Giáo trình Đo lường điện (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI ĐẶNG ĐÌNH NHIÊN (Chủ biên) TRẦN VĂN NAM – TRẦN QUANG ĐẠT GIÁO TRÌNH ĐO LƯỜNG ĐIỆN Nghề: Điện cơng nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “Đo lường điện” dành riêng cho học sinh sinh viên nghề Điện Công Nghiệp Đây môn học kỹ thuật chuyên ngành chương trình đào tạo nghề Điện Cơng Nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: “Đo lường điện” dùng cho sinh viên Trường Cao đẳng, Đại học kỹ thuật tác giả Ngô Diên Tập, Đo lường điều khiển máy tính, NXB Khoa học Kỹ thuật 1997, Tài liệu “Bùi Văn Yên, Sửa chữa điện máy công nghiệp, NXB Đà nẵng, 1998” nhiều tài liệu khác Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 Chủ biên: Đặng Đình Nhiên MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ĐO LƯỜNG ĐIỆN Bài Đại cương đo lường điện 1.1 Khái niệm đo lường điện 1.2 Sai số tính sai số 1.3 Hệ đơn vị đo 11 Bài Các loại cấu đo thông dụng 12 2.1 Khái niệm cấu đo 12 2.2 Cơ cấu đo kiểu từ điện 13 2.4 Cơ cấu đo kiểu điện động 18 Bài Đo đại lượng điện 20 3.1 Đo đại lượng U,I 20 3.2 Đo đại lượng R, L, C 33 3.3 Đo đại lượng tần sô công suất, điện 47 Bài Sử dụng loại máy đo thong dụng 60 4.1 Sử dụng VOM,M, TERA 60 4.2 Sử dụng Ampe kim, OSC 80 4.3 Sử dụng máy biến áp đo lường 114 PHỤ LỤC 116 Thí nghiệm Luật Ohm 118 Mục đích 118 Giới thiệu 118 1.1 Điện áp: 118 1.2 Dòng điện: 118 1.3 Kháng: 118 1.4 Nguồn điện: Điện tỷ lệ thời gian làm việc thực dòng điện Sức mạnh thể biểu tượng chữ P Các đơn vị đo lường watt (W), lực lượng tính sau: 119 1.5.Phương pháp thí nghiệm 120 Ghi chú: 120 Thí nghiệm Series điện trở song song 121 Mục đích 121 2.1.Phương pháp thí nghiệm 122 Tóm lược 123 Thí nghiệm Vơn kế đo điện áp 125 Mục đích 125 Giới thiệu 125 Ghi 126 Tóm lược 131 Thí nghiệm Am pe kế đo lường 133 Mục đích 133 Giới thiệu 133 4.1.Phương pháp thí nghiệm 134 Tóm lược 139 Thí nghiệm Ohmmeters phép đo kháng 140 Mục đích 140 Giới thiệu 140 5.1 Phương pháp thí nghiệm 141 Tóm lược 143 Thí nghiệm Máy biến áp chuyển đổi điện áp 145 Mục đích 145 Giới thiệu 145 6.1.Phương pháp thí nghiệm 147 Ghi chú: 151 Tóm lược 151 Thí nghiệm Máy biến áp ba pha đồng sông Y-kết nối 154 Mục đích 154 Giới thiệu 154 7.1.Phương pháp thí nghiệm 156 Tóm lược 157 Thử nghiệm Cảm RL mạch 158 Mục đích 158 Giới thiệu 158 7.1.Phương pháp thí nghiệm 161 Tóm lược 163 Thử nghiệm Series cuộn cảm song song 165 Mục đích 165 Giới thiệu 165 8.1.Phương pháp thí nghiệm 166 Tóm lược 166 Thí nghiệm 10 Mạch điện dung RC 167 Mục đích 167 Giới thiệu 167 10.1.Phương pháp thí nghiệm 170 Tóm lược 174 Thí nghiệm 11 Tụ điện Series song song 176 Mục đích 176 Giới thiệu 176 11.1.Phương pháp thí nghiệm 177 12.1.Phương pháp thí nghiệm 181 Ghi chú: 185 Tóm lược 186 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 189 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐO LƯỜNG ĐIỆN Tên mô đun: Đo lường điện Mã số mô đun: MĐ 14 Thời gian mô đun: 90 (LT: 20 giờ; BT: 36 giờ; KT: 04 giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: + Mơ đun Đo lường điện học sau mơn học An tồn lao động; Mạch điện - Tính chất: + Là mơ đun chun mơn nghề II Mục tiêu mô đun - Về kiến thức: + Trình bày nguyên lý hoạt động cấu đo thơng dụng + Trình bày ngun lý phép đo - Về kỹ + Đo thông số đại lượng mạch điện + Sử dụng loại máy đo để kiểm tra, phát hư hỏng thiết bị/hệ thống điện + Gia công kết đo nhanh chóng, xác - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Đảm bảo an toàn cho người thiết bị + Phát huy tính chủ động, sáng tạo tập trung