Giáo trình đo lường điện (nghề điện công nghiệp)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Cuốn giáo trình dùng cho học sinh hệ trung cấp lưu hành nội trường Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Đo lường điện biên soạn dựa Chương trình khung Trình độ trung cấp nghề Điện công nghiệp Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dể hiểu Các kiến thức tồn giáo trình có mối liên hệ lơgíc chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình phần nội dung chuyên ngành đào tạo, người dạy, người học cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu Trong giáo trình cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến mơn học phù hợp với học sinh trình độ Trung cấp nghề cố gắng gắn nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế thường gặp sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với thời gian đào tạo 30 gồm có: - Bài 1: Đại cương đo lường điện - Bài 2: Các loại cấu đo thông dụng - Bài 3: Đo đại lượng điện - Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Mặc dù cố gắng chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ý kiến đóng góp người sử dụng để giáo trình chỉnh sửa, bổ sung hồn chỉnh MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH TRÌNH MÔ ĐUN : ĐO LƯỜNG ĐIỆN BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.3 CÂU HỎI ÔN TẬP: BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO 2.2 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 2.3 CÂU HỎI ÔN TẬP 13 2.3.1 Câu hỏi lý thuyết 13 2.3.2 Bài tập thực hành 14 BÀI 3: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 15 3.1 ĐO ĐẠI LƯỢNG U, I 15 3.2 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C 23 3.3 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT, ĐIỆN NĂNG 26 3.3 CÂU HỎI ÔN TẬP 33 BẢI 4: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 36 4.1 SỬ DỤNG VOM, MΩ 36 4.2 SỬ DỤNG AMPE KÌM, OSC 38 4.2.1 Sử dụng Ampe kìm 38 4.3 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 49 CÂU HỎI ÔN TẬP : 52 5.1 Câu hỏi lý thuyết 52 5.2 Bài tập thực hành 53 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN : ĐO LƯỜNG ĐIỆN Tên mơ đun: Đo lường điện Mã mô đun: MĐ 11 Thời gian thực mô đun: 30 giờ; (Lý thuyết: giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 24 giờ; Kiểm tra: giờ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơđun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học An tồn lao động; Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc - Vai trị mơ đun: mơ đun chun ngành để học sinh có kiến thức học tiếp môn học chuyên ngành khác như: Thiết bị điện gia dụng, kỹ thuật l81p đặt điện, Trang bị điện, khí nén, PLC Mục tiêu mơ đun: - Kiến thức: + Phân tích cấu tạo, nguyên lý loại cấu đo + Nhận dạng sử dụng chức loại cấu đo -Kỹ năng: + Đo đại lượng điện như: dịng điện, điện áp, cơng suất, điện + Đo thông số mạch điện như: điện trở, điện dung, hệ số tự cảm + Sử dụng loại máy đo thông dụng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc… III.Nội dung mô đun: BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Trong trình nghiên cứu khoa học nói chung cụ thể từ việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm vận hành, sữa chữa thiết bị, q trình cơng nghệ… u cầu phải biết rõ thơng số đối tượng để có định phù hợp Sự đánh giá thông số quan tâm đối tượng nghiên cứu thực cách đo đại lượng vật lý đặc trưng cho thơng số 1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Đo lường trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo lường (Ax) giá trị số, định nghĩa tỉ số đại lượng cần đo (X) đơn vị đo (Xo): Kết đo biểu diễn dạng: A = X ta có X = A.X0 X0 Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo A - số kết đo Từ (1.1) có phương trình phép đo: X = Ax Xo , rõ so sánh X so với Xo, muốn đo đại lượng cần đo X phải có tính chất giá trị so sánh được, muốn đo đại lượng khơng có tính chất so sánh thường phải chuyển đổi chúng thành đại lượng so sánh 1.2 CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 1.2.1 Khái niệm sai số Ngoài