Bài giảng Đo lường điện

Bài giảng đo lường điện sử dụng giảng dạy cho sinh viên nghề điện công nghiệp, nghề điện dân dụng trên cơ sở chương trình khung của tổng cục dạy nghề ban hành Bài giảng bao gồm các bài sau: Đại cương về đo lường điện Các loại cơ cấu đo thông dụng Đo các đại lượng điện cơ bản Sử dụng các loại máy đo thông dụng

Môn học: Đo lường điện Thời gian: 75 tiết Môn học: Đo lường điện Bài 1: Đại cương đo lường điện Bài 2: Các loại cấu đo thông dụng Bài 3: Đo đại lượng điện Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Bài 1: Đại cương đo lường điện Thời gian: 3h (LT: 2h; TH: 1h) 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): Ax = X/X0 Từ 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 Ví dụ: đo dòng điện I=5A, có nghĩa là: đại lượng cần đo dòng điện I, đơn vị đo A(ampe), kết số Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.2 Khái niệm đo lường điện Đại lượng đo điện: đại lượng đo có tính chất điện, tức có đặc trưng mang chất điện ví dụ: điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng 1.3 Các phương pháp đo Có thể có nhiều phương pháp đo khác thực tế thường phân thành loại phương pháp đo chính: - phương pháp đo biến đổi thẳng - phương pháp đo kiểu so sánh 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 khâu phản hồi Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.1.Phương pháp đo biến đổi thẳng -Quá trình thực hiện: Hình 1.1 Lưu đồ phương pháp đo biến đổi thẳng + Đại lượng cần đo X tín hiệu đơn vị XO qua khâu biến đổi (BĐ) (có thể hay nhiều khâu nối tiếp), qua biến đổi tương tự-số A/D để có NX NO, qua khâu so sánh (ss) có NX/NO so sánh đại lượng cần đo với đơn vị qua so sánh trình thực phép chia Nx / No Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.1.Phương pháp đo biến đổi thẳng Kết đo thực biểu thức dạng: X = Nx.No / No Quá trình gọi trình biến đổi thẳng, thiết bị đo thực trình gọi thiết bị đo biến đổi thẳng 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,vi dụng cụ đo loại thường sử dụng độ xác yêu cầu phép đo không cao 1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh - Định nghĩa: phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vòng, nghĩa có khâu phản hồi Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh -Quá trình thực hiện: Hình 1.2 Lưu đồ phương pháp đo kiểu so sánh BĐ: Bộ biến đổi D/A:Bộ biến đổi số - tương tự SS: Bộ so sánh A/D: Bộ biến đổi tương tự - số CT: Chỉ thị kết Q trình so sánh X tín hiệu XK (tỉ lệ với XO) diễn suốt trình đo, 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) Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.2 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: ∆X = X - XK Tùy thuộc vào cách so sánh mà có phương pháp sau: - So sánh cân - So sánh không cân - So sánh không đồng thời - So sánh đồng thời * So sánh cân bằng: o Quá trình thực hiện: đại lượng cần đo X đại lượng tỉ lệ với mẫu XK = NK.XO so sánh với cho ∆X = 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 ∆X = từ suy kết đo Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh o Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK độ nhạy thiết bị thị cân (độ xác nhận biết ∆X = 0) Ví dụ: cầu đo, điện kế cân … + So sánh không cân bằng: o Quá trình thực hiện: đại lượng tỉ lệ với mẫu XK không đổi biết trước, qua so sánh có ∆X = X - XK, đo ∆X có đại lượng đo X = ∆X + X từ có kết đo: AX = X/XO = (∆X + XK)/XO o Độ xác: độ xác phép đo chủ yếu độ xác XK định, ngồi phụ thuộc vào độ xác phép đo ∆X, giá trị ∆X so với X (độ xác phép đo cao ∆X 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… Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.3.2 