Các phương pháp đo công suất của mạch điện và điện tử

Đặc biết là việc đo được công suất phản kháng giúp ta biết đượclượng công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗichu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cả

Tác giả xin chân thành cảm ơn!!!

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một nguồn năng lượng có tầm quan trọng quốc gia.Việc nâng cao độ chính xác của phép đo công suất, có ý nghĩa rất to lớntrong nguồn kinh tế quốc dân, nó liên quan đến vịêc tiêu thụ năng lượng,đến việc tìm nguồn năng lượng mới, và tiết kiệm điện năng

Công suất là đại lượng cơ bản của phần lớn các đối tượng, quá trình

và hiện tượng vật lý Vì vậy việc xác định công suất là một phép đo cầnthiết, cơ bản để đo lường các thông số của tín hiệu điện và tín hiệu điện tử

Đặc biết là việc đo được công suất phản kháng giúp ta biết đượclượng công suất chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗichu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dungkháng là nhiều hay ít từ đó tìm ra biện pháp khắc phục để công suất phảnkháng là ít nhất, hiệu suất của máy phát là lớn nhất Xác định được tầmquan trọng của việc đo công suất thực, công suất phản kháng của mạchđiện và mạch điện tử đến các doanh nghiệp và của nhà nước nên tôi đãchọn đề tài : “ Các phương pháp đo công suất của mạch điện và điện tử ”,làm đề tài nghiên cứu cho Khóa luận tốt nghiệp đại học của mình

Đề tài khóa luận của tôi gồm bốn chương:

Chương I : Cơ sở lý thuyết đo lường các đại lượng vật lý Chương II : Đo công suất trong mạch điện

Chương III : Đo công suất trong mạch điện tử Chương IV : Thực hành đo công suất phản kháng trong mạchđiện xoay chiều một pha và ba pha

Đối với chương I đã trình bày cơ bản trong đo lường, công suất biểukiến, phản kháng, công suất tác dụng và các cơ cấu chỉ thị được dung trongcác Oắt kế đo công suất tác dụng và công suất phản kháng

Chương II và chương III đã trình bày sơ đồ nguyên lý, các ưu nhượcđiểm của từng phương pháp dùng để đo công suất tác dụng, phản khángcủa mạch điện và mạch điện tử.

Chương IV là chương tiến hành đo công suất phản kháng của mạchđiện xoay chiều một pha và ba pha

Do khả năng của tác giả còn hạn chế, thời gian thực hiện đề tàikhông nhiều nên khóa luận không tránh khỏi thiếu sót Tác giả rất mongđược sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn

Hy vọng tài khóa luận có thể làm tài liệu tham khảo hữu ích cho cácbạn và các Thầy, Cô giáo sử dụng

Vinh, ngày 06 tháng 05 năm 2009

Sinh viên

Roãn Văn Huấn

Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để

có kết quả bằng số so với đơn vị đo

Kết quả đo được biểu diễn dưới dạng :

A : là con số kết quả đo

Đo lường học là ngành khoa học chuyên nghiên cứu về các phương

pháp để đo các đại lượng khác nhau, nghiên cứu về mẫu và các đơn vị đo

Kỹ thuật đo lường là ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu và áp dụng

các thành quả của đo lường học vào phục vụ sản suất và đời sống

1.2 Phân loại phương pháp đo

Ta có bốn cách thực hiện đo là đo trực tiếp, đo gián tiếp, đo tổ hợp,

đo thống kê có thể đo theo các phương pháp khác nhau tuỳ thuộc vào độchính xác, yêu cầu, điều kiện thí nghiệm và thiết bị hiện có…

Ta có thể phân loại thành 2 phương pháp đo :

 Phương pháp đo biến đổi thẳng

 Phương pháp đo kiểu so sánh

1.2.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng

Là phương pháp đo có cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, không cókhâu phản hồi như sơ đồ sau:

Đại lượng cần đo X được đưa qua các khâu biến đổi và biến thànhcon số Nx Đơn vị của đại lượng đo X0 cũng được biến đổi thành N0, sau đóđược so sánh giữa đại lượng cần đo với đơn vị qua bộ so sánh (ss) Quá

trình được thực hiện bằng một phép chia

0

x

N

N Kết quả đo được thể hiện bằng biểu thức dưới dạng :