sai số dụng cụ đo, việc thực trình đo gây nhiều sai số Nguyên nhân sai số gồm: - Phương pháp đo chọn - Mức độ cẩn thận đo Do kết đo lường khơng với giá trị xác đại lượng đo mà có sai số, gọi sai số phép đo Như muốn có kết xác phép đo trước đo phải xem xét điều kiện đo để chọn phương pháp đo phù hợp, sau đo cần phải gia công kết thu nhằm tìm kết xác 1.2.2 Các loại sai số * Sai số tuyệt đối, sai số tương đối, sai số hệ thống - Sai số phép đo: sai số kết đo lường so với giá trị xác đại lượng đo - Giá trị thực Xth đại lượng đo: giá trị đại lượng đo xác định với độ xác (thường nhờ dụng cụ mẫu có cáp xác cao dụng cụ đo sử dụng phép đo xét) Giá trị xác (giá trị đúng) đại lượng đo thường khơng biết trước, đánh giá sai số phép đo thường sử dụng giá trị thực Xth đại lượng đo Như ta có đánh giá gần kết phép đo Việc xác định sai số phép đo - tức xác định độ tin tưởng kết đo nhiệm vụ đo lường học Sai số phép đo phân loại theo cách thể số, theo nguồn gây sai số theo qui luật xuất sai số * Sai số hệ thống (systematic error): thành phần sai số phép đo ln khơng đổi thay đổi có qui luật đo nhiều lần đại lượng đo Qui luật thay đổi phía (dương hay âm), có chu kỳ theo qui luật phức tạp Ví dụ: sai số hệ thống khơng đổi là: sai số khắc độ thang đo (vạch khắc độ bị lệch…), sai số hiệu chỉnh dụng cụ đo khơng xác (chỉnh đường tâm ngang sai dao động ký…)… Sai số hệ thống thay đổi sai số dao động nguồn cung cấp (pin yếu, ổn áp không tốt…), ảnh hưởng trường điện từ… Hình 2.1 Sai số hệ thống khắc vạch độ - đọc cần hiệu chỉnh thêm độ 1.2.3 Phương pháp tính sai số Dựa vào số lớn giá trị đo xác định qui luật thay đổi sai số ngẫu nhiên nhờ sử dụng phương pháp toán học thống kê lý thuyết xác suất Nhiệm vụ việc tính tốn sai số ngẫu nhiên rõ giới hạn thay đổi sai số kết đo thực phép đo nhiều lần, phép đo có kết với sai số ngẫu nhiên vượt giới hạn bị loại bỏ - Cơ sở tốn học: việc tính tốn sai số ngẫu nhiên dựa giả thiết sai số ngẫu nhiên phép đo đại lượng vật lý thường tuân theo luật phân bốchuẩn (luật phân bố Gauxơ-Gauss) Nếu sai số ngẫu nhiên vượt giá trị xác suất xuất khơng kết đo có sai số ngẫu nhiên bị loại bỏ * Xử lý kết đo: kết đo có sai số dư vi nằm ngồi khoảng 1 ,   bị loại 1.2.4 Các phương pháp hạn chế sai số Một nhiệm vụ phép đo xác phải phân tích ngun nhân xuất loại trừ sai số hệ thống Mặc dù việc phát sai số hệ thống phức tạp, phát việc loại trừ sai số hệ thống khơng khó khăn * Việc loại trừ sai số hệ thống tiến hành cách: - Chuẩn bị tốt trước đo: phân tích lý thuyết; kiểm tra dụng cụ đo trước sử dụng; chuẩn bị trước đo; chỉnh "0" trước đo… - Q trình đo có phương pháp phù hợp: tiến hành nhiều phép đo phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế… - Xử lý kết đo sau đo: sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho lượng hiệu chỉnh với dấu ngược lại); trường hợp sai số hệ thống không đổi loại cách đưa vào lượng hiệu chỉnh hay hệ số hiệu chỉnh: + Lượng hiệu chỉnh: giá trị loại với đại lượng đo đưa thêm vào kết đo nhằm loại sai số hệ thống + Hệ số hiệu chỉnh: số nhân với kết đo nhàm loại trừ sai số hệ thống Trong thực tế khơng thể loại trừ hồn tồn sai số hệ thống Việc giảm ảnh hưởng sai số hệ thống thực cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên * Xử lý kết đo Như sai số phép đo gồm thành phần: sai số hệ thống θ - khơng đổi thay đổi có qui luật sai số ngẫu nhiên Δ - thay đổi cách ngẫu nhiên khơng có qui luật Trong q trình đo hai loại sai số xuất đồng thời sai số phép đo ΔX biểu diễn dạng tổng hai thành phần sai số đó: ΔX = θ + Δ Để nhận kết sai lệch so với giá trị thực đại lượng đo cần phải tiến hành đo nhiều lần thực gia công (xử lý) kết đo (các số liệu nhận sau đo) Sau n lần đo có n kết đo x1, x2, , xn số liệu chủ yếu để tiến hành gia công kết đo * Loại trừ sai số hệ thống Việc loại trừ sai số hệ thống sau đo tiến hành phương pháp - Sử dụng cách bù sai số ngược dấu - Đưa vào lượng hiệu chỉnh hay hệ số hiệu chỉnh 1.3 CÂU HỎI ÔN TẬP: Cho biết phương pháp sử dụng đo lường điện Các loại sai số đo lường điện? Cho ví