ĐO CÔNG SUẤT - ĐO ĐIỆN NĂNG ĐO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

Chương ĐO CÔNG SUẤT - ĐO ĐIỆN NĂNG ĐO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 5.1 ĐO CÔNG SUẤT ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG Công suất lượng đại lượng hệ thống điện Các đại lượng liên quan nhiều đến kinh tế quốc dân Do việc xác định công suất lượng nhiệm vụ quan trọng Trong thực tế , người ta phân thành loại cơng suất sau Cơng suất thực hay cịn gọi cơng suất hữu ích P ( Watt ) Cơng suất phản kháng , cịn gọi cơng suất vơ công Q ( VAR ) Công suất biểu kiến hay công suất danh định S ( VA ) Tầm đo công suất từ 10-20 W đến 1010 W giải tần số từ đến 109 Hz Đối với mạch điện chiều , công suất thực xác định theo biểu thức P = U I = I R = Với mạch điện xoay chiều pha T P = ∫ pdt T = ∫ uidt Nếu dịng áp có dạng hình sin , Cơng suất thực xác định theo biểu thức P = U I cos ϕ Trong U , I giá trị điện áp hiệu dụng , cường độ dòng điện hiệu dụng cos ϕ hệ số cơng suất Biểu thức tính công suất phản kháng Q = U I sin ϕ Biểu thức tính cơng suất biểu kiến S = Ngồi thơng số cơng suất điện , cịn có thơng số quan trọng lượng W Đó cơng suất tiêu thụ mạch điện khoảng thời gian t1 ÷ t2 Năng lượng tính theo biểu thức W= t2 t2 t1 t1 ∫ Pdt = ∫UIcosϕdt 5.1.2 Phương pháp đo gián tiếp Ở mạch điện chiều mạch điện xoay chiều có tải trở ta sử dụng đồng hồ vôn đồng hồ ampere để xác định công suất A RA RA V RT RV RV Ampere kếmắ c A V RT Ampere kếmắ c ngoà i Phương pháp mắc ampere phương pháp sử dụng trường hợp điện trở cần đo có giá trị lớn nội trở ampere kế có giá trị nhỏ Phương pháp mắc ampere phương pháp sử dụng trường hợp điện trở cần đo RX có giá trị nhỏ volt kế có giá trị lớn Phương pháp có sai số tương đối lớn tải thay đổi ta khơng thể lúc đọc xác trị số ampere vôn Mặt khác phải sử dụng công thức để tính tốn sau đo Cơng suất điện xác định theo biểu thức sau P = U I = I2 R = Phương pháp có sai số lớn ( sai số volt kế ampe kế ) tải thay đổi , ta khơng thể quan sát thay đổi thông số hai đồng hồ đo lúc Mặc khác , phương pháp phức tạp phải sử dụng công thức để tính tốn sau đo gây sai số Thật , ta thấy công suất tải PL xác định volt kế ampe kế Theo cách đấu dây sơ đồ , trị số công suất tải xác định giá trị điện áp dòng điện Chẳng hạn sơ đồ ampe kế mắc ngồi , ta có biểu thức sau I = IV + IL Suy IL = I - IV PL = UV IL = UV ( I - IV ) PL = UV I + UV IV Như , sai số cách mắc phụ thuộc vào dòng điện IV qua volt kế , IV nhỏ phép đo cành xác 5.2 ĐO CƠNG SUẤT XOAY CHIỀU MỘT PHA 5.2.1 Phương pháp đo trực tiếp Watt kế U * I IU * RU IU Unguoàn γ δ I RP R ϕ Φ1 θ * * W Như trình bày , phương pháp đo gián tiếp có hạn chế định Để khắc phục nhược điểm , người ta sử dụng phương pháp đo trực tiếp dùng Watt kế Watt kế dụng cụ điện , dùng để đo trực tiếp công suất thực mạch điện chiều xoay chiều pha Watt kế chế tạo theo kiểu điện động sắt điện động , gồm có cuộn dây : cuộn dây di động ( cuộn dây điện áp ) cuộn dây tĩnh ( cuộn dây dòng điện ) Cuộn dây tĩnh có tiết diện lớn vịng dây ( nên có điện trở nhỏ ) mắc nối tiếp với tải nên gọi cuộn dòng Cuộn dây động có tiết diện nhỏ, nhiều vịng dây (nên có điện