X = 0

0

x

N X

N (1.2)Quá trình đo như vậy là quá trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thựchiện quá trình này gọi là thiết bị biến đổi thẳng

1.2.2 Phương pháp đo kiểu so sánh

Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng nghĩa là

có khâu phản hồi như hình sau:

Hình 2: Sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng

Tín hiệu đo X được so sánh với một tín hiệu Xk tỷ lệ với đại lượngmẫu X0 Qua bộ so sánh ta có : X – Xk = ∆X (1.3)

Tuỳ thuộc cách so sánh ta có các phương pháp sau:

a So sánh cân bằng và không cân bằng

* So sánh cân bằng là phép so sánh mà đại lượng cần đo X và đại lượngmẫu Xk được so sánh với nhau sao cho ∆X = 0, và X – Xk = 0;

Như vậy Xk là một đại lượng thay đổi sao cho khi X thay đổi luônđược kết quả như (1.4) Nghĩa là phép so sánh luôn ở trạng thái cân bằng.Các dụng cụ đo theo phương pháp so sánh cân bằng như cầu đo, điệnthế kế.

* So sánh không cân bằng

Theo (1.3)ta có :X – Xk = ∆X ⇔X = Xk + ∆X (1.5)

Nếu đại lượng Xk là đại lượng không đổi, lúc đó kết quả của phép đo đượcđánh giá qua ∆X Phương pháp này được sử dụng đo các đại lượng không điệnnhư đo ứng suất dùng mạch cầu không cân bằng và đo nhiệt độ

b So sánh không đồng thời và đồng thời

So sánh không đồng thời là phương pháp đo mà các giá trị đo Xđược thay bằng đại lượng mẫu Xk Các giá trị đo X và giá trị mẫu được đưavào cùng thiết bị ở hai thời gian khác nhau nhưng vẫn giữ nguyên đượctrạng thái như nhau, thông thường giá trị mẫu Xk được đưa vào khắc độtrước, sau đó qua các vạch khắc độ để xác định giá trị của đại lượng đo.Thiết bị đo theo phương pháp này là các thiết bị đánh giá trực tiếp nhưvônmet, ampemet kim chỉ

So sánh đồng thời là phép so sánh cùng một lúc đại lượng đo X vàđại lượng mẫu Xk Khi X và Xk trùng nhau, qua Xk xác định được giá trị đạilượng X

II Các khái niệm công suất

2.1 Khái niệm công suất biểu kiến

Công suất biểu kiến, công suất phức S, 1 khái niệm trong kĩ thuật điệndùng để chỉ sự cung ứng điện năng từ nguồn, là tổng phần thực công suất hiệu dụng và phần ảo công suất hư kháng trong điện xoay chiều

S = P + iQ hay :

Đơn vị của công suất biểu kiến là VA (vôn-ampe), 1 kVA = 1000 VA

2.2 Khái niệm công suất tác dụng

Công suất tác dụng trong mạch xoay chiều một pha được xác định như

là giá trị trung bình của công suất trong một chu kỳ T

P

0 0

1 1

Trong đó: p, u, i là các giá trị tức thời của dòng công suất, áp và dòng.Trong trường hợp khi dòng và áp có hình dạng sin thì coong suất tác dụng được tính là :

số công suất như là " cos φ" vì lý do này

Hệ số công suất bằng 1 khi hiệu điện thế và cường độ dòng điệncùng pha, và bằng 0 khi dòng điện nhanh hoặc chậm pha so với hiệu điệnthế 90 độ Hệ số công suất phải nêu rõ là nhanh hay chậm pha

Đối với hai hệ thống truyền tải điện với cùng công suất tác dụng, hệthống nào có hệ số công suất thấp hơn sẽ có dòng điện xoay chiều lớn hơn

vì lý do năng lượng quay trả lại nguồn lớn hơn Dòng điện lớn hơn trongcác hệ thống thực tiễn có thể tạo ra nhiều thất thoát hơn và làm giảm hiệuquả truyền tải điện năng Tương tự, đoạn mạch có hệ số công suất thấp hơncũng sẽ có công suất biểu kiến cao hơn và nhiều thất thoát năng lượng hơnvới cùng một công suất thực được truyền tải

