Giáo trình Đo lường điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Nội dung chủ yếu của giáo trình là trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cơ bản cấu thành nên các thiết bị đo, các phương pháp đo các đại lượng điện cơ bản, các thiết bị đo điện phổ biến hiện nay.

Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

Khoa điện - điện tử

Lời nói đầu

Đo lường điện có vai trò quan trọng trong lĩnh vực đo lường nói riêng và ngành điện nói chung, không có đo lường điện sẽ không có ngành điện.

Đo lường điện là môn học cơ sở ngành của sinh viên các ngành Công nghệ kỹ thuật điện, Công nghệ điện, điện tử,… ngoài ra do ứng dụng rộng rãi và cần thiết của nó mà sinh viên các ngành không điện như cơ khí hay công nghệ thông tin cũng rất cần quan tâm.

Hiện đã có khá nhiều giáo trình về đo lường điện, tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu giảng dạy và học tập của một trường kỹ thuật hướng tới đào tạo chuyên sâu về kỹ năng thực hành thì cần phải có một giáo trình có cấu trúc và cách tiếp cận kiến thức dễ hiểu, súc tích và bám sát yêu cầu của chương trình môn học Vì vậy, chúng tôi biên soạn giáo trình này với mong muốn là nguồn tài liệu học tập và tham khảo hữu ích cho giáo viên

và sinh viên các trường kỹ thuật, đặc biệt là trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.

Nội dung chủ yếu của giáo trình là trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cơ bản cấu thành nên các thiết bị đo, các phương pháp đo các đại lượng điện cơ bản, các thiết bị đo điện phổ biến hiện nay,… Giáo trình gồm 7 chương:

Chương 1: Các khái niệm cơ bản về đo lường

Chương 2: Các cơ cấu đo lường

Chương 3: Đo dòng điện và điện áp

Chương 4: Đo các thông số của mạch điện

Chương 5: Đo công suất - điện năng

Chương 6: Đo góc pha - đo tần số

Chương 7: Các dụng cụ đo thông dụng

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các bạn

đồng nghiệp trong khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định đã nhiệt tình đóng góp ý kiến để chúng tôi xây dựng và hoàn thiện giáo trình này.

Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã có nhiều cố gắng, tuy nhiên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến qúy báu của bạn đọc và đồng nghiệp để chúng tôi tiếp tục hoàn thiện giáo trình này.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Nhóm tác giả

Môc lôc

Trang

1.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ kü thuËt ®o 9

2.1 Nh÷ng phÇn tö trong thiÕt bÞ ®o 18

3.1 Kh¸i qu¸t chung vÒ ®o dßng ®iÖn vµ ®o ®iÖn ¸p 49

3.2.1 Dông cô ®o 49

4.2.1 Kh¸i niÖm vÒ ®iÖn dung vµ gãc tæn hao 99

4.2.2 Dïng V«n kÕ, Ampe kÕ, O¸t kÕ ®o ®iÖn dung C 1004.2.3 §o ®iÖn dung vµ tæn hao ®iÖn m«i b»ng cÇu ®o 101

4.5 CÇu v¹n n¨ng ®o th«ng sè m¹ch ®iÖn 106

5.1.2 §o c«ng suÊt xoay chiÒu 1 pha AC 117

5.1.4 §o c«ng suÊt ph¶n kh¸ng t¶i 1 pha vµ 3 pha 125

6.4.1 Đo hệ số công suất cos  bằng phương pháp gián tiếp (dùng

6.4.2 Đo trực tiếp cos bằng cơ cấu điện động (Fadômet điện động) 150

6.5.2 Đo tần số bằng phương pháp gián tiếp 1536.5.3 Đo tần số bằng tần số kế cộng hưởng 154

7.2 Máy hiện sóng (Oscillocope) 170

7.2.2 Các khối chức năng trong máy hiện sóng 174

Chương 1

các khái niệm cơ bản về đo lường

1.1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo

1.1.1 Các khái niệm

Đo là một quá trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng cùngloại đã biết chọn làm mẫu gọi là đơn vị

(Đo là quá trình đánh giá đại lượng cần đo bằng con số so với đơn

vị đo với phép đo định lượng và cho ra kết quả “đạt” hay “ không đạt” với

Đo lường học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về đo lường

các đại lượng và chuẩn mẫu

Kỹ thuật đo lường là các nghiên cứu và ứng dụng thành quả của

ngành đo lường vào thực tiễn và sản xuất

Ví dụ: Đo dòng điện bằng Ampe kế, đo điện áp bằng Vôn kế.