trở lớn) mắc song song với tải nên gọi cuộn áp Như dòng điện I1 qua phụ tải qua cuộn dòng , điện áp đặt lên cuộn dây tĩnh tỷ lệ với dòng điện I2 qua cuộn dây áp Khi có điện áp U đặt vào cuộn dây động có dịng điện chạy qua cuộn dịng ( dòng điện qua phụ tải ) tác động từ trường điện từ , kim watt kế lệch góc αm Đối với nguồn điện chiều , giá trị góc lệch αm xác định theo biểu thức α = Giả sử = const Với K = α =K.U.I =K.P gọi hệ số watt kế với dòng điện chiều Đối với mạch điện xoay chiều , giá trị góc lệch αm xác định theo biểu thức α = I IU cos δ δ = ϕ- α Với Trong IU dịng điện mạch song song watt kế IU = cosα Với = const Từ biểu thức , ta nhận thấy số watt kế tỉ lệ với công suất tiêu thụ phụ tải 5.2.2 Ký hiệu Watt kế * * * Cuộ n dâ y điệ n p hay * W Cuộ n dâ y dò ng điệ n Ký hiệu * để cực tính cuộn dây dòng cuộn dây áp Đầu dây có ký hiệu * qui định đầu đầu cuộn dây Trong trình lắp Watt kế vào mạch điện , ta cần lưu ý cực tính cuộn dây để tránh làm cho kim quay ngược dẫn đến hư hỏng Watt kế 5.2.3 Cách mắc dây watt kế Do watt kế điện động có cực tính , đảo pha hai cuộn dây , kim watt kế quay ngược cuộn dây đánh dấu đầu đầu để tránh làm kim watt kế quay ngược Khi đấu mạch điện , ta phải nối đầu dây có dấu * với Watt kế điện động thường có nhiều thang đo theo dịng áp Giới hạn đo theo cường độ dòng điện 5A 10A , theo điện áp 150V 300 V Giải tần từ đến hàng KHz , cấp xác đạt từ 0.1 đến 0.2% tần số thấp 200Hz Do đo muốn đọc giá trị cho , ta cần phải xác định số Watt kế C W ( Watt kế có nhiều giới hạn đo ) đồng thời phải ý đến cực tính cuộn dây CW = ( W / vaïch ) m cỡ đo điện áp chọn Iđm cỡ đo dòng điện chọn αđm số vạch chia giới hạn watt kế Giả sử đo , kim vạch thứ α công suất mạch PW = CWα với tế đồng hồ đo α số vạch kim thực * * * W * W IA RS IA RT Hình a RS RT Hình b Theo sơ đồ đấu dây hình , thị cấu điện động xác định sau α = K IL IA Mà IA = Trong RS điện trở dùng để hạn chế dòng điện qua cuộn dây điện áp ( cuộn dây động ) R2 điện trở cuộn dây điện áp Suy Từ biểu thức , ta nhận thấy điện trở nội cuộn dây dòng điện nhỏ sai số giảm ( tổn hao cuộn dây giảm ) điện trở R S dùng để giảm bớt điện áp cuộn dây điện áp điện áp vào lớn điện trở R S phải lớn Ở hình a : dịng điện tải dịng điện qua cuộn dây tĩnh Ở hình b : dịng điện qua cuộn dây tĩnh tổng dòng điện qua tải dòng điện qua cuộn dây động Ta xét sơ đồ mạch điện sau , điện trở R S mắc hình bên , hiệu điện đầu dây đầu dây gần điện nguồn Do có khả gây hư hỏng cho Watt kế cách điện cuộn dây Ngoài mắc sai số phụ tăng lên ảnh hưởng tĩnh điện lẫn cuộn dây Watt kế Vì ta phải mắc điện trở shunt đầu dây để giảm thiểu sai số tăng tuổi thọ cho Watt kế Muốn mở rộng thang đo , ta Phân đoạn cuộn dây dòng điện Nối điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây áp 5.2.4 Dùng watt kế với máy biến áp đo lường 5.2.4.1 Dùng Watt kế với máy biến dòng CT Khi dòng điện phụ tải lớn dòng điện định mức Watt kế , ta phải kết hợp Watt kế với biến dòng CT Sơ đồ đấu dây sau Phụ tả i I1 U - I2 I2 I1 * A * W V I2 Sơ đồmắ c Watt kếvà biế n dò ng TI Giả n đồvector dò n g vàá p Cơng suất cho Watt kế PW = P2 = I2 U1 cos ϕ2 = I2 U1 cos ( ϕ1 - δ ) Khi biết giá trị công suất Watt kế , ta xác định công suất thực Pthực = KI I2 U1 cos ( ϕ1 - δ ) Trong Pthực cơng suất Watt kế KI tỷ số danh định biến dịng Do góc δ nhỏ nên ta xem ϕ1 = ϕ2 ( xem giản đồ vector dòng áp ) Vì ta viết Pthực = KI I2 U1 cosϕ2 Như , công suất tiêu thụ tải tích số trị số đọc Watt kế với tỷ số danh định biến dòng CT 5.2.4.2 Dùng Watt kế với máy biến dòng CT biến điện áp VT Khi cần đo cơng suất phụ tải có dịng điện điện áp lớn dòng điện điện áp danh định Watt kế , ta phải sử dụng biến dòng CT biến điện áp VT để tương thích với dịng điện điện áp Watt kế Sơ đồ đấu dây Phụ tả i I1 I2 * A * W x X a A V Sơ đồmắ c Watt kế, biế n dò n g TI vàbiế n điệ n p TU Cuộn dây điện áp Watt kế mắc hai đầu cuộn dây thứ cấp ax VT ,hai đầu dây sơ cấp VT nối với nguồn điện ( đấu song song với phụ tải ) Cuộn dây dòng điện Watt kế mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp CT ( thực tương tự 6.4.1 ) để đảm bảo an toàn , vỏ CT VT nối đất Công suất Watt kế PW = U2 I2 cosϕ2 Công suất thực phụ tải laø Ptải’ = KI i2 KV u2 cos ( ϕ1 + δV - δi ) Nếu góc lệch δV δ1 nhỏ , ta xem ϕ2 = ϕ1 Như công suất thực gần phụ tải xác định biểu thức Pthực = KI KU PW = U1 I1 cosϕ1 Như , công suất tiêu thụ tải tích số trị số đọc Watt kế với tỷ số danh định biến dòng CT tỷ số danh định biến điện áp VT Kết đo có sai số tỷ số biến dịng , tỷ số biền điện áp góc lệch pha cuộn dịng cuộn áp Watt kế Sơ đồ cách mắc watt kế có nhiều tầm đo 5.3 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA P = C C I U 150V 300V 1A 5A 10 W 1A SOURCE 5A 150 300 LOAD 5.3.1 Mạch ba pha đối xứng Mạch ba pha dây Đối với mạch điện ba pha có tải đối xứng , ta cần sử dụng watt kế để đo công suất pha , sau ta nhân với giá trị cơng suất cho toàn mạch điện Phép đo thực sau Công suất pha PW = Up Ip cosϕ Công suất ba pha P3p = PW = Up Ip cosϕ Mạch ba pha dây * A * W * A * W1 B RT C R RT B C R * W2 * Hình a Hình b Để đo cơng suất điện , ta tạo trung tính “giả” cách sử dụng điện trở phụ có giá trị giá trị cuộn dây áp Sơ đồ đấu dây theo sơ đồ hình a Cơng suất ba pha xác định theo biểu thức P3p = PW Ngoài , ta sử dụng watt kế để xác định cơng suất điện cho tồn mạch Sơ đồ đấu dây hình b Cơng suất ba pha xác định theo biểu thức P3p = PW1 + PW2 Trong trình đo , hai watt kế ngược ta đổi cực tính cuộn dây dòng điện hay cuộn dây điện áp Lúc kết nhận từ watt kế lấy giá trị âm Ví dụ watt kế quay ngược , sau đổi cực tính cuộn dây cơng suất tồn mạch P3p = PW1 – PW2 5.3.2 Mạch điện ba pha không đối xứng ( tải không cân ) Mạch ba pha bốn dây Để xác định công suất điện , ta phải sử dụng watt kế Việc đấu dây tương tự đấu dây Watt kế pha đối xứng ( lưu ý đến dòng điện định mức Watt kế điện áp danh định cuộn áp Watt kế ) Cơng suất tồn mạch xác định theo biểu thức sau P3p = PW1 + PW2 + PW3 Mạch ba pha ba dây Thực tương tự mạch ba pha đối xứng 5.3.3 Sử dụng watt kế ba pha để đo tải ba pha không cân Watt kế ba pha hai phần tử Được cấu tạo gồm hai cuộn dây điện áp ( hai cuộn dây di động ) có trục quay hai cuộn dây dòng điện cố định Phương pháp đo sử dụng Watt kế giống phương pháp đo dùng Watt kế pha để đo công suất tải ba pha ba dây Vì