GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ

Lời nói đầu SỞ LAO ĐỘNG TB XH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số 234QĐ CĐN ngày 05.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ

SỞ LAO ĐỘNG TB & XH TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số 234/QĐ-CĐN ngày 05 tháng năm 2020 Trường Cao đẳng nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Dựa theo giáo trình này, sử dụng để giảng dạy cho trình độ nghề ngành/ nghề khác nhà trường LỜI GIỚI THIỆU Nhằm thống nội dung giảng dạy đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu sinh viên Tác giả xây dựng giáo trình áp dụng chương trình đào tạo Cao đẳng trung cấp nghề Điện công nghiệp Đây tài liệu giảng dạy giảng viên học tập, nghiên cứu sinh viên trường Cao đẳng nghề Hà Nam Nội dung giáo trình xây dựng sở thừa kế nội dung giảng dạy giảng viên trường Cao đẳng nghề Hà Nam kết hợp với tài liệu tham khảo ngồi nước Giáo trình nhà giáo có nhiều năm kinh nghiệm tham gia giảng dạy đóng góp ý kiến Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, định hướng kiến thức theo quan điểm phát triển công nghệ ứng dụng không nghiên cứu sâu kiến thức hàn lâm mà chủ yếu nghiên cứu hệ trình phân tích mạch cơng suất Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình không tránh khỏi khiếm khuyết Hy vọng nhận góp ý bạn đọc Mọi góp ý xin liên hệ tác giả theo địa mail: thucdnhanam@gmail.com xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày 10 tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đặng Thị Nguyệt Thu MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN KHÁI NIỆM VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm đo lường 1.2 Khái niệm đo lường điện 1.3 Các phương pháp đo CÁC SAI SỐ VÀ TÍNH SAI SỐ 2.1 Khái niệm sai số 2.2 Các loại sai số 2.3 Phương pháp tính sai số 11 2.4 Các phương pháp hạn chế sai số 12 BÀI 1: CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO THÔNG DỤNG 14 KHÁI NIỆM VỀ CƠ CẤU ĐO 14 CÁC LOẠI CƠ CẤU ĐO 15 2.1 Cơ cấu đo từ điện 15 2.2 Cơ cấu đo điện từ 17 2.3 Cơ cấu đo điện động 18 2.4 Cơ cấu đo cảm ứng 20 BÀI 2: ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN CƠ BẢN 22 ĐO ĐẠI LƯỢNG U, I 22 1.1 Đo dòng điện 22 1.2 Đo điện áp 28 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG R, L, C 35 2.1 Đo điện trở 35 2.2 Đo điện cảm 43 2.3 Đo điện dung 44 ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT, ĐIỆN NĂNG 45 3.1 Đo tần số 45 3.2 Đo công suất điện (năng lượng) 47 BÀI 3: SỬ DỤNG CÁC LOẠI MÁY ĐO THÔNG DỤNG 54 SỬ DỤNG VOM, MΩ 54 1.1 Sử dụng VOM 54 1.2 Sử dụng MΩ 56 SỬ DỤNG AMPE KÌM, OSC 57 2.1 Sử dụng Ampe kìm 57 2.2 Sử dụng Dao động ký (Oscilloscope) 59 SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 69 3.1 Máy biến điện áp 69 3.2 Máy biến dòng điện 71 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 73 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: Đo lường điện Mã mô đun: MĐ13 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học An tồn lao động; Mạch điện - Tính chất: Là mơ đun kĩ thuật chun mơn, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơ đun: có vị trí quan trọng chương trình đào tạo nghề điện cơng nghiệp Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc cấu đo + Nhận dạng phân loại dụng cụ đo - Về kỹ năng: + Đo thông số đại lượng mạch điện + Sử dụng loại máy đo để kiểm tra, phát hư hỏng thiết bị/hệ thống điện + Đọc kết đo nhanh chóng, xác - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có khả nhận dạng phân loại cấu đo lường đào tạo; có sáng kiến q trình thực chọn lựa dụng cụ đo phù hợp; có khả đưa kết luận kết dụng cụ đo + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm, lựa chọn dụng cụ đo lường điện điều kiện làm việc thay đổi + Hướng người khác thực việc lựa chọn thiết bị đo lường điện theo yêu cầu cho trước; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm + Đánh giá chất lượng thiết bị đo lường điện lựa chọn kết thực thành viên nhóm Nội dung mô đun: BÀI MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN Mã bài: MĐ 13 - MĐ Giới thiệu Trong q 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 thông 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 Đo lường so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng chuẩn hóa (đại lượng mẫu đại lượng chuẩn) Như công việc đo lường nối thiết bị đo vào hệ thống khảo sát quan sát kết đo đại lượng cần thiết thiết bị đo Trong thực tế khó xác định ‘‘trị số thực’’ đại lượng đo Vì vậy, trị số đo cho thiết bị đo gọi trị số tin cậy (expected value) Bất kỳ đại lượng đo bị ảnh hưởng nhiều thơng số Do đó, kết đo phản ánh trị số tin cậy Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưởng đo lường liên quan đến thiết bị đo Ngoài ra, có hệ số khác liên quan đến người sử dụng thiết bị đo Như vậy, độ xác thiết bị đo diễn tả hình thức sai số Mục tiêu - Giải thích khái niệm đo lường, đo lường điện - Tính tốn sai số phép đo, vận dụng phù hợp phương pháp hạn chế sai số - Đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp - Rèn luyện tính xác, chủ động, nghiêm túc cơng việc Nội dung Khái niệm đo lường điện 1.1 Khái niệm đo lường 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 = Trong đó: X - đại lượng đo X0 - đơn vị đo; X ta có X = A.X0 X0 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 Khái niệm đo lường điện Đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Nếu đại lượng khơng so sánh phải chuyển đổi đại lượng so sánh với mẫu hay chuẩn đo Đo lường điện trình đánh giá định lượng đại lượng điện cần đo để có kết số so với đơn vị đo 1.3 Các phương pháp đo Phương pháp đo việc phối hợp thao tác trình đo, bao gồm thao tác: xác định mẫu thành lập mẫu, so sánh, biến đổi, thể kết hay thị Các phương pháp đo khác phụ thuộc vào phương pháp nhận thông tin đo nhiều yếu tố khác đại lượng đo lớn hay nhỏ, điều kiện đo, sai số, yêu cầu… Tùy thuộc vào đối tượng đo, điều kiện đo độ xác yêu cầu phép đo mà người quan sát phải biết chọn phương pháp đo khác để thực tốt q trình đo lường Có thể có nhiều phương pháp đo khác thực tế thường phân thành loại phương pháp đo phương pháp đo biến đổi thẳng phương pháp đo kiểu so sánh 1.1.3.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, nghĩa khơng có khâu phản hồi - Q trình thực hiện: * Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi để biến đổi thành số N X, đồng thời đơn vị đại lượng đo XO biến đổi thành số NO * Tiến hành trình so sánh đại lượng đo đơn vị (thực phép chia NX/NO), * Thu kết đo: AX = X/XO = NX/NO Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng Quá trình gọi trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng Tín hiệu đo X tín hiệu đơn vị XO sau qua khâu biến đổi (có thể hay nhiều khâu nối tiếp) qua biến đổi tương tự - số A/D để có NX NO , qua khâu so sánh có NX/NO Dụng cụ đo biến đổi thẳng thường có sai số tương đối lớn tín hiệu qua khâu biến đổi có sai số tổng sai số khâu, dụng cụ đo loại thường sử dụng độ xác yêu cầu phép đo không cao 1.1.3.2.Phương pháp đo kiểu so sánh - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng, nghĩa có khâu phản hồi - Q trình thực hiện: + Đại lượng đo X đại lượng mẫu XO biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh + Q trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trìnhđo, hai đại lượng đọc kết XK có kết đo Q trình đo gọi trình đo kiểu so sánh Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo kiểu so sánh (hay gọi kiểu bù) Hình 1.3 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh + Các phương pháp so sánh: so sánh SS thực việc so sánh đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, qua so sánh có: ΔX = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà có phương pháp sau: - So sánh cân bằng: * Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK = NK.XO so sánh với cho ΔX = 0, từ suy X = XK = NK.XO + suy kết đo: AX = X/XO = NK Trong trình đo, XK phải thay đổi X thay đổi để kết so sánh ΔX = từ suy kết đo * Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thiết bị thị cân (độ xác