Các phương pháp đo công suất của mạch điện và điện tử

SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Lời Cảm ơn! Trong q trình làm đề tài Khóa luận, giúp đỡ Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, tổ vật lý thực nghiệm Đặc biệt giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo Dương Kháng tổ vật lý thực nghiệm khoa vật lý Tác giả tỏ lòng cảm ơn trân thành biết ơn sâu sắc tới giúp đỡ tận tình Thầy, Cơ giáo Tác giả gửi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Thế Tân Thầy Nguyễn Hồng Quảng thấy cô giáo khoa bạn giúp đỡ, ủng hộ tác giả để tác giả hồn thành tốt Khóa luận Tác giả xin chân thành cảm ơn!!! Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý LỜI NÓI ĐẦU Điện nguồn lượng có tầm quan trọng quốc gia Việc nâng cao độ xác phép đo cơng suất, có ý nghĩa to lớn nguồn kinh tế quốc dân, liên quan đến vịêc tiêu thụ lượng, đến việc tìm nguồn lượng mới, tiết kiệm điện Công suất đại lượng phần lớn đối tượng, trình tượng vật lý Vì việc xác định công suất phép đo cần thiết, để đo lường thơng số tín hiệu điện tín hiệu điện tử Đặc biết việc đo công suất phản kháng giúp ta biết lượng công suất chuyển ngược nguồn cung cấp lượng chu kỳ tích lũy lượng thành phần cảm kháng dung kháng nhiều hay từ tìm biện pháp khắc phục để cơng suất phản kháng nhất, hiệu suất máy phát lớn Xác định tầm quan trọng việc đo công suất thực, công suất phản kháng mạch điện mạch điện tử đến doanh nghiệp nhà nước nên chọn đề tài : “ Các phương pháp đo công suất mạch điện điện tử ”, làm đề tài nghiên cứu cho Khóa luận tốt nghiệp đại học Đề tài khóa luận tơi gồm bốn chương: Chương I : Cơ sở lý thuyết đo lường đại lượng vật lý Chương II : Đo công suất mạch điện Chương III : Đo công suất mạch điện tử Chương IV : Thực hành đo công suất phản kháng mạch điện xoay chiều pha ba pha Đối với chương I trình bày đo lường, cơng suất biểu kiến, phản kháng, công suất tác dụng cấu thị dung Oắt kế đo cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Chương II chương III trình bày sơ đồ nguyên lý, ưu nhược điểm phương pháp dùng để đo công suất tác dụng, phản kháng mạch điện mạch điện tử Chương IV chương tiến hành đo công suất phản kháng mạch điện xoay chiều pha ba pha Do khả tác giả hạn chế, thời gian thực đề tài không nhiều nên khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn Hy vọng tài khóa luận làm tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn Thầy, Cô giáo sử dụng Vinh, ngày 06 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Rỗn Văn Huấn Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý CHƢƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐO LƢỜNG CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI PHƢƠNG PHÁP ĐO 1.1 Định nghĩa Đo lƣờng trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có kết số so với đơn vị đo Kết đo biểu diễn dạng : A= Trong : X  ta có X = A.X0 X0 (1.1) X : đại lượng đo X0: đơn vị đo A : số kết đo Đo lƣờng học ngành khoa học chuyên nghiên cứu phương pháp để đo đại lượng