1 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MÔ ĐUN TÍCH HỢP ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ VẬN HÀNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP Lào Cai, năm 2019 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 BÀI[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠ ĐUN TÍCH HỢP: ĐO LƯỜNG ĐIỆN NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Lào Cai, năm 2019 -1- MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐỊNH NGHĨA ĐO LƯỜNG VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐO SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA DỤNG CỤ ĐO LƯỜNG …………………………………………….6 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA THIẾT BỊ ĐO…………………………………………………………….6 KHÁI NIỆM VỀ CHUYỂN ĐỔI ĐO LƯỜNG… ……………………………………………….6 BÀI 2: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED Cơ sở chung Error! Bookmark not defined 2.Cơ cấu thị từ điện Error! Bookmark not defined 3.Cơ cấu thị điện từ Error! Bookmark not defined Cơ cấu thị điện động Error! Bookmark not defined Cơ cấu thị cảm ứng Error! Bookmark not defined BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 21 NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA VIỆC ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP 22 Đo dòng điện 22 Đo điện áp 28 BÀI 4: ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG 22 Đo công suất điện tác dụng mạch pha 56 Đo công suất điện tác dụng mạch ba pha 63 BÀI 5: ĐO GÓC PHA VÀ TẦN SỐ 65 Đo góc pha Error! Bookmark not defined Đo tần số 35 BÀI 6: ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH ĐIỆN 42 ĐO ĐIỆN TRỞ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED Đo điện cảm Error! Bookmark not defined Đo điện dung Error! Bookmark not defined PHẦN V TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 66 -2- Lời nói đầu Mơn học kỹ thuật đo lường trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành điện Giới thiệu phép đo để ứng dụng cho Vận hành nhà máy thuỷ điện Kỹ thuật Đo lường Điện môn học nghiên cứu cấu đo, phương pháp đo đại lượng vật lý: đại lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất… Bài giảng Kỹ thuật Đo lường Điện biên soạn dựa giáo trình tài liệu tham khảo nay, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành: Điện công nghiệp, Điện dân dụng, Cơ điện nông thôn, Cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành Vận hành nhà máy thuỷ điện Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thơng số Trên sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo xử lý kết đo cơng việc sau Trong q trình biên soạn, đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, cố gắng sửa chữa, bổ sung cho sách hồn chỉnh hơn, song chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc -3- CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN ĐÀO TẠO ĐO LƯỜNG ĐIỆN Mã số mô đun: MĐ 19 Thời gian mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 25 giờ; Thực hành: 35 giờ) I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN: - Đo lường điện mô đun chuyên môn nghề dùng để đào tạo nghề Vận hành nhà máy thủy điện trình độ Trung cấp nghề; bố trí sau học xong môn kỹ thuật sở; - Mô đun Đo lường điện cung cấp cho người học kiến thức phương pháp đo lường sử dụng nhà máy thuỷ điện II MỤC TIÊU MÔ ĐUN: Học xong mơ đun này, người học có khả năng: - Trình bày khái niệm đo lường điện sai số phép đo; - Chỉ phương pháp đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp; - Trình bày cấu tạo loại cấu đo thông dụng; - Nhận biết phạm vi ứng dụng loại cấu đo; - Đo đại lượng điện