Đoạn mạch có dung kháng sinh ra công suất phản kháng với dòngđiện nhanh pha hơn hiệu điện thế một góc 90 độ, trong khi đó thì đoạnmạch có cảm kháng sinh ra công suất phản kháng với dòng điện chậm phahơn hiệu điện thế một góc 90 độ Kết quả của điều này là các thành phầncảm kháng và dung kháng có xu hướng triệt tiêu lẫn nhau Theo quy ước,dung kháng được coi là sinh ra công suất phản kháng còn cảm kháng thì

tiêu thụ công suất này (điều này có lẽ có nguyên nhân là trên thực tế phầnlớn các phụ tải thực trong cuộc sống là có cảm kháng và do đó công suấtphản kháng phải được cấp tới chúng từ những tụ bù hệ số công suất).

Trong truyền tải điện năng và phân phối chúng, có cố gắng đáng kể

để kiểm soát công suất phản kháng Điều này thông thường được thực hiệnbởi việc tự động đóng/mở các cuộn cảm hay các tụ điện Các nhà phân phốiđiện có thể sử dụng các đồng hồ đo điện để đo công suất phản kháng, nhằm

hỗ trợ khách hàng tìm biện pháp nâng hệ số công suất lên hay xử phạt cáckhách hàng để hệ số công suất quá thấp (chủ yếu là các khách hàng lớn)

Công suất biểu kiến được sử dụng để mô tả việc cung ứng điện năng

từ nguồn Nó là tổng vectơ của công suất thực (năng lượng thực tế đượctruyền từ nguồn tới phụ tải) và công suất phản kháng (là năng lượng lưuthông giữa nguồn và các thành phần lưu trữ năng lượng là cảm kháng vàdung kháng của phụ tải Nó thông thường là điều được chú ý nhiều nhấttrong truyền tải và phân phối điện năng

2.3 Khái niệm công suất phản kháng

Công suất phản kháng, công suất hư kháng,công suất ảo Q là 1 khái niệm trong ngành kĩ thuật điện dùng để chỉ phần công suất điện được

chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo

ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế u(t) và dòng điện i(t).

Khi u(t), i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì , với U,

I: giá trị hiệu dụng u(t), i(t); φ là pha lệch giữa u(t), i(t).

Công suất hư kháng Q là phần ảo của công suất biểu kiến S, S = P + iQ

Đơn vị đo Q là var (volt amperes reactive), 1 kvar = 1000 var.

III MỘT SỐ CƠ CẤU CHỈ THỊ DÙNG TRONG CÁC DỤNG CỤ ĐO CÔNG SUẤT

3.1 Cơ cấu chỉ thị điện động

Trong oắt kế điện động dùng để đo công suất mạch một chiều vàxoay chiều một pha, ba pha sử dụng cơ cấu này Bây giờ ta xét cấu tạo vànguyên lý hoạt động của nó

3.1.1 Cấu tạo

Sơ đồ cấu tạo của nó được biểu diễn như hình sau:

Hình 3: Cơ cấu chỉ thị điện động

Cơ cấu chỉ thị điện động gồm

 Cuộn dây phần tĩnh 1 (được chia làm hai phần nối tiếp nhau)để tạo ra

từ trường khi có dòng điện chạy qua

 Phần động là khung dây 2 đặt trong cuộn tĩnh và gắn với trục quay

Cả phần động và tĩnh được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnhhưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu chỉ thị

3.1.2 Nguyên lý làm việc

Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây tĩnh, trong cuộn dây xuất hiện

từ trường Từ trưòng tác động lên dòng điện chạy trong khung dây và tạonên mômen quay làm phần động quay đi một góc α :

We

q

d M

2 Φ

(We là năng lượng điện từ tích lũy trong cuộn dây)

Trong đó: L1,L2 là điện cảm của cuộn dây tĩnh

M12 là hỗ cảm giữa hai cuộn dây

I1,I2 là dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây tĩnh vàđộng

Do L1,L2 không thay đổi khi khung dây quay trong cuộn dây tĩnh do

đó đạo hàm của chúng theo góc α bằng không và ta có:

We

q

d M

dα

= = dM12

dα I1I2 (1.8)Khi ở vị trí cân bằng Mq = Mc

Mq = 1

T 0

T

∫ mqt dt (1.11)Nếu i1 = I1msin ωt và i2 = I2msin (ωt - ψ ) thay vào (1.10) và (1.11) ta

điểm tiêu thụ công suất lớn.

