Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện pptx

Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 1 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 CẦU ĐO ĐIỆN CẢM – CẦU ĐO TỤ ĐIỆN  Phần 1: LỜI MỞ ĐẦU – GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI - Môn học kỹ thuật đo lường trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay. Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp. - Kỹ thuật Đo lường Điện là môn học nghiên cứu các phương pháp đo các đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất,… và đại lượng không điện: nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc… - Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo lường trong ngành điện. Trình bày 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. - Thông số của mạch điện bao gồm điện trở R, điện cảm L, điện dung C, góc tổn hao của tụ điện và hệ số phẩm chất của cuộn dây. - Có 2 phương pháp đo thông số của mạch là đo trực tiếp và đo gián tiếp: + Đo trực tiếp là dung các thiết bị xác định trực tiếp thong số cần đó như Ohmmet, Henrimet, Faramet… + Đo gián tiếp là sử dụng ampe kế và vôn kế đo dòng và áp rồi suy ra thông số cần đo. - Ở đây, chúng ta tìm hiểu về phương pháp đo bằng cầu đo điện cảm và phương pháp đo bằng cầu đo tụ điện. - Trong quá trình biên soạn, đã được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, mặc dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho bài tiểu luận được hoàn chỉnh hơn, song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế. Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 2 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7  Phần 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Có hai loại cầu đo: cầu đo đơn giản và cầu đo phổ quát được dùng để đo điện dung và điện cảm. Cả hai loại này đều dựa vào nguyên lý cầu đo Wheatstone. Trong cầu đo phổ quát có xét đến hệ số tổn hao D của tụ điện cũng như hệ số phẩm chất Q của cuộn dây. 1. CẦU ĐO ĐƠN GIẢN: 1.1. CẦU WHEASTONE: (Nhắc lại từ bài cầu đo điện trở) - Z 1 , Z 2 , Z 3 và Z 4 là tổng trở tương ứng, có thể là số thực hay số phức bất kỳ. Cầu Wheastone cân bằng, nghĩa là kim điện kế G chỉ số 0, tương ứng với điều kiện: Z 1 .Z 4 = Z 2 .Z 3 1.2. CẦU ĐO ĐIỆN CẢM: Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 3 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 - L 1 : điện cảm mẫu có giá trị thay đổi được; - L x : điện cảm cần đo. - R 3 và R 4 lần lượt là các điện trở mẫu có thể thay đổi được. - Khi cầu đo cân bằng, áp dụng công thức của cầu đo Wheastone: Z 1 .Z 4 = Z 2 .Z 3 ta có: 4 1 4 x 3 x 1 3 R j L R j L R L L R      1.3. CẦU ĐO TỤ ĐIỆN: - R 3 và R 4 lần lượt là các điện trở mẫu có thể thay đổi được. - C 1 là tụ điện mẫu có thể thay đổi được. - C X là tụ điện cần đo. - Khi cầu đo cân bằng, áp dụng công thức của cầu đo Wheastone: Z 1 .Z 4 = Z 2 .Z 3 ta có: 3 4 3 x 1 1 x 4 R 11 R R C C j C j C R     Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 4 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 2. CẦU ĐO PHỔ QUÁT: 2.1. CẦU ĐO ĐIỆN CẢM: - Cuộn cảm lý tưởng là cuộn dây chỉ có thành phần điện kháng là ( L XL ) hoặc chỉ thuần khiết là điện cảm L, nhưng trong thực tế các cuộn dây bao giờ cũng có một điện trở nhất định. Điện trở càng lớn phẩm chất của cuộn dây càng kém. Q là thông số đặc trưng cho phẩm chất của cuộn dây, nó được tính bằng:     L L Im Z Q Re Z  với L x x Z R j L   - Để đo các thông số của cuộn dây người ta thường dùng mạch cầu xoay chiều. 