khác nhau, nghiên cứu mẫu đơn vị đo Kỹ thuật đo lƣờng ngành kỹ thuật chuyên nghiên cứu áp dụng thành đo lường học vào phục vụ sản suất đời sống 1.2 Phân loại phương pháp đo Ta có bốn cách thực đo đo trực tiếp, đo gián tiếp, đo tổ hợp, đo thống kê đo theo phương pháp khác tuỳ thuộc vào độ xác, yêu cầu, điều kiện thí nghiệm thiết bị có… Ta phân loại thành phương pháp đo :  Phương pháp đo biến đổi thẳng  Phương pháp đo kiểu so sánh 1.2.1 Phương pháp đo biến đổi thẳng Là phương pháp đo có cấu trúc theo kiểu biến đổi thẳng, khơng có khâu phản hồi sơ đồ sau: X BĐ X X0 A/D N N0 SS Số X0 Hình 1: Sơ đồ cấu trúc phương pháp đo biến đổi thẳng Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Đại lượng cần đo X đưa qua khâu biến đổi biến thành số Nx Đơn vị đại lượng đo X0 biến đổi thành N0, sau so sánh đại lượng cần đo với đơn vị qua so sánh (ss) Quá trình thực phép chia N x N Kết đo thể biểu thức dạng : X= Nx X0 N0 (1.2) Quá trình đo trình biến đổi thẳng Thiết bị đo thực trình gọi thiết bị biến đổi thẳng 1.2.2 Phương pháp đo kiểu so sánh Là phương pháp đo có sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng nghĩa có khâu phản hồi hình sau: ΔX X SS Nk BĐ Xk CT A/D D/A Hình 2: Sơ đồ cấu trúc theo kiểu mạch vịng Tín hiệu đo X so sánh với tín hiệu Xk tỷ lệ với đại lượng mẫu X0 Qua so sánh ta có : X – Xk = X (1.3) Tuỳ thuộc cách so sánh ta có phương pháp sau: a So sánh cân không cân * So sánh cân phép so sánh mà đại lượng cần đo X đại lượng mẫu Xk so sánh với cho X = 0, X – Xk = 0; X = Xk = NkX0 (1.4) Như Xk đại lượng thay đổi cho X thay đổi kết (1.4) Nghĩa phép so sánh trạng thái cân Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Các dụng cụ đo theo phương pháp so sánh cân cầu đo, điện kế * So sánh khơng cân Theo (1.3)ta có :X – Xk = X  X = Xk + X (1.5) Nếu đại lượng Xk đại lượng không đổi, lúc kết phép đo đánh giá qua X Phương pháp sử dụng đo đại lượng không điện đo ứng suất dùng mạch cầu không cân đo nhiệt độ b So sánh không đồng thời đồng thời So sánh không đồng thời phương pháp đo mà giá trị đo X thay đại lượng mẫu Xk Các giá trị đo X giá trị mẫu đưa vào thiết bị hai thời gian khác giữ nguyên trạng thái nhau, thông thường giá trị mẫu Xk đưa vào khắc độ trước, sau qua vạch khắc độ để xác định giá trị đại lượng đo Thiết bị đo theo phương pháp thiết bị đánh giá trực tiếp vônmet, ampemet kim So sánh đồng thời phép so sánh lúc đại lượng đo X đại lượng mẫu Xk Khi X Xk trùng nhau, qua Xk xác định giá trị đại lượng X II Các khái niệm công suất 2.1 Khái niệm công suất biểu kiến Công suất biểu kiến, công suất phức S, khái niệm kĩ thuật điện dùng để cung ứng điện từ nguồn, tổng phần thực công suất hiệu dụng phần ảo công suất hư kháng điện xoay chiều S = P + iQ hay : Đơn vị công suất biểu kiến VA (vôn-ampe), kVA = 1000 VA 2.2 Khái niệm công suất tác dụng Công suất tác dụng mạch xoay chiều pha xác định giá trị trung bình cơng suất chu kỳ T Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý P T T T pdt  uidt 0 T 0 Trong đó: p, u, i