dụ Anh/chị trình bày yêu cầu điện trở đo dịng áp Trình bày nguyên lý đo điện áp phương pháp so sánh BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG Giới thiệu Mục tiêu: Bài giúp học sinh hiểu loại cấu đo thông dụng đo lường điện - Phân tích cấu tạo, nguyên lý loại cấu đo thông dụng như: từ điện, điện từ, điện động - Lựa chọn loại cấu đo phù hợp với trường hợp sử dụng cụ thể - Sử dụng bảo quản loại cấu đo tiêu chuẩn kỹ thuật an tồn Rèn luyện tính cần cù, tỉ mỉ, tác phong vệ sinh công nghiệp 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO Cơ cấu đo thành phần để tạo nên dụng cụ thiết bị đo lường dạng tương tự (analog) số Digitans - Ở dạng tương tự (analog) dụng cụ đo biến đổi thẳng: đại lượng cần đo X điện áp, dịng điện, tần số, góc pha… biến đổi thành góc quay α phần động(so với phần tĩnh), tức biến đổi từ lượng điện từ thành lượng học Từ có biểu thức quan hệ:  = (X ) với X đại lượng điện Các cấu thị thường dùng dụng cụ đo đại lượng: dòng điện, điện áp, cơng suất, tần số, góc pha, điện trở…của mạch điện chiều xoay chiều tần số công nghiệp - Hiện số (Digitans) cấu thị số ứng dụng kỹ thuật điện tử kỹ thuật máy tính để biến đổi thị đại lượng đo Có nhiều loại thiết bị số khác như: đèn sợi đốt, đèn điện tích, LED thanh, hỡnh tinh thể lỏng LCD, hình cảm ứng… 2.2 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 2.2.1 Cơ cấu đo từ điện * lôgômét từ điện (Permanent Magnet Moving Coil) a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở khơng khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lị xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo 8 Hình 2.1 Cơ cấu thị từ điện b) Nguyên lý làm việc chung: có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mơmen quay tính theo biểu thức: Mq = dWe = B.S.W.I d với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Tại vị trí cân bằng, mơmen quay mômen cản: Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dịng điện I chạy qua khung dây c) Các đặc tính chung: từ biểu thức (5.1) suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: - Chỉ đo dòng điện chiều - Đặc tính thang đo - Độ nhạy S I = B.S.W số D - Ưu điểm: độ xác cao; ảnh hưởng từ trường ngồi không đáng kể (do từ trường nam châm vĩnh cửu sinh ra); công suất tiêu thụ nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến chế độ mạch đo; độ cản dịu tốt; thang đo (do góc quay tuyến tính theo dịng điện) - Nhược điểm: chế tạo phức tạp; chịu tải (do cuộn dây khung quay nhỏ); độ xác phép đo bị ảnh hưởng lớn nhiệt độ, đo dòng chiều - Ứng dụng: cấu thị từ điện dùng để chế tạo ampemét vônmét, ômmét nhiều thang đo có dải đo rộng; độ xác cao (cấp 0,1 ÷ 0,5) + Chế tạo loại ampemét, vônmét, ômmét nhiều thang đo, dải đo rộng + Chế tạo loại điện kế có độ nhạy cao đo được: dòng đến 10-12A, áp đến 10 - 4V, đo điện lượng, phát lệch điểm không mạch cần đo hay điện kế + Sử dụng mạch dao động ký ánh sáng để quan sát ghi lại giá trị tức thời dịng áp, cơng suất tần số đến 15kHz; sử dụng để chế tạo đầu rung + Làm thị mạch đo đại lượng không điện khác + Chế tạo dụng cụ đo điện tử tương tự: vônmét điện tử, tần số kế điện tử, pha kế điện tử… + Dùng với biến đổi khác chỉnh lưu, cảm biến cặp nhiệt để đo dịng, áp xoay chiều d) Lơgơmét từ điện: loại cấu thị để đo tỉ số hai dòng điện, hoạt động theo nguyên lý giống cấu thị điện từ, khác khơng có lị xo cản mà thay khung dây thứ hai tạo mơmen có hướng chống lại mơmen quay khung dây thứ Nguyên lý làm việc: khe hở từ trường nam châm vĩnh cửu đặt phần động gồm hai khung quay đặt lệch góc δ (300 ÷ 900) Hai khung dây gắn vào trục chung Dòng điện I1 I2 đưa vào khung dây dây dẫn khơng mơmen Hình 2.2 Lơgơmét từ điện d - Dịng I1 sinh mơmen quay Mq: M q = I d d - Dịng I2 sinh mơmen cản Mc: M = I d với Ф1, Ф2: từ thông nam châm móc vịng qua khung dây, thay đổi theo α Dấu Mq Mc ngược Các giá trị cực đại mômen lệch góc δ Ở trạng thái cân có: Đặc tính bản: góc lệch α tỉ lệ với tỉ số hai dòng điện qua khung dây Ứng dụng: lôgômét từ điện ứng dụng để đo điện trở, tần số đại lượng không điện 