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

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 215/QĐ-CĐDK ngày tháng năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) 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 Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Đo lường điện môn học thiếu nhiều ngành học Điện công nghiệp, Điện tử, Tự động hóa Mơn học giúp người học biết cách đo đạc xác giá trị đại lượng điện sử dụng kĩ thuật thiết bị đo lường Ngồi quy trình điều khiển tự động bao gồm thiết bị đo lường nhằm đo đạc truyền tín hiệu đến khối để xử lí điều khiển Giáo trình đề cập đến vấn đề đo lường sai số, cấu đo, nguyên lí đo đại lượng điện, mạch đo, thiết bị đo Giáo trình biên soạn với cộng tác giáo viên giảng trường Cao Đẳng Dầu Khí Xin chân thành cám ơn giúp đỡ bạn đồng nghiệp, tác giả tài liệu mà tham khảo điều kiện thuận lợi trường Cao Đẳng Dầu Khí dành cho chúng tơi để giáo trình sớm mắt bạn đọc Chúng biên soạn giáo trình Đo lường điện gồm với nội dung sau: - Bài 1: Đại cương đo lường điện - Bài 2: Sử dụng cấu thị đo lường - Bài 3: Đo dòng điện điện áp - Bài 4: Đo điện trở - Bài 5: Đo điện dung điện cảm - Bài 6: Đo công suất điện Giáo trình Đo lường điện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên tài liệu học tập học viên Tuy cố gắng nhiều việc trình bàyvà nội dung giáo trình khó tránh khỏi sai sót nên chúng tơi mong ý kiến đóng góp q đồng nghiệp, em học viên để lần tái sau hoàn thiện Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Lê Thị Thu Hường Ninh Trọng Tuấn Nguyễn Xuân Thịnh MỤC LỤC BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐO LƯỜNG 14 PHÂN LOẠI CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO LƯỜNG 14 CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC TÍNH THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG 15 PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG 15 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG: 16 SỰ CHUẨN HÓA TRONG ĐO LƯỜNG 16 TÍNH TỐN SAI SỐ VÀ CẤP CHÍNH XÁCCÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN KHI SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO 17 BÀI 2: SỬ DỤNG CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ TRONG ĐO LƯỜNG 22 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 CƠ CẤU TỪ ĐIỆN 23 CƠ CẤU ĐIỆN TỪ 26 CƠ CẤU ĐIỆN ĐỘNG 29 CƠ CẤU CẢM ỨNG 32 CƠ CẤU ĐO TĨNH ĐIỆN: 33 CƠ CẤU ĐO ĐIỆN TỬ: 33 BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 35 3.1 3.2 ĐO DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) VÀ XOAY CHIỀU (AC) 36 ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU (DC) VÀ XOAY CHIỀU (AC) 42 BÀI 4: ĐO ĐIỆN TRỞ 51 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 ĐO ĐIỆN TRỞ DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐO GIÁN TIẾP: 52 MẠCH ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG OHM KẾ: 54 CẦU WHEATSTONE ĐO ĐIỆN TRỞ 58 MEGOHM KẾ VÀ ỨNG DỤNG ĐO ĐIỆN TRỞ CÁCH ĐIỆN 61 ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT 63 BÀI 5: ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐIỆN CẢM 68 5.1 5.2 ĐO ĐIỆN DUNG: 69 ĐO ĐIỆN CẢM: 72 BÀI 6: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 75 6.1 6.2 6.3 6.4 ĐO CÔNG SUẤT MỘT CHIỀU 76 ĐO CÔNG SUẤT XOAY CHIỀU: 78 ĐO HỆ SỐ CÔNG SUẤT: 89 ĐO ĐIỆN NĂNG: 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT k: Cấp xác dụng cụ đo Xm: Giá trị cực đại thang đo dụng cụ gọi giá trị định mức Xđm Xth: Sai số hệ thống Xht: Sai số hệ thống Xn: Sai số ngẫu nhiên x: Giá trị thực ɛ: Sai số tương đối : Sai số quy dẫn max: Sai số quy dẫn lớn F: Lực điện từ tác dụng lên cạnh khung dây [N] B: Độ cảm ứng từ khe hở khơng khí [T] l: Chiều dài tác dụng khung dây [m] b: Bề rộng khung dây [m] N: Số vòng dây [vòng] I: Cường độ dòng điện chạy qua khung dây [A] Kc: Hệ số cản lị xo : Góc lệch kim thị, hay góc xoắn lị xo KI: hệ số tỉ lệ dòng điện I: Dòng điện cần đo [A] Im: Dòng điện chạy qua cấu [A] IS: Dòng điện chạy qua điện trở shunt [A] n hệ số hiệu chỉnh dòng điện: Rp: Điện trở phụ mắc nối tiếp với cấu [] Rx: Điện trở cần đo [] R: Điện trở cân thang đo [] Cx: Điện dung tụ điện Lx: Điện cảm cuộn dây PL: Công suất tiêu thụ IA: Dòng điện chạy qua cuộn dòng [A] IV: Dòng điện chạy qua cuộn áp [A] Cw: Hằng số Watt kế PA: Công suất đo pha A cho Watt kế W1 [W] PB: Công suất đo pha B cho Watt kế W2 [W] PC: Công suất đo pha C cho Watt kế W3 [W] : Góc lệch pha điện áp U dịng điện I DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường 16 Hình 1: Cơ cấu đo từ điện 23 Hình 2: Phần động cấu từ điện 24 Hình 3: Cơ cấu điện từ loại dẹt 27 Hình 4: Cơ cấu điện từ loại tròn 27 Hình 5: Cơ cấu điện động 30 Hình 6: Cơ cấu cảm ứng 32 Hình 3.1: Mạch đo dịng điện dung điệntrở Shunt 36 Hình 3.2: Cơ cấu đo dùng điện trở shunt riêng biệt 37 Hình 3: Cơ cấu đo dùng điện trở Shunt vạn 37 Hình 3.4: Sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kì 39 Hình 3.5: Sơ đồ chỉnh luu tồn kì 39 Hình 3.6: Sơ đồ chỉnh luu nửa chu kì dung diode điện trở 40 Hình 7: Sơ đồ mắc Volt kế vào mạch 41 Hình 8: Sơ đồ mạch đo volt kế 42 Hình 9: Cơ cấu đo dùng điện trở phụ riêng biệt 42 Hình 10: Cơ cấu đo dùng điện trở phụ vạn 43 Hình 11: Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều sử dụng diode 43 Hình 12 Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều sử dụng diode 44 Hình 13: Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều sử dụng diode kết hợp điện trở 44 Hình 14: Sơ đồ mắc volt kế vào mạch đo 45 Hình 15: Đo điện áp chiều phương pháp biến trở 46 Hình 16: Sơ đồ định chuẩn cho Volt kế chiều 47 Hình 17: Sơ đồ định chuẩn cho Ampe kế chiều 47 Hình 18: Sơ đồ định chuẩn cho Volt kế xoay chiều 48 Hình 19: Sơ đồ định chuẩn cho Ampe kế xoay chiều 48 Hình 20: Sơ đồ khối 48 Hình 1: Cách mắc Volt kế trước Ampe kế 52 Hình 2: Cách mắc Ampe kế trước Volt kế 53 Hình 3: Đo điện trở dung phương pháp đo điện áp biến trở 54 Hình 4: Sơ đồ mạch đo điện trở 54 Hình 5: Sơ đồ mạch đo điện trở thực tế 55 Hình 6: Sơ đồ mạch mở rộng phạm vi đo xác sử dụng điện trở riêng biệt mắc song song với cấu 57 Hình 7: Sơ đồ đo điện trở cầu Wheatston cân 58 Hình 8: Sơ đồ đo điện trở cầu Wheatston không cân 60 Hình 9: Cấu tạo MegOhm kế 61 Hình 10: Đo điện trở trực tiếp 65 Hình 11: Sơ đồ mạch đo tương đương 65 Hình 12 Đo điện trở đất gián tiếp 66 Hình 1: Sơ đồ mạch đo điện dung 69 Hình 2: Đo tụ điện có điện trở rỉ 70 Hình 3: Sơ đồ mạch đo kiểm tra độ rỉ tụ ampe kế 70 Hình 4: Sơ đồ mạch đo kiểm tra độ rỉ tụ volt kế 71 Hình 5: Sơ đồ mạch đo kiểm tra độ rỉ tụ khơng phân cực tính volt kế 71 Hình 6: Sơ đồ mạch đo điện cảm 72 Hình 7: Mạch đo điện cảm có điện trở tổn hao cuộn dây 72 Hình 1: Volt kế mắc