Cấu tạo cơ cấu chỉ thị cảm ứng gồm:

 Phần tĩnh là các cuộn dây điện 1,2 cấu tạo của chúng thoả mãn điềukiện khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trưòng móc vòng quamạch từ và qua phần động Số lượng nam châm điện ít nhất là hai

 Phần động là một đĩa kim loại 3 (thường cấu tạo bằng nhôm) gắn vàotrục 4 quay trên trục 5 Để chỉ thị số vòng quay của đĩa người ta gắnvào trục cơ cấu chỉ thị số cơ khí

I24

3

1 φ

I1

5

2

2 φ

1

dòng điện xoáy I12, I22 tạo thành mômen làm quay đĩa nhôm như hình sau:

Hình 5: mô tả từ thông và dòng điện xoáy

Mômen quay Mq là tổng của các mômen thành phần :

Mq = C I1 1 22 φ sin ψ + C2 2 12 φ I sin ψ (1.14)

(ψ là góc lệch giữa φ1 và φ2; C1, C2 là hệ số)

Nếu dòng điện tạo ra φ 1 và φ 2 là hình sin và đĩa có cấu tạo đồng nhất

thì các dòng xoáy I12, I22 tỉ lệ với tần số f và từ thông sinh ra nó:

I12 = C3fφ 1 và I22 = C4fφ2 (1.15)

(f là tần số biến thiên của từ thông C3, C4 là hệ số.)

Thay (1.15)vào (1.15) được:

Mq=fφ 1 φ 2(C2C3 + C1C4 )sinψ = Cfφ1φ2sinψ (1.16)

(Với C = C2C3 + C1C4 Là hằng số của cơ cấu chỉ thị cảm ứng)

Cơ cấu chỉ thị cảm ứng chỉ làm việc trong mạch xoay chiều Ứngdụng của nó chủ yếu sử dụng để chế tạo công tơ đo năng lượng, đôi khi

1φ

I1.2 I2.2

3

1

ϕ

người ta còn sử dụng để đo tần số Nhược điểm mômen quay phụ thuộc tần

số nên cần phải ổn định tần số

CHƯƠNG II

ĐO CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN

Trong chương I đề tài đã trình bày những khái niệm và những kiếnthức cơ bản trong đo lường các đại lượng vật lý nói chung rồi đi vào nhữngkhái niệm cụ thể của công suất làm tiền đề tìm ra các phương pháp đo trongcông suất Trong chương này đề tài sẽ đi vào trình bày các phương pháp đocồng suất trong mạch điên

Đối với trong mạch điện đề tài chia làm ba mạch chính để đo đó làmạch một chiều, mạch xoay chiều một pha và mạch xoay chiều ba pha.Sauđây là trình bày đo công suất của từng mạch:

I Đo công suất trong mạch một chiều

1.1 Phương pháp đo gián tiếp

Phương pháp đo gián tiếp áp dụng đối với mạch một chiều ta đođược thông qua hai phép đo là đo điện áp đặt vào phụ tải U và dòng I điqua phụ tải Kết quả của phép đo này là tích của hai đại lượng đó

P = U.I (2.1)

Ưu điểm : Phương pháp này đơn giản dễ đo

Nhược điểm : Phép đo này là sai số nhiều.