giá trị tức thời dịng cơng suất, áp dòng Trong trường hợp dòng áp có hình dạng sin coong suất tác dụng tính : P  UI cos  Hệ số công suất Cos tỷ số công suất thực công suất biểu kiến mạch gọi hệ số cơng suất Khi dịng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, hệ số cơng suất cơsin góc lệch pha dịng điện hiệu điện dòng xoay chiều Do thực tế người ta hay ghi hệ số công suất " cos φ" lý Hệ số cơng suất hiệu điện cường độ dòng điện pha, dòng điện nhanh chậm pha so với hiệu điện 90 độ Hệ số công suất phải nêu rõ nhanh hay chậm pha Đối với hai hệ thống truyền tải điện với công suất tác dụng, hệ thống có hệ số cơng suất thấp có dịng điện xoay chiều lớn lý lượng quay trả lại nguồn lớn Dòng điện lớn hệ thống thực tiễn tạo nhiều thất thoát làm giảm hiệu truyền tải điện Tương tự, đoạn mạch có hệ số cơng suất thấp có cơng suất biểu kiến cao nhiều thất thoát lượng với công suất thực truyền tải Đoạn mạch có dung kháng sinh cơng suất phản kháng với dòng điện nhanh pha hiệu điện góc 90 độ, đoạn mạch có cảm kháng sinh cơng suất phản kháng với dịng điện chậm pha hiệu điện góc 90 độ Kết điều thành phần cảm kháng dung kháng có xu hướng triệt tiêu lẫn Theo quy ước, dung kháng coi sinh cơng suất phản kháng cịn cảm kháng tiêu thụ cơng suất (điều có lẽ có nguyên nhân thực tế phần Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý lớn phụ tải thực sống có cảm kháng cơng suất phản kháng phải cấp tới chúng từ tụ bù hệ số công suất) Trong truyền tải điện phân phối chúng, có cố gắng đáng kể để kiểm sốt cơng suất phản kháng Điều thơng thường thực việc tự động đóng/mở cuộn cảm hay tụ điện Các nhà phân phối điện sử dụng đồng hồ đo điện để đo công suất phản kháng, nhằm hỗ trợ khách hàng tìm biện pháp nâng hệ số cơng suất lên hay xử phạt khách hàng để hệ số công suất thấp (chủ yếu khách hàng lớn) Công suất biểu kiến sử dụng để mô tả việc cung ứng điện từ nguồn Nó tổng vectơ công suất thực (năng lượng thực tế truyền từ nguồn tới phụ tải) công suất phản kháng (là lượng lưu thông nguồn thành phần lưu trữ lượng cảm kháng dung kháng phụ tải Nó thơng thường điều ý nhiều truyền tải phân phối điện |S|2 = P2 + Q2 Đơn vị cơng suất oắt (W) nói chung gắn với cơng suất thực tế tiêu hao Công suất phản kháng đo vôn-ampe phản kháng (VAr) công suất biểu kiến hay công suất phức hợp đo vôn-ampe (VA) hay bội (ước) số nó, chẳng hạn kVA 2.3 Khái niệm công suất phản kháng Công suất phản kháng, công suất hư kháng,công suất ảo Q khái niệm ngành kĩ thuật điện dùng để phần công suất điện chuyển ngược nguồn cung cấp lượng chu kỳ tích lũy lượng thành phần cảm kháng dung kháng, tạo lệch pha hiệu điện u(t) dòng điện i(t) Khi u(t), i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin , với U, I: giá trị hiệu dụng u(t), i(t); φ pha lệch u(t), i(t) Công suất hư kháng Q phần ảo công suất biểu kiến S, S = P + iQ Đơn vị đo Q var (volt amperes reactive), kvar = 1000 var Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý III MỘT SỐ CƠ CẤU CHỈ THỊ DÙNG TRONG CÁC DỤNG CỤ ĐO CÔNG