Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 4 - Nguyễn Thế Hoạch

Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 4 Đo lường điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm về đo lường điện; Đo các đại lượng điện; Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 4: Đo lường điện

4.1 Khái niệm chung

Đo lường điện có thể đo các đại lượng điện như dòng điện, điện áp, công suất ngoài ra còn đo các đại lượng không điện như nhiệt độ, quang thông, áp suất…

4.1.1 Sai số và cấp chính xác

Nguyên nhân gây sai số:

- Sai số cơ bản: là sai số vốn có của dụng cụ đo do quá trình chế tạo dụng cụ Ví dụ như ma sát trên trục trụ, vạch chia độ trên mặt dụng cụ không chính xác…

- Sai số phụ: là sai số do phương pháp đo không chính xác

+ Điều kiện môi trường khi đo khác với điều kiện chuẩn

+ Cá nhân người đo có một số tật như nhìn lệch

8/2/2012 BMNL 97

Có 2 loại sai số: sai số tuyệt đối và sai số tương đối

Nếu gọi A là trị số đúng của đại lượng cần đo Gọi A’ là trị số đo được thì độ lệch

gọi là sai số tuyệt đối

gọi là sai số tương đối.

Cấp chính xác

Để đánh giá một dụng cụ đo chính xác cao hay thấp người ta quy định ra cấp

chính xác

Cấp chính xác của dụng cụ đo là trị số lớn nhất cho phép tính theo phần trăm

của sai số cơ bản với trí số lớn nhất của thang đo.

Theo tiêu chuẩn của Việt Nam dụng cụ đo được chế tạo theo tám cấp chính

' A A

A = D

-Ví dụ: Một Voltmet có số đo lớn nhất là 450V, cấp chính xác là 1 thì sai

số tuyệt đối lớn nhất vốn có của dụng cụ đó là:

- Những dụng cụ đo có cấp chính xác từ 0,05 đến 0,5 là loại cấp chính

xác dùng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học

- Loại dụng cụ có cấp chính xác từ 2,5 đến 4 là dụng cụ có cấp chính

xác thấp dùng trong nhà máy, trong phòng thực tập ở nhà trường

- Loại dụng cụ có cấp chính xác từ 1 đến 1,5 là loại dụng cụ có cấp

chính xác vừa, thường được dùng trong sản xuất, nhà máy, xí nghiệp

V 5 ,

4 100

1 450

8/2/2012 BMNL 99

4.1.2 Các bộ phận chủ yếu của dùng cụ đo và phân loại

Mỗi dụng cụ đo thường có hai bộ phận cơ bản là mạch đo và cơ cấu đo:

- Mạch đo dùng để biến đổi các đại lượng cần đo thành những đại

lượng như dòng điện, điện áp… tác dụng trực tiếp lên cơ cấu đo

- Cơ cấu đo gồm phần động và phần tĩnh Phần tĩnh làm nhiệm vụ

biến đổi điện năng đưa vào thành cơ năng tác dụng lên phần động

Phần động gắn liền với trục, kim… góc quay của kim xác định trị số của

đại lượng cần đo

4.1.3 Cách kí hiệu dụng cụ đo

Kí hiệu theo đại lượng đo:

Hình 4.1 Sơ đồ nối dây Ampemet trong mạch điện

1 Đo dòng điện một chiều

Có thể dùng Ampemet một chiều hoặc xoay chiều Trong bốn loại cơ cấu

trình bày ở trên, cơ cấu kiểu từ điện có độ nhạy và độ chính xác lớn nhất

Mở rộng thang đo bằng cách ghép song song với cơ cấu đo một điện trở

sơn RS

Hình 4.2 Mở rộng thang đo của Ampemet cơ cấu đo từ điện

8/2/2012 BMNL 103

Gọi IA là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua cơ cấu đo, hệ số mở rộng thang

đo bằng kA = I/Ia

Điện trở của cơ cấu đo và điện trở của sơn là RA, RS

Theo định luật Ohm ta có:IS RS = IA RA đ

A

s A

A A

A

s A

s

I

I 1 k 1

k I

I I

I I

I I

I

I = - đ = - = - đ = +

A

S A

S

A A

I

I 1 I

I

I

K = + = +

1 k

R R

R

R 1

k R

R 1

k R

R I

S S

A S

A S

A A

đ +

=

đ

=

2 Đo dòng điện xoay chiều

Thường dùng trong các loại Ampemet xoay chiều có cơ cấu đo kiểu điện từ hay điện động hoặc kiểu từ điện có chỉnh lưu.

Hình 4.3 Mở rộng thang đo của Ampemet điện từ và điện động

a Cuộn dây phần tĩnh khi chưa mở rộng thang đo

b Cuộn dây phần tĩnh sau khi mở rộng thang đo

Để mở rộng thang đo Ampemet xoay chiều, người ta chia cuộn dây phần tĩnh của cơ cấu đo thành hai hay nhiều đoạn chấn hoàn toàn giống nhau rồi đấu song song các đoạn đó với nhau.Nhưng yêu cầu lực từ hoá không thay đổi.