Sơ đồ khối của phép đo trực tiếp (hay còn gọi là phép đo biến đổithẳng)

Trong đó:

BĐ: Khối biến đổi

A/D: Khối chuyển đổi tương tự số

2 Phương pháp đo gián tiếp

Là phương pháp trong đó đại lượng cần đo không được đo trực tiếp

mà chỉ được tính trên cơ sở những trị số của những đại lượng có liên quan

Ví dụ: Đo điện trở, điện cảm, điện dung bằng cầu đo

Trong đó:

SS: Khối so sánh

BĐ: Khối biến đổi A/D: Khối biến đổi tương tự - số

D/A: Khối biến đổi số - tương tự

D/A

Hình 1.3 Sơ đồ khối phép đo so sánh

X - Xk< 0

§­a ra kÕt qu¶

X = NkX0

KÕt thóc Sai

§óng

2 Độ nhạy (sensitivity) và ngưỡng độ nhạy

Phương trình đặc trưng của thiết bị đo là y = f(x) Để có một sự

đánh giá về quan hệ giữa đại lượng vào và đại lượng ra của thiết bị đo, tadùng khái niệm về độ nhạy của thiết bị đo

Độ nhạy của thiết bị đo là thương số giữa độ biến thiên đại lượng

đầu ra của thiết bị với độ biến thiên của đại lượng đầu vào

Trong đó:∆y là độ biến thiên đại lượng đầu vào

∆x là sự biến thiên đại lượng đầu ra

Nói chung S là một hàm phụ thuộc x nhưng trong phạm vi ∆x đủnhỏ thì S là một hằng số Với thiết bị có phương trình đặc trưng y = f(x)tuyến tính, ta có thể viết: y= S.x, lúc đó S gọi là độ nhạy của thiết bị đo.Trong trường hợp thiết bị đo gồm nhiều khâu biến đổi nối tiếp thì

S

=

∏ , với Silà độ nhạy của khâu thứ i trong thiết bị

Theo lý thuyết khi xét tới quan hệ giữa y và x thì x có thể nhỏ baonhiêu cũng được, song trên thực tế khi ∆x <  nào đó thì∆y không thểthấy được

Ví dụ: Khi tải có công suất nhỏ hơn 1.0 (W) thì công tơ không quay

Thang đo D là khoảng từ giá trị nhỏ nhất tới giá trị lớn nhất tuân

theo phương pháp đo lường của thiết bị:

D = xmax- xmin{xminthường là 0 } (1.3)

Từ đó đưa ra khái niệm về khả năng phân ly của thiết bị đo:

Và so sánh các R này với nhau để kết luận về độ nhạy của thiết bị đo

1.2.2 Độ chính xác và các sai số của thiết bị đo (errors)

Độ chính xác: là tiêu chuẩn quan trọng nhất của thiết bị đo Bất kỳ

một phép đo nào cũng đều có sai số so với đại lượng đúng:

Trong đó: xilà kết quả của lần đo thứ i

xđlà giá trị đúng của đại lượng đo

 ilà sai lệch của lần đo thứ i

Sai số tuyệt đối của một thiết bị đo được định nghĩa là giá trị lớn

nhất của các sai lệch gây nên bởi thiết bị đo:

Tuy nhiên sai số tuyệt đối chưa đánh giá được tính chính xác của mộtphép đo và yêu cầu công nghệ của thiết bị đo Thông thường độ chính xáccủa thiết bị đo hoặc phép đo được đánh giá bằng sai số tương đối

+ Với một phép đosai số tương đối được tính:

Là sai số do các yếu tố thay đổi bất thường không có quy luật tác

động vào đối tượng đo mặc dù ta đã cố gắng thực hiện đo trong cùng một

điều kiện nhưng do yếu tố khách quan không thể khống chế được, nó gâynên một loạt kết quả đo khác nhau ở mỗi phép đo

Sai số ngẫu nhiên có thể hạn chế được nhưng không thể khắc phụchoàn toàn được

Ví dụ: Khi đo điện áp lưới ở những thời điểm khác nhau sẽ cho cácgiá trị phép đo khác nhau