SUẤT 3.1 Cơ cấu thị điện động Trong oắt kế điện động dùng để đo công suất mạch chiều xoay chiều pha, ba pha sử dụng cấu Bây ta xét cấu tạo nguyên lý hoạt động 3.1.1 Cấu tạo Sơ đồ cấu tạo biểu diễn hình sau:  I γ Φ1 Φ 2 I Hình 3: Cơ cấu thị điện động Cơ cấu thị điện động gồm  Cuộn dây phần tĩnh (được chia làm hai phần nối tiếp nhau)để tạo từ trường có dịng điện chạy qua  Phần động khung dây đặt cuộn tĩnh gắn với trục quay Cả phần động tĩnh bọc kín chắn từ để tránh ảnh hưởng từ trường đến làm việc cấu thị 3.1.2 Nguyên lý làm việc Khi có dịng điện chạy qua cuộn dây tĩnh, cuộn dây xuất từ trường Từ trưòng tác động lên dòng điện chạy khung dây tạo nên mômen quay làm phần động quay góc  : Mq  dWe d (1.6) (We lượng điện từ tích lũy cuộn dây) Khóa luận tốt nghiệp đại học SVTH : Rỗn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Ta có hai trường hợp:  Nếu dòng điện vào cuộn dây dịng chiều I1, I2 We = Trong đó: 1 L1 I12  L2 I 22  M12 I1I 2 (1.7) L1, L2 điện cảm cuộn dây tĩnh M12 hỗ cảm hai cuộn dây I1,I2 dòng điện chiều chạy cuộn dây tĩnh động Do L1, L2 không thay đổi khung dây quay cuộn dây tĩnh đạo hàm chúng theo góc  khơng ta có: Mq  dWe dM 12 = I1 I2 d d (1.8) Khi vị trí cân Mq = Mc dM 12 dM 12 I1 I2 = D    = I1 I2 d D d (1.9)  Khi có dịng xoay chiều i1, i2 vào cuộn dây ta có mơmen quay tức thời: mqt = dM 12 i1i2 d (1.10) Phần động có qn tính mà khơng kịp thay đổi theo giá trị tức thời nên thực tế lấy theo trị số trung bình chu kỳ: Mq = T T  mqt dt (1.11) Nếu i1 = I1msin t i2 = I2msin ( t -  ) thay vào (1.10) (1.11) ta có: Mq = T T  I1mI2m sin t sin ( t -  ) dM 12 dt d Lấy tích phân ta được: Mq = dM 12 I2I1 cos d ( góc lệch pha I1 I2) Khóa luận tốt nghiệp đại học (1.12) SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý 3.1.1 Sơ đồ khối Oắt kế Nguồn công suất Phân mạch định hướng Tải Hình 27 : Sơ đồ phương pháp phân mạch định hướng  Oắt kế có ba khối :  Tải hấp thụ  Bộ biến đổi lượng  Thiết bị thị  Bộ phân mạch định hướng có khả phân biệt lượng truyền từ nguồn đến tải, lượng từ tải truyền  Nguồn công suất cung cấp tải tiêu thụ 3.1.2 Nguyên lý làm việc Khi nguồn cơng suất cung cấp đến tải qua phân mạch định hướng có nhiệm vụ phân biệt lượng truyền từ nguồn đến tải lượng từ tải truyền Ở đầu phân mạch định hướng có hai đầu tương ứng ta mắc Oắt kế vào hai đầu ta đo cơng suất tương ứng Từ ta đo đuợc cơng suất truyền thơng 3.2 Phương pháp đo áp suất sóng điện từ 3.2.1 Cấu tạo phương pháp dùng hiệu ứng áp suất sóng điện từ Khóa luận tốt nghiệp đại học 36 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Cấu tạo phương pháp mô tả hình sau : 10 Hình 28: Sơ đồ cấu tạo phương pháp Cấu tạo gồm có :  Ống sóng dùng để truyền dẫn lượng cần đo  Bản kim loại đặt bên ống sóng đặt nghiêng góc 45 với chiều truyền lan sóng điện từ, vị trí tương ứng với điểm khắc độ  Sợi dây thạch anh có đường kính mỏng khoảng 10  m xuyên qua ống sóng nối bên với phận khắc độ  Gương phản xạ nối với dây thạch anh quay đế  Nguồn sáng phản chiếu qua gương