1.2 Phương pháp đo trực tiếp

Phương pháp đo trực tiếp là ta sử dụng Oắt kế điện động và sắtđiện động để đo công suất của mạch Thường người ta sử dụng Oắt kếđiện động vì cấp chính xác của nó đạt tới 0,01% ÷ 0,1% với tần số dưới200Hz và trong mạch một chiều Ở tần số từ 200Hz ÷ 400Hz thì sai số

đó là 0,1% và hơn nữa Còn nếu sử dụng Oắt kế điện động với tần sốdưới 200Hz thì sai số đó là 0,1%÷ 0,5% Ở tần số từ 200Hz ÷ 400Hz sai

số đó là 0,4 % và hơn nữa

Khi sử dụng Oắt kế điện động ta phải lưu ý những vấn đề sau:

 Trên Oắt kế có những ký hiệu ngôi sao(*) ở đầu các cuộn dây, gọi làđầu phát, khi mắc Oắt kế ta phải chú ý nối các đầu có ký hiệu dấu *với nhau

 Oắt kế điện động thường có nhiều thang đo theo dòng và áp Theodòng thường có hai giới hạn đo là 5A và 10A và theo áp có ba giớihạn đo là: 30V, 150 V, 300V Những giá trị này là dòng và áp địnhmức IN và UN

Để đọc được số chỉ của Oắt kế trước tiên ta tính hằng số Oắt kế C:

C = N. N

m

U I

α (2.2)

Trong đó αm là giá trị cực đại của độ chia trên thang đo của Oắt kế

Oắt kế điện động được dùng để đo công suất trong mạch này có cấutạo chủ yếu là cơ cấu chỉ thị điện động như đã trình bày ở phần đầu

Sơ đồ của Oắt kế điện động được biểu diễn như hình

Hình 6a: Oắt kế điện động

Khi có điện áp U đặt lên cuộn dây phần động và dòng điện I đi quaphụ tải, dưới tác động của trường điện từ kim của Oắt kế lệch đi một góc α

Từ biểu thức(1.9) đối với mạch điện một chiều ta có:

I

RL

1 12

dM UI

Để cho thang đo của Oắt kế đều, nhất thiết dM12

dα phải không đổi

D R +R dα là độ nhạy của Oắt kế theo dòng một chiều.

II Đo công suất trong mạch xoay chiều một pha

2.1 Đo công suất tác dụng

Đối với Oắt kế đặc biệt có tính đến giá trị cos ϕN thì

C = dm. N os N

m

α

Trong đó cos ϕN được ghi ở trên mặt Oắt kế.

Sau khi tính được C ta chỉ việc nhân với số chỉ α của Oắt kế thì biết

được giá trị của công suất cần đo

Mạch để đo giống mạch một chiều chỉ khác là nguồn điện vào là

nguồn xoay chiều một pha

φ

Từ biểu đồ véc tơ ta thấy góc lệch pha giữa dòng điện I trong mạchnối tiếp và dòng IU trong mạch song song là : δ ϕ γ = − (γ là góc lệch pha

Nếu dM12

dα = const thì α =KUIcos(ϕ γ− ) osc γ

Từ biểu thức trên đây ta thấy số chỉ của Oắt kế tỉ lệ với công suất,khi mà γ = 0 hay γ ϕ= .

 Điều kiện γ = 0có thể đạt được bằng cách tạo ra cộng hưởng điện

áp trong mạch song song Ví dụ như mắc tụ C song song với điện trở RP

 Điều kiện γ ϕ = không thực hiện được vì dòng trong cuộn áp IU

không bao giờ trùng pha với dòng I trong cuộn dòng

2.2 Đo công suất phản kháng

Công suất phản kháng là loại công suất không gây ra công, khôngtruyền năng lượng qua một đơn vị thời gian Công suất phản kháng đượctính theo biểu thức sau :

Q = UIsinϕ (2.22)

2.2.1 Dụng cụ để đo công suất phản kháng

Người ta có thể dùng cơ cấu điện động và sắt điện động để chế tạodụng cụ đo công suất phản kháng hoặc ta có thể sử dụng Oắt kế điện động

và Oắt kế sắt điện động để đo công suất.Oắt kế điện động được trình bày ởmục I nhưng do khác với công suất tác dụng, công suất phản kháng tỉ lệ với

sinϕ Nên để tạo ra được góc sinϕ ta phải tạo được góc lệch

2

π

γ = giữavectơ dòng và áp của cuộn dây điện áp trong Oắt kế Vì thế trong Oắt kế tamắc thêm một điện trở R1 song song với cuộn áp (tại hai điểm a,b) sau đómắc nối tiếp cuộn dây điện cảm L2 và điện trở R2 như hình sau :