+Sai số hệ thống

Là sai số do các yếu tố thường xuyên (có quy luật) tác động vào đốitượng đo làm cho kết quả của phép đo lần nào cũng sai như nhau Nghĩa

là lần nào kết quả phép đo cũng lớn hơn (hay nhỏ hơn) giá trị thực của

nó Tùy theo nguyên nhân mà sai số hệ thống được phân thành:

+ Sai số do các dụng cụ khi chế tạo đã có

+ Sai số do phương pháp đo hay chọn phương đo không thích hợp.Sai số hệ thống có thể khắc phục bằng cách thực hiện đi ngược lạivới qui luật sai số

Câu hỏi

Câu 1: Khái niệm đo lường và kỹ thuật đo lường

Câu 2: Các đặc tính của thiết bị đo

Câu 3: Phân biệt sai số của phép đo và sai số của thiết bị đo

Câu 4: Sơ đồ khối và sơ đồ thuật toán của các phương pháp đo biến

Lời giải:

Ta có: S = ∆y/∆x (biểu thức 1.2) với trường hợp phương trình đặctrưng giữa đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra là tuyến tín thì S = y/xvậy trong trường hợp của cơ cấu trên thì: S = 0.05 (rad/V)

Bài 2: Một thiết bị đo có giới hạn tối đa của thang đo là D =200(V) Khi tiến hành đo một điện áp chuẩn là 120(V) thì kết quả cho ra

là 119,5(V) Hỏi sai số tương đối của phép đo là bao nhiêu? sai số tương

đối của dụng cụ đo là bao nhiêu? Cấp chính xác của thiết bị đo?

D

 =∆ 100% = 0,5 0, 0025

200= =0,25 (%)Cấp chính xác của dụng cụ đo là: 0,05

Bài 3: Một thiết bị đo có cấp chính xác ghi trên vỏ là 0.1 Quan sátthấy được giới hạn lớn nhất của thang đo là 500(V) Nếu đo một đạilượng chuẩn là 125(V) thì sai số tương đối của phép đo là bao nhiêu vàkết quả của phép đo trong giới hạn nào?

Lời giải:

Ta có:  = 0,1 1

100; D = 500; x = 125Lại có: sai số tương đối của phép đo:

Vậy khoảng kết quả đo được là (124,5ữ125,5) (V)

Chương 2

Các cơ cấu đo lường

2.1 Những phần tử trong thiết bị đo

2 Cuộn dây (hoặc NC vĩnh cửu, hoặc NC điện)

Là bộ phận chính sinh ra động năng (momen quay) của cơ cấu Cóthể là cuộn dây được cung cấp dòng điện để sinh ra từ trường, có thể làmột nam châm điện hay cũng có thể là một nam châm vĩnh cửu,

2.1.2 Phần động

1 Trục và trụ

Là bộ phận quan trọng trong các chi tiết cơ khí của các cơ cấu chỉthị cơ điện, đảm bảo cho phần động quay trên trục quay có gắn các chitiết của phần động như khi chỉ thị, lò so phản kháng, khung dây,

2 Lò xo phản kháng (bộ phận phản kháng)

Là bộ phận tạo nên mômen phản kháng bao gồm lò xo phản kháng,dây căng hoặc dây treo

Hình 2.1 Một số cơ cấu phản kháng

3 Kim đo (kim chỉ thị góc quay  )

Kim đo được gắn với trục quay Độ di chuyển của kim trên thangchia độ tỉ lệ với góc quay  Ngoài ra có thể chỉ thị góc quay bằng

ánh sáng

4 Thang đọc (thang chia độ)

Là mặt khác độ thang đo để xác định giá trị đo

Hình 2.2 Thang chia độ

Trên mặt thang đọc có thể có gương, là bộ phận để giúp quan sát và

đọc kết quả đo chính xác hơn

5 Bộ phận cản dịu

Bộ phận cản dịu có tác dụng rút ngắn quá trình dao động của phần

động, xác lập vị trí nhanh chóng trong cơ cấu chỉ thị Thông thường cóhai loại cản dịu được sử dụng, đó là cản dịu kiểu không khí và cản dịu

Cơ cấu điện độngLôgô mét điện độngCơ cấu sắt điện độngCơ cấu cảm ứngCấp chính xác - sai số qui đổi cơ bản là 0,05 và 2,5

