính xác hơn

• Bước 5: Tính kết quả đo được V = A x (B/C)

• V là giá trị điện áp thực

• A – Là số chỉ của kim đọc được trên cung chia độ

• B – Là thang đo đang sử dụng

• C – Là giá trị MAX của cung chia độ

• Tỷ lệ B/C là hệ số mở rộng

 Bước 3: Kiểm tra trên màn hình để đảm bảo rằng đồng hồ đang ở chế độ

đo điện áp một chiều (DC) Nếu chưa, hãy chuyển sang chế độ DC bằng cách nhấn nút SELECT.

 Bước 4: Đặt que đo màu đỏ vào cực dương và que đo màu đen vào cực

âm theo chiều dòng điện trong mạch.

 Bước 5: Đọc giá trị điện áp một chiều hiển thị trên màn hình đồng hồ.

 Bước 3: Kiểm tra trên màn hình để đảm bảo rằng đồng hồ đang ở chế độ

đo điện áp một chiều (DC) Nếu chưa, hãy chuyển sang chế độ DC bằng cách nhấn nút SELECT.

 Bước 4: Đặt que đo màu đỏ vào cực dương và que đo màu đen vào cực

âm theo chiều dòng điện trong mạch.

ĐO ĐIỆN ÁP AC

 Bước 1: Cắm que đo màu đỏ (+) vào cổng VΩHz và que đo màu đen (-) vào cổng

COM.

 Bước 2: Bật đồng hồ vạn năng và xoay núm điều chỉnh sang thang đo điện áp (V~).

 Bước 3: Kiểm tra trên màn hình để đảm bảo rằng đồng hồ đang ở chế độ đo điện áp

xoay chiều (AC) Nếu chưa, nhấn nút SELECT để chuyển sang chế độ AC.

 Bước 4: Đặt que đo màu đỏ vào cực dương và que đo màu đen vào cực âm theo

chiều dòng điện trong mạch.

 Bước 5: Đọc giá trị điện áp xoay chiều hiển thị trên màn hình đồng hồ.

ĐO ĐIỆN ÁP AC

ĐO ĐIỆN ÁP SỬ DỤNG AMPE KÌM

Bước 1: Kết nối que đo màu đen vào jack chân COM (màu đen – cực âm), cắm que đo màu đỏ (cực dương) vào chân màu đỏ (cực dương)

Bước 2: Với ampe kìm có nút điều chỉnh Range thì bạn ấn vào nút này để xác định được thang đo điện theo mong muốn

Bước 3: Nhấn vào nút [SELECT] và chọn thang đo điện áp một chiều (V=) hoặc xoay chiều (V~)

Bước 4: Đặt hai đầu que đo vào hai cực của nguồn điện theo đúng nguyên tắc cực âm (-) đi với cực âm, cực dương (+) đi với cực dương

Bước 5: Đọc kết quả được hiển thị trên đồng hồ ampe kìm

MỞ RỘNG THANG ĐO

 Để đo điện áp xoay chiều ta có thể dùng vôn-mét kiểu điện từ, điện động hay từ điện có chỉnh lưu Loại điện từ tuy có độ chính xác thấp nhưng được dùng phổ biến trong công nghiệp vì, chế tạo dễ, giá thành rẻ

 Để mở rộng thang đo của vôn-mét điện từ dưới 600V ta có thể dùng điện trở phụ Muốn đo điện áp cao hơn nữa ta dùng máy biến điện áp đo lường nó làm nhiệm vụ biến điện áp cao cần đo xuống điện áp thấp đưa vào vôn-mét 

2.3 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH MỘT PHA, MẠCH BA PHA

 Ý nghĩa của công suất điện: Công suất điện là lượng điện năng thiêu thụ của thiết bị đó trong 1 đơn vị thời gian.

 Công suất: đơn vị đo W, kW, HP…

 Công thức tính: P = A/t = U*I

Trong đó,

• I là cường độ dòng điện (A)

• U là hiệu điện thế (V)

• t là thời gian (s)

ĐO CÔNG SUẤT 1 CHIỀU

a. a Đo gián tiếp:

b. Công suất mạch một chiều được tính theo công thức: P = UI

Cách mắc sơ đồ đo :

+ Dùng Am-pe-mét xác định trị số dòng điện qua tải

+ Dùng Vôn-mét xác định trị số điện áp trên tải

 Từ đó ta xác định được công suất tiêu thụ trên tải theo công thức trên

ĐO CÔNG SUẤT 1 CHIỀU

Nhược điểm:

+ Chậm có kết quả vì phải qua quá trình tính toán trung gian.

