Giáo trình Đo lường điện (Nghề: Vận hành nhà máy thuỷ điện/ CĐ) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

Giáo trình Đo lường điện (Nghề: Vận hành nhà máy thuỷ điện/ CĐ) cung cấp cho người học những kiến thức như: Tính toán đo lường điện; Nhận biết các cơ cấu chỉ thị cơ điện; Đo dòng điện và điện áp; Đo công suất tác dụng và điện năng; Đo góc pha và tần số; Sử dụng các máy đo thông dụng. Mời các bạn cùng tham khảo!

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN TÍCH HỢP: ĐO LƯỜNG ĐIỆN (MĐ14) NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐLC ngày tháng năm

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Lào Cai

Lào Cai, năm 2020

3

LỜI GIỚI THIỆU

Đo lường điện là mô đun nghiên cứu các cơ cấu đo, các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất… Giáo trình Đo lường Điện được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu giảng dạy và học tập Mô đun Đo lường điện cho sinh viên ngành: Vận hành nhà máy thủy điện; dùng làm tài liệu tham khảo để giảng dạy và học tập cho sinh viên các ngành Điện công nghiệp; Điện dân dụng; Cơ điện nông thôn

Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện Mô tả cấu tạo các dụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo các thông số Trên cơ sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo trong công việc sau này

Giáo trình gồm 6 bài:

Bài 1: Tính toán đo lường điện

Bài 2: Nhận biết các cơ cấu chỉ thị cơ điện

Bài 3: Đo dòng điện và điện áp

Bài 4: Đo công suất tác dụng và điện năng

Bài 5: Đo góc pha và tần số

Bài 6: Sử dụng các máy đo thông dụng

Trong quá trình biên soạn, tôi được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, mặc

dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho cuốn sách được hoàn chỉnh hơn, song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế

Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc

Lào Cai, ngày 11 tháng 3 năm 2020 Biên soạn

Chủ biên: Nguyễn Thị Thanh Tú

4

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 3

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 6

MỤC LỤC 4

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 7

1 Khái niệm đo lường và đo lường điện 7

1.1 Khái niệm đo lường 7

1.2 Khái niệm đo lường điện 7

2 Các sai số và cách tính sai số 7

2.1 Khái niệm sai số 7

2.3 Cách hạn chế sai số 9

2.4 Hệ đơn vị đo 9

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 11

BÀI 2: SỬ DỤNG CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN 12

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 12

1 Cơ cấu chỉ thị từ điện 12

1.1 Cấu tạo 12

1.2 Nguyên lý làm việc 13

1.3 Đặc điểm và ứng dụng 13

2 Cơ cấu chỉ thị điện từ 14

2.1 Cấu tạo 14

2.2 Nguyên lý làm việc 15

2.3 Đặc điểm và ứng dụng 15

3 Cơ cấu chỉ thị điện động 16

3.1 Cấu tạo 16

3.2 Nguyên lý làm việc 17

3.3 Đặc điểm và ứng dụng 17

4 Cơ cấu chỉ thị cảm ứng 17

4.1 Cấu tạo 18

4.2 Nguyên lý làm việc 18

4.3 Đặc điểm và ứng dụng 19

BÀI TẬP 20

BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 21

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 21

1 Đo dòng điện và điện áp một chiều 21

1.1 Đo dòng điện một chiều 21

1.2 Đo điện áp một chiều 24

2 Đo dòng điện và điện áp xoay chiều 27

2.1 Đo dòng điện xoay chiều 27

2.2 Đo điện áp xoay chiều 30

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 35

BÀI 4: ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐIỆN NĂNG 37

5

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 37

1 Đo công suất tác dụng 37

1.1 Đo công suất mạch 1 pha 37

1.2 Đo công suất tác dụng mạch 3 pha 39

2 Đo điện năng 41

2.1 Đo điện năng mạch 1 pha 41

2.2 Đo điện năng mạch 3 pha 47

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 51

BÀI 5: ĐO GÓC PHA VÀ TẦN SỐ 58

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 58

1 Đo góc pha 58

1.1 Phương pháp dùng fazômét điện động (đo trực tiếp) 58

1.2 Phương pháp dùng fa zô mét chỉ thị số 60

2 Đo tần số 62

2.1 Tần số kế điện động 62

2.2 Tần số kế chỉ thị số 66

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 69

BÀI 6: SỬ DỤNG CÁC MÁY ĐO THÔNG DỤNG 71

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 71

1 Sử dụng vom 71

1.1 Cấu tạo chung 71

1.2 Sử dụng và bảo quản vom 72

2 Sử dụng mê gôm mét (mΩ) 76

2.1 Cấu tạo chung 76

2.2 Sử dụng và bảo quản mΩ 77

3 Sử dụng tê ra Ω 78

3.1 Cấu tạo chung 79

3.2 Sử dụng và bảo quản 79

4 Sử dụng ampe kìm, pan me số 80

4.1 Am pe kìm 80

4.2 Pan me số 82

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

6

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Mã mô đun: MĐ14

VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:

- Vị trí: Mô đun Đo lường điện được bố trí giảng dạy sau môn học Kỹ thuật điện; Vẽ điện; Khí cụ điện

- Tính chất: Là mô đun kỹ thuật chuyên môn nghề

MỤC TIÊU MÔ ĐUN:

- Lắp được mạch đo dòng điện, điện áp, công suất…và đọc được kết quả đo

- Sử dụng được các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hư hỏng của thiết bị/hệ thống điện