Phương pháp đo kiểu so sánh + So sánh không đồng thời: o Quá 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 o Độ xác: phụ thuộc vào độ xác XK Phương pháp xác thay XK X trạng thái thiết bị đo giữ nguyên Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) Điều chỉnh INTENS để thay đổi độ chói 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, lkHz) Với giá trị chuẩn VOLTS/DIV vị trí 1V/DIV TIME/DIV vị trí 1ms/DIV hình xuất sóng vng có biên độ đỉnh hình độ rộng xung ô 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 dụng nút điều khiển tương ứng nói phần Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) Một số máy sóng có chế độ AUTOSET PRESET để thiết lập lại tồn phần điều khiển, khơng ta phải tiến hành tay trước sử dụng máy Các bước chuẩn hoá sau: + Đưa tất nút bấm vị trí OUT + Đưa tất trượt vị trí UP + Đưa tất núm xoay vị trí CENTRED + Đưa nút 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 cỡ µs Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) 2.2.2.2 Các phần điều khiển a) Điều khiển hình Phần bao gồm: + Điều chỉnh độ sáng - INTENSITY - dạng sóng Thơng thường 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 + Điều chỉnh độ lệch trục ngang - TRACE - (khi vị trí máy điểm khác tác dụng từ trường trái đất khác nên đơi phải điều chỉnh để có vị trí cân bằng) Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) b) 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 số phần như: INVERT: đảo dạng sóng; DC/AC/GD: hiển thị phần chiều/xoay chiều/đất dạng sóng; CH I/II: chọn kênh kênh 2; DUAL: chọn hai kênh; ADD: cộng tín hiệu hai kênh Khi bấm nút INVERT dạng sóng tín hiệu bị đảo ngược lại (đảo pha 180o) Khi gạt cơng tắc vị trí GD hình xuất đường ngang, dịch chuyển vị trí đường để xác định vị trí đất tín hiệu Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) 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 hai đồ thị hai dạng sóng ứng với đầu đo ADD để cộng sóng với Nói chung vị trí ba nút CH I/II, DUAI ADD cho chế độ hiển thị khác tuỳ thuộc vào loại máy c) 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 Ngồi số phần sau: X-Y: chế độ kênh thứ làm trục X thay cho thời gian chế độ thường Chú ý: máy hoạt động chế độ nhiều kênh có phần điều khiển theo trục ngang nên tần số quét tần số quét chung cho hai dạng sóng Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) 2.2.3 Ứng dụng máy sóng kỹ thuật đo lường Máy sóng gọi máy sóng vạn khơng đơn hiển thị dạng sóng mà thực nhiều kỹ thuật khác thực hàm toán học, thu thập xử lý số liệu chí phân tích phổ tín hiệu Trong phần nói tới ứng dụng máy sóng 2.2.3.1 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 hai, bốn tám tín hiệu dạng lúc tần số quan sát lên tới 400MHZ Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) 2.2.3.2 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 = 2,7ơ x 1V = 2,8 V Vpp = 5,4ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707 Vp = l,98V Ngồi ra, với tín hiệu xung người ta 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 bên Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) 2.2.3.3 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 Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 2.2 Sử dụng Dao động ký (oscilloscope) Ví dụ: hình s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu dài 16 ơ, chu kỳ 16ms => f = 1/16ms = 62,5Hz Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Sử dụng máy biến dòng biến áp đo lường Khái niệm chung Trong mạch điện xoay chiều, để mở rộng giới bạn đo dụng cụ người ta sử dụng biến áp đo lường Nhiệm vụ biến áp biến dòng chuyển giá