2.2.2 Cơ cấu đo điện từ * lôgômét điện từ a) Cấu tạo chung: gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: cuộn dây bên có khe hở khơng khí (khe hở làm việc) - Phần động: lõi thép gắn lên trục quay 5, lõi thép quay tự khe làm việc cuộn dây Trên trục quay có gắn: phận cản dịu khơng khí 4, kim 6, đối trọng Ngồi cịn có lị xo cản 3, bảng khắc độ 10 Thơng thường, cần hiển thị dạng tín dạng thời gian thực (khi chúng xảy ra) sử dụng máy sóng tương tự Khi cần lưu giữ thơng tin hình ảnh để xử lý sau hay in dạng sóng người ta sử dụng máy sóng số có khả kết nơí với máy tính với vi xử lý Phần tài liệu nói tới máy sóng tương tự, loại dùng phổ biến kỹ thuật đo lường điện tử 4.2.2.2 Sơ đồ khối máy sóng thơng dụng Hình 4.5: Sơ đồ khối máy sóng Oscilloscope Tín hiệu vào đưa qua chuyển mạch AC/DC (khố K đóng cần xác định thành phần DC tín hiệu cịn quan tâm đến thành phần AC mở K) Tín hiệu qua phân áp (hay gọi suy giảm đầu vào) điều khiển chuyển mạch núm xoay nóm xoay VOLTS/DIV, nghĩa xoay núm cho phép ta điều chỉnh tỉ lệ sóng theo chiều đứng Chuyển mạch Y- POS để xác định vị trí theo chiều đứng sóng, nghĩa di chuyển sóng theo chiều lên xuống tuỳ ý cách xoay núm vặn Sau qua phân áp, tín hiệu vào khuếch đại Y khuếch đại làm lệch đưa tới điều khiển cặp làm lệch đứng Tín hiệu KĐ Y đưa tới trigo (khối đồng bộ), trường hợp gọi đồng trong, để kích thích mạch tạo sóng cưa (cịn gọi mạch phát quét) đưa tới điều khiển cặp làm lệch ngang để tăng hiệu điều khiển, số mạch sử dụng thêm khuếch đại X sau khối tạo điện áp cưa) Đôi người ta cho mạch làm việc chế độ đồng ngồi cách cắt đường tín hiệu từ khuếch đại Y, thay vào cho tín hiệu ngồi kích thích khối tạo sóng cưa 43 Đi vào khối tạo sóng cưa cịn có hai tín hiệu điều khiển từ núm vặn TIME/DIV X - POS TIME/DIV (có nhiều máy kí hiệu SEC/DIV) cho phép thay đổi tốc độ quét theo chiều ngang, dạng sóng dừng hình với n chu kỳ tần số sóng lớn gấp n lần tần số quét) X - POS núm điều chỉnh việc di chuyển sóng theo chiều ngang cho tiện quan sát Ống phóng tia điện tử CRT mô tả phần trước Sau ta xem xét phần điều khiển, vận ứng dụng thông dụng máy sóng 4.2.2.3 Thiết lập chế độ hoạt động cách điều khiển máy sóng a Thiết lập chế độ hoạt động cho máy sóng Sau nối đất cho máy sóng ta điều chỉnh núm vặn hay cơng tắc để thiết lập chế độ hoạt động cho máy Panel trước máy sóng gồm phần VERTICAL (phần điều khiển đứng), HORIZONTAL (phần điều khiển ngang) TRIGGER (phần điều khiển đồng bộ) Một số phần lại (FOCUS - độ nét, INTENSITY - độ sáng…) khác tuỳ thuộc vào hãng sản xuất, loài máy, model Nối đầu đo vào vị trí (thường có ký hiệu CH1, CH2 với kiểu đấu nối BNC (xem hình trên) Các máy sóng thơng thường có que đo ứng với kênh hình dạng sóng tương ứng với kênh Một số máy sóng có chế độ AUTOSET PRESET để thiết lập lại toàn phần điều khiển, không ta phải tiến hành tay trước sử dụng máy Các bước chuẩn bị sau: 44 + Đưa tất nút bấm vị trí OUT + Đưa tất trượt vị trí UP + Đưa tất núm xoay vị trí CENTRED + Đưa nút giảm VOLTS/DIV, TIME/DIV, HOLD OFF vị trí CAL (cân chỉnh) Vặn VOLTS/DIV TIME/DIV vị trí 1V/DIV 2s/DIV Bật nguồn Xoay Y-POS để điều chỉnh điểm sáng theo chiều đứng (điểm sáng chạy ngang qua hình với tốc độ chậm) Nếu vặn TIME/DIV ngược chiều kim đồng hồ (theo chiều giảm) điểm sáng di chuyển nhanh vị trí cở µs hình vạch sáng thay cho điểm sáng Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói vệt FOCUS để thay đổi độ nét vạch sáng hình Đưa tín hiệu chuẩn để kiểm tra độ xác máy đưa đầu đo tới vị trí lấy chuẩn (hoặc từ máy phát chuẩn máy sóng vị trí CAL 1Vpp, 1kHz) Với giá trị chuẩn VOLTS/DIV vị trí 1V/DIV TIME/DIV vị trí 1ms/DIV 45 hình xuất sóng vng có biên độ đỉnh đỉnh hình độ rộng xung hình (xoay Y - POS X - POS để đếm ô cách xác) Sau lấy lại giá trị chuẩn trên, tuỳ thuộc chế độ làm việc mà ta sử dụng nút điều khiển tương ưng b Các phần điều khiển * Điều khiển hình Phần bao gồm: + Điều chỉnh độ sáng INTENSITY dạng sóng Thơng thương tăng tần số qt cần tăng thêm độ sáng để tiện quan sát Thực chất điều chỉnh điện áp lưới + Điều chỉnh độ nét – FOCUS - dạng sóng Thực chất điều chỉnh điện áp anot A1, A2 A3 + Điều chỉnh độ lệch trục ngang – TRACE - (khi vị trí máy điểm khác tác dụng từ trường trái đất khác nên phải điều chỉnh để có vị trí cân bằng) c Điều khiển theo trục đứng Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều đứng Khi tín hiệu đưa vào lớn VOLTS/DIV phải vị trí lớn ngược lại Ngồi cịn số phần INVERT: Đảo dạng sóng DC/AC/GD: hiển thị phần chiều/xoay chiều/đất dạng sóng CH I/II: Chỉnh kênh kênh DUAL: Chỉnh kênh ADD: Cộng tín hiệu hai kênh Khi bấm nút INVERT dạng sóng tín hiệu bị đảo ngược lại đảo pha 1800) Khi gạt công tắc vị trí GD hình xuất vệt ngang, dịch chuyển vị trí đường để xác định vị trí đất tín hiệu Gạt cơng tắc vị trí DC nghĩa tín hiệu bao gồm thành phần chiều xoay chiều, gạt vị trí AC dạng sóng tách thành phần chiều Xem hình đây: (bên trái chế độ DC bên phải chế độ AC) 46 Khi ấn nút DUAL để chọn hai kênh hình xuất đồ thị dạng sóng ứng với đầu đo ADD để cộng sóng với Nói chung vị trí nút CH I/II, DUAl ADD cho chế độ hiển thị khác tuỳ thuộc vào loại máy d Điều khiển theo trục ngang Phần điều khiển vị trí tỉ lệ dạng sóng theo chiều ngang Khi tín hiệu đưa vào có tần số cao TIME/DIV phải nhỏ ngược lại Ngòai số phần sau: X - Y: chế độ kênh thứ sẻ làm trục X thay cho thời gian chế độ thường Chú ý: Khi máy hoạt động chế độ nhiều kênh có phần điều khiển theo trục ngang nên tần số quét tần số quét chung cho dạng sóng e Ứng dụng máy sóng kỹ thuật đo lường Máy sóng gọi máy sóng vạn khơng đơn hiển thị dạng sóng mà cịn thực nhiều kỹ thuật khác thực hàm tốn học, thu nhận thơng tin xử lý số liệu chí cịn phân tích phổ tín hiệu Trong phần nói tới ứng dụng máy sóng f Quan sát tín hiệu Để quan sát tín hiệu cần thiết lập máy chế độ đồng điều chỉnh tần số quét trigo để dạng sóng đứng yên hình Khi xác định biến thiên tín hiệu theo thời gian Các máy sóng đại cho phép lúc 2, tín hiệu dạng lúc tần số quan sát lên tới 400MHz 47 * Đo điện áp Việc tính giá trị điện áp tín hiệu thực cách đếm số ô hình nhân với giá trị VOLTS/DIV Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình có: Vp = 2,7 x 1V = 2,8V Vpp = 5,4 ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = 1.98V Ngồi ra, với tín hiệu xung người ta cịn sử dụng máy sóng để xác định thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) độ rộng xung (pulse width) với cách tính hình * Đo tần số khoảng thời gian Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị TIME/DIV Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách Sau nghịch đảo giá trị chu kỳ ta tính tần số Ví dụ: hình bên s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu điện dài 16 ô, chu kỳ 16ms → f=1/16ms=62,5Hz * Đo tần số độ lệch pha phương pháp so sánh Ngồi cách đo tần số thơng qua việc đo chu kỳ trên, đo tần số máy sóng sau: so sánh tần số tín hiệu cần đo fx với tần số chuẩn fo Tín hiệu cần đo đưa vào cực Y, tín hiệu tần số chuẩn đưa vào cực X Chế độ làm việc máy 48 sóng gọi chế độ X-Y mode sóng có dạng hình sin Khi hình đường cong phức tạp gọi đường cong Lissajou Điều chỉnh tần số chuẩn tới tần số cần đo bội ước nguyên tần số chuẩn hình có đương Lissajou đứng yên Hình dạng đường Lissajou khác tùy thuộc vào tần số hai tín hiệu độ lệch pha chúng Xem hình bên Với n số múi theo chiều ngang m số múi theo chiều dọc (hoặc lấy số điểm cắt lớn theo trục số điểm tiếp tuyến với hình Lissajou trục) Phương pháp hình Lissajou cho phép đo tần số khoảng từ 10Hz tới tần số giới hạn máy Nếu muốn đo độ lệch pha ta cho tần số hai tín hiệu nhau, đường Lissajou có dạng elip Điều chỉnh Y - POS X - POS cho tâm elip trùng với tâm hình hình (gốc toạ độ) Khi góc lệch pha tính bằng: A với A, B đường kính trục dài đường kính trục ngắn elip Nhược điểm phương pháp không xác định dấu góc pha sai số phép đo lớn (5 – 10%) 4.3 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 4.3.1 Máy biến điện áp Máy biến điện áp đo lường hầu hết máy biến áp giảm áp Chúng thiết kế để giảm điện áp cuộn thứ cấp xuống khoảng 100 (V) , (đây giá trị