R, L, C, U, I, f, công suất điện năng; - Đo đại lượng điện phương pháp đo trực tiếp gián tiếp; - Lựa chọn loại máy đo, thiết bị đo thích hợp cho trường hợp đo cụ thể; - Sử dụng thành thạo loại máy đo điện thông dụng III NỘI DUNG MÔ ĐUN: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian STT Tên mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra * Cơ sở chung kỹ thuật đo lường 4 Các cấu thị điện 15 Đo dòng điện điện áp 10 Đo công suất điện 10 5 Đo góc pha tần số Đo thông số mạch điện 4 Tổng cộng: 60 25 32 * Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Nội dung chi tiết: Bài 1: Cơ sở chung kỹ thuật đo lường Thời gian: Mục tiêu bài: -4- Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày kiến thức chung kỹ thuật đo lường; - Định nghĩa, phân loại cách thực phép đo; - Nhận biết sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo, đặc tính tĩnh đặc tính động thiết bị đo; - Trình bày khái niệm, phân loại chuyển đổi đo lường Nội dung: Định nghĩa đo lường phân loại thiết bị đo: 1.1 Định nghĩa; 1.2 Phân loại cách thực phép đo; 1.3 Các đặc trưng kỹ thuật đo lường; 1.4 Phân loại thiết bị đo Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo lường: 2.1 Phân loại dụng cụ đo; 2.2 Sơ đồ khối dụng cụ đo Các đặc tính thiết bị đo: 3.1 Các đặc tính tĩnh thiết bị đo; 3.2 Các đặc tính động thiết bị đo Khái niệm chuyển đổi đo lường: 4.1 Khái niệm; 4.2 Định nghĩa chuyển đổi đo lường; 4.3 Phân loại chuyển đổi đo lường; 4.4 Một số chuyển đổi thường gặp Bài 2: Các cấu thị điện Thời gian: 15 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày nguyên lý làm việc, chi tiết khí chung thị điện; - Mô tả cấu tạo nguyên lý làm việc loại cấu thị Nội dung: Cơ sở chung: 1.1 Nguyên lý làm việc cấu thị điện; 1.2 Các chi tiết khí chung cấu thị điện; 1.3 Các ký hiệu quy ước mặt dụng cụ đo Cơ cấu thị từ điện: 2.1 Cấu tạo; 2.2 Nguyên lý làm việc; 2.3 Đặc tính ứng dụng Cơ cấu thị điện từ: -5- 3.1 Cấu tạo; 3.2 Nguyên lý làm việc; 3.3 Đặc tính ứng dụng Cơ cấu thị điện động: 4.1 Cấu tạo; 4.2 Nguyên lý làm việc; 4.3 Đặc điểm ứng dụng; 4.4 Cơ cấu sắt điện động Cơ cấu thị cảm ứng : 5.1 Cấu tạo; 5.2 Nguyên lý làm việc; 5.3 Đặc điểm ứng dụng Kiểm tra Bài 3: Đo dòng điện điện áp Thời gian: 10 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo dịng điện, điện áp; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo dòng điện điện áp Nội dung: Những yêu cầu việc đo dòng điện điện áp: 1.1 Yêu cầu điện trở; 1.2 Yêu cầu đặc tính tần Đo dịng điện: 2.1 Phương pháp đo; 2.2 Các phương pháp đo mở rộng thang đo Đo điện áp: 3.1 Đặc điểm cấu tạo phương pháp sử dụng; 3.2 Phương pháp mở rộng giới hạn đo Bài 4: Đo công suất điện Thời gian: 10 Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo công suất, điện năng; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo công suất điện Nội dung: Đo công suất điện mạch pha: 1.1 Đo cơng suất tác dụng ốt mét điện động; 1.2 Đo công suất phản kháng pha; 1.3 Đo điện tác dụng công tơ cảm ứng pha -6- Đo công suất điện tác dụng mạch ba pha: 2.1 Đo công suất phản kháng mạch ba pha; 2.2 Đo điện phản kháng mạch ba pha Kiểm tra Bài 5: Đo góc pha tần số Thời gian: Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày u cầu việc đo góc pha, tần số; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo góc pha tần số Nội dung: Đo góc pha: 1.1 Phương pháp dùng am pe mét vol mét (đo cos gián tiếp); 1.2 Phương pháp dùng Fa zô mét điện động (đo trực tiếp); 1.3 Fazômét điện tử; 1.4 Fazômét thị số Đo tần số: 2.1 Phương pháp đo dùng vol mét, am pe mét (gián tiếp); 2.2 Tần số mét (kế) cộng hưởng điện từ; 2.3 Tần số kế điện động; 2.4 Tần số mét điện tử; 2.5 Tần số kế thị số Bài 6: Đo thông số mạch điện Thời gian: Mục tiêu bài: Học xong này, người học có khả năng: - Trình bày yêu cầu việc đo thơng số mạch điện; - Tóm tắt nội dung phương pháp đo thông số mạch điện Nội dung: Đo điện trở: 1.1 Ý nghĩa yêu cầu việc đo điện trở; 1.2 Phương pháp gián tiếp; 1.3 Đo điện trở phương pháp trực tiếp; 1.4 Đo điện trở cầu đơn cầu kép (phương pháp so sánh) Đo điện cảm: 2.1 Phương pháp trực tiếp; 2.2 Phương pháp gián tiếp Đo điện dung: 3.1 Các phương pháp đo; 3.2 Đo tổn thất điện môi cầu xoay chiều -7- Kiểm tra IV ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: - Giáo trình, tài liệu tham khảo; - Điện trở; Tụ điện; cuộn cảm loại; - Dây nối; - Các loại đồng hồ đo; - Phòng học, phấn bảng V PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ: - Phương pháp đánh giá: Đánh giá kết học tập thông qua việc kiểm tra nhận thức người học hình thức theo quy chế thi, kiểm tra công nhận tốt nghiệp hành Bộ Lao động Thương binh Xã hội ban hành - Nội dung đánh giá: + Kiến thức: thông qua kiểm tra hình thức trắc nghiệm tự luận nội dung cấu tạo, nguyên lý làm việc loại cấu đo lường điện; + Kỹ năng: Đánh giá thông qua việc lắp đặt mạch đo, kỹ thực hành đo điện thiết bị đo lường điện; + Thái độ: Thông qua việc theo dõi - Ý thức chấp hành nội quy học tập - Tác phong trách nhiệm công việc VI HƯỚNG DẪN THỰC HIỆN MÔ ĐUN: Phạm vi áp dụng chương trình: Chương trình dùng dạy nghề trình độ Trung cấp Hướng dẫn số điểm thực chương trình: - Bám sát chương trình đề ra, theo nội dung môn học đề ra; - Ứng dụng phương tiện thiết bị giảng dạy để góp phần làm phong phú thêm nội dung giảng; - Chuẩn bị đầy đủ trang thiết bị cho người học thực hành Những trọng tậm chương trình cần ý: - Các cấu thị điện; - Đo dòng điện điện áp; - Đo công suất điện Tài liệu tham khảo: - Đo lường điều khiển máy tính- Ngơ Diên Tập - NXB khoa học kỹ thuật, 1997 - Giáo trình đo lường đại lượng điện khơng điện- Nguyễn Văn Hịa - Vụ trung học chuyên nghiệp - Dạy nghề - Nhà xuất Giáo Dục, 2002 - Kỹ thuật đo- Nguyễn Ngọc Tân - NXB khoa học kỹ thuật - Cảm biến ứng dụng - Dương Minh Trí - NXB khoa học kỹ thuật -8- BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG 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… yêu 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 thông số ĐỊNH NGHĨA ĐO LƯỜNG VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ ĐO: 1.1 Định nghĩa 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 Phân loại cách thực phép 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 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 1.2.1 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 - Quá trình thực hiện: * Đại lượng cần đo X qua khâu biến đổi để biến đổi thành số NX, 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 -9- Hình 1.1 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 1.2.2.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 - Quá trình thực hiện: + Đại lượng đo X đại lượng mẫu XO biến đổi thành đại lượng vật lý thuận tiện cho việc so sánh + Quá trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trìnhđo, hai đại lượng đọc kết XK có kết đo Quá 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 1.2 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 - 10 - - So sánh khơng cân bằng: Q 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 = XK 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 Sơ đồ cấu trúc dụng cụ đo lường: 2.1 Phân loại dụng cụ đo; * Theo cách