cách mắc giống cách mắc Watt kế pha để đo công suất tải ba pha ba dây 5.3.4 Đo công suất ba pha tải sử dụng biến dòng biến áp Cũng giống Watt kế pha , dòng điện tải lớn dòng điện danh định Watt kế , để sử dụng Watt kế ta phải kết hợp với biến dòng CT Mạch đấu sơ đồ Lý luận tương tự trình bày trên, ta xác định cơng suất tiêu thụ phụ tải Ppha A = KI1 PW1 Ppha B = KI2 PW2 Ppha C = KI3 PW3 Pphụ tải = Ppha A + Ppha B + Ppha C Thường ta sử dụng CT có tỷ số biến dịng giống Do Pphụ tải = KI ( PW1 + PW2 + PW3 ) Khi phụ tải có dịng điện điện áp lớn dòng điện điện áp danh định Watt kế , ta phải sử dụng biến dòng biến điện áp Sơ đồ đấu mạch hình vẽ V2 x’ * V1 a’ x * W1 * a TI A1 X’ A’ * W2 A2 A PHA TI1 TI PHỤ TẢ I Lưu ý Để đảm bảo an toàn cho người thiết bị , TI TU phải nối đất 5.4 ĐO ĐIỆN NĂNG 5.4.1 Khái niệm chung Điện sản phẩm ngành điện việc đo điện có ý nghĩa lớn mặt kinh tế kỹ thuật Năng lượng điện mạch điện xoay chiều pha xác định theo biểu thức t2 W= ∫ Pdt t1 t2 = ∫ UIcosϕdt = K P t t1 Trong P cơng suất tiêu thụ phụ tải t = t – t1 khoảng thời gian phụ tải tiêu thụ điện K hệ số 5.4.2 Cấu tạo công tơ điện Công tơ điện chế tạo dựa cấu thị cảm ứng điện từ , gồm hai phần phần tĩnh phần động + + B + D M A Phần tĩnh gồm có Cuộn dây dòng điện mắc nối tiếp với phụ tải nên cuộn dây có cỡ dây lớn vịng dây Cuộn dây điện áp mắc song song với phụ tải , nên có số vịng dây nhiều dây nhỏ Một nam châm vĩnh cửu hình chữ U đặt vng góc với dĩa nhơm để tạo moment hãm Phần động gồm Một đĩa nhơm D mỏng có đường kính từ 80 đến 100 mm bề dày 0.5mm gắn với trục , dĩa nhơm D có mép dĩa nằm khe hở mạch từ cuộn dòng cuộn áp Để cho dĩa nhôm quay , người ta gắn thêm nam châm đệm M học E có bánh ăn khớp trục quay dĩa nhôm D Bộ hiển thị nối liền với số khí (hệ thống bánh ) để hiển thị giá trị điện tiêu thụ 5.4.3 Nguyên tắc hoạt động công tơ điện Φ2 Khi có dịng điện chạy qua cuộn dịng qua cuộn áp , sinh từ thông Φ1 Các từ thông xuyên qua dĩa nhôm cảm ứng dĩa nhôm sức điện động cảm ứng E1 E2 , sức điện động tạo dịng điện xốy dĩa nhơm Các dịng điện xoáy lại nằm từ trường nam châm điện tạo cuộn dây dòng cuộn dây áp nên chịu lực tác dụng tạo thành moment quay Vì cuộn dây áp có nhiều vịng dây nên hệ số tự cảm L đáng kể so với cuộn dịng nên xem điện áp lệch pha 90 so với dòng điện Tác động tương hỗ từ thông Φ1 Φ2 với dịng điện xốy tạo thành moment làm quay dĩa nhơm Moment quay Mq tổng moment thành phần Mq = K1 Φ I22 sinψ + K2 Φ I12 sinψ ψ góc lệch pha Φ1 Φ2 K1 , K hệ số Nếu dòng điện tạo từ thơng Φ1 Φ2 hình sin dĩa nhơm cấu tạo đồng dịng điện xốy I12 I22 tỷ lệ với tần số f nguồn điện từ thông sinh chúng I12 = C3 f I22 = C4 f Φ2 Như , ta có Mq = C f Φ1Φ2 sin ψ Với C = C1 + C2 + C3 + C4 Φ1 = KI I Φ2 = KU IU = KU Trong U điện áp đặt lên cuộn áp ZU tổng trở cuộn áp KI , KU hệ số tỷ lệ Do cuộn dây áp có điện từ nhỏ so với điện kháng nên ta xem ZU = XU = 2π f LU LU điện cảm cuộn dây f tần số nguồn Do ΦU = = KU’ với KU’ = Nếu ta xem Φ1 = ΦI Φ2 = ΦU Mq = C f ΦI ΦU sin ψ Do Mq = C KI KU’ U I sin ψ Ngồi , ta có Mq = K1 U I sin ψ Nếu ψ = 900 - ϕ sin ψ = sin( 900 - ϕ ) = cosϕ Do biểu thức moment quay viết lại laø Mq = K1 