nhận biết ΔX = 0) Ví dụ: cầu đo, điện kế cân - So sánh không cân bằng: * Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK không đổi biết trước, qua so sánh có ΔX = X - XK, đo ΔX có đại lượng đo X = ΔX + XK từ có kết đo: AX = X/XO = (ΔX + XK)/XO * Độ xác: độ xác phép đo chủ yếu độ xác XK định, ngồi cịn phụ thuộc vào độ xác phép đo ΔX, giá trị ΔX so với X (độ xác phép đo cao ΔX nhỏ so với X) Phương pháp thường sử dụng để đo đại lượng không điện, đo ứng suất (dùng mạch cầu không cân bằng), đo nhiệt độ… - So sánh khơng đồng thời: * Q trình thực hiện: dựa việc so sánh trạng thái đáp ứng thiết bị đo chịu tác động tương ứng đại lượng đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK, hai trạng thái đáp ứng suy X = XK Đầu tiên tác động X gây trạng thái đo thiết bị đo, sau thay X đại lượng mẫu XK thích hợp cho gây trạng thái X tác động, từ suy X = X K Như rõ ràng XK phải thay đổi X thay đổi * Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK Phương pháp xác thay XK X trạng thái thiết bị đo giữ nguyên Thường giá trị mẫu đưa vào khắc độ trước, sau qua vạch khắc mẫu để xác định giá trị đại lượng đo X Thiết bị đo theo phương pháp thiết bị đánh giá trực tiếp vônmét, ampemét thị kim - So sánh đồng thời: * Quá trình thực hiện: so sánh lúc nhiều giá trị đại lượng đo X đại lượng mẫu XK, vào giá trị suy giá trị đại lượng đo Ví dụ: xác định inch mm: lấy thước có chia độ mm (mẫu), thước theo inch (đại lượng cần đo), đặt điểm trùng nhau, đọc điểm trùng là: 127mm inch, 254mm 10 inch, từ có được:1 inch = 127/5 = 254/10 = 25,4 mm Trong thực tế thường sử dụng phương pháp để thử nghiệm đặc tính cảm biến hay thiết bị đo để đánh giá sai số chúng Từ phương pháp đo có cách thực phép đo là: - Đo trực tiếp : kết có sau lần đo - Đo gián tiếp: kết có phép suy từ số phép đo trực tiếp - Đo hợp bộ: gián tiếp phải giả phương trình hay hệ phương trình có kết - Đo thống kê: đo nhiều lần lấy giá trị trung bình có kết Các sai số tính sai số 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 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 Tiêu chí phân loại Theo cách thể số Theo nguồn gây sai số Theo qui luật xuất sai số Loại sai số - Sai số tuyệt đối - Sai số tương đối - Sai số phương pháp - Sai số thiết bị - Sai số chủ quan - Sai số bên ngồi Ampe kìm model 3280-10 hãng Hioki - Nhật với tính sử dụng đơn giản an tồn Dùng đo dịng, áp xoay chiều, điện trở, kiểm tra dẫn điện  Kích thước gọn nhẹ: 57x175x16 mm  Trọng lượng: 100g  Nguồn cung cấp cho máy: pin CR2032 (3V DC)  Đường kính mở kìm đo: 33 mm Đặc tính kỹ thuật: Chức đo Dải đo cấp xác Dịng xoay chiều Có thang đo: (50/60Hz) 0.06 - 4/420/1000A Cấp xác :+/-1.5%rdg+/-5dgt Điện áp chiều 420mV/42V/420V/600V Cấp xác: +/-1.3%rdg+/-4dgt Điện áp xoay chiều 4.2/42/420/600V (50/500Hz) Cấp xác: +/-2.3%rdg+/-8dgt Điện trở 420W/4.2k/420k/4,2M/42MW Cấp xác: +/-2.0%rdg+/-6dgt Kiểm tra thơng mạch 420W Cấp xác: +/-2.0%rdg+/-6dgt + Tự động chuyển đổi thang đo, lưu giữ kết quả, cảnh báo pin + Màn hình hiển thị LCD 4199 digits + Tốc độ lấy mẫu : max 2,5 lần/s, lần/3s + Bảo vệ áp: AC V/DC V 600V + Phụ kiện kèm theo: + Đầu đo: Model 9208 + Hộp đựng: Model 9398 + Phụ kiện tùy chọn: + Đầu đo tiện dụng: Model 9209 (chỉ que đo gắn vào thân máy) 2.2 Sử dụng Dao động ký (Oscilloscope) Hình 4.1: Hình ảnh máy sóng điện tử 59 4.2.2.1 Mở đầu Máy sóng điện tử hay gọi dao động ký điện tử (electronico scilloscope) dụng cụ hiển thị dạng sóng thơng dụng Nó chủ yếu sử dụng để vẽ dạng tín hiệu điện thay đổi theo thời gian Bằng cách sử dụng máy sóng ta xác định được: ? Hình 4.2: Máy sóng Oscilloscope đầu dây đo + Giá trị điện áp thời gian tương ứng tín hiệu + Tần số dao động tín hiệu + Góc lệch pha hai tín hiệu + Dạng sóng điểm khác mạch điện tử + Thành phần tín hiệu gồm th́ ành phần chiều xoay chiều + Trong tín hiệu có th́ ành phần nhiểu nhiễu có thay đổi theo thời gian hay khơng Một máy sóng giống mơt máy thu hình nhỏ có hình kẻ có nhiều phần điều khiển TV Dưới panel máy sóng thơng dụng với phần hiển thị