trước Ampe kế 76 Hình 2: Sơ đồ đo mắc volt kế sau Ampe kế 77 Hình 3: Sơ đồ đo công suất cuộn áp mắc trước cuộn dịng 78 Hình 4: Sơ đồ đo công suất cuộn áp mắc sau cuộn dịng 78 Hình 5: Đo gián tiếp công suất tải pha 79 Hình 6: Giản đồ vector 79 Hình 7: Mạch đo trực tiếp công suất tải pha 80 Hình 8: Kí hiệu watt kế pha 81 Hình 9: Watt kế pha phần tử 82 Hình 10: Watt kế pha phần tử 82 Hình 11: Watt kế pha 2,5 phần tử 82 Hình 12: Sơ đồ mạch đo công suất tải pha dây đối xứng 82 Hình 13: Sơ đồ mạch đo công suất tải pha dây bất đối xứng 83 Hình 14: Sơ đồ mạch đo dùng watt kế pha phẩn tử 83 Hình 15: Sơ đồ mạch đo công suất tải pha dây 84 Hình 16: Đo cơng suất phản kháng dung Watt kế, Volt kế, Ampe kế 85 Hình 17: Sơ đồ mạch chuyển Watt kế thành Var kế 86 Hình 18: Giản đồ vector 86 Hình 19: Sơ đồ nối mạch đo dùng VAR kế 87 Hình 20: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây đối xứng 87 Hình 21: Giản đồ vector 88 Hình 22: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây không đối xứng 88 Hình 23: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây tải cân 89 Hình 24: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây tải không cân 89 Hình 25: Đo cơng suất phản kháng tải pha Bằng Watt kế pha 89 Hình 26: Đo cosφ dùng Volt kế, Ampe kế Watt kế 90 Hình 27: Mạch đo cosφ dùng Volt kế 90 Hình 28: Giản đồ vector điện áp 90 Hình 29: Mạch đo cosφ dùng Ampe kế 91 Hình 30: Mạch đo cosφ dùng cosφ kế điện động 91 Hình 31: Mạch đo điện tải pha 92 Hình 32: Sơ đồ nguyên lý điện kế pha 93 Hình 33: Mạch đo điện dùng Watt kế pha phần tử 95 Hình 34: Mạch đo điện dùng Watt kế pha phần tử 96 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN Tên mơ đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN Mã mô đun: ELEI53115 Thời gian thực môn học: 75 giờ; (Lý thuyết: 14 giờ; Thực hành: 58 giờ, kiểm tra: 03 giờ) Số tín chỉ: 03 Vị trí, tính chất mơ-đun: Vị trí: Là môn học thuộc môn học sở Bài trình đào tạo Mơn học dạy trước môn học, mô đun chuyên môn nghề sau mơn như: An tồn điện, mạch điện - Tính chất: Môn học trang bị kiến thức, kỹ đo lường thông số mạch điện … Mục tiêu mô-đun: Về kiến thức:   Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc số dụng cụ đo điện thông dụng Hiểu cách đo thông số đại lượng điện mạch điện Về kỹ năng: - Đo thông số đại lượng mạch điện - Sử dụng loại máy đo thông dụng để đo thông số mạch điện - Về lực tự chủ trách nhiệm: Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện thái độ nghiêm túc, cẩn thận công việc; + Tuân thủ nghiêm túc quy định an tồn Chương trình mơ-đun: 5.1 Chương trình khung: Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Tín hành, tra STT Tên mơn học, mơ đun Lý Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Các môn học I 23 465 180 260 17 chung/đại cương COMP64002 Chính trị 75 41 29 COMP62004 Pháp luật 30 18 10 2 Mã MH, MĐ COMP62008 Giáo dục thể chất 60 51 Thời gian đào tạo (giờ) Thực Kiểm Mã MH, Tín hành, tra STT Tên mơn học, mơ đun Lý MĐ Tổng thí nghiệm, số thuyết thảo luận, LT TH tập Giáo dục quốc phòng COMP62010 75 36 35 2 An ninh COMP63006 Tin học FORL66001 75 15 58 120 42 72 ELEI53132 Tiếng Anh An toàn vệ sinh lao động Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề Môn học, mô đun sở Mạch điện ELET51165 Vẽ điện 30 29 10 ELET62064 Vật liệu điện 30 28 11 ELEI53117 Khí cụ điện 75 14 58 12 AUTM62103 Điện tử 45 14 29 1 59 1515 351 1096 24 44 60 28 29 SAEN52001 II II.1 30 23 70 1755 435 1241 30 49 11 240 84 145 60 28 29 13 Môn học, mô đun chuyên môn ngành, II.2 nghề Điều khiển điện AUTM63114 nén 14 ELEI53115 Đo lường điện 75 14 58 15 ELEI56135 Máy điện 150 28 116 16 ELEI6509 Cung cấp điện 90 56 29 17 ELET55157 Trang bị điện 120 28 87 18 ELEI62158 Trang bị điện 2 45 14 29 1 19 AUTM64116 PLC 75 14 58 20 ELEI55138 Thí nghiệm điện 75 14 58 21 ELEI62139 Thí nghiệm điện 2 45 14 29 1 22 ELEI55124 Kỹ thuật lắp đặt điện 120 28 87 23 ELEI54123 Kỹ thuật lạnh 90 28 58 2 A W1 B W2 C Tải pha đối xứng khơng Hình 15: Sơ đồ mạch đo công suất tải pha dây P3pha = P1 + P2 P1: Công suất đo pha A cho Watt kế W1 [W] P2: Công suất đo pha B cho Watt kế W2 [W] Chứng minh: Trong sơ đồ nối dây trên, Watt kế có điện áp dây UAC dịng điện dây IA, Watt kế có điện áp dây UBC dịng điện dây IB Ta có: ⃗UAC IA +U ⃗ BC IB =(U ⃗ A − ⃗UC )IA +(U ⃗ B−U ⃗ C )IB Vì: ⃗ AC IA +U ⃗ BC IB P1 + P2 =U (6.15) (6.16) ⃗ 𝐴𝐶 = 𝑈 ⃗ 𝐴 −𝑈 ⃗𝐶 𝑈 ⃗ 𝐵𝐶 = 𝑈 ⃗ 𝐵 −𝑈 ⃗𝐶 𝑈 ⃗ 𝐴 −𝑈 ⃗ 𝐶 )IA + (𝑈 ⃗ 𝐵 −𝑈 ⃗ 𝐶 )IB P1 + P2 = (𝑈 ⃗ 𝐴 IA −𝑈 ⃗ 𝐶 IA +𝑈 ⃗ 𝐵 IB −𝑈 ⃗ 𝐶 IB P1 + P2 =𝑈 ⃗ 𝐴 IA +𝑈 ⃗ 𝐵 IB −𝑈 ⃗ 𝐶 (IA + IB ) P1 + P2 =𝑈 (6.17) Trong mạch pha, ta có: IA + IB + IC = (6.18) P1 + P2 = PA + PB + PC (6.20) Thay vào phương trình trên, ta được: ⃗ 𝐴 IA +𝑈 ⃗ 𝐵 IB +𝑈 ⃗ 𝐶 IC P1 + P2 =𝑈 (6.19) Do công suất pha tổng công suất hai Watt kế Khi theo thứ tự pha A, B, C P3pha = P1 + P2 Nếu mắc sai thứ tự pha khiến Watt kế quay thuận Watt kế quay ngược nên không đọc số Lúc ta phải đổi cực tính lại cho Watt kế quay ngược P3pha = P1 - P2 Ngoài ta đo cơng suất mạng pha dây đối xứng cách sử dụng Watt kế pha có cuộn dịng điện mắc nối tiếp với pha tương ứng, cuộn điện áp có đầu mắc vào pha cuộn dòng, đầu lại nối với điện trở lớn Ba đầu lại ba điện trở giống nối chung lại, ba điện trở sử dụng để tạo điểm trung tính giả 6.2.3 Đo công suất phản kháng tải pha: Bài 6: Đo công suất điện Trang 84 Công suất phản kháng Q đại lượng đặc trưng cho mức độ trao đổi lượng điện từ trường thành phần L, C mạch điện xoay chiều Q = U.I.sin (6.21) [VAr] : Góc lệch pha điện áp U dịng điện I Thơng thường người ta dùng Var kế để đo công suất phản kháng đo dụng cụ đo khác Cách 1: Dùng Watt kế, Volt kế, Ampe kế: Sơ đồ nối dây: Hình 16: Đo cơng suất phản kháng dung Watt kế, Volt kế, Ampe kế Q = U I √1 − Chứng minh: Ta có trị số Watt kế: 𝑃2 𝑈 𝐼2 [VAr] (6.22) P = U.I.cos (6.23) P cos = U.I (6.24) Như vậy: U, I giá trị đọc Volt kế, Ampe kế Ta có: sin = - cos2 sin = P2 1- 2 U I (6.25) Do công suất phản kháng: Q = U.I P2 1- 2 U I (6.26) Cách 2: Chuyển Watt kế thành Var kế: Theo công thức lượng giác sin = cos(90-) Như ta sử dụng Watt kế để đo cơng suất phản kháng có biện pháp làm cho dòng điện điện áp lệch pha thêm góc 90 o Sử dụng tụ điện C cuộn dây L có trị số đủ lớn mắc nối tiếp với cuộn dây điện áp Watt kế Như lúc đầu dòng điện chạy qua cuộn dòng IA lệch pha so với dòng điện chạy qua cuộn áp IV góc  Khi ta mắc nối tiếp cuộn dây L với cuộn điện áp hai dịng Bài 6: Đo cơng suất điện Trang 85 điện lệch pha thêm góc 90o Do ta dùng Watt kế để đo công suất phản kháng Q Sơ đồ nối dây: Hình 17: Sơ đồ mạch chuyển Watt kế thành Var kế Chú ý: Sau cuộn dây L mắc nối tiếp với cuộn áp dịng điện qua cuộn áp điện áp nguồn đặt vào khơng thực lệch 90o cịn