U I cosϕ = K1 P Dưới tác dụng moment quay, dĩa nhơm quay với tốc độ n (vịng / phút) Dịng điện xốy kết hợp với từ trường nam châm vĩnh cửu tạo thành moment hãm dĩa nhôm MC = K2 n0 Khi dĩa nhôm quay (trạng thái cân ) , ta có Mc = Mq Suy hay K2 n0 = K1 P P = n0 Trong khoảng thời gian t = t2 – t1 , dĩa nhơm quay N vịng Vì n0 = Như , điện tiêu thụ xác định W = P t = n0 t = Hay C= ( vòng /KWh ) Trong C = số thực cơng tơ điện , số vịng quay dĩa nhơm tiêu thụ công suất 1KW N = n0 t số vòng quay thực tế dĩa nhơm Kết luận Số vịng quay dĩa nhơm khoảng thời gian t tỷ lệ thuận với điện tiêu thụ Từ số vịng quay dĩa nhơm , ta xác định điện tiêu thụ Mỗi công tơ điện đặt trưng thông số sau Độ nhạy Sđm ( voøng / KWh ) Hằng số định mức cơng tơ Cđm = Sđm ( vòng / KWh ) Hằng số thực tế công tơ C = ( KWh / voøng ) Điện áp định mức cơng tơ Uđm Dịng điện định mức công tơ điện Iđm 5.4.4 Kiểm tra số công tơ Để kiểm tra số công tơ C , người ta điều chỉnh cho I = Iñm , U = m hệ số cơng suất cosϕ = Khi P = m Iđm Trong khoảng thời gian t , công tơ quay N vịng Ta có C= = Hằng số khơng đổi loại công tơ ghi mặt công tơ điện Chẳng hạn cơng tơ điện có ghi thơng số 1KWh – 1500vịng , nghĩa dĩa nhơm quay 1500 vịng mặt hiển thị nhảy thêm đơn vị công suất Nếu số C không giá trị định mức ghi mặt công tơ điện , người ta điều chỉnh vị trí nam châm vĩnh cửu để tăng giảm moment cản MC giá trị C đạt giá trị định mức dừng lại Sai số cơng tơ điện γ % = 100% 5.4.5 sơ đồ đấu dây công tơ điện pha – ba pha Khi lắp đặt công tơ điện , ta phải đấu đầu dây theo sơ đồ hướng dẫn hãng sản xuất Mỗi loại cơng tơ điện có kiểu mắc dây riêng đảm bảo nguyên tắt “ Cuộn dòng mắc nối tiếp với phụ tải , cuộn dây áp song song với phụ tải “ 5.4.5.1 Mắc công tơ điện pha Tùy theo cách đấu đầu dây cuộn dịng cuộn áp mà ta có cách đấu dây khác Sơ đồ đấu dây thường ghi nắp cơng tơ điện TẢ I 5.4.5.2 Cách mắc công tơ điện ba pha Công tơ điện ba pha có cấu tạo tương tự cơng tơ điện pha Thông thường công tơ điện ba pha có loại sau Cơng tơ điện ba pha phần tử : loại công tơ điện có cuộn dây dịng điện cuộn dây điện áp , đầu dây cuộn dòng cuộn áp đấu lại với để đưa đầu dây Cách mắc công tơ điện loại tương tự cách mắc watt kế pha Công tơ điện ba pha phần tử sử dụng để đo điện hệ thống điện ba pha dây Sơ đồ đấu dây hình vẽ Công tơ điện ba pha phần tử loại cơng tơ điện có cuộn dây dịng điện cuộn dây điện áp , đầu dây cuộn dòng cuộn áp đấu lại với để đưa , 11 đầu dây ( có sử dụng máy biến dịng ) Cách mắc công tơ điện loại tương tự cách mắc watt kế pha phần tử Công tơ điện ba pha phần tử sử dụng để đo điện hệ thống điện ba pha dây ( có dây trung tính ) Sơ đồ đấu dây hình vẽ UA IA UB IB UC IC A B C N TAÛ I Khi dịng điện qua phụ tải có trị số lớn nhiều so với dịng điện định mức cơng tơ điện pha , ta phải kết hợp với máy biến dòng Giá trị thực tích số tỷ số máy biến dịng KI với giá trị đo công tơ điện Lưu ý Khi chọn máy biến dòng , ta phải vào cơng suất phụ tải để chọn dịng điện máy biến dịng cho phù hợp Ví dụ Nếu phụ tải có dịng điện định mức khoảng 100A > I pt > 50A ta chọn CT có tỉ số KI 100/5 150/5 Nếu phụ tải có dòng điện định mức khoảng 150A > I > 100A