biến đổi phân thành: - 11 - + Dụng cụ đo biến đổi thẳng: dụng cụ đo đại lượng cần đo X biến đổi thành lượng Y theo đường thẳng khơng có khâu phản hổi + Dụng cụ đo kiểu biến đổi bù: loại dụng cụ đo có mạch phản hồi với chuyển đổi ngược biến đổi đại lượng Y thành đại lượng bù X K để bù với tín hiệu đo X * Theo phương pháp so sánh + Dụng cụ đo đánh giá trực tiếp: dụng cụ khắc độ theo đơn vị đại lượng đo từ trước, đo đại lượng đo so sánh với kết đo + Dụng cụ đo kiểu so sánh: Là dụng cụ đo thực việc so sánh qua lần đo * Theo phương pháp đưa thông tin + Dụng cu đo tương tự dụng cụ có số hàm liên tục đại lượng đo: Dụng cụ đo tương tự bao gồm dụng cụ đo có kim chỉ, dụng cụ đo kiểu tự ghi (kết đo ghi lại dạng đường cong phụ thuộc thời gian) + Dụng cụ đo dố: Là dụng cụ đại lượng đo liên tục biến đổi thành rời rạc kết đo thể dạng số * Theo đại lượng đo: Các dụng cụ mang tên đại lượng đo Vônmét, Ampemét, Oátmét * Theo điều kiện đo: Đo trời, nhà, nước * Theo kết cấu: đo chiều, đo xoay chiều * Theo loại dòng điện: Đo chiều, đo xoay chiều * Theo điện áp: hạ áp, cao áp 2.2 Sơ đồ khối dụng cụ đo Mỗi dụng cụ đo thường gồm ba khâu chính: Chuyển đổi sơ cấp, mạch đo, cấu thị CĐSC MĐ CT - Chuyển đổi sơ cấp làm nhiệm vụ biến đổi đại lượng đo thành tín hiệu điện, khâu quan trọng thiết bị - Mạch đo khâu gia công thông tin đo sau chuyển đổi sơ cấp làm nhiệm vụ tính toán thực sơ đồ mạch Mạch đo thường mạch điện tử vi xử lý để nâng cao đặc tính dụng cụ đo - 12 - - Cơ cấu thị khâu cuối dụng cụ thể kết đo dạng số so với đơn vị Có cách thể kết đo: thị kim, thị thiết bị tự ghi, thị số Có ba cách thể kết đo + Chỉ thị kim + Chỉ thị thiết bị tự ghi + Chỉ thị dạng số Các đặc tính thiết bị đo: 3.1 Các đặc tính tĩnh thiết bị đo; a Sai số b Điện trở đầu vào, đầu 3.2 Các đặc tính động thiết bị đo Khái niệm chuyển đổi đo lường: 4.1 Khái niệm; Là chuyển đổi từ tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện ứng dụng hệ thống cảm biến: quang nhiệt, lưu lượng, áp suất 4.2 Định nghĩa chuyển đổi đo lường; Là chuyển đổi từ tín hiệu khơng điện thành tín hiệu điện ứng dụng hệ thống cảm biến: quang nhiệt, lưu lượng, áp suất 4.3 Phân loại chuyển đổi đo lường; * Định nghĩa chuyển đổi đo lường: * Phân loại chuyển đổi đo lường: - Theo biến đổi: Biến đổi thẳng, biến đổi bù (là loại dụng cụ có mạch phản hồi với biến đổi ngược biến đổi đại lượng Y thành Xk để bù với tín hiệu đo) - Theo phương pháp so sánh: dụng cụ đánh giá trực tiếp, dụng cụ đo kiểu so sánh - Phương pháp đưa thông tin: Dụng cụ đo tương tự, dụng cụ đo kiểu kim chỉ, dụng cụ đo tự ghi (kết đo đưa kiểu đường cong phụ thuộc thời gian), dụng cụ đo thị số 4.4 Một số chuyển đổi thường gặp Một số chuyển đổi thường gặp: chuyển đổi điện trở, chuyển đổi điện cảm, chuyển đổi hỗ cảm, chuyển đổi áp từ, chuyển đổi điện dung, chuyển đổi nhiệt điện - 13 - BÀI 2: CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN Dụng cụ đo tương tự có số đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục Thường sử dụng thị điện có tín hiệu vào dịng điện, tín hiệu góc quay kim bút ghi giấy (dụng cụ tự ghi) Những dụng cụ đo 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: α = f ( X ) với X đại lượng điện Các cấu thị thường dùng dụng cụ đo đại lượng: dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số, góc pha, điện trở…của mạch điện chiều xoay chiều tần số công nghiệp CƠ SỞ CHUNG 1.1 Nguyên lý làm việc cấu thị điện Khi cho dòng điện vào cấu thị điện, tác động từ trường (do nam châm vĩnh cửu dòng điện đưa vào sinh ra) lên phần động cấu đo sinh mômen quay Mq tỷ lệ với độ lớn