2.1 ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
2.1.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo
- Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cần đo: Igh≥ Icd
- Am pe kế cũng tiêu hao một phần năng lượng của mạch điện có dòng cần đo, do đó gây sai số cho phép đo dòng điện, công suất tiêu thụ của dòng tính theo công thức: 2 . A A A P I R A
R là điện trở trong của ampemét
A
I là dòng điện đo bằng ampemét
Công suất tiêu thụ của thiết bị đo càng nhỏ càng tốt tức là yêu cầu điện trở của thiết bị càng nhỏ càng tốt.
Để đo dòng điện xoay chiều người ta sử dụng Ampe mét xoay chiều: Đo dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp người ta thường sử dụng ampemét điện từ, ampemét điện động và sắt điện động.
2.1.2 Sơ đồ nguyên lý
2.1.3 Đọc kết quả đo
A = CM x k (3-18) Trong đó: A – kết quả đo
CM: hệ số thang đo k: số vạch đo Ví dụ: U R A (3-17) A
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện xoay chiều
28
: Cơ cấu đo kiểu điện từ : Đặt vuông góc
+ 2,5 or 1,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo
+ 5A (or 10A; 30A; 100A...) giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ...
Từ 0 đến 1 là 1A có 5 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 0,2A ; kim chỉ 1,5 vạch => Trị số dòng điện đo được I= 1,5x 0,2 = 0,3A.
2.1.4 Mở rộng giới hạn thang đo
a. Ampemét điện từ: là dòng điện dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ, mỗi cơ cấu điện từđược chế tạo với số ampe vòng nhất định
Ví dụ : - Cuộn dây tròn (IW = 200A vòng) - Cuộn dây dẹt IW = 100 – 150 A - Mạch từ khép kín : IW = 100 A vòng
Do đó khi muốn mở rộng thang đo ta chỉ cần thay đổi số vòng IW bằng cách chia cuộn dây tĩnh thành nhiều cuộn bằng nhau và thay đổi cách nối các phần đoạn dây này với nhau (nối tiếp, song song...)
Nếu muốn đo dòng nhỏ mắc nối tiếp các cuộn dây ; đo dòng lớn mắc song song các cuộn dây. Với phương pháp này chúng ta chỉ có thể mở rộng tới 3 thang đo vì nếu chia nhỏ cuộn dây tĩnh thành quá nhiều phần thì việc đấu nối tương đối phức tạp nên trong thực tế để đo dòng lớn thì người ta có mắc thêm máy biến dòng đểđo dòng điện xoay chiều.
b. Ampemét điện động: Thường sử dụng đo dòng điện có tần số 50Hz hoặc cao hơn 400 – 2000Hz với độ chính xác cao với cấp chính xác 0,5 – 0,2, tùy theo dòng điện đo mà cuộn dây tĩnh và cuộn dây động được mắc nối tiếp hoặc song song.
b. Đo dòng điện trung bình
Hình 3.12: Mở rộng thang đo của Ampemét điện từ
I1 I2 I I c. Đo dòng điện lớn I I a. Đo dòng điện nhỏ
29
Khi dòng điện cần đo nhỏ hơn 0,5 A người ta mắc nối tiếp cuộn dây tĩnh và cuộn dây động, khi đo dòng lớn hơn người ta mắc song song. Ampemét điện động có độ chính xác cao nên người ta thường sử dụng trong dụng cụ mẫu.
c. Dùng máy biến dòng (BI): Khi cần đo các dòng điện lớn, để mở rộng thang đo người ta còn dùng máy biến dòng điện (BI).
Cấu tạo của BI thường gồm có lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp và thứ cấp đặt trên lõi thép.
Cấu tạo của biến dòng: gồm có 2 cuộn dây
- Cuộn sơ cấp W1, Cuộn dây sơ cấp được quấn rất ít vòng thường chỉ được quấn một vòng dây. Dây quấn sơ cấp có tiết diện rất lớn do máy phải làm việc ở điều kiện gần như ngắn mạch. Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất của máy biến dòng; máy biến dòng có công suất càng lớn thì đường kính dây quấn sơ cấp càng lớn, được mắc nối tiếp với mạch điện có dòng I1 cần đo.
- Cuộn thứ cấp W2 Dây quấn thứ cấp của máy biến dòng có tiết diện nhỏ và có rất nhiều vòng .mắc nối tiếp với Ampemét có dòng điện I2 chạy qua. Để đảm bảo an toàn cuộn thứ cấp luôn luôn được nối đất.
I1 A W1 W2 I2 Hình 3.14: Sơ đồ cấu tạo BI
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy biến dòng b. A - mét
30
Hình dạng bên ngoài của máy biến dòng điện thường là hình tròn. Vì có dạng hình tròn kín nên thông thường máy biến dòng được lắp trong lúc lắp đặt mạng điện.