Loại dòng điện: một chiều, xoay chiều 1 pha, xoay chiều 3pha

Phương đặt dụng cụ đo: thẳng đứng, ngang, nghiêng

0,05 2,5

Điện áp thử cách điện (điện áp cách điện giữa mạch với vỏ:2KV)

Bảng 2.1.ýnghĩa các ký hiệu

2.2 Cơ cấu đo cơ điện

Gồm 5 kiểu cơ cấu cơ bản:

- Cơ cấu đo kiểu từ điện;

- Cơ cấu đo kiểu điện từ;

- Cơ cấu đo kiểu điện động;

- Cơ cấu đo kiểu cảm ứng;

- Cơ cấu đo kiểu sắt điện động

2.2.1 Cơ cấu đo kiểu từ điện

1 Cấu tạo

Ký hiệu: hoặc

Gồm hai phần chính:

- Phần tĩnh: Nam châm vĩnh cửu (1), lõi sắt non (8), má sắt làm cực

từ phụ (5), khe hở không khí (9), thang đọc kết quả (10)

Hình 2.4a Cấu tạo của cơ cấu từ điện

Nam châm vĩnh cửu: Là một nam châm vĩnh cửu hình móng ngựa

10

2

2KV

2

H×nh 2.4 b CÊu t¹o cña c¬ cÊu

ra mômen phản kháng đồng thời cũng có thể được sử dụng để đưa dòng

điện cần đo và cơ cấu

2 Nguyên lý làm việc

- Khi cho dòng điện một chiều vào khung dây qua đường lò

xo Khung dây có dòng điện lại nằm trong từ trường của nam châm

nó sẽ chịu tác dụng của một cặp lực điện từ có độ lớn F =w.B.I.l.sinβ

Trong đó:

l là chiều dài khung dây;

βlà góc hợp bởi khung dây và vector từ trường của nam châm;

I là dòng điện chạy trong khung dây;

B là từ trường của nam châm;

w là số vòng dây của khung dây

Hai cạnh của khung dây có hai lực ngược chiều và bằng nhau (tạothành một ngẫu lực) làm quay khung dây với mômen quay

Mq= 2.F.d/2 = d.B.I.l.sinβ = w.B.S.I.sinβ (2.1)

Trong đó: d là chiều rộng của khung dây

Với:k1= B.S.sinβ =const;β là góc vuông, vậy sinβ= 1;

Vậy khi cho dòng điện một chiều tác động vào khung dây thì gócquayαcủa kim sẽ tỷ lệ bậc nhất với dòng điện đó.

(Chứng minh phương trình thang đo dựa trên lý thuyết năng lượng

Theo định luật bảo toàn năng lượng: dW e = dA (2.7)

với dW e là lượng vi phân của năng lượng điện từ

vậy: Mq = dWe/d (2.8)

Ta có mômen quay của khung dây bằng vi phân của năng lượng

điện từ trường theo góc quay của khung dây:

Mq = dWe/d= d(w.B.S.I)/d= w.B.S.I (2.11)

Từ đây nhận thấy kết quả giống như cách chứng minh trước, phần chứng minh tiếp theo tương tự như cách trước.)

- Khi cho dòng điện xoay chiều i = Imsinωt vào khung dây tương tựnhư đối với dòng một chiều khung dây cũng sẽ chịu tác dụng của một lực:

F = B.l.sinβ.Imsinωt (2.12)Tạo thành ngẫu lực làm quay khung dây với mômen là giá trị trung

bình của mômen quay trong một chu kỳ của dòng điện xoay chiều

Kết luận: Mômen quay trung bình trong một chu kỳ bằng 0 tức là

khung dây không quay, do đó gócα= 0, vì vậy cơ cấu từ điện không làmviệc trực tiếp với dòng xoay chiều Muốn đo được dòng xoay chiều taphải dùng thêm bộ chỉnh lưu trước khi đưa vào cơ cấu đo

+ Vì góc quay tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I nên thang đo chia độcủa cơ cấu đều

- Nhược điểm

+ Chế tạo khó khăn, giá thành cao

+ Do khung dây phần động nên phải quấn dây có kích thước nhỏdẫn đến có khả năng quá tải kém

+ Chỉ đo được trực tiếp với dòng điện một chiều, không đo đượctrực tiếp dòng xoay chiều Muốn sử dụng cơ cấu với dòng xoay chiều cầnphải sử dụng thêm chỉnh lưu dòng trước khi đưa vào cơ cấu