- Sử dụng được một số loại máy đo chuyên dụng như: VOM, MΩ, TêraΩ (máy

đo điện trở đất), máy biến áp đo lường…

* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Có đạo đức, lương tâm nghề nghiệp, có ý thức kỹ luật và tác phong công

nghiệp;

- Đảm bảo an toàn và tiết kiệm trong học tập;

- Yêu nghề, có ý thức học tập để nâng cao trình độ, đáp ứng yêu cầu công việc

- Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi;

- Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhóm;

7

BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG MỤC TIÊU

- Trình bày được khái niệm đo lường, đo lường điện, đơn vị đo, sai số, cách hạn chế sai số

- Nhận biết một số dụng cụ đo thông qua đơn vị đo Tính toán được các sai số trong phép đo

- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an

toàn

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT

1 KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

1.1 KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG

Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có giá trị kết quả bằng số so với đơn vị đo của đại lượng đó

Ví dụ: Nếu đại lượng cần đo là X và đơn vị của đại lượng là X0thì kết quả đo lường là A x(giá trị bằng số):

0 0

1.2 KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỆN

Là quá trình dùng dụng cụ, thiết bị đo để đo các đại lượng điện khác nhau như dòng điện, điện áp, công suất, điện năng…

2 CÁC SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH SAI SỐ

2.1 KHÁI NIỆM SAI SỐ

Khi đo chỉ số của dụng cụ đo cũng như kết quả tính toán luôn có sự sai lệch với giá trị thực của đại lượng cần đo Lượng sai lệch này gọi là sai số

2.2 CÁC LOẠI SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH SAI SỐ

2.2.1 Các loại sai số

a, Khái niệm

- Sai số đo: độ lệch của kết quả đo khỏi giá trị thực của đại lượng đo Sai số

càng lớn thì độ chính xác của phép đo càng giảm và ngược lại

- Giá trị thực: giá trị thực của đại lượng đo phản ánh đúng đắn nhất thuộc tính

của đối tượng đo cả về lượng cũng như về chất

Giá trị thực không phụ thuộc phương tiện đo, phương pháp đo xác định chúng và

là chân lý cần đạt tới Thực tế giá trị thực không biết được nên phải thay bằng giá trị thực tế

- Giá trị thực tế: giá trị tìm được bằng thực nghiệm và có xu thế tiệm cận với

giá trị thực

b, Phân loại sai số

- Theo quy luật thay đổi của sai số đo

+ Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi, hoặc thay

đổi có quy luật Sai số này về nguyên tắc có thể thay đổi được

(1-1)

8

Nguyên nhân: Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên thang đo

+ Sai số ngẫu nhiên: Là sai số mà giá trị của nó thay đổi một cách ngẫu nhiên

do sự thay đổi của môi trường bên ngoài (người sử dụng, môi trường nhiệt độ thay đổi, chịu ảnh hưởng của từ trường, điện trường, áp suất )

Nguyên nhân:

+ Do người đọc nhìn nghiêng, đặt đồng hồ hoặc dụng cụ đo lệch, đọc sai + Dùng công thức tính toán không phù hợp, dùng công thức tính toán gần đúng trong tính toán Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của từ trường, điện trường, áp suất

- T heo cách biểu diễn sai số

+ Sai số tuyệt đối: hiệu giữa kết quả đo với giá trị thực

+ Sai số tương đối: tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị thực Với phương tiện

đo thường dùng sai số tương đối qui đổi

- Theo sự phụ thuộc của sai số đo vào đại lượng đo

+ Sai số điểm không: sai số mà giá trị của chúng không phụ thuộc đại lượng đo

+ Sai số độ nhạy: sai số mà giá trị của chúng phụ thuộc đại lượng đo

2.2.2 Cách tính sai số

Gọi: A là kết quả đo được

A1: Giá trị thực của đại lượng cần đo

Tính sai số như sau:

- Sai số tuyệt đối:

: Gọi là sai số tuyệt đối của phép đo

- Sai số tương đối:

hoặc Phép đo ΔA càng nhỏ độ chính xác càng cao

- Sai số quy đổi

Adm: Giới hạn đo của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo)

Quan hệ giữa sai số tương đối và sai số quy đổi

là hệ số sử dụng thang đo ( Kd ≤ 1 ) Nếu Kd càng gần bằng 1 thì đại lượng đo gần bằng giới hạn đo ΔA càng bé thì phép đo càng chính xác Thông thường phép đo càng chính xác khi Kd ≥ 1/2

(1-2)

(1-3)

(1-4)

(1-5)

9

Ví dụ: Một dòng điện có giá trị thực là 5A, dùng ampemet có giới hạn đo là

10A để đo dòng điện này Kết quả đo được 4,95A

- Chuẩn bị tốt trước khi đo: Phân tích lý thuyết, kiểm tra dụng cụ đo trước khi

sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh “0” trước khi đo…

- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: Tiến hành nhiều phép đo bằng nhiều phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế …

- Xử lý kết quả sau phép đo: Sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một lượng điều chỉnh so với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số trong hệ thống không đổi thì

có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số điều chỉnh:

+ Lượng hiệu chỉnh là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết quả đo nhằm loại sai số hệ thống

+ Hệ số hiệu chỉnh là số dược nhân với kết quả đo nhằm loại trừ sai số hệ thống

Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống Việc giảm ảnh hưởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên

2.4 HỆ ĐƠN VỊ ĐO

2.4.1 Giới thiệu hệ SI ( Systemer International Uniter):

Hệ đo lường thông dụng nhất, hệ thống này quy định các đơn vị cơ bản cho các đại lượng sau:

Bảng 1-1: Đại lượng, tên và ký hiệu đơn vị đo

10

2.4.2 Bội số và ước số của đơn vị cơ bản

Bảng 1-2: Bội số và ước số của đơn vị cơ bản

11

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Tính toán sai số phép đo điện áp 1/B1/MĐ14

1

Tính sai số tuyệt đối Áp dụng đúng công

thức, làm tròn sau dấu phẩy hai chữ số

Máy tính, giấy bút

2

Tính sai số tương đối Áp dụng đúng công

thức, làm tròn sau dấu phẩy hai chữ số

Máy tính

3

Tính sai số quy đổi Áp dụng đúng công

thức, làm tròn sau dấu phẩy hai chữ số

Máy tính

Bài tập

Bài 1: Một điện áp có giá trị thực là 220V, dùng vôn mét có giới hạn đo là

250V để đo điện áp này Kết quả đo được 225V (điện áp cấp chuẩn) Tính các loại sai

số

Bài 2: Một công suất bóng có giá trị thực là 100W, dùng oát mét có giới hạn đo

là 1000W để đo công suất này Kết quả đo được 98W (điện áp cấp đủ định mức, tần

số định mức) Tính các loại sai số

- Sử dụng được các cơ cấu đo phù hợp với thông số cần đo

- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

PHẦN I: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT

1 CƠ CẤU CHỈ THỊ TỪ ĐIỆN

Cơ cấu chỉ thị từ điện được dùng để chế tạo ra các dụng cụ đo điện một chiều như am pe kế một chiều, vô kế một chiều…

Ký hiệu:

1.1 CẤU TẠO

- Phần tĩnh: Gồm nam châm vĩnh cửu (1); mạch từ và cực từ (3) và lõi sắt (6)

hình thành mạch từ kín Giữa cực từ (3) và lõi sắt (6) có có khe hở không khí đều gọi

là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động

- Phần động: gồm khung dây quay (5) được quấn bằng dây đồng Khung dây

được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản (7) mắc ngược nhau, kim chỉ thị (2) và thang đo (8)

Hình 2-3: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị từ điện

1- Nam châm vĩnh cửu 3- Cực từ 5- Khung dây 7- Lò xo cản 2- Kim chỉ thị 4- Đối trọng 6- Lõi sắt non 8- Thang đo

Hình 2-2: Ký hiệu cơ cấu từ điện

có chỉnh lưu Hình 2-1: Ký hiệu cơ cấu từ điện

13

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Khi có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), dưới tác động của từ

trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm khung dây lệch

khỏi vị trí ban đầu một góc α Mômen quay được tính theo biểu thức:

M q dW e

 (2-1) Với We: Năng lượng điện từ tích lũy của cơ cấu

We I (2-2)

Với I là cường độ dòng điện chạy trong khung dây

Ψ là từ thông qua khe hở không khí

 B N .S. (2-3)

Với: B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu

S: tiết diện khung dây

N: số vòng dây của khung dây

 : góc quay của khung dây so với bị trí ban đầu

Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, N, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc

nhất với dòng điện I chạy qua khung dây (dòng điện nhỏ góc quay nhỏ, dòng điện lớn

góc quay lớn, góc quay tuyến tính với dòng điện)

Kết luận: qua biểu thức trên ta thấy rằng góc quay  của kim đo tỷ lệ với dòng điện

cần đo và độ nhạy của cơ cấu đo, dòng điện và độ nhạy càng lớn thì góc quay càng lớn

1.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG

1.3.1 Đặc điểm

- Góc quay tỉ lệ tuyến tính với dòng điện chạy trong khung dây nên các vạch

khắc trên thang chia độ tương đối đều nhau

- Độ nhạy cao vì từ trường trong khe hở không khí lớn nên có thể đo được các

dòng điện một chiều rất nhỏ (từ 10-1210-14)

- Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của

từ trường ngoài không đáng kể, công suất tiêu thụ nhỏ (tiêu thụ năng lượng điện ít)

nên ít ảnh hưởng đến chế độ mạch đo

gọi là hệ số mở rộng thang đo Đặt:

14

- Chỉ đo được dòng và áp một chiều

- Khả năng quá tải kém vì khung dây quay nên chỉ quấn được dây cỡ nhỏ, dễ bị

- Đo dòng điện một chiều: miliAmpemét, Ampemét

- Đo điện áp một chiều: miliVônmét, Vônmét

2 CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN TỪ

Ký hiệu:

2.1 CẤU TẠO

Cơ cấu đo điện từ gồm ba loại cơ cấu: Cuộn dây tròn, cuộn dây dẹt và mạch từ

khép kín

* Cuộn dây dẹt: Phần tĩnh là cuộn dây phẳng (1), bên trong có khe hở không

khí, phần động là lõi thép (2) được gắn trên trục (5) lõi thép có thể quay tự do trong

khe hở không khí

* Cuộn dây tròn: Phần tĩnh là cuộn dây có mạch từ khép kín (1), bên trong bố

trí tấm kinh loại cố định (2), tấm động (3) gắn với trục quay

Hình 2.5: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị

điện từ loại cuộn dây dẹt

Hình 2.6: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị điện từ loại cuộn dây tròn

Hình 2.7: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị điện từ loại mạch





Hình 2.4: Ký hiệu cơ cấu đo điện từ

1- Mạch từ khép kín 2- Tấm kim loại cố định 3- Tấm kim loại động 4- Trục quay

1- Cuộn dây 2- Mạch từ 3,4- Nam châm vĩnh cửu 5- Lõi sắt

1- Cuộn dây 2- Lõi thép

3- Lò xo cản 4- Cản dịu

5- Trục quay 6- Kim chỉ thị

7- Đối trọng

15

từ khép kín

Cấu tạo chung: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:

- Phần tĩnh: là cuộn dây bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc)

- Phần động: là lõi thép được gắn lên trục quay (5), lõi thép có thể quay tự do

trong khe hở làm việc của cuộn dây Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu không khí, kim chỉ, đối trọng

Ngoài ra còn có lò xo cản, bảng khắc độ

2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Dòng điện I chạy vào cuộn dây phần tĩnh sẽ sinh ra từ trường trong khe hở không khí tạo thành một nam châm điện hút lõi thép (phần động) vào khe hở không khí và làm cho phần động quay đi một góc α so với vị trí ban đầu với mômen quay

2

1

 (2-8) Tại vị trí cân bằng có mô men quay bằng với mô men cản:

M q M c mà M c K. (2-9) Với K là hệ số đàn hồi của lò xo

- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng

- Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn, chế tạo đơn giản giá thành rẻ

16

- Độ nhạy của cơ cấu đo điện từ thấp vì điện cảm của cuộn dây bé, độ chính xác không cao do có sự tổn hao trong lõi thép độ chính xác không cao nhất là khi đo ở mạch một chiều sẽ bị sai số (do hiện tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng của từ trường ngoài nhiều (do từ trường của cơ cấu yếu khi dòng nhỏ)

- Thang chia không đều

2.3.2 Ứng dụng

Thường được sử dụng để chế tạo các loại ampe mét, vôn mét trong mạch xoay chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 1÷2 Ít dùng trong các mạch có tần số cao

3 CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN ĐỘNG

* Ký hiệu:

3.1 CẤU TẠO

Cơ cấu chỉ thị điện động gồm có cuộn dây phần tĩnh 1, được chia thành 2 phần nối tiếp nhau để tạo ra từ trường đều khi có dòng điện chạy qua, trục quay xuyên qua khe hở giữa hai cuộn dây phần tĩnh Phần động là khung dây 2 cuộn dây phần động được đặt trong lòng cuộn dây phần tĩnh được gắn chặt trên trục quay có số vòng dây lớn tiết diện dây nhỏ thường mắc song song với phụ tải cần đo, trên trục có lò xo cản,

bộ phận cản dịu và kim chỉ thị Hình dáng cuộn dây có thể tròn hoặc vuông

I1- Dòng điện chạy trong cuộn dây 1

I2- Dòng điện chạy trong cuộn dây 2 Hình 2.8: Ký hiệu cơ cấu chỉ thị điện

động

17

Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu đo

3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Khi có dòng điện I1 chạy trong cuộn dây phần tĩnh, I2 chạy trong cuộn dây phần động (DC hoặc AC) lực tác dụng tương hỗ tác động lên khung dây phần động làm khung dây phần động quay và sẽ tạo ra mômen quay làm khung dây 2 quay một góc α

Mômen quay được tính:

W

d

dt q

d M



 (2-11)

Wdt: năng lượng điện từ chung

Wdt M12 .I I1 2 (2-12) 12

dt q

- Độ nhạy của cơ cấu thấp vì hệ số hỗ cảm nhỏ

- Chịu ảnh hưởng nhiều của từ trường bên ngoài

- Độ chính xác cao vì không có tổn hao trên lõi thép, có độ chính xác cao khi

đo trong mạch điện xoay chiều

- Khả năng chịu quá tải kém, cấu tạo phức tạp đắt tiền

- Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo không đều

- Công suất tiêu thụ lớn nên không thích hợp trong mạch công suất nhỏ Chịu ảnh hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có bộ phận chắn từ Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu

3.2.2 Ứng dụng:

Cơ cấu đo điện động có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều, thang

đo không đều, có thể dùng để chế tạo Vôn mét, Ampe mét và Oát mét có độ chính xác cao, với cấp chính xác 0,1  0,2 Nhược điểm là tiêu thụ công suất lớn

4 CƠ CẤU CHỈ THỊ CẢM ỨNG

- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trên trụ 5

4.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo ra bởi dòng điện trong phần tĩnh) và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu này chỉ làm việc với mạch điện xoay chiều

Khi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh → sinh ra các từ thông Ф1, Ф2 (các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòng điện tương ứng), từ thông Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm 1 (phần động) → xuất hiện trong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất hiện các dòng điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2)

Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với các dòng điện Ix1, Ix2 → sinh ra các lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động)

Mômen quay được tính:

Mq = C.f.1.2.Sin (2-15) Với: C là hằng số

f là tần số của dòng điện I1, I2

ψ là góc lệch pha giữa I1, I2

1- Đĩa nhôm 2- Cuộn áp 3- Cuộn dòng 4- Trục quay 5- Ổ đỡ trục

Hình 2.10: Cấu tạo, nguyên lý làm việc cơ cấu chỉ

thị cảm ứng

- Số vòng quay của phần động tỷ lệ với điện năng tiêu thụ trên tải

- Khi làm việc dòng điện xoáy trong đĩa nhôm làm tổn hao công suất Ngoài ra điện trở của đĩa thay đổi làm ảnh hưởng đến mô men quay làm cho độ chính xác thấp

- Hoạt động của cơ cấu phụ thuộc vào tần số Hz

4.3.2 Ứng dụng:

Chủ yếu để chế tạo ra công tơ điện dùng đo đếm điện năng tiêu thụ

Bảng 2-1: Bảng ký hiệu các cơ cấu chỉ thị cơ điện

20

PHẦN II: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH

PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, nhận biết cơ cấu chỉ

thị cơ điện trên mô hình cắt bổ cơ cấu đo 1/B2/MĐ14

Thứ tự Nội dung Yêu cầu Dụng cụ, trang

thiết bị Ghi chú

1 Cấu tạo Vật liệu chế tạo; tác

dụng của các chi tiết

Mô hình cắt bổ

cơ cấu đo, VOM

2 Nguyên lý làm việc Xác định các chân

đấu nối của đồng hồ

Mô hình cắt bổ

cơ cấu đo,VOM

3 Vẽ mặt số đồng hồ đo

Vẽ đúng các vạch khắc chia độ, tính toán mỗi vạch khắc tương ứng với giá trị

cụ thể

Bàn thực hành mạch điện 1 chiều

BÀI TẬP Bài 1: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc cơ cấu chỉ thị cơ điện (dựa trên mô

hình cắt bổ cơ cấu đo)

Bài 2: Nhận biết các loại cơ cấu chỉ thị dùng để chế tạo các đồng hồ đo trên

bàn thực hành điện một chiều, xoay chiều một pha, xoay chiều 3 pha (dựa vào ký hiệu trên mặt đồng hồ đo)

Bài 3: Vẽ mặt số đồng hồ: ampe kế một chiều, xoay chiều; vôn kế một chiều,

xoay chiều; oát kế điện động 3 pha; cosφ kế

Bài 4: Giải thích các ký hiệu trên mặt các đồng hồ đo: ampe kế một chiều, xoay

chiều; vôn kế một chiều, xoay chiều; oát kế điện động một pha, 3 pha; cosφ kế; công

tơ 1 pha, 3 pha loại cảm ứng

21

BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỤC TIÊU

- Vẽ được sơ đồ nguyên lý mạch đo, lựa chọn được dụng cụ đo

- Lắp đặt, đấu nối được mạch đo dòng điện, điện áp một chiều; xoay chiều Đọc được kết quả đo

- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT

1 ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

1.1 ĐO DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU

- Dòng điện là một trong những đại lượng cơ bản nhất trong các đại lượng điện Dòng điện đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp, trong nghiên cứu khoa học

và trong công trình thực tiễn nói chung Vì vậy người ta nghiên cứu ra các phương pháp và các thiết bị đo dòng điện ngày càng hiện đại và chính xác hơn

- Có 3 phương pháp đo dòng điện

+ Phương pháp đo trực tiếp: là phương pháp dùng các thiết bị đo dòng điện như ampemét, miliampemét để đo dòng điện và trực tiếp đọc kết quả ngay trên thang chia

độ của thiết bị đo

+ Phương pháp đo gián tiếp là phương pháp đo các thông số có liên quan khác rồi từ

đó tính toán ra giá trị dòng điện cần đo

+ Phương pháp so sánh là so sánh dòng điện cần đo với một dòng điện mẫu có độ chính xác cao tại trạng thái cân bằng của thiết bị cần đo và dòng mẫu ta đọc được kết quả trên mẫu

Thông thường người ta dùng am pe kế một chiều Ký hiệu:

Giá trị dòng điện cho biết tình trạng hoạt động của mạch để điều chỉnh trong quá trình vận hành Khi đo dòng một chiều lưu ý cực tính của đồng hồ đo

1.1.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo

- Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cần đo: Igh ≥ Icd

- Am pe kế cũng tiêu hao một phần năng lượng của mạch điện có dòng cần đo,

do đó gây sai số cho phép đo dòng điện, công suất tiêu thụ của dòng tính theo công

I là dòng điện đo bằng ampemét

Công suất tiêu thụ của thiết bị đo càng nhỏ càng tốt tức là yêu cầu điện trở của thiết bị càng nhỏ càng tốt

(3-1)

A

Ví dụ :

- ∩ : Cơ cấu đo kiểu từ điện

- : Đồng hồ được đặt vuông góc

- 2.5: Cấp chính xác của đồng hồ đo

- 15: dòng điện lớn nhất đồng hồ có thể đo được 15A

Từ 0 đến 5 là 5A có 10 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 0,5A ; kim chỉ đến vạch thứ 1 => Trị số dòng đo được I= 0,5x 1 = 0,5 A

1.1.4 Mở rộng giới hạn thang đo

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị từ điện Như đã biết,

độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng chạy qua cuộn động nhưng độ lệch kim được tạo

ra bởi dòng điện rất nhỏ và cuộn dây quấn bằng dây có tiết diện bé nên khả năng chịu dòng rất kém Thông thường, dòng cho phép qua cơ cấu chỉ trong khoảng 10-2 đến 10-

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện một chiều

Hình 3.2 Đọc kết quả đo dòng điện một chiều

23

Trong đó : I là dòng điện cần đo

Icc là dòng điện qua cơ cấu

IS là dòng điện qua điện trở sun Điện trở của cơ cấu là luôn không đổi

R I

Để thực hiện mở rộng thang đo có thể mắc mạch theo 2 cách sau :

+ Cách thứ nhất: Giả sử cần mở rộng thiết bị đo ban đầu có một thang đo thành thiết bị

đo có 3 thang đo ta mắc theo sơ đồ :

Khóa K dùng để lựa chọn thang đo (I I I1, 2, 3) là giá trị lớn nhất của 3 thang đo tương ứng), các điện trở R1, R , R2 3 là các điện trở dùng làm điện trở Sun được mắc nối tiếp với nhau và mắc song song với cơ cấu

