Tài liệu Đo công suất và điện năng doc

Vậy α phụ thuộc • Điểm chung của cuộn dòng và cuộn áp có thể mắc trước h.b hoặc sau watt-kế h.a, khi mắc trước sai số sẽ do dòng điện đi qua cuộn dòng, còn mắc sau sai số do dòng điện đ

Ch.5 Đo công suất và điện năng

5.1.Đo công suất một chiều.

5.2.Đo công suất xoay chiều một pha 5.3.Đo công suất tải ba pha.

5.4.Đo công suất phản kháng.

5.5.Đo điện năng.

5.6.Đo hệ số công suất.

5.7.Đo tần số.

5.1.Đo công suất một chiều

H.5.1.Cách mắc rẻ dài H.5.2.Cách mắc rẻ ngắn

5.1.1Phương pháp vôn kế và ampe-kế: Với 2 cách mắc:

a.Cách mắc rẻ dài (vôn kế mắc trước, ampe-kế mắc sau):

Công suất của tải PL=IlVL= VIL-RaIL2 = c.s.đo – c.s A.

Để kết quả đo chính xác : Ra → 0

b.Cách mắc rẻ ngắn (vôn kế mắc sau, ampe-kế mắc trước):

Công suất của tải PL= VI – VIv = c.s.đo – c.s V.

Để kết quả đo chính xác : Rg → ∞

5.1.2.Phương pháp đo dùng watt-kế

• Độ lệch của cơ cấu đo được xác định như sau:

α = kIlIa mà Ia= E/(Rs+R2) nên α = kIl E/(Rs+R2) Vậy α phụ thuộc

• Điểm chung của cuộn dòng và cuộn áp có thể mắc trước (h.b) hoặc sau watt-kế (h.a), khi mắc trước sai số sẽ do dòng điện đi qua cuộn dòng, còn mắc sau sai số do dòng điện đi qua cuộn

áp Vậy để sai số bé điện trở cuộn dòng phải nhỏ hoặc điện trở nối tiếp cuộn áp phải lớn tuỳ theo cách mắc dây.

• Trong trường hợp watt-kế quay ngược chiều, ta đổi 2 đầu cuộn

5.2.Đo công suất AC một pha

5.2.1.Dùng 3 ampe-kế:  T  T i i dt

T

R dt

vi T

2 1

2 3 0

2 2

2 1

2

i T

R

P  T      

2 1

2 2

2 1

2 3

2

cos

I I

I I

I  





5.2.2.Dùng 3 vôn kế



cos 2

2

1 1

2 2

2 1

2 3

R

V

V I

V R

V V

v RT

idt

v T

P

0

2 2

2 1

2 3

2

1 1

1

2 1

2 2

2 1

2 3

2

cos

V V

V V





• Trong cách đo dùng 3 ampe-kế, để kết quả đo chính xác ampe-kế phải có Ra→0, còn trong cách đo dùng 3 vôn kế để kết quả đo chính xác vôn kế phải có Rg→∞.

• Cách đo dùng 3 vôn kế thật sự chỉ cần 1 vôn kế kết hợp 2 khóa điện K và K’ như hình trên

5.2.3.Dùng watt-kế điện động

• Cách mắc watt-kế giống như đo công suất tải

DC Điện áp v và dòng điện i của tải có dạng:

v = Vmsinωt ; i = It ; i = Imsin(ωt ; i = It+φ); dòng i); dòng iv đi qua cuộn

áp watt-kế: iv = Vmsin(ωt ; i = It+φ); dòng iv)/Zv = Ivsin(ωt ; i = It+φ); dòng iv).

• Góc lệch α của kim tỉ lệ với moment quay trung bình: α = K1ImIvcos(φ); dòng i- φ); dòng iv) = K2ImVmcos(φ); dòng i- φ); dòng iv)

xác định bởi góc quay của kim chỉ thị của

watt-kế Nếu φ); dòng iv ≠ 0 như vậy sẽ có sai số tạo ra do

sự lệch pha giữa điện áp v và dòng điện iv qua cuộn áp của watt-kế.

