Đo dũng điện

4.2.1. đo dũng điện một chiều

* Khỏi niệm chung

Dụng cụ được sử dụng để đo dũng điện gọi là ampe kế hay ampemet Ký hiệu là: A

Ampe kế cú nhiều loại khỏc nhau, nếu chia theo kết cấu ta cú: + Ampe kế từ điện

+ Ampe kế điện từ + Ampe kế điện động + Ampe kế nhiệt điện + Ampe kế bỏn dẫn

Hỡnh 4.3: Đồng hồ số và kim

Nếu chia theo loại chỉ thị ta cú: + Ampe kế chỉ thị số (Digital)

+ Ampe kế chỉ thị kim (kiểu tương tự /Analog)

Hỡnh bờn là hai loại đồng hồ vạn năng số và kim. Nếu chia theo tớnh chất của đại lượng đo, ta cú:

+ Ampe kế một chiều + Ampe kế xoay chiều

* Yờu cầu đối với dụng cụ đo dũng điện là:

- Cụng suất tiờu thụ càng nhỏ càng tốt, điện trở của ampe kế càng nhỏ càng tốt và lý tưởng là bằng 0.

- Làm việc trong một dải tần cho trước để đảm bảo cấp chớnh xỏc của dụng cụ đo - Mắc ampe kế để đo dũng phải mắc nối tiếp với dũng cần đo (hỡnh dưới)

Hỡnh 4.4: Dựng đồng hồ số đo dũng điện

4.2.1.1Ampe kế một chiều

Ampe kế một chiều được chế tạo dựa trờn cơ cấu chỉ thị từ điện. Như đó biết, độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dũng chạy qua cuộn động nhưng độ lệch kim được tạo ra bởi dũng điện rất nhỏ và cuộn dõy quấn bằng dõy cú tiết diện bộ nờn khả năng chịu dũng rất kộm. Thụng thường, dũng cho phộp qua cơ cấu chỉ trong khoảng 10 - 4 đến 10-2 A; điện trở của cuộn dõy từ 20Ω đến 2000Ω với cấp chớnh xỏc 1,1; 1; 0,5; 0,2; và 0,05.

Để tăng khả năng chịu dũng cho cơ cấu (cho phộp dũng lớn hơn qua) người ta mắc thờm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị cú giỏ trị như sau:

1   n R RS CT với CT I I

n gọi là hệ số mở rộng thang đo của ampe kế

Hỡnh 3.3: Mắc thờm điện trở sun song song với cơ cấu chỉ thị

I là dũng cần đo và ICT là dũng cực đại mà cơ cấu chịu đựng được (độ lệch cực đại của

Chỳ ý: Khi đo dũng nhỏ hơn 30A thỡ điện trở sun nằm ngay trong vỏ của ampe kế cũn khi đo dũng lớn hơn thỡ điện trở sun như một phụ kiện kốm theo. Khi ampe kế cú nhiều thang đo người ta mắc sun như sau:

Việc tớnh điện trở sun ứng với dũng cần đo được xỏc định theo cụng thức như trờn nhưng với n khỏc nhau. ở hỡnh a)

1 1 3 2 1 1      n R R r R RS ct S S Với CT I I n 1 1  ; 1 2 3 2 1 2      n R r R R R ct S Với CT I I n 2 2  1 3 3 2 1 3      n r R R R RS ct Với CT I I n3  3 Ở hỡnh b: 1 1 1   n r R ct S Với CT I I n 1 1  ; 1 2 2   n r R ct S Với CT I I n 2 2  1 3 3  n  r R ct S Với CT I I n 3 3  ; 1 4 4  n  r R ct S Với CT I I n 4 4 