+ Cần phải có 2 dụng cụ đo

+ Sai số tương đối lớn:

Sai số phép đo = (sai số Ampemét + sai số Vônmét + sai

số tính toán) .

b Đo trực tiếp

Để đo công suất trực tiếp ta dùng dụng cụ đo là Oátmét

Oátmét thường được chế tạo từ cơ cấu đo điện động hoặc sắt điện động Đây là hai cơ cấu đo có thể làm việc trực tiếp ở cả chế

độ một chiều và xoay chiều Oátmét gồm hai cuộn dây:

Cuộn dây tĩnh (1): có số vòng ít tiết diện lớn và được mắc nối tiếp với mạch cần đo công suất gọi là cuộn dòng

Cuộn dây động (2): được quấn nhiều vòng với tiết diện dây nhỏ,

có điện trở nhỏ được mắc nối tiếp với điện trở phụ Rp và song song với mạch cần đo công suất gọi là cuộn áp

OÁT MÉT

Đo công suất tác dụng mạch xoay chiều một pha

Sử dụng Oátmét để đo: góc quay  tỉ lệ với các dòng điện I (dòng điện qua tải) và Iv (dòng điện qua cuộn động tỉ lệ với điện áp tải) qua 2 cuộn dây và góc lệch pha giữa chúng Vì điện cảm trong cuộn áp không đáng kể nên dòng điện Iv và U cùng pha Vậy góc lệch pha giữa 2 dòng điện I và Iv cũng chính là góc lệch pha  giữa dòng điện I và điện áp phụ tải Us.

cos

.

.

1 12

P U

U

U

R R

U

I

d

dM I

cos

.

I U D

D: momen cản riêng của lò xo phản kháng

I1, I2: dòng qua cuộn tĩnh và cuộn động

M12: hỗ cảm giữa 2 cuộn dây K: là hệ số của Oat met với dòng xoay chiều

P K I

CHÚ Ý

+ Do Oatmet điện động có cực tính nên khi đảo pha của 1 trong 2 cuộn dây Oatmet sẽ quay ngược, vì vậy, các cuộn dây được đánh dấu (*) Khi nối các đầu dây cần nối các đầu dây

có dấu (*) với nhau

+ Oatmet điện động thường có nhiều thang đo theo dòng và

áp Giới hạn đo theo dòng là 5A và 10A, theo áp là 150V và 300V Trên thang đo người ta ghi thẳng trị số công suất tương ứng với góc quay .

+ Dải tần số từ 0 tới KHz

+ Độ chính xác đạt 0,1 tới 0,2% với tần số dưới 200Hz

CÁCH NỐI OÁT MÉT

+ Đấu cuộn dòng điện trong (a): dùng khi đo mạch điện có công suất nhỏ+ Đấu cuộn dòng điện ngoài (b):dùng khi đo mạch điện có công suất lớn

Đối với cuộn dòng điện: người ta chia cuộn dòng (cuộn tĩnh) thành hai nửa cuộn rồi đấu nối tiếp hoặc song song lại với nhau

- Khi đấu nối tiếp hai nửa cuộn tầm đo là Iđm.

- Khi đấu song song hai nửa cuộn tầm đo là 2Iđm

Đối với cuộn điện áp: dùng điện trở phụ nhiều cỡ để thay đổi tầm đo như Vôn mét, mắc nối tiếp các điện trở phụ vào cuộn động, mạch như c:

Thay đổi cỡ đo của Oátmét

Đo công suất mạch 3 pha

 Đo công suất bằng một oát mét một pha

 Nếu trường hợp mạng 3 pha cân bằng chúng ta chỉ cần dùng một Oátmét một pha đo công suất ở một pha sau đó lấy kết quả đo được nhân với 3 (mạch 3 pha 4 dây), hoặc nhân với 2 (mạch 3 pha 3 dây)

Sơ đồ dùng một Oátmét đo công suất mạch 3 pha đối xứng

Đo công suất mạch 3 pha

Đo công suất bằng hai oát mét một pha: dùng với mạch ba pha

ba dây Cách đo này không phụ thuộc vào tải (đối xứng hay không đối xứng, hình tam giác hay hình sao không có dây trung tính)

Gọi dòng điện chạy trong 3 pha lần lượt là iA, iB, iC ta có:

iA + iB + iC = 0  iC = -(iA +iB)

Công suất tức thời 3 pha:

P3P = iAUA +iBUB + iCUC = iAUA + iBUB - (iA +iB)UC

= iA (UA - UC) + iB(UB - UC) = iA UAC +iBUBC = P1 + P2

Công suất của mạng 3 pha 3 dây được đo 2 Oátmét một pha:

* Oátmét thứ nhất đo dòng điện pha A và điện áp UAC

* Oátmét thứ hai đo dòng điện pha B và điện áp UBC

Sơ đồ mắc Oátmét

Sơ đồ dùng 2 Oátmét một pha đo công suất mạch ba pha ba dây

Đo công suất bằng ba oát mét một pha

Dùng trong trường hợp tải ba pha đấu sao có dây trung tính (Hệ ba pha bốn dây)

Để đo công suất ở mạch 3 pha 4 dây người ta dùng 3 Oátmét 1 pha, mỗi Oátmét mắc vào một pha, sau đó cộng các chỉ số của chúng lại với nhau: P3P = P1 +P2 + P3