chiếu lên thang độ đo 3.2.2 Nguyên lý hoạt động Sóng điện từ truyền ống sóng gây áp suất học Khi đặt kim loại mảnh tích điện ống sóng trường điện từ tác động lên kim loại lúc kim loại coi tương đương ngẫu cực điện với mơmen m = el (với e điện tích điểm, l chiều dài ngẫu cực) Ngẫu cực trường điện tạo nên cặp lực tác dụng với mômen quay : M = mEsin  (với  góc tạo trục ngẫu cực với chiều vectơ điện trường E ) Mômen M tăng theo góc  , tỷ lệ với cơng suất truyền thơng Khóa luận tốt nghiệp đại học 37 SVTH : Rỗn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Mơmen làm kim loại quay làm xoắn dây treo, góc quay xác định vị trí thị điểm sáng phát từ nguồn sáng phản chiếu qua gương chiếu lên thang độ đo Ưu điểm : Dùng để đo cơng suất siêu cao tần, giớ hạn lượng trình đo công suất rộng từ vài phần trăm W đến vài trăm kW ; khơng gây tổn hao cơng suất nhiều, dễ phối hợp với nguồn đo, bị tải, quán tính Sai số khoảng 1,5% Nhược điểm : Sai số phép đo phụ thuộc vào độ phối hợp trở kháng ; nhạy cảm với chấn động giới có yêu cầu cao độ xác chế tạo Khóa luận tốt nghiệp đại học 38 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý CHƢƠNG IV THỰC HÀNH ĐO CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỐI VỚI MẠCH XOAY CHIỀU Trong chương I chương II đề tài trình bày phương pháp đo công suất mạch điện điện tử Tôi thấy đo công suất phản kháng mạch điện cần thiết chúng tơi nghiên cứu tìm cách đo mạch trình bày chương IV : I MỤC ĐÍCH Cơng suất phản kháng công suất không gây công, không truyền lượng qua đơn vị thời gian Nhưng có cơng suất mà dẫn đến việc mát lượng điện dây truyền tải điện, biến áp máy phát Trong thực tế cơng suất nhỏ nên người ta khơng đo chúng mát, tổn hao ta khơng biết khơng có biện pháp khắc phục chúng nên dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn Trong đề tài chúng tơi tự tìm hiểu mắc mạch để đo cơng suất phản kháng Vì điều kiện phịng thí nghiệm khơng có nhiều Oắt kế pha nên không tiến hành lắp mạch đo công suất phản kháng mạch xoay chiều pha mà đo cách gián tiếp qua cơng suất thực đo cơng suất mạch xoay chiều ba pha hai ba Oắt kế Thay vào chúng tơi sử dụng Oắt kế ba pha để đo II THỰC HÀNH 2.1 Đo công suất phản kháng mạch R – L – C Vì điều kiện khơng có Oắt kế pha lên không tiến hành mắc Oắt kế đo trực tiếp công suất phản kháng mạch xoay chiều pha với tải mạch R- L – C mắc nối tiếp Ở đo gián tiếp thơng qua cơng suất thực mạch Khóa luận tốt nghiệp đại học 39 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý 2.1.1 Sơ đồ mạch R – L – C cần đo vẽ sau : R L C W A U 2.1.2 Đọc kết đo Ta tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo  Trên Oắt kế ta đọc công suất thực mạch  Trên Ampekế ta đọc dịng điện tồn mạch  Trên Vơnkế ta đọc hiệu điện cung cấp cho toàn mạch 2.1.3 Ghi kết vào bảng : Đại lượng Lần đo P(W) U(V) I(A) Lần 100 220 0,47 Lần 105 220 0,48 Lần 98 220 0,45 2.1.4 Tính tốn Cơng suất, hiệu điện cường độ dịng điện trung bình đo là: P P1  P2  P3 100  105  98   101 W 3 U U1  U  U 220  220  