dòng điện I đưa vào cấu: dWe d Trong đó: We: lượng điện từ trường α: góc lệch phần động Nếu đặt vào trục phần động lò xo cản, phần động quay lò xo bị xoắn lại sinh mơmen cản Mc tỷ lệ thuận với góc lệch α tính: Mq Mc = D Trong D hệ số phụ thuộc vào vật liệu kích thước lị xo Khi mơmen cản mômen quay, phần động cấu dừng lại vị trí cân bằng: dWe dWe D. (1) D d d Phương trình (1) phương trình đặc tính thang đo, cho biết đặc tính thang đo tính chất cấu thị Mq Mc M Mq1 Mc Mq2 c1 c2 - 14 - Hình 2.2 Xác định vị trí cân αc đồ thị Vị trí cân αc xác định đồ thị hình 5.2: ứng với dịng điện I khác có góc lệch α khác tương ứng với giá trị đo Ngồi hai mơmen thực tế phần động cấu thị điện cịn chịu tác dụng nhiều mơmen khác: mơmen ổn định, mômen ma sát, mômen cản dịu, mômen động lượng…với tính chất tác dụng khác 1.2 Các chi tiết khí chung cấu thị điện Hình 2.1 Các phận chi tiết chung cấu thị điện - Trục trụ: đảm bảo cho phần động quay trục như: khung dây, kim chỉ, lò xo cản… - Lò xo phản kháng dây căng dây treo: tạo mơmen cản (có mơmen cản riêng D) dẫn dòng điện vào khung dây Dây căng dây treo sử dụng cần giảm mômen cản để tăng độ nhạy cấu thị - Kim chỉ: gắn vào trục quay, độ di chuyển kim thang chia độ tỉ lệ với góc quay α - Thang đo: mặt khắc độ khắc giá trị đại lượng đo - Bộ phận cản dịu: có tác dụng rút ngắn q trình dao động phần động, xác lập vị trí cân nhanh chóng 1.3 Các ký hiệu quy ước mặt dụng cụ đo + : Cơ cấu đo kiểu điện từ + ∩ : Cơ cấu đo kiểu từ điện + : Đặt vng góc + 2,5 or 1,5… Cấp xác dụng cụ đo + 5A (or 10A; 30A; 100A ) giới hạn đo lớn đồng hồ 2.CƠ CẤU CHỈ THỊ TỪ ĐIỆN 2.1 Cấu tạo - 15 - - 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 Hình 2.3 Cơ cấu thị từ điện 2.2 Nguyên lý làm việc Khi có dịng 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: dWe Mq 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 mơmen cản: M q M c B.S W I D. B.S W I S I I D Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây 2.3 Các đặc tính ứng dụng 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.SW 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 - 16 - 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: Cơ 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 -12 Chế tạo loại điện kế có độ nhạy cao đo được: dịng đến 10 A, áp -4 đến 10 V, 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 Cơ cấu thị điện từ 3.1 Cấu tạo: 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 Hình 2.5 Cấu tạo chung cấu thị điện từ 3.2 Nguyên lý làm việc Dòng điện I chạy vào cuộn dây (phần tĩnh) tạo thành nam châm điện hút lõi thép (phần động) vào khe hở khơng khí với mơmen quay: Mq dWe L.I với We d Với L điện cảm cuộn dây, suy ra: - 17 - Mq dL I d Tại vị trí cân có: Mq Mc dL I 2D phương trình thể đặc tính cấu thị điện từ 3.3 Các đặc tính ứng dụng - Góc quay α tỉ lệ với bình phương dịng điện, tức khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện nên đo mạch xoay chiều chiều - Thang đo khơng đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/dα đại lượng phi tuyến - Cản dịu thường không khí cảm ứng - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu tải lớn - Nhược điểm: độ xác khơng cao đo mạch chiều bị sai số (do tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh hưởng từ trường ngoài(do từ trường cấu yếu dòng nhỏ) Ứng dụng: thường sử dụng đẻ chế tạo loại ampemét, vônmét mạch xoay chiều tần số cơng nghiệp với độ xác cấp 1÷2 Ít dùng mạch có tần số cao Cơ cấu thị điện động 4.1 Cấu tạo: hình vẽ gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động: - Phần tĩnh: gồm