2.1.1. Cầu xoay chiều dùng điện cảm mẫu: - Cấu tạo: + Mạch cầu so sánh các đại lượng cần xác định L x , R x với đại lượng mẫu L m và R m . + Hai nhánh R 1 , R 2 là các điện trở thuần trở có độ chính xác cao. + Khi đo người ta điều chỉnh R m , L m (và có thể cả R 1 , R 2 ) để cầu đạt giá trị cân bằng. - Khi cầu đo cân bằng, ta có: Z x .Z 2 = Z m .Z 1 U o ~ R x R 1 R 2 R m L m Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 5 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Trong đó:                          x x x m m m x x 2 m m 1 11 22 Z R j L Z R j L R j L R R j L R ZR ZR                1 xm x 2 m 1 2 x 2 m 1 1 xm 2 R RR R .R R R R L .R L R R LL R - Từ đó tính được hệ số phẩm chất trong cuộn dây: xm x xm LL Q RR   2.1.2. Cầu đo điện cảm Maxwell: - Cầu Maxwell chỉ thích hợp đo các cuộn cảm có hệ số phẩm chất Q thấp ( Q 10 , điện trở cuộn dây nhỏ). - Cấu tạo: Trong mạch cầu, tụ điện chuẩn C 3 mắc song song với điện trở R 3 , các nhánh còn lại là điện trở R 1 và R 2 . Các điện trở R 3 , R 1 , R 2 là các điện trở có thể điều chỉnh được R x và L x biểu diễn cuộn cảm cần đo. - Khi cầu đo cân bằng, ta có: Z x .Z m = Z 1 .Z 2 U o ~ C m R m R 1 L x R x R 2 Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 6 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Trong đó:                   x x x m m m 11 22 Z R j L Z 1 ZR ZR 1 jC R   xx m m 1 1 R j L jC R     12 = R R x x m m 1 R j L j C R         12 = R R       12 x m x 1 2 m RR R= R L = R R C - Từ đó tính được hệ số phẩm chất trong cuộn dây:     x x m m x L Q C R R 2.1.3. Cầu đo điện cảm Hay: - Mạch cầu điện cảm Hay được sử dụng cho việc đo các cuộn cảm có hệ số phẩm chất Q cao ( Q 10 , điện trở cuộn dây nhỏ) - Cấu tạo: Cầu điên cảm Hay tương tự như cầu Maxwell chỉ khác ở chỗ điện trở R m được mắc nối tiếp tụ C 3 và điện cảm L x và R x được biểu diễn dưới dạng mạch song song và R x , L x đo được là các thành phần của mạch song song. Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 7 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHƠNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHĨM 7 - Khi cầu đo cân bằng, ta có: Z x .Z m = Z 1 .Z 2 Trong đó:                    xx x xx mm m 11 22 Z 1 Z ZR ZR R .j L R j L R jC xx xx R j L R j L       m 1 2 m 1 R + = R R jωC       x 1 2 m 12 x m L = R R C RR R= R - Từ đó tính được hệ số phẩm chất trong cuộn dây:   x x x m m R 1 Q L C R 2.2 CẦU ĐO TỤ ĐIỆN: - Khái niệm về điện dung và góc tổn hao. + Tụ điện lý tưởng là tụ khơng tiêu thụ cơng suất (dòng điện một chiều khơng đi qua tụ) nhưng trong thực tế mạch tương đương của tụ điện có 2 dạng tuỳ theo sự hao mất của điện dung. Do đó chất lượng của điện dung được đánh giá qua hệ số tổn hao D = tgδ (với δ là góc tổn hao của tụ điện). + Tụ điện được biểu diễn dưới dạng một tụ lí tưởng nối tiếp với một điện trở (tụ điện có tổn hao nhỏ) hoặc nối song song với một điện trở (tụ điện có tổn hao lớn). Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 8 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHƠNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHĨM 7 - Tụ điện có tổn hao nhỏ - Tụ điện có tổn hao lớn - Hệ số tổn hao D của tụ điện:     x x Re Z D tg Im Z    với xx x 1 ZR jC   - Dựa vào biểu đồ vectơ hoặc theo cơng thức trên, ta có: + Trường hợp điện dung có tổn hao nhỏ, nghóa là trò số D nhỏ (D < 0.1) thì sơ đồ mạch tương đương bao gồm C x mắc nối tiếp R x , D nt được tính: x nt x x x R D R C 1 C     + Trường hợp ngược lại, điện dung có tổn hao lớn, D lớn (D > 0.1) thì sơ đồ mạch tương đương bao gồm C x mắc song song với R x , D ss được tính: x ss x x x nt 1 R 11 D C R C D     Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 9 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 2.2.1. Cầu đo tụ điện có tổn hao nhỏ (Cầu Sauty): - Cấu tạo: + Tụ điện có tổn hao nhỏ được biểu diễn bởi một tụ điện lý tưởng mắc nối tiếp với một điện trở. + Cầu gồm có 4 nhánh trong đó R 1 , R 2 là thuần trở các nhánh còn lại là C x , R x và điện trở mẫu R m , C m điều chỉnh được. + Đường chéo cầu được mắc điện kế G chỉ cân bằng