220   220 V 3 I I1  I  I 0,47  0,48  0,45   0,47 A 3 Mà P = UI Cos   cos   P 101   0,98 UI 220.0,47  Sin   cos2    0,982  0,2  Công suất phản kháng là: Q = UI Sin  = 101.0,47 0,2 = 9,49 W Khóa luận tốt nghiệp đại học 40 SVTH : Rỗn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý 2.2 Đo công suất phản kháng mạch R – L 2.2.1 Sơ đồ mạch R – L cần đo vẽ sau : R W L A U 2.2.2 Đọc kết đo Ta tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo  Trên Oắt kế ta đọc công suất thực mạch  Trên Ampekế ta đọc dịng điện tồn mạch  Trên Vơnkế ta đọc hiệu điện cung cấp cho toàn mạch 2.2.3 Ghi kết vào bảng : Đại lượng Lần đo P(W) U(V) I(A) Lần 88 220 0,42 Lần 90 220 0,44 Lần 93 220 0,45 2.2.4 Tính tốn Cơng suất, hiệu điện cường độ dịng điện trung bình đo là: P P1  P2  P3 88  90  93   90,33 W 3 U U1  U  U 220  220  220   220 V 3 I I1  I  I 0,42  0,44  0,45   0,44 A 3 Khóa luận tốt nghiệp đại học 41 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý Mà P = UI Cos   cos   P 90,33   0,93 UI 220.0,44  Sin   cos2    0,932  0,37  Công suất phản kháng là: Q = UI Sin  = 90.33.0,44 0,37 = 14,71 W 2.3 Đo công suất phản kháng mạch R – C 2.3.1 Sơ đồ mạch R– C cần đo vẽ sau : R W C A U 2.3.2 Đọc kết đo Ta tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo  Trên Oắt kế ta đọc công suất thực mạch  Trên Ampekế ta đọc dòng điện tồn mạch  Trên Vơnkế ta đọc hiệu điện cung cấp cho toàn mạch 2.3.3 Ghi kết vào bảng : Đại lượng Lần đo P(W) U(V) I(A) Lần 76 220 0,35 Lần 79 220 0,38 Lần 82 220 0,4 2.3.4 Tính tốn Cơng suất, hiệu điện cường độ dịng điện trung bình đo là: P U P1  P2  P3 76  79  82   79 W 3 U1  U  U 220  220  220   220 V 3 Khóa luận tốt nghiệp đại học 42 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý I I1  I  I 0,35  0,38  0,4   0,38 A 3 Mà P = UI Cos   cos   P 79   0,94 UI 220.0,38  Sin   cos2    0,94  0,34  Công suất phản kháng là: Q = UI Sin  = 79.0,38 0,34 = 10,21 W 2.4 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha tải đối xứng 2.4.1 cách đo trực tiếp a Cách mắc mạch Để mắc mạch việc ta phải xác định đầu vào đầu hai cuộn dòng hai cuộn áp Khi xác định đầu vào đầu cuộn dòng áp ta tiến hành mắc mạch điện sau :  Cuộn dòng : mắc nối tiếp vào ba pha(giả sử ta mắc vào pha A)  Cuộn dòng : mắc nối tiếp vào hai pha lại (giả sử ta mắc vào pha B)  Cuộn áp : Ta mắc hai đầu dây vào hai pha lại (một đầu vào pha B, đầu vào pha C )  Cuộn áp : ta mắc tương tự cuộn 1(một đầu vào pha A, đầu vào pha C) Ta mắc theo sơ đồ sau : W pha A B A V 2a C RD A RD 1a Nguồn pha 220V Khóa luận tốt nghiệp đại học 1b 1c 43 2b 2c C B RD SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý b Đọc kết đo Ta tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo  Trên Oắt kế ta đọc công suất phản kháng mạch  Trên Ampekế ta đọc dòng điện pha  Trên Vônkế ta đọc hiệu điện pha c Ghi kết vào bảng : Đại lượng Lần đo P(W) UP(V) IP(A) Lần 42,81 158 0,68 Lần 44,5 160 0,69 Lần 45,01 165 0,75 d Tính tốn Cơng suất phản kháng trung bình mạch xoay chiều ba pha tải đối