điện áp thích hợp với hầu hết thiết bị đo) Máy biến áp dùng để biến điện áp cao thành điện áp nhỏ để đo lường điều khiển Công suất máy biến điện áp 25÷1000VA Máy biến điện áp có dây quấn sơ nối với lưới điện dây quấn thứ nối với Vôn mét, cuộn dây áp Watt kế, cuộn dây rơ le bảo vệ, thiết bị điều khiển khác Các loại dụng cụ có tổng trở Z 49 lớn nên máy biến điện áp xem làm việc chế độ không tải, sai số trị số nhỏ bằng: * Cấu tạo Máy biến điện áp máy biến áp cách ly với cuộn sơ cấp có số vịng lớn cuộn thứ cấp có vịng Hình dạng bên ngồi máy biến điện áp Đặc điểm cấu tạo máy biến điện áp Cấp xác sai số máy biến điện áp Cấp xác 0.5 Sai số ΔU ± 0.5% ± 1% A - Máy Biến Áp phân phối pha 8.66-12.7/ 0.46-0.23 KV - Tần số 50 Hz - Chế độ làm mát : ONAN - Chất làm mát : Dầu khoáng cách địên - Dung lượng : 10 KVA ~ 100 KVA - Điện áp sơ cấp : 8.66 - 12.7 KV - Điện áp thứ cấp : 0.46 - 0.23 KV - Vật liệu chế tạo cuộn dây: Đồng - Màu sơn vỏ máy : Màu xám nhạt - Nơi đặt : Trong nhà trời - Vận hành : Liên tục ± 40’ 50 * Nguyên lý làm việc máy biến điện áp Máy biến điện áp thiết kế cho điện áp dây quấn thứ cấp thay đổi tải thay đổi từ lúc không tải đến đầy tải (tải định mức) Trạng thái làm việc máy biến áp điện áp gần khơng tải chúng làm việc với thiết bị có tổng trở lớn (Volt kế, cuộn áp Wat kế, cuộn áp rơle bảo vệ .) Khi sử dụng máy biến áp điện áp cần ý khơng nối tắt mạch thứ cấp gây cố ngắn mạch lưới điện sơ cấp 4.3.2 Máy biến dòng điện Trong hầu hết thiết bị đo lường điều khiển dòng điện qui chuẩn 5A nên máy biến dòng điện sử dụng lĩnh vực thường có dòng điện ngõ cuộn thứ cấp 5A Như đề cập đến trên, cuộn thứ cấp máy biến dòng thường nối với thiết bị đo ampere kế, watt kế thiết bị tự động khác Có lưu ý sử dụng máy biến dòng để cung cấp cho nhiều thiết bị phải mắt nối tiếp thiết bị với Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn thành dòng điện nhỏ để đo lường dụng cụ đo tiêu chuẩn điều khiển Cc xác S số ΔI Cấp xác sai số máy biến dòng điện 0.2 0.5 10 * Cấu tạo Máy biến dòng điện giống máy biến áp cách ly thơng thường gồm có lõi thép ghép từ thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp thứ cấp đặt lõi thép Điểm đặc biệt máy biến dòng nằm tiết diện số vòng dây quấn cuộn sơ cấp thứ cấp Cuộn dây sơ cấp quấn vịng thường quấn vịng dây Dây quấn sơ cấp có tiết diện lớn máy phải làm việc điều kiện gần ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp cơng suất máy biến dịng; máy biến dịng có cơng suất lớn đường kính dây quấn sơ cấp lớn 51 Dây quấn thứ cấp máy biến dịng có tiết diện nhỏ có nhiều vịng Sơ đồ ngun lý máy biến dịng Hình dạng bên ngồi máy biến dịng điện thường hình trịn Vì có dạng hình trịn kín nên thơng thường máy biến dịng lắp lúc lắp đặt mạng điện Hình dáng bên ngồi máy biến dòng điện * Nguyên lý hoạt động máy biến dòng: Như đề cập đến trên, máy biến dịng thường xun hoạt động tình trạng gần ngắn mạch Do đó, điều quan trọng sử dụng máy không phép để máy hoạt động chế độ khơng tải điện áp khơng tải phía thứ cấp máy biến dịng điện lớn gây hỏng lớp cách điện dẩn đến phá huỷ máy Trạng thái làm việc máy biến dịng trạng thái ngắn mạch chúng làm việc với thiết bị có tổng trở nhỏ (Ampre kế, cuộn dòng Wat kế, cuộn dòng rơle bảo vệ Khi sử dụng máy biến dòng điện cần ý không để dây quấn thứ cấp hở mạch dịng điện từ hóa lớn, lõi thép bảo hịa sâu nóng lên làm cháy dây quấn Ngoài ra, suất điện động nhọn đầu gây nên điện áp cao đến hàng nghìn Volt thứ cấp dẫn đến khơng an tồn cho người sử dụng CÂU HỎI ÔN TẬP : 5.1 Câu hỏi lý thuyết Có thể dùng wattmet điện động để đo công suất mạch chiều không ? Tại sao? 52 Chứng minh rằng: Sai số dùng wattmet điện động để đo công suất mạch xoay chiều phụ thuộc vào cấu trúc wattmet (u) tính chất phụ tải (tg) Có thể dùng wattmet điện động để đo cơng suất phản kháng mạch pha xoay chiều không? Tại sao? Trình bày loại sai số cách khắc phục sai số đo dùng công tơ cảm ứng pha để đo lượng tác dụng cho mạch xoay chiều pha Chứng minh mạch ba pha ba dây đối xứng P3 pha = 3U d I d cos Hãy trình bày phương