Giả sử khóa K đóng tới vị trí 3 ta có : 2 3

1

1

cc S

cc

I I

cc

I I

cc

R

I I

+ Cách thứ 2 : Ta cũng mở rộng thang đo ampemét với sơ đồ

Giả sử khóa K đóng tới vị trí 1 ta có : 1

1

1

cc S

cc

R R

I I

cc

R

I I

cc

R

I I

1.2 ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU

Cũng như dòng điện điện áp là một đại lượng quan trọng, thiết bị đo điện áp gọi chung là Vônmét khi đo điện áp thì vônmét được mắc song song với đoạn mạch cần đo điện áp

Ký hiệu:

1.2.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo

+ Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị điện áp cần đo:

25

+ Dòng điện đi qua vônmét là: v

v

U I R

U P R

CM - hệ số thang đo

k - số vạch đo

Ví dụ :

- 50: điện áp lớn nhất đồng hồ có thể đo được 50V

Từ 0 đến 10 là 10V có 5 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 2V ; kim chỉ đến vạch thứ 6 => Trị số điện áp đo được U= 2x 6 = 12V

1.2.4 Mở rộng giới hạn thang đo

Độ lệch của dụng cụ đo tỉ lệ với dòng qua cuộn dây động Dòng qua cuộn dây

tỉ lệ với điện áp trên cuộn dây nên thang đo của máy đo có thể được chia để chỉ điện

Hình 3.6 Đọc kết quả đo điện áp một chiều

26

áp Nghĩa là, Vôn kế chỉ là ampe kế dòng rất nhỏ với điện trở rất lớn Điện áp định mức của chỉ thị vào khoảng 50 – 75mV nên cần nối tiếp nhiều điện trở phụ (còn gọi là điện trở nhân – điện trở sun) với chỉ thị để làm tăng khoảng đo của Vôn kế Sơ đồ mắc như sau:

Trong đó:

CT P X CT

CT CT

R R

U R

U I





 (3-14)  (R P R CT).U CT R Ct.U X (3-15)

CT

X CT CT

CT X CT

U

U R U

U U R

m gọi là hệ số mở rộng thang đo về áp

Vôn kế nhiều thang đo thì các điện trở phụ được mắc như sau:

Sơ đồ mắc nối tiếp:

Sơ đồ mắc song song:

Hình 3.7 Sơ đồ mở rộng thang đo điện áp một chiều

Hình 3.8 Sơ đồ mở rộng thang đo điện áp một chiều mắc

nối tiếp RS

Hình 3.9 Sơ đồ mở rộng thang đo điện áp một chiều mắc song song RS

27

2 ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

2.1 ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

2.1.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo

- Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cần đo: Igh ≥ Icd

- Am pe kế cũng tiêu hao một phần năng lượng của mạch điện có dòng cần đo,

do đó gây sai số cho phép đo dòng điện, công suất tiêu thụ của dòng tính theo công thức: 2

I là dòng điện đo bằng ampemét

Công suất tiêu thụ của thiết bị đo càng nhỏ càng tốt tức là yêu cầu điện trở của thiết bị càng nhỏ càng tốt

Để đo dòng điện xoay chiều người ta sử dụng Ampe mét xoay chiều:

Đo dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường sử dụng ampemét điện từ, ampemét điện động và sắt điện động

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện xoay chiều

Hình 3.11 Đọc kết quả đo dòng điện xoay chiều

28

: Cơ cấu đo kiểu điện từ

: Đặt vuông góc + 2,5 or 1,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo

+ 5A (or 10A; 30A; 100A ) giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ

Từ 0 đến 1 là 1A có 5 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 0,2A ; kim chỉ 1,5 vạch => Trị số dòng điện đo được I= 1,5x 0,2 = 0,3A

2.1.4 Mở rộng giới hạn thang đo

a Ampemét điện từ: là dòng điện dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ, mỗi cơ

cấu điện từ được chế tạo với số ampe vòng nhất định

Ví dụ : - Cuộn dây tròn (IW = 200A vòng)

- Cuộn dây dẹt IW = 100 – 150 A

- Mạch từ khép kín : IW = 100 A vòng

Do đó khi muốn mở rộng thang đo ta chỉ cần thay đổi số vòng IW bằng cách chia cuộn dây tĩnh thành nhiều cuộn bằng nhau và thay đổi cách nối các phần đoạn dây này với nhau (nối tiếp, song song )

Nếu muốn đo dòng nhỏ mắc nối tiếp các cuộn dây ; đo dòng lớn mắc song song các cuộn dây Với phương pháp này chúng ta chỉ có thể mở rộng tới 3 thang

đo vì nếu chia nhỏ cuộn dây tĩnh thành quá nhiều phần thì việc đấu nối tương đối phức tạp nên trong thực tế để đo dòng lớn thì người ta có mắc thêm máy biến dòng để đo dòng điện xoay chiều

b Ampemét điện động: Thường sử dụng đo dòng điện có tần số 50Hz

hoặc cao hơn 400 – 2000Hz với độ chính xác cao với cấp chính xác 0,5 – 0,2, tùy theo dòng điện đo mà cuộn dây tĩnh và cuộn dây động được mắc nối tiếp hoặc song song

b Đo dòng điện trung bình Hình 3.12: Mở rộng thang đo của Ampemét điện từ

29

Khi dòng điện cần đo nhỏ hơn 0,5 A người ta mắc nối tiếp cuộn dây tĩnh

và cuộn dây động, khi đo dòng lớn hơn người ta mắc song song Ampemét điện động có độ chính xác cao nên người ta thường sử dụng trong dụng cụ mẫu

c Dùng máy biến dòng (BI): Khi cần đo các dòng điện lớn, để mở rộng thang

đo người ta còn dùng máy biến dòng điện (BI)

Cấu tạo của BI thường gồm có lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp và thứ cấp đặt trên lõi thép