xứng là: P P1  P2  P3 42,81  44,5  45,01   44,11 W 3 2.4.2 Cách đo gián tiếp Ta tiến hành đo công suất tác dụng mạch sau dựa vào cơng thức P= UI cos  Suy sin  dựa vào công thức sin  =  cos2  Từ tính cơng suất phản kháng theo công thức Q = UI Sin  Khóa luận tốt nghiệp đại học 44 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý a Sơ đồ mắc mạch sau : W pha A B A V 2a C RD A RD 1a Nguồn pha 220V 1b 2b 2c C B RD 1c b Đọc kết đo Ta tiến hành đọc số liệu dụng cụ đo  Trên Oắt kế ta đọc công suất thực mạch  Trên Ampekế ta đọc dòng điện pha  Trên Vônkế ta đọc hiệu điện pha c Ghi kết vào bảng : Đại lượng Lần đo P(W) UP(V) IP(A) Lần 296 155 0,61 Lần 298 160 0,63 Lần 299 161 0,69 d Tính tốn Cơng suất, hiệu điện pha cường độ dịng điện pha trung bình đo là: P UP  P1  P2  P3 296  298  299   297,67 W 3 U P1  U P2  U P3 155  160  161   158,67 V 3 Khóa luận tốt nghiệp đại học 45 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý IP  I P1  I P2  I P3 0,61  0,63  0,69   0,64 A 3 Mà P = 3UP IP Cos   cos   P 297,67   0.98 3U P I P 3.158,67.0,64  Sin   cos2    0,982  0,2 Công suất phản kháng là: Q = 3UP IP Sin = 3.158,67.0,64 0,2 = 60,93 W 2.4.3 Nhận xét Vậy từ hai cách đo ta nhận thấy hai cách đo cho hai kết khác chúng trênh không nhiều ΔQ  60,93  44,11  16,82 nên ta kết luận mắch Oắt kế để đo trực tiếp công suất phản kháng mạch mà khơng cần tính tốn nhiều phương pháp đo gián tiếp Khóa luận tốt nghiệp đại học 46 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý KẾT LUẬN Đề tài Khóa luận : „„Các phương pháp đo công suất mạch điện điện tử‟‟ thu kết sau :  Tìm lý thuyết đo lường đại lượng vật lý, cụ thể đo công suất, khái niệm cơng suất cịn trình bày kiến thức liên quan để sử dụng đo công suất mạch điện điện tử(Cơ cấu thị điện động, cấu thị từ cảm để dùng oắt kế)  Đề tài phân biệt phương pháp dùng để đo công suất mạch điện mạch điện tử  Tìm cấu tạo, sơ đồ nguên lý phương pháp đo Đặc biệt ưu, nhược điểm để người đo áp dụng cho mạch điện, thiết bị cần đo cách phù hợp  Chúng tơi tự tìm hiểu lắp Oắt kế vào mạch đo công suất phản kháng mạch điện xoay chiều ba pha Do quỹ thời gian khơng nhiều, khả cịn hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong đóng góp ý kiến thầy giáo, giáo bạn để khóa luận tốt !!! Khóa luận tốt nghiệp đại học 47 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn „„Kỹ thuật đo lƣờng đại lƣợng vật lý Tập1‟‟,NXB Giáo dục Hà Nội, năm xuất 2003 Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa, Nguyễn Thị Vấn „„Kỹ thuật đo lƣờng đại lƣợng vật lý Tập2‟‟,NXB Giáo dục Hà Nội, năm xuất 2003 Nguyễn Văn Hòa( chủ biên) „„Đo lƣờng đại lƣợng điện không điện‟‟, NXBGiáo dục Hà Nội, năm xuất 2006 Nguyễn Ngọc Tân „„Kỹ thuật đo Tập 1‟‟NXB khoa học kỹ thuật năm xuất 2005 ‘‘Tài liệu hƣớng dẫn thí nghiệm Kỹ thuật điện’’ Tài liệu lưu hành nội Khoa vật lý trường Đại học Vinh, năm xuất 2000 PGS.Vũ Quý Điềm(chủ biên), „„ Cơ sở kỹ thuật đo lƣờng điện tử‟‟, NXB khoa học kỹ thuật Năm xuất 2003 Khóa luận tốt nghiệp đại học 48 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý MỤC LỤC Lời nói đầu Chƣơng I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐO CÁC ĐẠI LƢỢNG VẬT LÝ….3 I Các khái niệm bản………………………… ……… 1.1 Định nghĩa……………………………………………… .3 1.2 Phân loại phương pháp đo…………………………………….