pháp dùng wattmet pha phần tử đo công suất tác dụng mạch pha dây khơng đối xứng Hãy trình bày phương pháp dùng cơng tơ phản kháng pha phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ đo lượng phản kháng mạch ba pha Hãy trình bày phương pháp dùng công tơ phản kháng pha phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ đo lượng phản kháng mạch ba pha 5.2 Bài tập thực hành Cho hộ tiêu thụ điện có phụ tải + Chiếu sáng: Pha A gồm 50 bóng đèn; pha B gồm 60 bóng đèn; pha C gồm 80 bóng đèn Thơng số bóng : P=100W; Uđm=220 V + 01 máy hàn pha có Uđm =380V; Iđm = 100A; cosđm = Biết: Nguồn pha đối xứng có Ud = 380V Yêu cầu: - Vẽ sơ đồ kết hợp BI cơng tơ pha có Uđm = 220V, Iđm =5 A để đo lượng tác dụng cho phụ tải trên.Chọn tỉ số biến cho máy biến dịng (KI) - Tính số công tơ thời gian 100 biết máy hàn có 60% thời gian làm việc chế độ định mức; 40% thời gian làm việc chế độ non tải có U=Uđm; I=0.2Iđm; cos = 0.4 (máy hàn mắc vào pha B C) Vẽ sơ đồ kết hợp Bu; Bi công tơ pha đo lượng tác dụng phản kháng cho lưới pha cao Yêu cầu: Công tơ tác dụng pha phần tử có cuộn dịng pha A,C công tơ phản kháng pha phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ pha B Chứng minh cách mắc công tơ Vẽ sơ đồ kết hợp Bu; Bi công tơ pha đo lượng tác dụng phản kháng cho lưới pha cao Yêu cầu: Công tơ tác dụng pha phần tử có cuộn dịng pha A,B cơng tơ phản kháng pha phần tử Chứng minh cách mắc công tơ Cho hộ tiêu thụ điện có phụ tải + Chiếu sáng: Pha A gồm 150 bóng đèn; pha B gồm 40 bóng đèn; pha C gồm 120 bóng đèn Thơng số bóng : P=100w ; Uđm=220 V + 01 máy hàn pha có Uđm =380V; Iđm = 100A; cosđm = 53 Biết: Nguồn pha đối xứng có Ud = 380V Yêu cầu: - Vẽ sơ đồ kết hợp BI cơng tơ pha có Uđm = 220V, Iđm =5 A để đo lượng tác dụng cho phụ tải trên.Chọn tỉ số biến cho máy biến dịng (KI ) - Tính số công tơ thời gian 100 biết máy hàn có 60% thời gian làm việc chế độ định mức; 40% thời gian làm việc chế độ non tải có U=Uđm; I=0.2Iđm; cos = 0.4 (máy hàn mắc vào pha A C) Vẽ sơ đồ kết hợp Bu; Bi công tơ pha đo lượng tác dụng phản kháng cho lưới pha cao Yêu cầu: Công tơ tác dụng pha phần tử, công tơ phản kháng pha phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ pha A Cho hộ tiêu thụ điện có phụ tải + 01 động pha có Uđm =380V; Iđm = 100A; cosđm =0.9 + 01 máy hàn pha có Uđm =380V; Iđm = 50A; cosđm = Biết: Nguồn pha đối xứng có Ud = 380V Yêu cầu: - Vẽ sơ đồ kết hợp BI cơng tơ pha có Uđm = 380V, Iđm =5 A để đo lượng tác dụng cho phụ tải Chọn tỉ số biến cho máy biến dịng (KI) - Tính số công tơ thời gian tháng biết động làm việc chế độ định mức cịn máy hàn có 60% thời gian làm việc chế độ định mức; 40% thời gian làm việc chế độ non tải có U=Uđm; I=0.2Iđm; cos = 0.4 (máy hàn mắc vào pha A C) Câu hỏi lý thuyết: Để đo hệ số cos pha ba pha người ta dùng cấu Chứng minh cấu có góc quay tỉ lệ với hệ số cos? Trình bày sở lý thuyết để xây dựng lên Phazomet điện tử Vẽ sơ đồ Phazomet điện tử đơn giản? Trình bày phương pháp đo cos gián tiếp Ý nghĩa yêu cầu việc đo điện trở? Trình bày cách đo điện trở phương pháp gián tiếp dùng nguồn chiều? Trình bày cách đo điện trở phương pháp so sánh với điện trở mẫu? Trình bày cách đo điện trở phương pháp trực tiếp ommet mắc nối tiếp ommet mắc song song? Trình bày cách đo điện trở phương pháp dùng cầu đo (Cầu đơn cầu kép)? Trình bày phương pháp đo điện trở cách điện dùng Volmet Microampemet? 10 Trình bày phương pháp đo điện trở cách điện dùng Megommet chuyên dụng ? 11 Trình bày phương pháp đo điện trở cách điện lưới thiết bị điện có điện áp nguồn? 12 Trình bày phương pháp đo điện trở cách điện lưới thiết bị điện khơng có điện áp nguồn? 13 Trình bày cách đo điện trở cách điện MBA pha? 14 Trình bày cách đo điện trở cách điện MBA ba pha? 15 Em cho biết sử dụng máy biến dịng điện khơng để dây quấn 54 thứ cấp hở mạch ? Giải thích ? 16 Khi sử dụng máy biến điện áp người ta nối tắt mạch thứ cấp điện hay không ? Hãy trình bày tượng xảy ta nối tắt mạch thứ cấp ? 17 Trình bày phương pháp xác định vị trí chập cáp (chạm mass)? 