Chỳ ý: điện trở sun được chế tạo bằng Manganin cú độ chớnh xỏc cao hơn độ chớnh xỏc của cơ cấu đo ớt nhất là 1 cấp. Do cuộn dõy động của cơ cấu chỉ thị được quấn bằng dõy đồng mảnh, điện trở của nú thay đổi đỏng kể khi nhiệt độ của mụi trường thay đổi và sau một thời gian lμm việc bản thõn dũng điện chạy qua cuộn dõy cũng tạo ra nhiệt độ. Để giảm ảnh hưởng của sự thay đổi điện trở cuộn dõy khi nhiệt độ thay đổi, người ta mắc thờm điện trở bự bằng Manganin hoặc Constantan với sơ đồ như sau:

Dưới đõy là vớ dụ thực tế của một sơ đồ mắc điện trở sun của một dụng cụ đo cả dũng và ỏp

Là dụng cụ kết hợp giữa chỉ thị từ điện và cặp nhiệt điện. Cặp nhiệt điện (hay cũn gọi là cặp nhiệt ngẫu) gồm 2 thanh kim loại khỏc loại được hàn với nhau tại một đầu gọi là điểm làm việc (nhiệt độ t1), hai đầu kia nối với milivonkế gọi là đầu tự do (nhiệt độ t0).

Khi nhiệt độ đầu làm việc t1 khỏc nhiệt độ đầu tự do t0 thỡ cặp nhiệt sẽ sinh ra sức điện động 0 1 . . k Et  0 1 0 t t    Khi dựng dũng Ix để đốt núng đầu t1 thỡ: x I k2 2 0 .    Et k.1.k2I2x k2x

Như vậy kết quả hiển thị trờn milivon kế tỉ lệ với dũng cần đo

Hỡnh 4.5: Ampemet nhiệt điện

Vật liệu để chế tạo cặp nhiệt điện cú thể lả sắt – constantan; đồng – constantan; crom – alumen và platin – rodi

Ampemet nhiệt điện cú sai lớn do tiờu hao cụng suất, khả năng chịu quỏ tải kộm nhưng cú thể đo ở dải tần rất rộng từ một chiều tới hàng MHz.

Thụng thường để tăng độ nhạy của cặp nhiệt, người ta sử dụng một bộ khuếch đại ỏp như sơ đồ dưới đõy:

Chỳ ý: Để đo giỏ trị điện ỏp của nguồn xoay chiều người ta cũng làm như trờn vỡ khi đú nhiệt độ đo được tỉ lệ với dũng qua điện trở nhiệt mà dũng này lại tỉ lệ với ỏp trờn hai đầu điện trở, do vậy cũng xỏc định được giỏ trị của điện ỏp thụng qua giỏ trị nhiệt độ. Đõy chớnh là nguyờn tắc để chế tạo Vụnkế nhiệt điện.

4.2.2. Đo dũng điện xoay chiều

4.2.2.1. Ampemet xoay chiều

Để đo cường độ dũng điện xoay chiều tần số cụng nghiệp người ta thường sử dụng ampemet từ điện chỉnh lưu, ampemet điện từ, và ampemet điện động.

4.2.2.2 Ampemet chỉnh lưu

Là dụng cụ đo dũng điện xoay chiều kết hợp giữa cơ cấu chỉ thị từ điện và mạch chỉnh lưu bằng diode.

Biến ỏp sử dụng là loại biến ỏp dũng cú số vũng dõy của cuộn sơ cấp và thứ cấp là W1 và W2. Khi đú tỉ số dũng thứ cấp trờn dũng sơ cấp được tớnh bằng:

Kim chỉ thị dừng ở vị trớ chỉ dũng trung bỡnh qua cuộn dõy động. RL được chọn

Mối quan hệ giữa dũng đỉnh IP, dũng trung bỡnh Itrb và dũng trung bỡnh bỡnh phương Irms của sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu như sau:

p tb I I 0,637. p p rms I I I 0.707. 2   tb rms I I 1,11..

Chỳ ý: Giỏ trị dũng mà kim chỉ thị dừng là giỏ trị dũng trung bỡnh nhưng thang khắc độ thường theo giỏ trị rms.

Hỡnh 4.6 : Ampemet chỉnh lưu

Chỳ ý: Núi chung cỏc ampe kế chỉnh lưu cú độ chớnh xỏc khụng cao (từ 1 tới 1,5) do hệ số chỉnh lưu thay đổi theo nhiệt độ và thay đổi theo tần số. Cú thể sử dụng sơ đồ bự sai số đo nhiệt và đo tần số cho ampe kế chỉnh lưu như sau:

Hỡnh 4.7: Ampe kế chỉnh lưu

4.2.2.3. Ampemet điện động

Thường được sử dụng để đo dũng điện ở tần số 50Hz và cao hơn (400 – 2.000Hz) với độ chớnh xỏc khỏ cao (cấp 0,5 – 0,2).

Khi dũng điện đo nhỏ hơn 0,5A người ta mắc nối tiếp cuộn tĩnh và cuộn động cũn khi dũng lớn hơn 0,5A thỡ mắc song song như (hỡnh sau).

Hỡnh 4.8: Ampemet điện động

Trong đú cỏc điện trở và cuộn dõy (L3, R3), (L4, R4) là để bự sai số do nhiệt (thường làm bằng manganin hoặc constantan) và sai số do tần số (để dũng qua hai cuộn tĩnh và cuộn động trựng pha nhau).

Do độ lệch của dụng cụ đo điện động tỉ lệ với I2 nờn mỏy đo chỉ giỏ trị rms. Giỏ trị rms của dũng xoay chiều cú tỏc dụng như trị số dũng một chiều tương đương nờn cú thể đọc thang đo của dụng cụ như dũng một chiều hoặc xoay chiều rms.

4.2.2.4. Ampemet điện từ

Là dụng cụ đo dũng điện dựa trờn cơ cấu chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu điện từ được chế tạo với số ampe vũng xỏc định (I.W là một hằng số)

Khi đo dũng cú giỏ trị nhỏ người ta mắc cỏc cuộn dõy nối tiếp và khi đo dũng lớn người ta mắc cỏc cuộn dõy song song.

Hỡnh 4.9: Ampemet điện từ

Chương 5: ĐO CễNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG TRONG MẠCH BA PHA 5.1. Đo cụng suất tỏc dụng mạch xoay chiều ba pha

5.1.1Nguyờn lý chung

Biểu thức tớnh cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng là :

với: U

φ, I

φ: điện ỏp pha và dũng pha hiệu dụng φ

C: gúc lệch pha giữa dũng và ỏp của pha tương ứng.

Nếu tải đối xứng P3f 3UfIf cos  3UdId cos

Thực tế phụ tải khụng đối xứng nờn để đo cụng suất trong mạch 3 pha xột trường hợp chung là mạch 3 pha tải nối sao khụng cú dõy trung tớnh với phụ tải bất kỳ.

Hỡnh 5.1 Sơ đồ mắc oỏt một trong mạch điện 3 pha a- tải nối sao b-tải nối tam giỏc

5.1.2 Cỏc phương phỏp đo

- Dựng 1 oỏtmet: Khi tải 3 pha hoàn toàn đối xứng

Hỡnh 5.2 a-Đo cụng suất mạch ba pha trung tớnh giả b- sơ đồ vộc tơ

- Dựng 2 oỏtmet

Hỡnh 5.3 Sơ đồ mắc 2 oatsmet đo cụng suất mạch 3 pha

Hỡnh 5.4 Phương phỏp 3 oatsmet đo cụng suất mạch 3 pha 5.2. Đo cụng suất phản khỏng mạch xoay chiều ba pha

Cụng suất phản khỏng trong mạch 3 pha được tớnh theo cụng thức

5.2.1 Khi tải đối xứng

Hỡnh 5.5 a- cụng suất phản khỏng 1 oatmet b- giản đồ vộcto

Hỡnh 5.6 - cụng suất phản khỏng dựng 2 oatmet

5.2.3 Phương phỏp 3 oatmet

Hỡnh 5.7 - cụng suất phản khỏng dựng 3 oatmet 5.3. Đo điện năng mạch xoay chiều ba pha

Năng lượng trong mạch xoay chiều một pha đươc tớnh: A=P.t

với: P = U.I.cos là cụng suất tiờu thụ trờn tải. t là khoảng thời gian tiờu thụ của tải.