ứng dụng

Dùng chế tạo các đồng hồ đo dòng điện, đồng hồ đo điện áp mộtchiều, chế tạo các đồng hồ đo điện trở, điện kế có độ chính xác và độnhạy cao Dùng làm các cơ cấu chỉ không trong các đồng hồ vạn năng vàtrong các cầu đo

4 Cơ cấu từ điện hai khung dây (Lôgô mét từ điện)

a) Cấu tạo

điện đưa vào hai cuộn dây Cụ thể như sau: giả sử hai dòng điện đưa vàolần lượt là I1và I2và tạo ra các mômen lần lượt là Mqvà Mccó giá trị:

Mq= 1

1

d I

d I d

d I d

1 1

//

f

f f

I F

Góc lệch tỉ lệ với tỉ số giữa hai dòng điện đi qua các khung dây

Điều này sẽ rất có lợi khi phải đo các đại lượng vật lý thụ động, phải chothêm nguồn ngoài Nếu nguồn cung cấp có sự thay đổi nhưng tỉ số cácdòng điện vẫn giữ nguyên do vậy mà tránh được sai số do sự biến độngcủa nguồn cung cấp

Lôgômét từ điện được ứng dụng để đo điện trở, tần số và các đạilượng không điện

2.2.2 Cơ cấu đo điện từ

Hình 2.8 Cấu tạo cơ cấu điện từ

2 Nguyên lý làm việc

+ Khi cho dòng điện một chiều vào cuộn dây tạo thành nam châm

điện, hút lá thép 5 với một lực tỷ lệ với bình phương cường độ từ cảm Bnghĩa là cũng tỷ lệ với bình phương dòng điện Hình thành mômen quaylàm quay phần động

Dưới tác dụng của mômen này làm trục quay dẫn đến kim quay

được một góc αđồng thời lò xo sinh ra mômen phản kháng chống lại sựquay của trục Khi mômen phản kháng tăng đến giá trị Mpk= Mqthì kim

được giữ nguyên ta xác định được góc quayα của kim trên thang đo

Suy raα= 2

2 2

D

Nghĩa là góc quay của kim đo tỷ lệ với bình phương dòng điện, nên

từ góc quayαta xác định được trị số dòng điện cần đo

(Chứng minh tường minh phương trình thang đo: Với dòng điệnmột chiều: Mq= dWe/dα)

Lại có: We= 1 2

2 LI (2.21)Vậy: Mq=

2

1 ( )

d L I

Khi Mq= Mcta có: 1 2 ( )

.2

d L I

.2

d L I

Trường Đại học sư phạm kỹ thuật nam định

30

Kết luận: Cơ cấu điện từ làm việc trực tiếp được với dòng một chiều

và có góc quayαtỉ lệ với bình phương dòng điện một chiều và tỉ lệ với viphân điện cảm cuộn dây theo góc quay

+ Khi cho dòng điện xoay chiều vào cuộn dây phần tĩnh: i = Imsinωt.Tương tự như với dòng một chiều trong ống dây cũng có từ trường có nănglượng Wm= Li2/2 và cũng sinh ra mômen quay:

2

2

m q

dW i dL

M

d d

Vì dòng xoay chiều biến thiên theo góc ω nên mômen cũng thay

đổi theo i và mômen dùng để làm quay lá thép số 3 sẽ là mômen trungbình trong một chu kỳ biến thiên của dòng điện xoay chiều

2 2

sin2

Sau khi lấy tích phân thì mômen trung bình có trị số khác 0 vì vậy

nó sẽ làm cho trục quay một cách tương tự như dòng một chiều ta xác

định được gócα= k’I2

Kết luận: Cơ cấu đo điện từ làm việc trực tiếp được với dòng xoay

chiều và có góc quayαtỷ lệ với bình phương dòng điện

3 Đặc điểm và ứng dụng

+ Đặc điểm

- Góc quayαtỉ lệ với bình phương của dòng điện, tức là không phụthuộc vào chiều của dòng điện, do vậy mà cơ cấu có thể sử dụng để đotrong mạch một chiều và xoay chiều (đối với xoay chiều là giá trị hiệudụng tần số đến 10.000Hz)