và nguồn cung cấp xoay chiều U~. Khi đó người ta mắc cầu như hình dưới: - Khi cầu đo cân bằng, ta có: Z x .Z 2 = Z 1 .Z m Trong đó:                   xx x mm m 11 22 1 Z 1 Z ZR ZR R jC R jC xm xm              21 11 R + R = R + R jωC jωC 1 xm x m 1 1 2 xm xm 1 C             2 2 2 RR RR R = R = R R RR R C CC R Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 10 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 2.2.2 Cầu đo tụ điện có tổn hao lớn (Cầu Nernst): - Cấu tạo: Khi tụ có tổn hao lớn người ta biểu diễn nó dưới dạng một tụ điện lý tưởng mắc song song với một điện trở. Trong đó R 1 , R 2 là các điện trở thuần, C m mắc song song với R m là điện dung và điện trở mẫu; R x , C x là điện trở và điện dung của tụ điện cần đo - Khi cầu đo cân bằng, ta có: Z x .Z 2 = Z 1 .Z m Trong đó:                                x x x xx xx m m m xx xx 11 22 1 R. jC 1 Z 11 R j C j C R 1 R. jC 1 Z 11 R j C j C R ZR ZR 12 mx mx 1 xm 1 x 1 m 2 xm xm 1 RR 11 j C j C RR 11 R j C R j C RR C                                  2 RR R = R R C R [...].. .Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 11 3 CÁC DẠNG CẦU ĐO KHÁC: - Ngoài các mạch cầu được giới thiệu ở trên, người ta còn dung một số loại mạch cầu khác như cầu Owen dùng để đo điện cảm (Lx và Rx) Trong đó Z1 được thay bằng tụ C1 có thể điều chỉnh được Khi cầu đo cân bằng, ta xác định được các giá trị của điện cảm Lx và Rx:  Lx = C1R 2 R 3  C  Rx  1 R 2  C3  (Cầu điện cảm Owen)... điện cảm Owen) - Cầu Schering dung để đo các tụ điện có điện dung nhỏ và các tụ cao áp Trong đó tụ điện C3 có thể thay đổi được trị số Khi cầu cân bằng, ta xác định được: R  Cx = C1 3  R4    R  C3 R  x C1 4  (Cầu điện cảm Schering) VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện  Phần 3: BÀI Câu 1: Trang 12 TẬP ÁP DỤNG Cho cầu đo Maxwell, biết...   jCm L x  Cm R m Rx R1 R2 Rm Zm  R m  Qx  1 jCm Rx 1  L x Cm R m VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện - Trang 14 Dựa vào các mạch cầu đo thông số tụ điện trong bài, ta có: Cầu đo tụ điện có tổn hao nhỏ Cầu đo tụ điện có tổn hao lớn Z1 Z1  R1 Z2 Z2  R 2 Zx Zm Zx  R x  Zm  R m  Zx  1 jCx Zm  1 jCm Rx Rx = Cx  1  jCx... thấy cầu cân bằng Hãy xác định các giá trị Cx, Rx và D biết rằng tần số tín hiệu là 100Hz Bài giải: - Khi cầu cân bằng: R1 125  R x  R 4 R  10K 14, 7K  183,3  3  R3 10K C  C  0,1F  0, 086F  x R 4 1 14, 7K  - Hệ số tổn hao: Dnt  Rx Cx  R1C1  2fR1C1  2.100.125.0,1.106  0,008 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện. .. KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện  Phần 4: NỘI - Trang 13 DUNG CẦN NHỚ Dựa vào các mạch cầu đo thông số cuộn cảm trong bài, ta có: Cầu xoay chiều dùng điện cảm mẫu Cầu điện cảm Maxwell Cầu điện cảm Hay (Q < 10) (Q > 10) Cầu cân Zx.Z2 = Zm.Z1 Zx.Zm = Z1.Z2 bằng Z1 Z1 = R 1 Z2 Z2 = R 2 Zx  Zx  R x  jLx Zx Rx Rx  R1 R R2 m Rx = Lx Lx  R1 L R2 m R x jL... cầu cân bằng Hãy xác định các giá trị Lx, Rx và Q biết rằng tần số tín hiệu là 200Hz Bài giải: - Khi cầu cân bằng: R1 1, 26K  R x  R 4 R  470K 500  1,34K 3  L  C R R  0,1.106.1, 26.103.500  63mH 3 1 4  x - Hệ số phẩm chất: Qx  Câu 2: L x  C3 R3  2fC3 R3  2.200.0,1.10 6.470  0, 06 Rx Cho cầu đo Sauty, biết C3  0,1F , R 3  10K , R 4  14,7K người ta điều chỉnh giá trị điện. .. R 2 Zx Zm Zx  R x  Zm  R m  Zx  1 jCx Zm  1 jCm Rx Rx = Cx  1  jCx Rx 1 1  jCm Rm R1 R R2 m Cx 1 R2 C R1 m D Dss  Dnt  R x Cx  1 R x Cx - HẾT - VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 . Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 1 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 CẦU ĐO ĐIỆN CẢM – CẦU ĐO TỤ ĐIỆN. 1.2. CẦU ĐO ĐIỆN CẢM: Tiểu luận: Cầu đo điện cảm – Cầu đo tụ điện Trang 3 VAA HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM – LỚP ĐV1-K5 – NHÓM 7 - L 1 : điện