ta chọn CTcó tỉ số KI 150/5 200/5 EMIC kW.h CÔ NG TƠ ĐIỆ N PHA DÂ Y HỮ U CÔ NG 0 9 0 8 kW.h ĐIỆ N NĂ NG KẾMỘ T PHA DD28 600r/kW.h 220V 10( 20)A 1996 50 Hz No 64268 MV3E4 SoáSX 05 185642 3x 220 /380V x 5A 270C 50 Hz Cấ p 450vò ng / kWh Sả n xuấ t cô n g ty thiế t bị đo điệ n Sả n xuấ t cô ng ty thiế t bị đo điệ n Các thơng số ghi công tơ điện pha ba pha Ở công tơ điện pha , ý nghĩa thông số Điện áp sử dụng 220V Dòng điện định mức 10 A ( nhiên ta sử dụng có dịng điện 20 A thời gian ngắn ) Tần số sử dụng 50 Hz Số vòng quay dĩa nhơm cho kilowatt 600 vịng ( Dĩa nhơm quay 600 vịng số kW.h nhảy số ) Ở công tơ điện ba pha , ý nghĩa thông số Điện áp sử dụng nguồn điện pha dây có điện áp dây 220V hay 380 V Dòng điện định mức 5A Tần số sử dụng 50 Hz Số vịng quay dĩa nhơm cho kilowatt 450 vịng Sử dụng mơi trường có nhiệt độ 270C 5.5 ĐO HỆ SỐ CÔNG SUẤT DÙNG VÔN KẾ VÀ WATT KẾ 5.5.1 Đo trực tiếp watt kế phản kháng pha ( VAR kế ) Theo định nghĩa , công suất phản kháng tải Q = U I sin ϕ = U I cos ( 900 - ϕ ) Watt kế phản kháng có cấu tạo tương tự watt kế điện động , để làm lệch pha cuộn dây điện áp , người ta mắc nối tiếp cuộn dây cảm hay tụ điện hình vẽ Tương tự watt kế, góc quay kim tỷ lệ với dòng điện qua cuộn dây dòng cuộn dây áp , đồng thời phụ thuộc sin góc lệch pha dịng điện điện áp Do góc quay tỷ lệ với cơng suất phản kháng 5.5.2 Cách đo công suất phản kháng Việc đo công suất phản kháng tương tự đo công suất hữu ích trình bày Ngồi cách đo công suất watt kế , ta đo gián tiếp vơn kế ampere kế Watt kế Nhưng phương pháp cho kết khơng xác sơ đồ đấu dây phức tạp nên sử dụng 5.5.3 Đo cơng suất phản kháng tải ba pha Đo công suất phản kháng hệ thống điện ba pha bốn dây Như ta biết điện áp dây U BC , UAC UAB trễ pha 900 so với điện áp pha U A , UB UC Vì ta sử dụng Watt kế pha để đo cơng suất phản kháng Q Sơ đồ hình vẽ Công suất pha A : PA = IA UBC cos ( 900 - ϕ ) PA = IA UA sinϕ = QA Nghĩa laø QA = Giá trị PA đọc Watt kế Tương tự pha B pha C , công suất phản kháng phụ tải ba pha tổng công suất phản kháng pha Qba pha = QA + QB + QC Qba pha = Đo công suất phản kháng hệ thống điện ba pha ba dây Nếu tải cân điện áp nguồn đối xứng A * * W1 * W2 TAÛ I BA PHA * B C Trong trường hợp , ta sử dụng Watt kế pha Watt kế ba pha hai phần tử Giả sử , ta sử dụng Watt kế pha mắc mạch hình vẽ Cơng suất đo Watt kế pha cho kết PW = IA UBC cos ( 900 - ϕ ) + IA UBC cos ( 900 - ϕ ) Do tải cân điện áp đối xứng , nên UBC = UCA IB = IA Vì công suất tác dụng PW = IA UBC sinϕ = IA UA sinϕ Mà Q = IA UA sinϕ Do PW = 2Q Suy Q = PW Kết luận Muốn chuyển Watt kế thành VAR – kế kết đọc thang đo Watt kế nhân với hệ số tỷ lệ đơn vị VAR ( KVAR ) Nếu điện áp đối xứng phụ tải không cân Trong trường hợp , ta phải sử dụng Watt kế đấu mạch hình bên Cơng suất phản kháng pha kết đọc công suất tác dụng chia cho QA = , QB = vaø QC = Q = QA + QB + QC = A * * W C * * W2 TAÛ I BA PHA B Cũng với cách mắc , tải cân kết cơng suất phản kháng tích số kết đọc Watt kế với Q = PW Nếu sử dụng Watt kế hai phần tử hai Watt kế pha , mạch điện mắc hình vẽ Mạch sử dụng điện trở mắc nối tiếp tạo mạch cân , điện áp pha C áp vào mạch thứ điện áp pha