sóng; phần điều khiển theo trục X, trục Y, đồng chế độ hình; phần kết nối đầu đo … Hình 4.3: Đầu dây đo máy sịng Oscilloscope Màn hình máy sóng chia ơ, 10 theo chiều ngang ô theo 60 chiều đứng chế độ hiển thị thơng thường, máy sóng dạng sóng biến đổi theo thời gian: trục đứng Y trục điện áp, trục ngang X trục thời gian Hình 10.4: Biểu diễn trục hình máy sóng Oscilloscope Độ chói hay độ sáng hình đơi cịn gọi độ chói trục Z Máy sóng dùng nhiều lĩnh vực khác không đơn lĩnh vực điện tử Với chuyển đổi hợp lý ta đo thơng số hầu hết tất tượng vật lý Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ tạo tín hiệu điện tương ứng với đại lượng cần đo, ví dụ cảm biến âm thanh, ánh sáng, độ căng, độ rung, áp suất hay nhiệt độ … Các thiết bị điện tử thường chia thành nhóm thiết bị tương tự thiết bị số, máy sóng Máy sóng tương tự (Analog oscilloscope)sẽ chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dịng electron bắn lên hình Điện áp làm lệch chùm electron cách tỉ lệ tạo tức thời dạng sóng tương ứng hình Trong đó, máy sóng số (Digital osciloscope) lấy mẫu dạng sóng, đưa qua chuyển đổi tương tự/số (ADC) Sau sử dụng thơng tin dạng số để tái tạo lại dạng sóng hình Tùy vào ứng dụng mà người ta sử dụng máy sóng loại cho phù hợp 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 thông 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 tiếp 61 theo 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 cịn 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 cách cắt đường tín hiệu từ khuếch đại Y, thay vào cho tín hiệu ngồi kích thích khối tạo sóng cưa 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 62 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 mơ 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 công 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: 63 + 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 hình xuất sóng vng có biên độ đỉnh đỉnh ô hình độ rộng xung hình (xoay Y - POS X - POS để đếm cách xác) Sau lấy lại giá trị chuẩn trên, tuỳ thuộc chế độ làm việc mà ta sử 64 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) 65 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) 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 66 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 n 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 * 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 67 * 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 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 68 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%) SỬ DỤNG MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG 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 lớn nên máy biến điện áp xem làm việc chế độ không tải, sai số trị số nhỏ bằng: 69 Góc δu U1 U’2 nhỏ * 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 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 70 ± 40’ - Màu sơn vỏ máy : Màu xám nhạt - Nơi đặt : Trong nhà trời - Vận hành : Liên tục * 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 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 dịng 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 Cấp xác sai số máy biến dòng điện Cc xác 0.2 0.5 10 S số ΔI * Cấu tạo 71 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 Dây quấn thứ cấp máy biến dịng có tiết diện nhỏ có nhiều vòng Sơ đồ nguyên 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 72 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: Nêu cách sử dụng đồng hồ vạn kim để đo dòng điện, điện áp điện trở? Em cho biết sử dụng máy biến dịng điện khơng để dây quấn thứ cấp hở mạch ? Giải thích ? 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 ? TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO [1] Giáo trình Đo lường đại lượng điện khơng điện - Nguyễn Văn Hoà, Vụ Trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - NXB Giáo Dục, 2002 [2] Phạm Thượng Hàn (chủ biên) - Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý T1,2 – NXB Giáo dục 1997 73