Dụng cụ đo để đo năng lượng là cụng tơ. Cụng tơ được chế tạo dựa trờn cơ cấu chỉ thị cảm ứng. Chỉ rừ sơ đồ cấu tạo của một cụng tơ một pha dựa trờn cơ cấu chỉ thị cảm ứng:

Hỡnh 5.8. sơ đồ cấu tạo của một cụng tơ một pha dựa trờn cơ cấu chỉ thị cảm ứng

* Cụng tơ một pha:

Cấu tạo: như hỡnh 3.1a, gồm cỏc bộ phận chớnh:

- Cuộn dõy 1 (tạo nờn nam chõm điện 1): gọi là cuộn ỏp được mắc song song với phụ tải. Cuộn này cú số vũng dõy nhiều, tiết diện dõy nhỏ để chịu được điện ỏp cao.

- Cuộn dõy 2 (tạo nờn nam chõm điện 2): gọi là cuộn dũng được mắc nối tiếp với phụ tải. Cuộn này dõy to, số vũng ớt, chịu được dũng lớn.

- Đĩa nhụm 3: được gắn lờn trục tỡ vào trụ cú thể quay tự do giữa hai cuộn dõy 1, 2. - Hộp số cơ khớ: gắn với trục của đĩa nhụm.

- Nam chõm vĩnh cửu 4: cú từ trường của nú xuyờn qua đĩa nhụm để tạo ra mụmen hóm.

*Nguyờn lý làm việc: khi cú dũng điện I chạy trong phụ tải, qua cuộn dũng tạo ra

từ thụng Φ

1 cắt đĩa nhụm hai lần. Đồng thời điện ỏp U được đặt vào cuộn ỏp sinh ra

dũng I

u, dũng này chạy trong cuộn ỏp tạo thành hai từ thụng: - Φ

U: là từ thụng làm việc, xuyờn qua đĩa nhụm - Φ

I: khụng xuyờn qua đĩa nhụm do vậy mà khụng tham gia việc tạo ra mụmen

quay.

với: k

I , k

U: là hệ số tỉ lệ về dũng và ỏp; Z

u: là tổng trở của cuộn ỏp

Hỡnh 3.2. Cụng tơ một pha:a) Sơ đồ cấu tạo; b) Biểu đồ vectơ

Sai số của cụng tơ được tớnh như sau:

với: W

N, C

PN: là năng lượng và hằng số cụng tơ định mức. W

đo, C

Pđo: là năng lượng và hằng số cụngtơ đo được. Cấp chớnh xỏc của cụng tơ thường là: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5.

* Kiểm tra cụng tơ:

Để cụng tơ chỉ được chớnh xỏc, trước khi đem sử dụng người ta thường phải kiểm tra hiệu chỉnh và cặp chỡ.

Để kiểm tra cụng tơ ta phải mắc chỳng theo sơ đồ hỡnh 3.3:

Từ nguồn điện 3 pha qua bộ điều chỉnh pha để lấy ra điện ỏp một pha cú thể

lệch pha với bất kỳ pha nào của nguồn điện từ 0 đến 3600. Sau đú qua biến dũng (dưới

dạng biến ỏp tự ngẫu ) L

1, dũng điện ra được mắc nối tiếp với phụ tải Z

T ampemột và

cỏc cuộn dũng của watmet và cụng tơ.

Điện ỏp được lấy ra từ một pha bất kỳ của nguồn điện (vớ dụ pha BC), qua biến ỏp tự ngẫu L

2 và đặt vào cuộn ỏp của watmet cũng như của cụng tơ, vụnmột chỉ điện

ỏp đú ở đầu ra của biến ỏp tự ngẫu L

2.