… II Khái niệm Công suất…………………………………….…… ….5 2.1 Khái niệm công suất biểu kiến………………………………….…5 2.2 Khái niệm công suất tác dụng… ………… 2.3 Khái niệm công suất phản kháng……………………… …… …7 III Một số cấu dung dụng cụ đo công suất… 3.1 Cơ cấu thị điện động……………………………………… …8 3.2 Cơ cấu thị cảm ứng……………………………………… …10 Chƣơng II : ĐO CÔNG SUẤT TRONG MẠCH ĐIỆN……… … .12 I Đo công suất mạch chiều ………………………… … 12 1.1 Phương pháp đo gián tiếp……………………………….… … 12 1.2 Phương pháp đo trực tiếp……………………………… … ….12 II Đo công suất mạch xoay chiều pha……………….… 14 2.1 Đo công suất tác dụng……………………………… … … 14 2.2.Đo công suất phản kháng……………………… …………….…15 III Đo công suất mạch xoay chiều ba pha…………… ………17 3.1 Đo công suất tác dụng……………………………… ……… 17 3.2.Đo công suất phản kháng……………………… …………….…21 Chƣơng III : ĐO CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN TỬ………………… 25 I : Đo công suất mạch cao tần siêu cao tần………………………25 1.1 Phương pháp đo dòng điện mạch điện có trở kháng biết……………………………………………………………………… 25 1.2 Phương pháp so sánh………………………………… …25 1.3 Phương pháp đo công suất hiệu ứng “Hall”………… …26 Khóa luận tốt nghiệp đại học 49 SVTH : Roãn Văn Huấn - Lớp 46B2 Vật lý II : Đo công suất hấp thụ …………… ………………………………28 2.1 Phương pháp Vôn – kế Ampe – kế………………… … 28 2.2 Phương pháp đo nhờ cường độ ánh sáng……………… ……29 2.3 Phương pháp nhiệt lượng kế……………………………….…31 III : Đo công suất truyền thông………………….………………… 35 3.1 Phương pháp phân mạch định hướng……………… ……… 35 3.2: Phương pháp đo áp suất song điện từ…………………………36 Chƣơng IV: THỰC HÀNH ĐO CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỐI VỚI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU…………………………………… 39 I : Mục đích………………………………………………….……39 II : Thực hành………………………………………………… 39 2.1 Đo công suất phản kháng mạch R – L – C ………….…39 2.2 Đo công suất phản kháng mạch R – L …………… …41 2.3 Đo công suất phản kháng mạch R – C …………….… 42 2.4 Đo công suất phản kháng mạch xoay chiều ba pha…….43 Kết luận ……………………………………………………………….…47 Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 48 Khóa luận tốt nghiệp đại học 50 ... tầm quan trọng việc đo công suất thực, công suất phản kháng mạch điện mạch điện tử đến doanh nghiệp nhà nước nên chọn đề tài : “ Các phương pháp đo công suất mạch điện điện tử ”, làm đề tài nghiên... lý III ĐO CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU BA PHA 3.1 Đo công suất tác dụng Có ba cách đo cơng suất mạch xoay chiều pha :  Phương pháp đo Oắt kế  Phương pháp đo hai Oắt kế  Phương pháp đo ba... dụng đo công suất mạch điện điện tử( Cơ cấu thị điện động, cấu thị từ cảm để dùng oắt kế)  Đề tài phân biệt phương pháp dùng để đo công suất mạch điện mạch điện tử  Tìm cấu tạo, sơ đồ nguên lý phương