18 Trình bày cách đo điện trở nối đất phương pháp Volmet, Ampemet? 19 Trình bày cách đo điện trở nối đất dụng cụ chuyên dụng - Teromet? 20 Trình bày điều kiện cân cầu xoay chiều? 21 Trình bày phương pháp đo hệ số hỗ cảm hai cuộn dây ? 22 Trình bày cách đo điện dung tụ điện dùng cầu xoay chiều ? 23 Trình bày cách đo điện cảm hệ số phẩm chất cuộn dây cầu xoay chiều ? 24 Trình bày nguyên lý cấu tạo oxilo tia Bài tập: Một động điện pha xoay chiều có sơ đồ RA đấu dây hình vẽ A + Nêu tên phương pháp để đo giá trị RB RA, RB, RC biết lý lịch B [RA] = [RB] = [RC] = 20 (m) RC + Biểu thức xác định cụ thể RA, RB, RC C + Vẽ sơ đồ dùng phương pháp gián tiếp, nguồn chiều đo điện trở Tính sai số phụ cho sơ đồ biết RA = 0,05; RV = 100K Một động điện pha xoay chiều có sơ đồ đấu dây hình vẽ + Nêu tên phương pháp để đo giá trị RA RA, RB, RC biết lý lịch A [RA] = [RB] = [RC] = 120 (m) RB + Biểu thức xác định cụ thể RA, RB, RC B + Vẽ sơ đồ dùng phương pháp gián tiếp, RC nguồn chiều đo điện trở C Tính sai số phụ cho sơ đồ biết RA = 0,25; RV = 100K Một sóng hình sin 500Hz với biên độ đỉnh 20V đưa vào làm lệch đứng CRT Một sóng hình cưa 250Hz với biên độ đỉnh 50V đưa vào làm lệch ngang CRT có độ nhạy lái tia đứng 0,15cm/V có độ nhạy lái tia ngang 0,08cm/V Giả sử hai tín hiệu vào đồng hóa, xác định dạng sóng hình Một sóng tam giác 40 kHz với biên độ đỉnh 8mV đưa vào làm lệch đứng CRT Một sóng hình cưa 20 kHz với biên độ đỉnh 10mV đưa vào làm lệch ngang.CRT có độ nhậy lái tia đứng 0,5cm/mV, có độ nhạy lái tia ngang 55 0,4cm/mV Giả sử hai tín hiệu vào đồng hố, xác định dạng sóng hình Một sóng hình sin 50Hz với biên độ đỉnh 220V đưa vào làm lệch đứng CRT Một sóng hình cưa 25Hz với biên độ đỉnh 50V đưa vào làm lệch ngang CRT có độ nhạy lái tia đứng 0,018cm/V có độ nhạy lái tia ngang 0,08cm/V Giả sử hai tín hiệu vào đồng hóa, xác định dạng sóng hình Một sóng tam giác 40 kHz với biên độ đỉnh 16mV đưa vào làm lệch đứng CRT Một sóng hình cưa 20 kHz với biên độ đỉnh 10mV đưa vào làm lệch ngang.CRT có độ nhậy lái tia đứng 4cm/mV, có độ nhạy lái tia ngang 0,4cm/mV Giả sử hai tín hiệu vào đồng hố, xác định dạng sóng hình Vẽ hình máy sóng xuất với hai sóng sin đồng hố khi: tỉ số tần số tín hiệu vào đứng f1 tần số tín hiệu vào ngang f2 f1/f2 = 1/5 Giải thích xuất hình ? Vẽ hình máy sóng xuất với hai sóng sin đồng hố khi: tỉ số tần số tín hiệu vào đứng f1 tần số tín hiệu vào ngang f2 f1/f2 = 2/5 Giải thích xuất hình ? 56 Tài liệu cần tham khảo: - Kỹ thuật đo - Ngô Văn Ky, Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 1993 - Cẩm nang kỹ thuật kèm ảnh dùng cho thợ đường dây trạm mạng điện trung - Trần Nguyên Thái, Trường Kỹ Thuật Điện, Công Ty Điện lực 2, Bộ lượng - 1994 - Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 - Cung cấp điện - Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 - Đo lường điều khiển máy tính - Ngơ Diên Tập, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 - Sửa chữa điện máy công nghiệp - Bùi Văn Yên, NXB Đà nẵng, 1998 - Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào, NXB Giáo Dục, 1999.Giáo trình An tồn lao động - Nguyễn Thế Đạt, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 - Giáo trình An tồn điện - Nguyễn Đình Thắng, Vụ Trung học chun nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 - Giáo trình Đo lường đại lượng điện khơng điện - Nguyễn Văn Hoà, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 57 ... sử dụng đo lường điện Các loại sai số đo lường điện? Cho ví dụ Anh/chị trình bày yêu cầu điện trở đo dịng áp Trình bày nguyên lý đo điện áp phương pháp so sánh BÀI 2: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG... 5-13 Khi đo điện trở cách điện khối mạch đo bố trí hình 5-13a điện kế G đo dòng điện xuyên qua khối cách điện (cở µA), cịn dịng điện rị bề mặt vật liệu qua điện cực phụ nối đất Điện trở cần đo xác... pháp có sai số phép đo tổng sai số hai phép đo trực tiếp (đo điện áp đo dòng điện) Trong thực tế thường đo trực tiếp công suất w atmet điện động sắt điện động Những dụng cụ đo công suất mạch chiều