8/2/2012 BMNL 105

Đo dòng điện xoay chiều

Để mở rộng thang đo nhiều hơn người ta dùng máy biến dòng điện Cuộn dâysơ cấp của máy biến dòng mắc nối tiếp với mạch điện cần đo, còn cuộn dâythứ cấp mắc nối tiếp với Ampemet có dòng điện thích hợp với cuộn dây của cơcấu đo Gọi I1 là dòng điện cần đo và I2 là dòng điện Ampemet hệ số biếndòng điện của máy biến dòng Hệ số biến dòng k chính là hệ số mở rộngthang đo kA

Hình 4.4 Nối máy biến dòng

4.2.2 Đo điện áp

Người ta dùng voltmet để đo điện áp của mạch điện Voltmet được mắcsong song với mạch điện cần đo Để cho phép đo được chính xác tổn haocông suất trong Voltmet phải rất nhỏ, ta có:

Do đó dòng điện trở trong của Voltmet phải rất lớn Đó là sự khác nhau cơbản giữa Voltmet và Ampemet

V

2

2 V

V R I U / R

8/2/2012 BMNL 107

1 Đo điện áp một chiều

Có thể dùng Voltmet 1 chiều hoặc xoay chiều Voltmet kiểu từ điện có cấp

chính xác và độ chạy cao nhất nhưng giới hạn thang đo của Voltmet nhất

là Voltmet kiểu từ điện rất nhỏ nên phải mở rộng thang đo bằng cách nối

tiếp điện trở phụ RP vào cuộn dây phần tĩnh của cơ cấu đo

Hình 4.6 Mở rộng thang đo vôn mét bằng điện trở phụ R P

§o ®iÖn ¸p mét chiÒu

Gäi kv lµ hÖ sè më réng thang ®o cña Voltmet ta cã:

U

k =

p v

p v

v

p v v

p v

R

R 1

R I

R

I 1 U

U 1

U U

-8/2/2012 BMNL 109

2 Đo điện áp xoay chiều

Có thể dùng cơ cấu đo kiểu điện từ, điện động hay từ điện có chỉnh lưu Loại

điện từ tuy có độ chính xác thấp nhưng được dùng rộng rãi trong công nghiệp

vì dễ chế tạo, giá thành không cao

+ Để mở rộng thang đo của Voltmet điện từ dưới 600V có thể dùng điện trở

phụ RP mắc nối tiếp với cơ cấu đó

+ Muốn đo điện áp cao hơn ta dùng máy biến điện áp đo lường có hai cuộn

dây Hai đầu cuộn dây sơ cấp nối với điện áp cần đo còn hai đầu cuộn dây thứ

cấp nối với hai đầu Voltmet Hệ số biến áp của máy biến áp đo lường là

Hệ số mở rộng thang đo chính là hệ số biến áp kv = k

2

1U U

k =

CT

8/2/2012 BMNL 111

VT

4.2.3 Đo công suất

1 Đo công suất trong mạch điện một chiều

Để đo công suất tiêu thụ trong phụ tải mạch điện một chiều có thể dùng Ampemet và Voltmet mắc vào mạch điện Sau đó dùng công thức để tính P = U I.

Ưu điểm là phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện.

Nhược điểm không đọc trực tiếp được trị số công suất trên thang đo.

Hình 4.7 Đo công suất trong mạch điện một chiều

8/2/2012 BMNL 113

2 Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều một pha

Để đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 1 pha ta sử dụng oát mét 1 pha Vì P = U.I.cosj nên không thể dùng mạch đo như trên được mà phải dùngmột loại dụng cụ đo gọi là Oatmet một pha Oatmet thường được chế tạo theo cơcấu kiểu điện động hoặc kiểu cảm ứng Có mômen quay tỉ lệ với công suất tácdụng trong mạch:

Hình 4.8 Sơ đồ nối oát mét động cơ 1 pha

P k dt

p

T

1 k

0

3 Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha

Tuỳ theo mạch điện và phụ tải 3 pha có phương pháp đo công suất tác dụng sau:

a Mạch điện 3 pha đối xứng ở dây trung tính (mạch 3 pha 4 dây) chỉ cần dùng một Otamet một pha đo công suất một pha rồi nhân 3: P3pha = 3 P1pha

b Mạch 3 pha không đối xứng có dây trung tính phải dùng 3 Oatmet một pha đo công suất cho cả 3 pha rồi cộng các trị số đo được lại: P3pha = PA + PB + PC

c Mạch ba pha không có dây trung tính (3 pha 3 dây), phụ tải đối xứng hoặc không đối xứng, phải dùng 2 Oatmet một pha mắc như hình vẽ Ta sẽ giải thích được tổng công suất tác dụng đo được từ 2 Oatmet 1 pha chính là công suất tác dụng của mạch 3 pha.

8/2/2012 BMNL 115

Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha

Công suất tức thời qua mỗi Oatmet W1, W2 là:

P1 = iA.UAC P2 = iB.UBCCông suất tức thời qua hai Oatmet:

P = P1 + P2 = iA.UAC + iB.UBCVì UAC = UA – UC và UBC = UB – UC nên

P = iA (UA –UC) + iB(UB – UC)

= iA.UA + iBUB – (iA+ iB).UCTheo định luật kirchoff1 trong mạch điện 3 pha 3 dây: iC = - (iA+ iB)

Vậy P = P1 + P2 = iAUA + iB.UB + iC.UC= PA + PB + PC

Nghĩa là công suất tức thời qua hai Oatmet chính bằng tổng công suất tức thời của 3 pha Vậy công suất tác dụng qua hai Oatmet phải bằng công suất tác dụng của 3 pha.

§o c«ng suÊt t¸c dông trong m¹ch ®iÖn xoay chiÒu 3 pha

H×nh 4.9 §o c«ng suÊt m¹ch 3 pha

8/2/2012 BMNL 117

4.2.4 Đo điện năng

Để đo điện năng trong mạch điện xoay chiều một pha, người ta

dùng công tơ cảm ứng một pha