A áp vào mạch thứ hai Đối với pha B , ta có PW = PW1 + PW2 = IAUC cos( 600 - ϕ ) + ICUA cos( 1200 - ϕ ) PW = Ipha Upha [ 0.5 cosϕ + (/ 2) sinϕ - 0.5cosϕ + (/ 2) sinϕ ] PW = Ipha Upha sinϕ = Qpha Suy PW = Qpha Kết luận Công suất phản kháng tải ba pha không cân trị số đọc hai Watt kế nhân với 5.6 ĐO HỆ SỐ CÔNG SUẤT DÙNG CƠ CẤU ĐO ĐIỆN ĐỘNG Dịng điện điện áp hai tín hiệu điện qua tải lệch pha góc ϕ góc lệch tùy thuộc vào tính chất tải Nếu tải trở ϕ = hay cosϕ = Nếu tải cảm điện áp nhanh pha so với dịng điện góc ϕ = Nếu tải dung điện áp chậm pha so với dịng điện góc ϕ = Đại lượng thể lệch pha hai tín hiệu cosϕ , đại lượng gọi hệ số công suất cosϕ Đại lượng dùng làm tiêu để đánh giá chất lượng cung cấp điện Hệ số công suất cosϕ lớn ( gần ) hiệu sử dụng điện cao trình truyền tải điện hiệu Việc nâng cao hệ số công suất tận dụng tốt cơng suất nguồn Ví dụ máy phát điện có cơng suất định mức Sđm = 10000kVA Nếu hệ số công suất phụ tải cosϕ = 0.5 cơng suất tác dụng máy phát cung cấp cho phụ tải P = Sđm cosϕ = 10000 x 0.5 = 5000 kW Nếu hệ số cơng suất phụ tải 0.9 cơng suất tác dụng máy phát cung cấp cho phụ tải P= Sđm cosϕ = 10000 x 0.9 = 9000 kW Như hệ số công suất đại lượng có ý nghĩa lớn kinh tế chất lượng cung cấp điện Do , lĩnh vực đo lường điện , ta cần phải biết hệ số cơng suất cosϕ Từ có biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ hệ số công suất thấp qui định nhằm cải thiện chất lượng lưới điện 5.6.1 Đo cosϕ volt kế E2 Để kiểm tra lấy chuẩn cho cos( kế đo lệch pha ( hai tín hiệu e1 = E1 cosωt S e2 = E2 cos ( ωt + ϕ ) Ta sử dụng phương pháp sau D E1 Dùng volt kế đo S tổng điện áp tín hiệu e e2 Đo D hiệu số hai tín hiệu - E2 S2 = E12 + E22 + 2E1 E2 cosϕ D2 = E12 + E22 - 2E1 E2 cosϕ Như cosϕ = Tương tự ta xác định hệ số công suất cosϕ tải kháng cách sử dụng volt kế Sơ đồ đấu mạch hình vẽ cosϕ = Trong V1 điện áp tải V2 điện áp điện trở V3 điện điện trở phụ tải Phương pháp có sai số từ 50 đến 100 góc lệch pha khoảng 900 sai số phụ thuộc vào cấp xác volt kế V1 , V2 V3 5.6.2 Phương pháp đo gián tiếp Đo hệ số công suất cosϕ mạch điện pha Dùng vôn kế , ampere kế watt kế Phương pháp đơn giản sơ đồ mắc dây phức tạp có sai số lớn Watt kế cho biết công suất hiệu dụng tải , vôn kế ampere kế cho biết giá trị điện áp cường độ dòng điện Sơ đồ mắc mạch hình vẽ Hệ số cơng suất xác định theo biểu thức cosϕ = Từ biểu thức , ta nhận thấy , biết giá trị cơng suất hữu ích P , điện áp U cường độ dòng điện I ta tính cosϕ Đo hệ số cơng suất cosϕ mạch điện ba pha đối xứng Trong trường hợp góc lệch pha đo dòng điện dây pha với điện áp dây pha tải ba pha P = Ud Id cosϕ Suy cosϕ = 5.6.3 Phương pháp trực tiếp Cosϕ kế điện động pha L1 L 1' IL L R IR TAÛ I Cơ cấu đo kiểu tỉ số kế điện động sắt điện động , phần tĩnh phần động chia làm hai cuộn dây mắc nối tiếp Đặc biệt cuộn dây mắc nối tiếp với điện trở R cuộn dây mắc nối tiếp với cuộn kháng L để cho dịng điện IR IL lệch pha góc 900 Do cuộn dây đặt vng góc với tạo hai moment quay xác định theo biểu thức M1 = M cosθ M2 = M sinθ Trong M1 hệ số hỗ cảm cuộn dây di động với cuộn dây cố định M2 hệ số hỗ cảm cuộn dây di động với cuộn dây cố định M