có thành phần điện trở mạch cuộn áp ảnh hưởng đến góc lệch pha Muốn góc lệch pha gần với 90 o giá trị điện cảm L phải chiếm ưu tổng trở mạch Cách 3: Đo trực tiếp công suất phản kháng Q Var kế: Trong thực tế, người ta chế tạo dụng cụ đo công suất phản kháng gọi Var kế có cấu tạo giống cấu tạo Watt kế, khác cuộn dây di động (cuộn áp) gắn nối tiếp với cuộn cảm có giá trị L lớn điện trở tổn hao không đáng kể Cơ cấu điện động có Mq = KI.IA.IV.cos KI: Hằng số dòng điện cấu điện động IA: Dòng điện chạy qua cuộn dòng IV: Dòng điện chạy qua cuộn áp : Góc lệch pha hai dịng điện IA IV Ta có giản đồ vector sau: UV, UL IA, IL  O  IV Hình 18: Giản đồ vector Khi cuộn áp mắc nối tiếp với cuộn cảm L tổng trở cuộn áp là: ZV = RV + jwLV + jwL  RV + jw(LV + L) (6.27) UL Mq = KI.IL Z sin (6.28) V Đặt: KI ZV = KI’ Bài 6: Đo công suất điện Trang 86 Mq = KI’.IL.UL.sin = KI’.Q (6.29) Trục quay kim có gắn lò xo tạo moment cản Mc = Kc. Khi kim đứng yên thì: Mq = Mc KI’.Q = Kc. (6.30) Góc quay kim: = KI’.Q Kc = K.Q (6.31)  tỉ lệ với công suất phản kháng tải Sơ đồ nối dây: Hình 19: Sơ đồ nối mạch đo dùng VAR kế 6.2.4 Đo công suất phản kháng tải pha: a/ Đo công suất phản kháng tải pha dây: Trường hợp tải đối xứng: Dùng Var kế, ta đo công suất phản kháng pha bất kì, cơng suất phản kháng pha: Q3pha = Q1pha (6.32) Ta dùng Watt kế để đo cơng suất phản kháng Sơ đồ nối dây: A W B C Tải pha đối xứng N Hình 20: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây đối xứng Q 3pha = √3P (6.33) Khi đo kim quay ngược đảo đầu B, C Chứng minh: Bài 6: Đo công suất điện Trang 87 UA IA 90o -  UC UBC UB Hình 21: Giản đồ vector Theo tính chất mạng điện pha, điện áp dây chậm pha so với điện áp pha tương ứng góc 90o Ta có số Watt kế: P = IA.UBC.cos(90o - ) (6.34) P = IA UA.sin = QA Q A = P √3 (6.35) Q 3pha = 3𝑄𝐴 = P = √3𝑃 (6.36) Q3pha = QphaA + QphaB + QphaC (6.37) √3 Trường hợp tải không đối xứng: Dùng Var kế ta thực đo công suất phản kháng đồng thời pha sau tính: Ta dùng Watt kế để đo cơng suất phản kháng Nếu có Watt kế, ta thực đo công suất phản kháng pha sau tính: 𝑃1 𝑃2 𝑃3 𝑄3𝑝ℎ𝑎 = 𝑄𝐴 + 𝑄𝐵 + 𝑄𝐶 = + + = (𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 ) (6.38) √3 √3 √3 √3 Nếu có Watt kế, ta thực đo đồng thời cơng suất phản kháng pha sau tính cơng thức (6.38) Sơ đồ nối dây: A W1 B C W2 W3 N Tải pha không đối xứng Hình 22: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây không đối xứng b/ Đo công suất phản kháng tải pha dây: Bài 6: Đo công suất điện Trang 88 Do mạng điện pha dây khơng có dây trung tính nên khơng thể dùng Var kế pha để đo công suất phản kháng pha Lúc ta cần dùng Watt kế để đo công suất phản kháng  Trường hợp điện áp đối xứng, tải cân Sơ đồ nối dây: A Tải pha đối xứng W B C Hình 23: Đo công suất phản kháng tải pha dây tải cân (6.39) Q 3pha = √3P Trường hợp điện áp đối xứng, tải không cân Nếu có Watt kế, ta thực đo cơng suất phản kháng pha sau tính: 𝑃1 𝑃2 𝑃3 𝑄3𝑝ℎ𝑎 = 𝑄𝐴 + 𝑄𝐵 + 𝑄𝐶 = + + = (𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 ) (6.40) √3 √3 √3 √3 Sơ đồ nối dây: A Tải pha không đối xứng W B C Hình 24: Đo cơng suất phản kháng tải pha dây tải khơng cân Nếu có Watt kế, ta thực đo đồng thời công suất phản kháng pha sau tính theo cơng thức (6.40) Sơ đồ nối dây: A W1 B C W2 W3 Tải pha khơng đối xứng Hình 25: Đo công suất phản kháng tải pha Bằng Watt