Cấu tạo của biến dòng: gồm có 2 cuộn dây

- Cuộn sơ cấp W1, Cuộn dây sơ cấp được quấn rất ít vòng thường chỉ được quấn một vòng dây Dây quấn sơ cấp có tiết diện rất lớn do máy phải làm việc ở điều kiện gần như ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất của máy biến dòng; máy biến dòng có công suất càng lớn thì đường kính dây quấn sơ cấp càng lớn, được mắc nối tiếp với mạch điện có dòng I1 cần đo

- Cuộn thứ cấp W2 Dây quấn thứ cấp của máy biến dòng có tiết diện nhỏ và có rất nhiều vòng mắc nối tiếp với Ampemét có dòng điện I2 chạy qua Để đảm bảo an toàn cuộn thứ cấp luôn luôn được nối đất

Hình 3.14: Sơ đồ cấu tạo BI

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy biến dòng

b A - mét

a mA - mét

30

Hình dạng bên ngoài của máy biến dòng điện thường là hình tròn Vì có dạng hình tròn kín nên thông thường máy biến dòng được lắp trong lúc lắp đặt mạng điện

Hình 3.15 Hình dáng bên ngoài của máy biến dòng điện

Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng:

Trạng thái làm việc của máy biến dòng ở trạng thái ngắn mạch vì chúng làm việc với các thiết bị có tổng trở rất nhỏ (Ampre kế, cuộn dòng Wat kế, cuộn dòng rơle bảo vệ) Khi sử dụng máy biến dòng điện cần chú ý không được để dây quấn thứ cấp

hở mạch vì dòng điện từ hóa sẽ rất lớn, lõi thép bão hòa sâu sẽ nóng lên và làm cháy dây quấn

Cuộn thứ cấp được chế tạo với dòng điện định mức là 5A Chẳng hạn, ta thường gặp máy biến dòng có dòng điện định mức là: 15/5A; 50/5A; 70/5A; 100/5A (Trừ những trường hợp đặc biệt)

Ta có tỷ số biến dòng

1 2 2

1

W

W I

I

K i  

Tỷ số Ki bao giờ cũng được tính sẵn khi thiết kế BI nên khi trên ampemét có số đo I2 ta

dễ dàng tính ngay được: I1 = Ki I2

Ví dụ: Biến dòng điện có dòng điện định mức là 600/5A; W1 = 1 vòng

Xác định số vòng của cuộn thứ cấp và tìm xem khi ampemét thứ cấp chỉ I2 = 2,85A thì dòng điện cuộn sơ cấp là bao nhiêu

Số vòng cuộn thứ cấp W2 = Ki W1 = 120 vòng Dòng điện sơ cấp I1 = Ki I2 =120 x 2,85 = 342A

2.2 ĐO ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

2.2.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo

- Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cần đo: Ugh ≥ Ucd

- Vôn kế cũng tiêu hao một phần năng lượng của mạch điện có điện áp cần đo,

do đó gây sai số cho phép điện áp, công suất tiêu thụ của dòng tính theo công thức:

31

PV = I2V RVTrong đó: RV là điện trở trong của vôn mét

IV là dòng điện qua vôn mét Công suất tiêu thụ của thiết bị đo càng nhỏ càng tốt tức là yêu cầu điện trở của thiết bị cànglớn càng tốt

Để đo điện áp xoay chiều người ta sử dụng Vônmét xoay chiều:

Tổn hao công suất phải nhỏ: RV >> do vậy vôn kế được mắc song song với phụ tải cần đo

Khi đo điện áp xoay chiều cần chú ý tới miền tần số của vôn mét phù hợp với tần

số của tín hiệu cần đo, nếu tần số của tín hiệu điện áp cần đo không phù hợp với dải tần số của thiết bị đo dẫn tới sai số của phép đo

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý

2.2.3 Đọc kết quả đo

A = CM x k Trong đó: A - kết quả đo

Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp

Hình 3.16 Đọc kết quả đo điện áp xoay chiều

(3-18)

32

: Cơ cấu đo kiểu điện từ

: Đặt vuông góc + 2,5 or 1,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo

+ 500V: giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ

Từ 200 đến 300 tương ứng là 100V có 5 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 20V; kim chỉ 19,5 vạch => Trị số điện áp đo được U= 19,5x 20 = 390V

2.2.4 Mở rộng giới hạn thang đo

Đối với cơ cấu đo điện động, điện từ, Vônmét AC dùng những cơ cấu này phải mắc nối tiếp điện trở với cơ cấu đo như Vônmét DC Vì hai cơ cấu này hoạt động với trị hiệu dụng của dòng xoay chiều Riêng cơ cấu từ điện phải dùng phương pháp biến đổi như ở Ampe mét tức là dùng điôt chỉnh lưu

a Vôn mét điện từ

Là dụng cụ đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp Cuộn dây phần tỉnh có

số vòng lớn từ 1000  6000 vòng Để mở rộng thang đo người ta mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ như hình dưới đây Tụ điện C dùng để bù tần số khi đo ở tần số cao hơn tần số công nghiệp

c Vônmét từ điện chỉnh lưu đo điện áp xoay chiều

Là dụng cụ được phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu đo từ điện như hình vẽ sau:

W

W U

U

K U  

 U1 = KU.U2Điện áp định mức thứ cấp U2 luôn luôn được tính toán là 100V (trừ một số trường hợp đặc biệt)

Hình 3.18: Vônmét từ điện chỉnh lưu đo điện áp xoay chiều

- R1: điện trở bù nhiệt độ làm bằng dây đồng.- R2: điện trở manganin

- L và C: điện cảm và điện dung bù tần số - Rp: là điện trở phụ

34

Ví dụ: Thanh góp điện áp 110 kV có đặt biến điện áp 115000/100V, bên thứ cấp mắc Vônmét và các dụng cụ đo Khi Vônmét chỉ U = 95V thì điện áp trên thanh góp là bao nhiêu?