công việc III Nội dung mô đun Nội dung tổng quát phân bố thời gian Thời gian ( ) Tên mơ đun SốTT Tổng Lý TH, thí số thuyết nghiệm , thảo luận, tập Bài mở đầu: Đại cương đo lường điện 2 Bài : Các loại cấu đo thông dụng 10 Cơ cấu đo từ điện 2 Cơ cấu đo điện từ Cơ cấu đo điện động 1 Cơ cấu đo cảm ứng 1 Bài Đo dòng điện, điện áp Kiể m tra 14 Đo dòng điện Đo điện áp Bài Đo điện trở, điện cảm, điện dung 14 Đo điện trở Đo điện cảm Đo điện dung Bài Đo công suất, điện 20 Đo công suất 3.5 Đo điện 3.5 Bài Sử dụng MΩ mét ampe kìm 10 Sử dụng MΩ Sử dụng ampe kìm Bài Sử dụng đồng hồ vạn 10 Bài Sử dụng máy sóng 10 Cộng: 90 30 54 Bài Đại cương đo lường điện 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 1.1 Khái niệm đo lường điện Trong thực tế sống trình cân đo đong đếm diễn liên tục với đối tượng, việc cân đo đong đếm vô cần thiết quan trọng Với đối tượng cụ thể q trình diễn theo đặc trưng chủng loại đó, với đơn vị định trước Trong lĩnh vực kỹ thuật đo lường không thông báo trị số đại lượng cần đo mà làm nhiệm vụ kiểm tra, điều khiển xử lý thông tin Đối với ngành điện việc đo lường thông số mạch điện vơ quan trọng Nó cần thiết cho trình thiết kế lắp đặt, kiểm tra vận hành dị tìm hư hỏng mạch điện 1.1.1 Đo lường trình so sánh đại lượng chưa biết với đại lượng biết loại chọn làm mẫu (mẫu gọi đơn vị) 1.1.2 Số đo kết trình đo, kết thể số cụ thể 1.1.3 Dụng cụ đo mẫu đo a Dụng cụ đo Các dụng cụ thực việc đo gọi dụng cụ đo như: dụng cụ đo dòng điện (Ampemét), dụng cụ đo điện áp (Vônmét) dụng cụ đo công suất (Oátmét) v.v b Mẫu đo: dụng cụ dùng để khôi phục đại lượng vật lý định có trị số cho trước, mẫu đo chia làm loại sau: - Loại làm mẫu: dùng để kiểm tra mẫu đo dụng cụ đo khác, loại chế tạo sử dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo làm việc xác cao - Loại cơng tác: sử dụng đo lường thực tế, loại gồm nhóm sau: Mẫu đo dụng cụ đo thí nghiệm Mẫu đo dụng cụ đo dùng sản xuất 1.1.4 Các phương pháp đo chia làm loại a Phương pháp đo trực tiếp: phương pháp đo mà đại lượng cần đo so sánh trực tiếp với mẫu đo Phương pháp chia thành cách đo: - Phương pháp đo đọc số thẳng - Phương pháp đo so sánh phương pháp mà đại lượng cần đo so sánh với mẫu đo loại biết trị số Ví dụ: Dùng cầu đo điện để đo điện trở, dùng cầu đo để đo điện dung v.v b Phương pháp đo gián tiếp: phương pháp đo đại lượng cần đo tính từ kết đo đại lượng khác có liên quan Ví dụ: Muốn đo điện áp ta khơng có Vơnmét, ta đo điện áp cách: - Dùng Ômmét đo điện trở mạch - Dùng Ampemét đo dòng điện qua mạch Sau áp dụng cơng thức định luật biết để tính trị số điện áp cần đo 1.2 Sai số tính sai số 1.2.1 Sai số Khi đo, số dụng cụ đo kết tính tốn ln có sai lệch với giá trị thực đại lượng cần đo Lượng sai lệch gọi sai số Sai số gồm loại: + Sai số hệ thống: sai số mà giá trị ln khơng đổi thay đổi có quy luật Sai số nguyên tắc loại trừ Nguyên nhân: Do trình chế tạo dụng cụ đo ma sát, khắc vạch thang đo vv + Sai số ngẫu nhiên: sai số mà giá trị thay đổi ngẫu nhiên khơng theo quy luật thay đổi môi trường bên ngồi (người sử dụng, nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) Nguyên nhân: - Do người đo nhìn lệch, nhìn nghiêng, đọc sai v.v - Dùng cơng thức tính tốn khơng thích hợp, dùng cơng thức gần tính tốn Nhiệt độ mơi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng điện trường, từ trường, độ ẩm, áp suất v.v ) 1.2.2 Phương pháp hạn chế sai số Để hạn chế sai số trường hợp, có phương pháp sau: + Đối với sai số hệ thống: tiến hành đo nhiều lần lấy giá trị trung bình chúng + Đối với sai số ngẫu nhiên: người sử dụng cụ đo phải cẩn thận, vị trí đặt mắt phải vng góc với mặt độ số dụng cụ, tính tốn phải xác, sử dụng cơng thức phải thích hợp, điều kiện sử dụng phải phù hợp với điều kiện tiêu chuẩn 1.2.3 Cách tính sai số A: kết đo Gọi: A1: giá trị thực đại lượng cần đo Tính sai số sau: + Sai số tuyệt đối: A =A1 - A (1.1) A gọi sai số tuyệt đối phép đo + Sai số tương đối: S  A 100% A A  A * 100% A1 (1.2) Phép đo có A nhỏ xác + Sai số qui đổi qđ  qd  A A A 100%  * 100% Adm Adm (1.3) Hình 10-10 đường Charge-xả mạch RC 175 Thí nghiệm 11 Tụ điện Series song song Mục đích Tìm cách để tính tốn tổng điện dung tụ điện mắc nối tiếp song song Giới thiệu Khi tụ điện kết nối loạt thể hình 11-1, tổng điện dung C / C = / Ci + / C2 + I / C3 + / Cn Trong trường hợp này, điện dung tự giảm họ có series Tuy nhiên, kể từ điện kháng điện dung Ngược lại tỷ lệ thuận với điện dung, tổng Tăng điện kháng tụ điện nối tiếp Hình 11-1 tụ series Khi tụ điện kết nối song song, tổng điện dung C Như thảo luận thí nghiệm trước đó, tụ điện có giới hạn điện áp làm việc Khi có nhiều tụ điện mắc nối tiếp, điện áp làm việc tăng thể hình 11-3 Hình 11-3 Điện áp làm việc loạt kết nối tụ điện thiết bị cần thiết * Ban gắn BR-3 * Ban N0-07 (TỤ điện dung) # Digital LCR meter # dây kết nối 176 11.1.Phương pháp thí nghiệm Đo giá trị điện dung D hai 0,1 tụ UF (C2, C3) hình 10-5 máy đo LCR kỹ thuật số Điền vào bảng c2 c3 C2, C3 series Ca.Cs parallel Capacitance D Kết nối hai tụ loạt đo tổng dung giá trị D Điền vào bảng Kết nối hai tụ song song đo tổng dung giá trị D Điền vào bảng So sánh kết với giá trị tính tốn Xác định tổng điện áp làm việc điện áp làm việc cá nhân 50V mạch LC cộng hưởng Mục đích Thử nghiệm tính chất mạch LC hàm tần số Giới thiệu Các thuộc tính tụ điện điện thảo luận thí nghiệm trước Khi cuộn cảm tụ điện, với R, tạo thành mạch RLC thể hình 12-l (a), giai đoạn mối quan hệ mối quan hệ pha Hình 12-1 RLC loạt mạch 177 Z trở kháng mạch Z2 = R2 + (XL - XC) Vì vậy, Z = \ j R2 + (XL- xC2) Trong biểu thức trên, giả định XL lớn Xc Nếu khơng, (Xc - XL) Trong mạch LC, L C để dấu trừ Lý cho dấu trừ khác biệt giai đoạn bwteen L C mà 180 độ Thí dụ'• Trong hình 12-1, R = 30 ohms, XL = 100 ohms Xc = 90 ohms Z = V 30z + (100 -90) z = 31,62 ohms Trong trường hợp XL = XC, sau Z = 30 ohms mà giống R XL Xc triệt tiêu lẫn Khi R, L C kết nối song song, đặc tính mạch thể hình 12-2 (A) Sơ đồ pha Hình 12-2 mạch RLC song song Các trở kháng mạch Khi II = Ic, dịng hồn tồn triệt tiêu lẫn CNTT = IR Ghi chú: Các điện trở R mạch điện trở hay bên thành phần L C Trong trường hợp R thành phần mát L C, độ lớn R cao Điều có nghĩa II = IC (XL = XC), dòng điện cung cấp từ nguồn nhỏ nhà nước gọi cộng hưởng song song LC tần số gọi tần số cộng hưởng 178 Tổng kết thảo luận này: Các trở kháng mạch LC series tối thiểu XL = XC Các trở kháng mạch LC song song tối đa XL = XC Một loạt RLC mạch đáp ứng tần số thể hình 12-3 Hình 12-3 Một loạt mạch RLC Trong hình 12-3 (b), rõ ràng độ lớn tối đa tần số cộng hưởng Fo nơi XL Xc hủy bỏ Do đó, R trở thành trở kháng mạch Io = E / Z = E / R Khi tăng tần số giảm trung vào Fo, dòng điện mạch khác nhanh chóng Tỷ lệ Fo băng thông định nghĩa đồ họa hình, gọi Q mạch Các số khen Q sử dụng để đại diện cho chọn lọc tần số mạch Vì thế, Q = Fo / Bw Q = XL / R 179 Một mạch RLC song song trình bày hình 12-4 Chú ý xếp song song cho đặc điểm ngược lại Lưu ý hình mạch giảm thiểu Fo Đó tần số này, II - Ic = 0, đó, I0 =) j Ir2 + (Il - Ic) = Ir Q mạch RLC (mạch bể) song song similary xác định Q = Fo / Bw Q = ZTAM