kế pha 6.3 ĐO HỆ SỐ CƠNG SUẤT: Dịng điện điện áp tải có lệch pha phụ thuộc vào đặc tính tải tiêu thụ Trong lĩnh vực điện ta quan tâm đến góc lệch pha để biết hệ số công suất cos, lĩnh vực điện tử ta quan tâm đến độ lệch pha hai tín hiệu 6.3.1 Đo cos dùng Volt kế, Ampe kế Watt kế: Bài 6: Đo công suất điện Trang 89 Sơ đồ nối dây: Hình 26: Đo cosφ dùng Volt kế, Ampe kế Watt kế P Cos = UI (6.41) 6.3.2 Đo cos dùng Volt kế: Sơ đồ nối dây: Hình 27: Mạch đo cosφ dùng Volt kế Người ta dùng thêm điện trở phụ R (khoảng vài ) mắc nối tiếp với tải Dùng Volt kế đo điện áp điểm V1, đo hai điểm V2, đo hai điểm V3 Gọi  góc lệch pha điện áp tải V2 dòng điện I chạy qua tải, ta có giản đồ vector biểu diễn đại lượng I, V1, V2, V3: V2 V3  O V1 Hình 28: Giản đồ vector điện áp Trong tam giác OV1V3 ta có: V23 = V22 + V21 + 2V1V2.cos cos = V23 - V22 - V21 2V1V2 (6.42)  Tương tự ta dùng đồng hồ đo dịng điện để đo hệ số cơng suất Sơ đồ nối dây: Bài 6: Đo công suất điện Trang 90 Hình 29: Mạch đo cosφ dùng Ampe kế I23 - I22 - I21 cos = 2I1I2 (6.43) 6.3.3 Đo độ lệch pha dùng Cos kế điện động: Cấu tạo cos kế điện động pha: Hình 30: Mạch đo cosφ dùng cosφ kế điện động Cuộn dây tĩnh chia làm hai phần mắc nối tiếp với tải Cuộn dây động chia làm hai phần, nửa mắc nối tiếp với điện trở R, nửa mắc nối tiếp với cuộn dây L, hai mắc song song với tải Dòng điện chạy qua điện trở R cuộn cảm L lệch pha với góc /2 Hai nửa cuộn dây động mắc thẳng góc với Gọi M1 giá trị hỗ cảm cực đại cuộn dây tĩnh hỗ cảm lên nửa thứ cuộn dây động M2 giá trị hỗ cảm cực đại cuộn dây tĩnh hỗ cảm lên nửa thứ hai cuộn dây động Giả sử tổng trở hai nửa cuộn dây di động không đáng kể so với giá trị R L Do dòng điện chạy qua nửa thứ nhất: iR = U R cost, dòng điện chạy qua nửa U thứ hai: iL = Lw cost Khi tải trở kim số Khi tải có tính dung kháng (tụ điện, accu ) kim nằm lệch bên trái thang đo Khi tải có tính cảm kháng (đèn huỳnh quang, quạt, động ) kim nằm lệch bên phải thang đo Ứng dụng khác cos kế dùng làm thiết bị thị đồng hai tín hiệu từ hai máy phát điện trước cho chúng hòa đồng với (Synchronoscope) Hai Bài 6: Đo công suất điện Trang 91 máy phát điện muốn hịa đồng điện áp chúng tạo phải tần số, biên độ trùng pha Khi muốn chuyển cos kế thành thiết bị thị đồng hai đầu A, B nối với nguồn E2, hai đầu C, D nối với nguồn E1 Nếu hai điện áp khơng tần số kim thị quay tròn, tốc độ kim lớn độ lệch tần số lớn Chiều quay kim cho biết điện áp có tần số lớn Độ lệch pha hai điện áp làm kim lệch khỏi vị trí 6.4 ĐO ĐIỆN NĂNG: Điện lực có đồng hồ đo điện tiêu thụ đồng hồ đo điện phản kháng Công suất tiêu thụ P = U.I.cos [W] Điện tiêu thụ A = P.t [W.s] [KWh] Như muốn đo điện tiêu thụ A tải ta cần dụng cụ đo có khả tính cơng suất tiêu thụ theo thời gian tải 6.4.1 Đo điện tải pha: Hình 31: Mạch đo điện tải pha Điện kế có nguyên tắc hoạt động dựa cấu cảm ứng điện từ (Fervaris) a Cấu tạo: Gồm có phần: phần tĩnh phần động Phần tĩnh: Cuộn dịng điện: Có số vịng dây khoảng vài chục vòng tiết diện dây lớn khoảng 1,2  1,4 mm2 Cuộn dòng điện mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, có nhiệm vụ tạo từ thơng i tỉ lệ với độ lớn dòng điện chạy qua tải Cuộn điện áp: Có số vịng dây lớn khoảng vài ngàn vòng tiết diện dây bé khoảng 0,11 mm2 Cuộn điện áp mắc song song với tải tiêu thụ, có nhiệm vụ tạo từ thơng u tỉ lệ với độ lớn