Giải:

Tỷ số biến áp:



 2

U1 = KU.U2 = 1150.95 = 109250V = 109,25kV

Vậy điện áp trên thanh góp là: 109,25kV

35

PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÔNG VIỆC: Lắp đặt đấu nối mạch đo dòng điện điện áp một chiều 1/B3/MĐ14 Bước

Bàn thực hành mạch điện một chiều, dây cắm có cốt tròn

3

Cấp nguồn

Bật CB, quan sát đèn báo, đồng hồ V,

Bàn thực hành mạch điện xoay chiều, dây cắm có cốt tròn

37

BÀI 4: ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐIỆN NĂNG MỤC TIÊU

- Mô tả được những yêu cầu cơ bản của việc đo công suất, điện năng; Vẽ được

sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng và đo điện năng tiêu thụ Lựa chọn được dụng cụ, đồng hồ đo phù hợp

- Lắp đặt, đấu nối được mạch đo công suất tác dụng dùng oát kế điện động; mạch đo điện năng tiêu thụ phụ tải một pha, ba pha đo trực tiếp, gián tiếp dùng công tơ loại cảm ứng và công tơ số Đọc được kết quả đo

- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm

bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT

1 ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG

1.1 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH 1 PHA

Trong mạch điện xoay chiều ta có các loại công suất sau:

+ Công suất tác dụng (P): P = U.I.Cosφ (W; KW; MW) (4-1) + Công suất phản kháng (Q): Q = U.I.Sinφ (Var; KVar) (4-2) + Công suất biểu kiến (Công suất toàn phần S): S = U.I (VA; KVA) (4-3) Đối các phụ tải tiêu thụ điện thông thường ta đo công suất tác dụng P Để đo công suất tác dụng người ta thường sử dụng oát kế điện động một pha

Ký hiệu:

- Lựa chọn dụng cụ đo:

Pgh ≥ Pcd

- Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng dùng oát kế điện động một pha:

- Sơ đồ nối dây:

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng

*

UAC

Ru

KW

38

Lưu ý:

- Xác định cuộn dòng, cuộn áp bằng cách đo thông mạch (lần đo nào cho giá trị

R nhỏ nhất (R≠0) ta kết luận đó là cuộn dòng; lần đo nào cho giá trị R lớn hơn ta kết luận đó là cuộn áp)

- Đầu cuộn dòng và đầu cuộn áp được đánh dấu *, khi đấu 2 đầu đầu cùng vào dây pha Cuộn dòng được mắc nối tiếp với tải (đầu ký hiệu I bắt buộc nối với tải) do

tải

- Đọc kết quả đo:

A = CM x k (4-4) Trong đó: A - kết quả đo

CM - hệ số thang đo

k - số vạch đo

Ví dụ:

+ PT /220V: Điện áp định mức đặt vào 2 đầu cuộn áp 220V

+ : Cơ cấu đo kiểu nắn điện

+ : Đặt vuông góc

+ 1,5 or 2,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo

Hình 4.2: Sơ đồ nối dây mạch đo công suất tác dụng một pha

dùng oát kế điện động một pha

Hình 4.3 Đọc kết quả đo dòng điện xoay chiều

39

+ CT /5A: Dòng điện định mức qua cuộn dòng là 5A

+ 100 KW: giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ là 100KW

Từ 0 đến 20 tương ứng là 20KW ; tương ứng với 10 vạch khắc trên thang chia

độ Vậy mỗi vạch tương ứng với 2KW; Giả sử kim chỉ 1 vạch => Trị số công suất đo được P= 1x 2 = 2KW

1.2 ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG MẠCH 3 PHA

- Công suất tác dụng trong mạch 3 pha gồm tổng công suất pha A, pha B và pha C

P = PA + PB + PC = UA.IA.CosφA + UB.IB.CosφB + UC.IC.CosφC (4-5) Như vậy để đo công suất ta cần phải dùng 3 đồng hồ đo công suất mạch một pha hoặc dùng đồng hồ đo công suất 3 pha 3 phần tử

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

iA + iB + iC = 0  iC = -(iA +iB) (4-6) Công suất tức thời 3 pha:

P3P = iAUA +iBUB + iCUC = iAUA + iBUB - (iA +iB)UC (4-7) = iA (UA - UC) + iB (UB - UC) = iA UAC +iBUBC

= P1 + P2 Như vậy công suất của mạng 3 pha 3 dây có thể được đo bằng 2 Oátmét một pha

- Nếu mạch 3 pha đối xứng ta có: PA = PB = PC = P1p (4-8)

P = 3.P1p = 3.Up.Ip.Cosφp = √3.Ud.Id.Cosφ (4-9) Như vậy công suất của mạng 3 pha 3 dây có thể được đo bằng 1Oátmét một pha Trị số công suất 3 pha gấp 3 lần trị số đồng hồ công suất 1 pha ta đo được

Z

*

* P

b Mạch 3 pha 3 dây Hình 4.4 Sơ đồ dùng một Oátmét đo công suất mạch 3 pha đối xứng

Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng dùng 2 oát mét

Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng dùng 3 oát mét

Hình 4.7 Sơ đồ đấu nối mạch đo công suất tác dụng dùng 3 oát kế

điện động 3 pha