Hình 7: Sơ đồ Oắt kế để đo công suất phản kháng

U

I

I2

Iu0

III ĐO CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU BA PHA

3.1 Đo công suất tác dụng

Có ba cách đo công suất trong mạch xoay chiều 3 pha :

 Phương pháp đo bằng một Oắt kế

 Phương pháp đo bằng hai Oắt kế

 Phương pháp đo bằng ba Oắt kế

3.1.1 Phương pháp đo công suất bằng một Oắt kế

a Mạch ba pha có phụ tải hình sao đối xứng

Mắc sơ đồ như hình sau:

Hình 9: Sơ đồ mắc Oắt kế vào mạch 3 pha có tải đối xứng

Trong mạch ba pha công suất tác dụng trong mạch được tính :

Trong đó : Uf, If là điện áp và dòng điện áp

Ud , Id là điện áp và dòng điện dây

ϕ là góc lệch giữa điện áp pha và dòng điện

Vì thế ta chỉ cần đo công suất ở một pha của phụ tải sau đó nhân ba

ta nhận được công suất tổng : P3f = 3Pf (2.26)

b Mạch ba pha có phụ tải là tam giác đối xứng.

N

b1 Dùng Oắt kế mắc trong nhánh phụ tải

Mắc mạch như sơ đồ hình

Hình 10: Sơ đồ Oắt kế mắc trong nhánh phụ tải

Tương tự như đối với mạch ba pha có phụ tải là hình tam giác đốixứng ta chỉ cần đo công suất ở một nhánh của phụ tải sau đó nhân ba kếtquả ta nhận được công suất tổng

b2 Dùng Oắt kế mắc ngoài nhánh phụ tải

Đối với trường hợp này thì ta phải tạo ra một điểm trung tính giảbằng cách nối với hai pha khác hai điện trở đúng bằng điện trở của cuộn áp

Ru của Oắt kế Như hình vẽ sau:

Hình 11: Sơ đồ mắc Oắt kế vào ngoài nhánh phụ tải

Từ sơ đồ mạch điện ta biểu diễn được biểu đồ vectơ dòng và áp củamạch ba pha phụ tải nối tam giác

Hình 12: Biểu đồ vectơ dòng và áp của mạch ba pha phụ tải

Từ biểu đồ vectơ trên ta có :

IA= IAB+IAC (2.27)Công suất chỉ của Oắt kế là :

Chú ý: ta có thể thực hiện cách làm này để đo công suất của mạch ba pha

có phụ tải hình sao mắc đối xứng

3.1.2 Phương pháp đo công suất bằng hai Oắt kế

Phương pháp này được dùng để đo mạch điện ba pha không đối xứngkhông có dây trung tính

Hình 13: Sơ đồ cách mắc 2 oắt kế vào mạch 3 pha

Cách một lấy pha C làm pha chung, cách thứ hai lấy pha B làm phachung, cách thứ ba lấy pha A làm pha chung

b Nguyên lý

Bây giờ ta xét trường hợp chung mạch 3 pha 3 dây Ví dụ như :tảihình sao không có dây trung tính như hình (hình 11)phụ tải bất kỳ

Trong đó :UAB, UBC, UAC là các giá trị tức thời của điện áp dây

UAN, UBN, UCN là các giá trị tức thời của điện áp pha

iA, iB , iC là các dòng tức thời của các pha

Có thể viết các phương trình sau : Tại N ta có : iA + iB + iC = 0 (2.31)

A

B

C

Chứng minh trên phù hợp với tải bất kì và mạch chỉ có chứa 3 dây(tảihình sao hay tam giác không có dây trung tính)

3.1.3 Đo công suất bằng ba Oắt kế

Phương pháp này để đo công suất của mạch ba pha có phụ tải hìnhsao không đối xứng có dây trung tính