điện áp đặt tải Mỗi cuộn dây quấn mạch từ để dẫn từ thông xuyên qua đĩa nhôm Nam châm vĩnh cửu M hình móng ngựa: Được gắn cho mép đĩa nhôm chuyển động qua khe hở hai cực nam châm để giúp cho đĩa nhôm quay Phần động: Đĩa nhôm D: Bài 6: Đo công suất điện Trang 92 Được chế tạo vật liệu nhơm, có dạng đĩa trịn, nhẹ, trọng lượng phân bố để dễ dàng chuyển động quanh trục xuyên tâm dễ thay đổi tốc độ Đĩa nhôm nằm khe hở mạch từ cuộn áp cuộn dòng Bộ phận truyền động bánh răng: Có nhiệm vụ truyền chuyển động quay trục đĩa nhôm để quay số thị thể điện tiêu thụ suốt thời gian tải hoạt động b Kí hiệu: c Nguyên tắc hoạt động: Cách mắc điện kế pha: Hình 32: Sơ đồ nguyên lý điện kế pha Nguyên tắc hoạt động: Khi tải mắc ngõ điện kế, dòng điện i chạy qua tải tiêu thụ dòng điện chạy qua cuộn dòng điện gây nên từ thông i, từ thông xuyên qua đĩa nhôm hai vị trí Điện áp u đặt tải điện áp đặt cuộn áp, điện áp sinh dòng điện iu cuộn áp Dòng điện iu tạo từ thông u phân tách làm hai phần L khép mạch qua lõi thép mà không xuyên qua đĩa nhôm, thành phần tổng hợp u xun qua đĩa nhơm vị trí sau khép kín qua gơng từ Khi có từ thông i, u biến thiên theo thời gian xuyên qua đĩa nhơm theo định luật cảm ứng điện từ, đĩa nhơm xuất dịng điện xốy Dịng điện xốy có xu hướng chống lại biến thiên từ thơng sinh tạo moment Mq làm cho đĩa nhơm quay để giảm độ biến thiên từ thông gửi qua đĩa Tóm lại nhờ có tương tác dịng điện xốy và từ thơng cuộn áp, cuộn dòng tạo nên moment ngẫu lực làm quay đĩa nhôm Moment quay đĩa Mq tỉ lệ với tần số nguồn điện f, từ thông cuộn áp u, từ thơng cuộn dịng i Dịng điện I chạy qua tải dòng điện qua cuộn dòng trùng pha với từ thơng i Dịng điện iu chạy qua cuộn áp trùng pha với từ thơng u Cuộn dịng điện có số vịng nhỏ nên thành phần điện cảm nhỏ, dòng điện i chạy qua trùng pha với điện áp hai đầu tải Cuộn điện áp có số vịng lớn nên thành phần điện cảm lớn khiến dòng điện iu chạy qua cuộn dây chậm pha gần 90o so với điện áp tải Giả sử dòng điện i chạy qua tải lệch pha so với điện áp u tải góc  Ta có giản đồ vector đại lượng dòng điện điện áp sau: Bài 6: Đo công suất điện Trang 93 u   i i iu u Thành lập biểu thức tính điện tiêu thụ A: Người ta tìm mối liên hệ moment quay Mq với đại lượng điện sau: Mq = k.f.u.i.sin (6.44) k: Hệ số tỉ lệ f: Tần số lưới điện u: Từ thơng cuộn áp i: Từ thơng cuộn dịng (Giả sử mạch từ khơng bị bão hịa từ) Ta cần tìm tương quan Mq cơng suất tiêu thụ P = U.I.cos Nhận thấy: u tỉ lệ với dòng điện iu, mà iu lại tỉ lệ với U i tỉ lệ với dòng điện i sin = cos Do Mq viết lại thành: Mq = kP.U.I.cos = kP.P (6.45) Như moment quay Mq tỉ lệ với công suất tiêu thụ tải Khi đĩa nhôm chuyển động qua từ trường hai cực nam châm, theo tượng cảm ứng điện từ, đĩa nhơm sinh dịng điện cảm ứng Dịng điện cảm ứng có xu hướng chống lại biến thiên từ thơng gửi qua cách tạo moment cản Mc hãm chuyển động quay đĩa nhôm Moment tỉ lệ thuận với từ thông m nam châm M tạo tốc độ quay n đĩa nhôm Mc = kc.n (6.46) Khi đĩa nhơm quay Mq = Mc kP.P = kc.n (6.47) Tính khoảng thời gian t từ t1 đến t2 ta có: kP.P.t = kc.n.t kP.A = kc.N kc.N kc A = k = k N P P (6.48) N: Số vòng quay thời gian t [vòng] A: Điện tiêu thụ thời gian t [KWh] Bài 6: Đo công suất điện Trang 94 kc kP : Hằng số dụng cụ nhà chế tạo quy định Các thông số cần quan tâm: - Điện áp định mức U - Dòng điên định mức