5.2.4.Dùng biến dòng và biến áp phối

hợp với watt-kế

• Khi tải có điện áp cao và dòng điện lớn, chúng ta phải phối hợp biến áp, biến dòng và watt-kế để đo công

suất cho tải Công suất đo được bởi watt-kế:

P2 = V2I2cosφ); dòng i2 Nhân 2 vế cho KvKi, ta có:

KvKi P2 = KvKi V2I2cosφ); dòng i2 = V1I1cos(φ); dòng i1+δv-δi)

Do đặc tính biến áp, biến dòng δv,δi bé nên :

(φ); dòng i1+δv-δi) # φ); dòng i1, do đó: KvKi P2 # P1=V1I1cosφ); dòng i1

5.2.5.Dùng cặp nhiệt điện

• Watt-kế dùng cặp nhiệt điện để đo công suất của tải hoạt

động với tín hiệu không sin, tần số bất kỳ như hình trên Dòng

iv+il đốt nóng R1 của cặp nhiệt điện1, dòng il-iv đốt nóng cặp nhiệt điện 2, cho nên:

• e1 tỉ lệ (Il+E) 2 = Il2+E 2 +2IlE; e2 tỉ lệ (Il-E) 2 = Il2+E 2 -2IlE.

• Điện áp ra của 2 cặp nhiệt điện: e0= e1- e2 nên : e0

tỉ lệ Il2+E 2 +2IlE –(Il2+E 2 -2IlE) = 4EIl: tỉ lệ công suất tải Trường

• Thực tế người ta thường dùng cặp nhiệt điện dạng

cầu Với cặp nhiệt điện dạng cầu dòng điện đi qua cặp nhiệt điện đốt nóng trực tiếp đầu nối của cặp nhiệt

điện Điện áp ra Vcd = 4Vj (Vj điện áp mỗi cặp nhiệt

điện) Ưu điểm của cầu cặp nhiệt điện là sức điện

động ngõ ra tăng lên, dòng điện đo đi qua trực tiếp và không sợ quá tải như loại có điện trở đốt nóng riêng

5.3.Đo công suất tải 3 pha

5.3.1.Đo công suất mạch điện 4 dây: Dùng 3 watt-kế 1 pha:Pc= P1+P2+P3 = VaIacosφ); dòng ia + VbIbcosφ); dòng ib+ VcIccosφ); dòng icHoặc dùng watt-kế 3 pha 3 phần tử gồm 3 cuộn dòng và

3 cuộn áp (di động) có cùng trục quay

5.3.2.Đo cơng suất mạch điện 3 dây

• Ta dùng 3 watt-kế 1 pha như hình trên, cơng suất tải 3 pha bằng tổng đại số độ chỉ của 2 watt-kế, điều này

đúng trong các trường hợp sau:

• Mạng đối xứng, tải cân bằng

• Mạng đối xứng, tải khơng cân bằng

Hình 5.12: Mạch đo công suất tải ba pha ba dây

5.3.3.Watt-kế 3 pha đo tải không

cân bằng

H watt-kế 3 pha 2 phần tử H watt-kế 3 pha 2 phần tử rưỡi.

• watt-kế 3 pha 2 phần tử: Nguyên lý như cách đo 3 pha dùng 2 watt-kế 1 pha, gồm có 2 cuộn dòng và 2 cuộn áp

• watt-kế 3 pha 2 phần tử rưỡi: Dùng nhiều trong công nghiệp, gồm có 3 cuộn dòng và 2 cuộn áp

5.3.4.Đo công suất 3 pha dùng

watt-kế + biến dòng

• Trong trường hợp tải có dòng điện quá lớn vượt quá trị số dòng điện cho phép của watt-kế, cần kết hợp đo watt-kế với biến dòng để đo công

suất Công suất của tải: P1 = P2ki

P2: trị số đọc trên watt-kế, ki: tỉ số biến dòng

5.3.5.Đo công suất 3 pha dùng

watt-kế + biến áp + biến dòng

• Trong trường hợp tải có điện áp cao và dòng

điện lớn , phải dùng đến biến áp và biến dòng

để đo công suất của tải Khi đó công suất của tải được xác định: P1 = P2kikv; kv: tỉ số biến áp

5.4.Đo công suất phản kháng của tải

5.4.1.Công suất phản kháng 1 pha: Công suất phản

kháng Q = VIsinφ); dòng i = VIcos(900 – φ); dòng i).Nếu dùng watt-kế

để đo công suất phản kháng thì dòng điện qua cuộn

áp lệch pha thêm 900, do đó watt-kế muốn biến thành var-kế cuộn điện áp mắc nối tiếp với điện cảm L

5.4.2.Đo công suất phản kháng 3 pha

1.Đo công suất phản kháng trong hệ thống 4 dây: Dùng

3 kế 1 pha như hình trên Ta có độ chỉ của

2.Đo công suất phản kháng trong

.

3 VI L  Q

b.Điện áp đối xứng,tải khơng cân bằng

• Ta dùng 3 watt-kế 1 pha và mắc dây giống như

trường hợp hệ thống 4 dây như hình trên

• Cơng suất phản kháng 3 pha sẽ bằng tổng độ chỉ của ba watt-kế chia cho căn bậc hai của 3

Hình 5.20: Cách mắc watt-kế đo công suất phản kháng tải ba pha

5.5.Đo điện năng

5.5.1.Điện năng kế 1 pha:

• Mq =KfФФimaxФvmaxsinΨ; Фimax tỉ lệ I, Фvmax tỉ lệ V và nếu:

Ψ = (90 0 - φ); dòng i) thì sinΨ =cosφ); dòng i; Lúc đó: M q = K 1 VIcosφ); dòng i=K 1 P.

5.5.2.Đo điện năng của tải 3 pha

a.Điện năng kế 3 pha 3 phần tử : Có cách mắc

dây giống như watt-kế 3 pha 3 phần tử

b.Điện năng kế 3 pha 2 phần tử

• Được cấu tạo như loại 3 phần tử nhưng có 2 phần tử làm quay 2 đỉa nhôm Cách mắc giống như watt-kế 3 pha 2 phần tử

H.5.24.Cách mắc điện năng kế 2 phần tử û

5.5.3.Đo điện năng phản kháng 3 pha

a.Điện năng kế phản kháng 3 pha 3 phần tử: Cách mắc dây giống như đo công suất phản kháng 3 pha 3 phần tử

b.Điện năng kế phản kháng 3 pha 2

phần tử rưỡi

• Phần tử thứ 3 chỉ có cuộn dòng và chia làm 2 nữa, một nữa bố trí ở phần không gian của phần tử thứ 1, nữa còn lại bố trí ở phần không gian phần tử thứ 2

5.6.Đo hệ số công suất

5.6.1.Đo cosφ); dòng i dùng vôn kế và

watt-kế:

a.Đo cosφ); dòng i dùng vôn kế:

Trong ngành điện tử ta đo φ); dòng i là

góc lệch pha của 2 tín hiệu bất

• Giống như cách đo công suất của tải dùng 3 vôn

kế, hệ số công suất cosφ); dòng i của tải được xác định như sau:

Cosφ); dòng i = (V32-V12-V22)/2V1V2

b.Đo cosφ); dòng i bằng vôn-kế,ampe-kế

và watt-kế

• Cosφ); dòng i = Pe /Pa ; Pe: công suất hiệu dụng của tải

đo bởi watt-kế, Pa = VI: Công suất biểu kiến đo bởi vôn kế và ampe-kế

5.6.2.Cosφ); dòng i kế loại tỉ số kế điện động

Thanh rung

47 48 49 50 51 52

5.7.2.Tần số kế điện động

• Khi kim ở giữa thang đo dòng I2res.cộng hưởng,

momen T1 tác động lên B1 bằng không, khung quay di chuyển bởi T2 đến vị trí sao cho trục từ thông A và B2trùng nhau Ở tần số khác, T1 và T2 khác 0 và ngược chiều nhau , kim dừng lại khi hai momen này bằng

nhau

5.7.3.Tần số kế loại tỉ số kế từ điện

1 1

2 1

1 r ( 2 fL 1 / 2 fC )

Z     

• Độ lệch của kim α = F(I1/I2) = F(R2/Z1) Mà:

• Vậy độ lệch α phụ thuộc vào tần số tín hiệu cung cấp cho mạch đo.

5.7.4.Đo tần số dùng cầu Wien

• Khi cầu cân bằng, ta chứng minh được rằng:

• Trong điều kiện: R1= R3= R; C1= C3= C ; Khi đó tần số tín hiệu fФ = 1/(2πRC).RC)

3 1 3 1

1

R R C C





5.7.5.Cầu T đôi đo tần số

• Trong điều kiện R2 = 2R1, C2= 2C1 và cầu cân bằng

Ta có: fФx = 1/(4πRC).R1C1)