Phương pháp này ta dùng 3 Oắt kế mắc như hình vẽ

Hình 14: Sơ đồ cách mắc 3 oắt kế vào mạch 3 pha

Cuộn áp của Oắt kế được mắc vào điện áp pha UAN, UBN, UCN còncuộn dòng là các dòng điện pha IA, IB, IC .Dây trung tính NN là dây chungcho tất cả các pha Công suất sẽ là: P∑ = PA + PB + PC (2.35)

Chú ý : Các phương pháp trên chỉ dùng trong phòng thí nghiệm còn thực tế

người ta dùng loại Oắt kế có 2 (hoặc 3) phần tử nghĩa là trong một dụng cụ

đo có 2 (hoặc 3) phần tĩnh còn phần động chung Mô men quay tác độnglên phần động bằng tổng các mô men thành phần

3.2 Đo công suất phản kháng

Công suất phản kháng của mạch ba pha có thể coi là tổng các côngsuất phản kháng của từng pha :

Q∑ = UAΦIAsin ϕA + UBΦIBsin ϕB + UCΦICsin ϕC (2.36)

trường hợp mạch ba pha tải đối xứng

B

C

3.2.1 Trường hợp mạch ba pha tải đối xứng

Trường hợp mạch ba pha tải đối xứng ta có thể sử dụng một Oắt kế

Sơ đồ được mắc như hình sau:

Hình 15: Sơ đồ cách mắc Oắt kế vào tải 3 pha hình sao đối xứng

Ở đây phải chú ý là nếu cuộn dòng của Oắt kế mắc vào pha A thìcuộn áp sẽ được mắc vào hai pha B và C còn lại

Công suất đo được của mạch ba pha tải đối xứng sẽ là :

PA= UBCIAcos (U I· BC A) (2.38)

theo sơ đồ vectơ

Hình 16: Biểu đồ vectơ của dòng và áp của tải như trên

*A

Q∑ = 3QA = 3Ud Idsin ϕ (2.40)

Chú ý : mạch này có nhược điểm rất lớn là chỉ cần một sự không đối xứng

nhỏ thì cũng dẫn đến sai số rất lớn Cho nên trong thực tế ít sử dụngphương pháp này

3.2.2 Trường hợp mạch ba pha tải không đối xứng.

Đối với trường hợp này ta không thể sử dụng một Oắt kế mà ta phải

sử dụng hai hoặc ba Oắt kế

a Trường hợp sử dụng hai Oắt kế

Ta mắc mạch như sơ đồ sau :

Hình 17: Sơ đồ mắc 2 Oắt kế vào tải không đối xứng 3 pha

Khi này trên mỗi Oắt kế ta sẽ đo được một công suất và tổng haicông suất đó là :

P1 + P2 = UBC IA cosβ 1 + UAB IB cosβ2 (2.41)

Chú ý : Đối với mạch có phụ tải không đối xứng khá phức tạp nên ta giới

hạn phép đo trong trường hợp riêng là các góc lệch pha như nhau

1

β =β 2=900 - ϕ thay vào (2.41) ta được P1 + P2 = 2Ud Idsin ϕ (2.42)

Để có được giá trị thực của công suất phản kháng trong toàn mạch ta chỉ

cần nhân kết quả ở (2.42) với 3

B

C

Kết quả trên cũng đúng đối với trường hợp tải nối theo hình tam giác.

b Trường hợp sử dụng ba Oắt kế để đo.

Cách mắc như sơ đồ hình sau :

Hình 18: Sơ đồ cách mắc 3Oắt kế vào mạch 3 pha tải không đối xứng

Đối với cách đo này trên ba Oắt kế ta thu được 3 công suất P1 ,P2,P3

nên tổng công suất của ba Oắt kế được tính như sau :

P1 + P2 + P3 = UBCIAcosγ 1 + UCAIBcosγ 2 + UABICcosγ 3 (2.44)

P1 + P2 + P3 = Ud (IAsinϕ1 + IBsinϕ2 + ICsinϕ3) (2.45)

Suy ra công suất phản kháng sẽ là :

1 φ

2

φ 3

2 γ 3

γ