I - Tần số định mức f Nếu đồng hồ có giá trị tần số ghi 50 Hz lại cho hoạt động với nguồn điện 60 Hz chạy nhanh ngược lại - Hệ số định mức: K0 [n/KWh] (do nhà sản xuất ghi): tiêu quan trọng thể chất lượng cơng tơ điện, cho biết số vịng quay cơng tơ tải tiêu thụ điện [KWh] - Hằng số định mức: C0 = - [KWh/ vòng] K0 (6.49) Sai số: = C0 - Cth C0 (6.50) Cth: Hằng số thực công tơ điện P.t Cth = n tỉ số điện tiêu thụ số vòng quay tương ứng 6.4.2 Đo điện tải pha: Loại pha phần tử: dùng để đo điện mạch pha dây Tương tự việc đo công suất mạch pha dây, thay làm lệch kim thị cơng tơ điện pha phần tử moment làm quay đĩa nhôm tổng moment tác dụng lên đĩa nhôm gắn trục Hình 33: Mạch đo điện dùng Watt kế pha phần tử Loại pha phần tử: dùng để đo điện mạch pha dây, cách mắc dây tương tự Watt kế phần tử Bài 6: Đo công suất điện Trang 95 Hình 34: Mạch đo điện dùng Watt kế pha phần tử Khi dùng Watt kế công tơ điện mạch có dịng điện lớn, ta mở rộng thang đo cách sử dụng thêm máy biến dòng điện, tương tự cần đo mạch có điện áp cao ta kết hợp với máy biến điện áp Cuộn dây sơ cấp máy biến dòng điện mắc nối tiếp với đối tượng cần đo, thứ cấp mắc nối tiếp với cuộn dịng điện Watt kế thông qua Ampe kế để thị dòng điện vào cuộn dây tĩnh Watt kế Cuộn dây sơ cấp máy biến điện áp mắc song song với đối tượng cần đo, thứ cấp mắc song song với cuộn điện áp Watt kế Volt kế để thị điện áp đặt vào cuộn dây động Watt kế Lúc công suất thực tải số Watt kế nhân với hệ số máy biến dòng điện hệ số máy biến điện áp Watt kế công tơ điện thường chế tạo với dòng điện định mức: 3,5; 10; 15 [A] điện áp định mức: 110; 220 [V]  TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 6: 6.1 Đo công suất chiều 6.2 Đo công suất xoay chiều 6.3 Đo hệ số công suất 6.4 Đo điện  CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 6: Câu A) B) C) D) Câu A) B) C) D) Câu A) B) C) Watt kế điện động cấu tạo dựa cấu sau đây? Cơ cấu từ điện Cơ cấu điện từ Cơ cấu điện động Cơ cấu cảm ứng Công thức liên hệ góc lệch kim thị watt kế điện động công suất chiều cần đo là: α = K P α = K P α = K/P α = K/P Phương pháp đo công suất dùng watt kế điện động phương pháp đo: Gián tiếp Trực tiếp Hỗn hợp Bài 6: Đo công suất điện Trang 96 D) Câu A) B) C) D) Câu A) B) C) D) Song song Công thức liên hệ góc lệch kim thị watt kế điện động công suất tác dụng xoay chiều cần đo là: α = K P α = K P α = K P cosφ α = K P cosφ Ưu điểm watt kế điện động là: Độ xác cao Giá thành hạ Khả chịu tải cao Từ trường mạnh, bị ảnh hưởng từ trường Bài 6: Đo công suất điện Trang 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Hòa, Đo lường điện cảm biến đo lường, Nhà xuất giáo dục Trần Đại Nghĩa,Đo lường điện cảm biến đo lường, Tài liệu lưu hành nội trường Cao đẳng dầu khí Tài liệu tham khảo Trang 98 ... lường - Bài 3: Đo dòng điện điện áp - Bài 4: Đo điện trở - Bài 5: Đo điện dung điện cảm - Bài 6: Đo công suất điện Giáo trình Đo lường điện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên tài... ỨNG DỤNG ĐO ĐIỆN TRỞ CÁCH ĐIỆN 61 ĐO ĐIỆN TRỞ ĐẤT 63 BÀI 5: ĐO ĐIỆN DUNG VÀ ĐIỆN CẢM 68 5.1 5.2 ĐO ĐIỆN DUNG: 69 ĐO ĐIỆN CẢM: 72 BÀI 6: ĐO CÔNG SUẤT... Chương trình chi tiết mô-đun: Số TT Nội dung tổng quát Bài1 : Đại cương đo lường điện Bài 2: Sử dụng cấu thị đo lường Bài 3: Đo dòng điện điện áp Bài 4: Đo điện trở Bài 5: Đo điện dung điện cảm