hệ số hỗ cảm lớn cuộn dây di động có từ thơng ( cuộn dây cố định tạo Giả sử tổng trở cuộn dây nhỏ so với giá trị điện trở R XL cuộn dây L Ta có utải = Ucos ωt điện áp tải itải = Ucos ( ωt - ϕ ) dòng điện tải Khi dịng điện qua cuộn dây cuộn dây ir = cos ωt iL = cos ( ωt - ϕ ) Do moment quay của cuộn dây cuộn dây Mq1 = cosϕ Mq2 = sinϕ Tại trị số θi cuộn dây di động M q1 = Mq2 , hai cuộn dây di động đứng yên ( cân ) Lúc ta xác định góc lệch pha ϕ hai tín hiệu áp dòng tgϕ= tgθi Nếu cuộn dây mạch điện chế tạo sa cho R = ωL vị trí thị cuộn dây ta có θi = ϕ Trên cosϕ kế khắc độ theo trị số cos góc lệch pha ϕ có trị số ( tương ứng với giá trị cosϕ = ) Nếu kim cosϕ kế lệch phía ( hay phía phải ) điện áp nhanh pha dòng điện ( Lead ) Nếu kim cosϕ kế lệch phía ( hay phía trái ) điện áp chậm pha so với dòng điện ( Lag ) Việc lấy chuẩn cho cosϕ kế phụ thuộc vào tần số tín hiệu đo Để hạn chế ảnh hưởng tần số ta sử dụng cuộn dây gồm phần tử , phần tử nối với L phần tử nối tụ điện hình giá trị L C chọn cho LCω = đo góc lệch pha tín hiệu (Cộng hưởng tần số tín hiệu đo) Cosϕ kế ba pha Khi đo hệ số công suất cosϕ ba pha nghĩa ta đo góc lệch pha ϕ dòng điện dây pha với điện áp dây pha tải ba pha Theo hình vẽ , ta thấy cuộn dây cố định pha kế mắc nối tiếp với tải ba pha điện tải , khung dây mắc pha tải qua trung gian điện trở R có trị số lớn điện cảm cuộn dây có trị số khơng đáng kể Moment quay trung bình khung quay Mq1 = K1 UAB IA cos ( 1200 + ϕ ) Mq2 = K2 UAC IA cos ( 1200 - ϕ ) Tại vị trí cân , ta có Mq1 = Mq2 Hay = Do cosϕ = G(α) Ngược với pha , pha kế pha không ảnh hưởng tần số tần số tín hiệu khơng cao Ngồi ta đo độ lệch pha dao động ký ( máy sóng hay máy Oscillocope cho tín hiệu có biên độ nhỏ ) CÂU HỎI ÔN TẬP Câu Nêu cấu tạo watt kế tác dụng ? Tại watt có cực tính ? Câu Nêu tác dụng cuộn dây watt kế tác dụng ? Câu Trình bày cách mắc watt kế ? Câu Trình bày cách đo công suất tác dụng mạch điện ba pha có tải đối xứng ? ( mạng điện ba pha dây ba pha dây ) Câu Nêu cấu tạo watt kế phản kháng ? So sáng với watt kế điện động ? Câu Có cách đo công suất phản kháng ? Trong cách , cách thơng dụng ? Câu Trình bày cấu tạo cơng tơ điện pha ? Câu Trình bày nguyên lý làm việc công tơ điện pha ? Câu Vẽ sơ đồ đấu công tơ điện pha ? Câu 10 Trình bày cách xác định cơng tơ điện quay nhanh hay quay chậm ? nêu cách khắc phục ? Câu 11 Vẽ sơ đồ đấu dây công tơ điện ba pha ? Nêu điểm khác loại công tơ điện ? Câu 12 Làm để đo lượng điện dòng điện phụ tải lớn dịng điện định mức cơng tơ điện ? Câu 13 Tính cơng suất điện tiêu thụ phụ tải gắn vào công tơ điện có ghi 600 vịng / kWh Biết phụ tải sử dụng thời gian 15 phút cơng tơ điện quay 50 vịng Câu 14 Một bếp điện có cơng suất 1000W – 220V Tính dịng điện giá trị điện trở dây may xo dùng làm bếp điện Tính số vịng quay công tơ điện ta sử dụng bếp điện khoảng thời gian 20 phút Biết cơng tơ điện có ghi 450 vịng/kWh Câu 15 Mô tả cách xác định công suất điện động bị nhãn ? ( ta sử dụng vôn kế ampe kế , watt kế cosϕ kế để xác định ) Câu 16 Trong trình đo cơng suất tác dụng , kim watt kế bị quay ngược ta xử lý ? Câu 17 Nêu ý nghĩa thông số ghi công tơ điện pha ba pha ? 