*Việc kiểm tra cụng tơ theo cỏc bước sau đõy:

1. Điều chỉnh tự quay của cụng tơ: điều chỉnh L

2, đặt điện ỏp vào cuộn ỏp của watmet và cụng tơ bằng điện ỏp định mức U = U

N; điều chỉnh L

1 sao cho dũng điện vào cuộn dũng của watmet và cụng tơ bằng khụng I = 0, lỳc này watmet chỉ 0 và cụng tơ phải đứng yờn. Nếu cụngtơ quay thỡ đú là hiện tượng tự quay của cụngtơ.

Nguyờn nhõn của hiện tượng này là khi chế tạo để thắng được lực ma sỏt bao giờ cũng phải tạo ra một mụmen bự ban đầu, nếu mụmen này quỏ lớn (lớn hơn mụmen ma sỏt giữa trục và trụ) thỡ xuất hiện hiện tượng tự quay của cụngtơ.

Để loại trừ hiện tượng tự quay, ta phải điều chỉnh vị trớ của mấu từ trờn trục của cụngtơ sao cho tăng mụmen hóm, tức là giảm mụmen bự cho đến khi cụngtơ đứng yờn thỡ thụi.

2. Điều chỉnh gúc θ = β - α

I = 2/π: cho điện ỏp bằng điện ỏp định mức U = U

N, dũng điện bằng dũng điện định mức I = I

N . Điều chỉnh gúc lệch pha φ = π/2 tức là cos φ = 0. Lỳc này watmet chỉ 0, cụng tơ lỳc này phải đứng yờn, nếu cụng tơ quay điều đú cú nghĩa là  /2và cụng tơ khụng tỉ lệ với cụng suất.

Để điều chỉnh cho gúc  /2 ta phải điều chỉnh gúc β hay từ thụng Φ

u bằng cỏch điều chỉnh bộ phận phõn nhỏnh từ của cuộn ỏp, hoặc cú thể điều chỉnh gúc α

1 hay từ thụng Φ

I bằng cỏch điều chỉnh vũng ngắn mạch của cuộn dũng. Cứ thế cho đến khi

cụng tơ đứng yờn. Lỳc này thỡ số chỉ của cụng tơ tỉ lệ của cụng suất, tức là gúc

2 /

   .

3. Kiểm tra hằng số cụng tơ: để kiểm tra hằng số cụng tơ C

p thỡ cần phải điều chỉnh sao cho cos Ф = 1 (tức làФ = 0), lỳc này watmet chỉ P = U.I.

Cho I = I

N, U = U

N lỳc đú P = U

NI

N

Đo thời gian quay của cụng tơ bằng đồng hồ bấm giõy t. Đếm số vũng N mà cụng tơ quay được trong khoảng thời gian t. Từ đú ta tớnh được hằng số cụng tơ:

Hằng số này thường khụng đổi đối với mỗi loại cụngtơ và được ghi trờn mặt cụngtơ.

Vớ dụ: trờn cụng tơ cú viết : “1kWh = 600vũng” . Điều này cú nghió là C

p = 600 vũng /1kWh.

Trong thực tế đụi khi người ta sử dụng một đại lượng nghịch đảo với hằng số C

p đú là hằng số k:

Để thuận tiện, trờn hộp số người ta tớnh toỏn để cho k = 1kWh/1 số, sẽ dễ dàng cho người dựng. Nếu C

p (hoặc k) khụng bằng giỏ trị định mức đó ghi trờn mặt cụng tơ thỡ ta phải điều chỉnh vị trớ của nam chõm vĩnh cửu để tăng (hoặc giảm) mụmen cản M

c cho đến khi C

p (hoặc k) đạt được giỏ trị định mức. Sai số của cụng tơ được tớnh như sau :

Sau khi tớnh nếu sai số này nhỏ hơn hoặc bằng cấp chớnh xỏc ghi ở trờn cụngtơ là được. Trường hợp lớn hơn thỡ phải sửa chữa và hiệu chỉnh lại cụngtơ rồi kiểm tra lại.

m. Cụng tơ điện tử:

Để chế tạo cụng tơ điện tử, người ta biến đổi dũng điện I thành điện ỏp U

1 tỉ lệ với nú: U

1 = k