- Thang đo không đều (có đặc tính bậc 2) Ngoài ra đặc tính cònphụ thuộc vào tỉ số dL/dα là một đại lượng phi tuyến Trong thực tế đểcho đặc tính thang đo đều người ta phải tính toán sao cho khi góc lệch α

thay đổi thì tỉ số dL/dα thay đổi theo quy luật ngược với bình phươngdòng điện Như vậy, đường cong tổng hợp sẽ là đường cong xấp xỉ tuyếntính với một độ chính xác nhất định nào đó

thang đo

ưu điểm

- Có cuộn dây ở phần tĩnh nên có thể quấn bằng dây có kích thướclớn nên khả năng chịu quá tải tốt

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

- Có thể đo được cả đại lượng một chiều và đại lượng xoay chiều

- Chủ yếu đo dòng, áp xoay chiều tần số công nghiệp

- Cơ cấu đo điện từ có thể chế tạo được các loại đồng hồ đo dòng và áp

- Phạm vi đo của các đồng hồ từ mA, mV, A, V hay đo tới KA nhưng

độ chính xác thấp vì từ trường của cuộn dây khép kín mạch trong không khínên tổn thất từ lớn và lá thép của phần động có trọng lượng đáng kể

4 Cơ cấu điện từ hai cuộn dây (Lôgô mét điện từ)

a) Cấu tạo

Cấu tạo của cơ cấu lôgô mét từ điện tương tự như cơ cấu từ điệnnhưng có thêm một khung dây và một lá thép được gắn đồng trục với láthép thứ nhất, không có lò xo phản kháng, khung dây thứ hai được ghép

và đưa dòng điện vào sao cho mômen do lá thép thứ hai gây ra có chiềungược lại so với mômen do lá thứ nhất gây ra và có tác dụng như làmômen cản thay thế cho mômen cản của lò xo phản kháng

Hình 2.9 Lôgô mét điện từ

b) Nguyên lý

Khung dây và lá thép thứ nhất sinh ra Mq còn khung dây và lá thépthứ hai sinh ra Mc Hai đại lượng này thay đổi theo góc quay α, khi cânbằng hai thành phần mômen này ta có phương trình:

I F

Từ biểu thức trên đây ta kết luận về đặc tính của lôgô mét điện từ:

- Góc lệch  tỉ lệ với tỉ số bình phương các dòng điện đưa vào cơcấu, tỉ số này sẽ không thay đổi khi nguồn điện áp cung cấp cho cả haicuộn dây thay đổi loại trừ được sai số do sự biến động của nguồn cungcấp khi cần đo các đại lượng thụ động

-Lôgô mét điện từ được sử dụng để đo các đại lượng như điện trở,

điện cảm, điện dung, (trong mạch xoay chiều) đo tần số, góc pha, các

+ Phần động: Là cuộn dây B có tiết diện dây nhỏ số vòng dây ít và

được đặt nằm trong lòng cuộn dây động Trên cuộn dây B có gắn trục,trên trục gắn kim, lò xo và bộ phận ổn định dòng điện Cuộn dây Bthường được đấu song song với các tải

lên dòng điện chạy trong

cuộn dây động và tạo ra

mômen quay

e q

Trong đó: L1, L2là điện cảm của các cuộn dây và chúng không phụthuộc vào góc quayα; M12 là hỗ cảm của hai cuộn dây, thay đổi khi phần

động quay Mômen quay:

12

1 2

e q

Giả sử i1= I1msint và i2= I2msin(t- ) (2.33)

Do phần động có quán tính nên không quay kịp thay đổi theo giá trịtức thời cho nên thực tế lấy theo giá trị trung bình trong một chu kỳ

- Độ chính xác cao vì không có tổn hao trong lõi thép.

- Có thể đo được cả dòng xoay chiều và dòng một chiều

+ Nhược điểm

- Dễ chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài

- Khả năng chịu quá tải kém vì khung dây phần động kích thước nhỏ

- Cấu tạo phức tạp, chi phí cao

- Thang đo chia không đều (trừ khi chế tạo Oát mét)

b) Nguyên lý làm việc

Khi cho ba dòng điện xoay chiều i, i1, i2lần lượt chạy vào cuộn dâytĩnh và các cuộn dây động, trong lòng cuộn dây tĩnh sẽ có một từ trường.