trị điện áp dòng điện lớn giá trị nhỏ để phù hợp với mạch đo Các biến dòng biến áp đo lường có tác dụng cách ly mạch điện cao áp với dụng cụ đo để bảo đảm an toàn cho người sử dụng Về nguyên lý cấu tạo, biến dòng biến áp đo lường giống biến áp động lực 3.1 Biến dòng TI Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Sử dụng máy biến dòng biến áp đo lường Hình 3.1 Biến dòng TI áp dụng để mở rộng giới hạn đo dòng cho dụng cụ đo Sơ đồ nguyên lý biến dòng TI cách mắc mạch đo hình vẽ 3.1 Cuộn sơ cấp W1 TI mắc nối tiếp với tải Z Cuộn thứ cấp W2 khép kín ampemét cuộn dòng wattmét điện động, cuộn Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Sử dụng máy biến dòng biến áp đo lường Vì điện trở cuộn thứ cấp nhỏ nên coi điều kiện làm việc bình thường máy biến dòng chế độ ngắn mạch cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp biến dòng cần phải cách điện tốt với cuộn thứ với vỏ máy Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng người ta nối đất vỏ máy đầu cuộn thứ cấp Điện áp thứ cấp biến dòng thường từ 1- 6V Dòng sơ cấp thay đổi theo tải, dòng thứ cấp máy biến dòng thiết lập chế độ định mức A 1A Thông số biến dòng hệ số biến dòng định mức: KI = I1n/I2n với I1n I2n trị số định mức dòng sơ cấp dòng thứ cấp TI Hệ số biến dòng định mức KI khác với hệ số biến áp K21 = W2/W1 lượng không đáng kể, thực tế với độ xác cho phép thường lấy K = K21 Khi đo, dụng cụ đo mắc vào cuộn thứ cấp TI Giá trị dòng cần đo số dụng cụ nhân với hệ số biến dòng định mức ghi dụng cụ Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Sử dụng máy biến dòng biến áp đo lường Máy biến dòng cấu tạo theo nhiều dạng khác nhau, loại cố định, loại xách tay Để tiện lợi sử dụng người ta thiết kế tổ hợp biến dòng với dụng cụ đo dụng cụ đo hợp ampemét kìm - Chú ý: Chế độ làm việc định mức máy biến dòng TI chế độ ngắn mạch cuộn thứ cấp Do tháo gỡ ampemét khỏi biến dòng TI cần nối tắt đầu dây cuộn thứ, tránh ảnh hưởng dòng từ hóa I0 làm tổn hao từ đốt nóng TI 3.2 Biến áp đo lường TU Biến áp đo lường dùng để mở rộng thang đo cho dụng cụ làm việc với lưới điện cao Cấu tạo cách mắc biến áp vào mạch đo hình 3.2 Cuộn sơ cấp W1 mắc vào lưới điện cần đo, cuộn thứ cấp W2 mắc với đồng hồ đo vôn kế Giá trị điện áp định mức cuộn sơ cấp TU theo ΓOCT từ 380V ÷ 500kV Với điện áp định mức nhỏ 3kV áp dụng chất cách điện khơ, điện áp cao 3kV phải sử dụng chất cách điện dầu Khi điện áp định mức cuộn sơ 35kV dùng máy biến áp cấp, với điện áp 110kV cao phải sử dụng máy biến áp từ cấp trở lên Giá trị điện áp thứ cấp U2 định mức với biến áp TU 100V 100 V Bài 4: Sử dụng loại máy đo thơng dụng 3.2 Biến áp đo lường TU Hình 3.2 Biến điện áp TU Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng 3.2 Biến áp đo lường TU Bình thường TU làm việc chế độ gần hở mạch điện trở vơn kế vơ lớn Điều kiện làm việc bình thường TU khác với TI Đối với TI dòng sơ cấp I1 biến thiên phạm vi rộng, tùy theo phụ tải Còn với TU thơng thường làm việc với điện áp bên sơ cấp biến đổi không nhiều Thông số TU hệ số biến áp định mức: KU = U1n/U2n Trong thực tế máy biến áp đo lường TU sản suất với cấp xác 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; ...Môn học: Đo lường điện Bài 1: Đại cương đo lường điện Bài 2: Các loại cấu đo thông dụng Bài 3: Đo đại lượng điện Bài 4: Sử dụng loại máy đo thông dụng Bài 1: Đại cương đo lường điện Thời gian:... Ví dụ: đo dòng điện I=5A, có nghĩa là: đại lượng cần đo dòng điện I, đơn vị đo A(ampe), kết số Bài 1: Đại cương đo lường điện 1.2 Khái niệm đo lường điện Đại lượng đo điện: đại lượng đo có tính... 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)