cuộn dây (được chia thành hai phần nối tiếp nhau) để tạo từ trường có dịng điện chạy qua Trục quay chui qua khe hở hai phần cuộn dây tĩnh - Phần động: gồm khung dây đặt lòng cuộn dây tĩnh Khung dây gắn với trục quay, trục có lị xo cản, phận cản dịu kim thị Cả phần động phần tĩnh bọc kín chắn để ngăn chặn ảnh hưởng từ trường 4.2 Nguyên lý làm việc Khi có dịng điện I1 chạy vào cuộn dây (phần tĩnh) làm xuất từ trường lòng cuộn dây Từ trường tác động lên dòng điện I2 chạy khung dây - 18 - (phần động) tạo nên mômen quay làm khung dây quay góc α Mơmen quay tính: Mq dWe d Với: We điện điện từ trường Có hai trường hợp xảy ra: - I1, I2 dòng điện chiều: dM 12 I I D d Với: M12 hỗ cảm cuộn dây tĩnh động - I1 I2 dòng điện xoay chiều: dM 12 I I Cos D d Với: ψ góc lệch pha I1 I2 Hình 2.7 Cấu tạo cấu thị điện động 4.3 Các đặc tính ứng dụng - Có thể dùng mạch điện chiều xoay chiều - Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo khơng - Trong mạch điện xoay chiều α phụ thuộc góc lệch pha ψ hai dịng điện nên ứng dụng làm Oátmét đo công suất - Ưu điểm bản: có độ xác cao đo mạch điện xoay chiều - Nhược điểm: công suất tiêu thụ lớn nên khơng thích hợp mạch cơng suất nhỏ Chịu ảnh hưởng từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có phận chắn từ Độ nhạy thấp mạch từ yếu Ứng dụng: chế tạo ampemét, vơnmét, óatmét chiều xoay chiều tần số cơng nghiệp; pha kế để đo góc lệch pha hay hệ số cơng suất cosφ Trong mạch có tần số cao phải có mạch bù tần số (đo dải tần đến 20KHz) Cơ cấu thị cảm ứng 5.1 Cấu tạo chung: - 19 - Như hình 2.11: gồm phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: cuộn dây điện 2,3 có cấu tạo để có dịng điện chạy cuộn dây sinh từ trường móc vịng qua mạch từ qua phần động, có nam châm điện - Phần động: đĩa kim loại (thường nhôm) gắn vào trục quay trụ Hình 2.10 Cơ cấu thị cảm ứng 5.2 Nguyên lý làm việc Dựa tác động tương hỗ từ trường xoay chiều (được tạo dòng điện phần tĩnh) dịng điện xốy tạo đĩa phần động, cấu làm việc với mạch điện xoay chiều: Khi dòng điện I1, I2 vào cuộn dây phần tĩnh → sinh từ thông Ф1, Ф2 (các từ thông lệch pha góc ψ góc lệch pha dịng điện tương ứng), từ thông Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm (phần động) → xuất đĩa nhôm sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất dịng điện xốy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2) Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với dòng điện Ix1, Ix2→ sinh lực F1, F2 mômen quay tương ứng → quay đĩa nhơm (phần động) Mơmen quay tính: Mq = C.f.1.2.Sin Với: C số f tần số dịng điện I1, I2 ψ góc lệch pha I1, I2 5.3 Các đặc tính ứng dụng - Điều kiện để có mơmen quay phải có hai từ trường - Mơmen quay đạt giá trị cực đại góc lệch pha ψ I1, I2 π/2 - Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện tạo từ trường - Chỉ làm việc mạch xoay chiều - Nhược điểm: mômen quay phụ thuộc tần số nên cần phải ổn định tần số Ứng dụng: chủ yếu để chế tạo côngtơ đo lượng; đo tần số… - 20 - ... thuật đo lường trình bày kiến thức kỹ thuật đo dùng ngành điện Giới thiệu phép đo để ứng dụng cho Vận hành nhà máy thuỷ điện Kỹ thuật Đo lường Điện môn học nghiên cứu cấu đo, phương pháp đo đại... nghề Vận hành nhà máy thủy điện trình độ Trung cấp nghề; bố trí sau học xong môn kỹ thuật sở; - Mô đun Đo lường điện cung cấp cho người học kiến thức phương pháp đo lường sử dụng nhà máy thuỷ điện. .. Điện dân dụng, Cơ điện nông thôn, Cung cấp cho sinh viên kiến thức chuyên sâu kỹ thuật đo lường ngành Vận hành nhà máy thuỷ điện Trình bày dụng cụ đo, nguyên lý đo phương pháp đo thơng số Trên