Từ trường này sẽ tác động lên dòng điện chạy trong các cuộn dây độngsinh ra các mômen Mq1, Mq2

1

cos ,cos ,

dM

I I I d

I f I

Giống như cơ cấu một khung dây động nhưng chủ yếu để chế tạo

đồng hồ đo cosϕ1 pha, 3 pha cho lưới điện xoay chiều

54

0

Hình 2.12 Cấu tạo cơ cấu sắt điện động

2 Nguyên lý làm việc

Tương tự như nguyên lý làm việc của cơ cấu điện động

Mômen quay được tính:

3 Đặc điểm và ứng dụng

- Nhờ có lõi thép mà cơ cấu sắt điện động có độ nhậy cao, ít chịu

ảnh hưởng của từ trường ngoài Nhưng cơ cấu này xuất hiện sai số từ trễ

và tổn hao dòng phucô nên độ chính xác thấp hơn cơ cấu đo điện động.Không sử dụng cơ cấu này để đo dòng một chiều vì sai số lớn do tổn haotrong mạch từ của cơ cấu

- Dùng để chế tạo dụng cụ đo: Đo dòng điện, đo điện áp, đo côngsuất và đo hệ số cosϕ cho cả mạch một chiều và xoay chiều Đặc biệt chếtạo dụng cụ mẫu, dụng cụ tự ghi

a) Phần tĩnh

Gồm hai nam châm điện A, B

- Nam châm A: Có lõi thép (1) làm bằng các lá thép kỹ thuật điện.Dây quấn (WA) là các vòng dây điện từ có số vòng lớn đường kính dâynhỏ, mắc song song với tải gọi làcuộn áp.

- Nam châm B: Có lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện Dâyquấn (WB) là các vòng dây điện từ có số vòng ít đường kính dây lớn, mắcnối tiếp với tải gọi làcuộn dòng.

Hai nam châm này đặt sát đĩa nhôm (6) ở hai điểm khác nhau

b) Phần động gồm

- Đĩa nhôm (6) quay được nhờ gắn trên trục quay (2)

- Trục đặt trên hai gối đỡ

- Đầu trên của trục được chế tạo thành nhông (vít vô tận), nhôngnày ăn khớp với bộ bánh răng (3) và trống số (4)

c) Các bộ phận khác

- Hệ thống bánh răng (bằng nhựa) để truyền chuyển động từ trục

đến trống số

- Trống số trên mặt có ghi các số thập phân (từ 0 đến 9) Tổng hợpcác con số của vành trống cho ta kết quả đo

- Nam châm vĩnh cửu (5) chế tạo hình móng ngựa ôm sát đĩa nhôm(6) để tạo sự quay mịn cho đĩa nhôm

2 Nguyên lý làm việc

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sự tác dụng tương tác giữacác lực từ

Khi đặt một điện áp xoay chiều vào cuộn dây WA trong cuộn dây

WA xuất hiện dòng điện IA dòng điện này sinh ra từ thông ΦA móc vòngtrong lõi thép qua đĩa nhôm 6 sinh ra một từ trường tương tác với từtrường của nam châm điện A Kết quả là sinh ra một lực FAtác dụng vào

đĩa nhôm Đồng thời trong cuộn dây WBxuất hiện dòng điện IB Một cáchtương tự dòng điện IBsinh ra một lực FBtác dụng vào đĩa nhôm ở vị trí vàchiều trên đĩa nhôm như hình 2.15

Kết quả là đĩa nhôm chịu tác dụng của một ngẫu lực làm đĩa nhômquay dẫn đến trục quay, nhông xoắn quay làm cho hệ thống bánh răngquay dẫn đến hệ thống trống số quay hiển thị giá trị số đo

3 ứng dụng

Cơ cấu đo cảm ứng dùng để chế tạo ra dụng cụ đo điện năngtrong một khoảng thời gian gọi là công tơ điện xoay chiều một phahoặc ba pha

2.3 Thiết bị chỉ thị số

2.3.1 Khái niệm và nguyên lý cơ bản của cơ cấu chỉ thị số

Trong những năm gần đây xuất hiện và sử dụng rộng rãi các chỉ thị

số, ưu việt của cơ cấu chỉ thị số là thuận lợi cho việc đọc ra kết quả, phùhợp với các quá trình đo lường xa, quá trình tự động hoá sản xuất, thuận

Hình 2.15 Nguyên lý cơ cấu cảm ứng