Hình 3.15 Hình dáng bên ngoài của máy biến dòng điện
Nguyên lý hoạt động của máy biến dòng:
Trạng thái làm việc của máy biến dòng ở trạng thái ngắn mạch vì chúng làm việc với các thiết bị có tổng trở rất nhỏ (Ampre kế, cuộn dòng Wat kế, cuộn dòng rơle bảo vệ). Khi sử dụng máy biến dòng điện cần chú ý không được để dây quấn thứ cấp hở mạch vì dòng điện từ hóa sẽ rất lớn, lõi thép bão hòa sâu sẽ nóng lên và làm cháy dây quấn.
Cuộn thứ cấp được chế tạo với dòng điện định mức là 5A. Chẳng hạn, ta thường gặp máy biến dòng có dòng điện định mức là: 15/5A; 50/5A; 70/5A; 100/5A....(Trừ những trường hợp đặc biệt).
Ta có tỷ số biến dòng 1 2 2 1 W W I I Ki
Tỷ số Ki bao giờ cũng được tính sẵn khi thiết kế BI nên khi trên ampemét có số đo I2 ta dễdàng tính ngay được: I1 = Ki I2
Ví dụ: Biến dòng điện có dòng điện định mức là 600/5A; W1 = 1 vòng.
Xác định số vòng của cuộn thứ cấp và tìm xem khi ampemét thứ cấp chỉ I2 = 2,85A thì dòng điện cuộn sơ cấp là bao nhiêu
Giải: Tỷ số biến dòng: 120 5 600 i K Số vòng cuộn thứ cấp W2 = Ki W1 = 120 vòng Dòng điện sơ cấp I1 = Ki I2 =120 x 2,85 = 342A
2.2 ĐO ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU2.2.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo 2.2.1 Yêu cầu đối với dụng cụ đo
- Giới hạn đo của đồng hồ phải lớn hơn hoặc bằng giá trị cần đo: Ugh ≥ Ucd - Vôn kế cũng tiêu hao một phần năng lượng của mạch điện có điện áp cần đo, do đó gây sai sốcho phép điện áp, công suất tiêu thụ của dòng tính theo công thức:
31
PV = I2V. RV Trong đó: RV là điện trở trong của vôn mét
IV là dòng điện qua vôn mét
Công suất tiêu thụ của thiết bị đo càng nhỏ càng tốt tức là yêu cầu điện trở của thiết bị càng lớn càng tốt.
Để đo điện áp xoay chiều người ta sử dụng Vôn mét xoay chiều:
Tổn hao công suất phải nhỏ: RV >> do vậy vôn kếđược mắc song song với phụ tải cần đo.
Khi đo điện áp xoay chiều cần chú ý tới miền tần số của vôn mét phù hợp với tần số của tín hiệu cần đo, nếu tần số của tín hiệu điện áp cần đo không phù hợp với dải tần số của thiết bị đo dẫn tới sai số của phép đo.
2.2.2 Sơ đồ nguyên lý
2.2.3 Đọc kết quả đo
A = CM x k Trong đó: A - kết quả đo
CM - hệ số thang đo k - số vạch đo Ví dụ: U V R (3-17) V
Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạchđo điện áp
Hình 3.16 Đọc kết quảđo điện áp xoay chiều
32
: Cơ cấu đo kiểu điện từ : Đặt vuông góc
+ 2,5 or 1,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo
+ 500V: giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ
Từ 200 đến 300 tương ứng là 100V có 5 vạch vậy mỗi vạch tương ứng với 20V; kim chỉ 19,5 vạch => Trị số điện áp đo được U= 19,5x 20 = 390V.
2.2.4 Mở rộng giới hạn thang đo
Đối với cơ cấu đo điện động, điện từ, Vônmét AC dùng những cơ cấu này phải mắc nối tiếp điện trở với cơ cấu đo như Vônmét DC. Vì hai cơ cấu này hoạt động với trị hiệu dụng của dòng xoay chiều. Riêng cơ cấu từ điện phải dùng phương pháp biến đổi như ở Ampe mét tức là dùng điôt chỉnh lưu.
a. Vôn mét điện từ
Là dụng cụ đo điện áp xoay chiều tần số công nghiệp. Cuộn dây phần tỉnh có số vòng lớn từ 1000 6000 vòng. Để mở rộng thang đo người ta mắc nối tiếp với cuộn dây các điện trở phụ như hình dưới đây. Tụ điện C dùng để bù tần số khi đo ở tần số cao hơn tần số công nghiệp.
b. Vôn mét điện động
Cấu tạo của Vôn mét điện động giống Ampemét điện động nhưng số vòng cuộn dây tĩnh lớn hơn, tiết diện dây nhỏ hơn.
Trong Vôn mét điện động cuộn dây tĩnh và cuộn dây động được mắc nối tiếp nhau. Cuộn dây tĩnh được chia thành 2 phần A1 và A2.
Khi đo điện áp nhỏhơn hoặc bằng 150V, hai đoạn A1 và A2 được mắc song song với nhau. Nếu điện áp U 150V các đoạn A1 và A2 được mắc nối tiếp nhau.
c. Vônmét từđiện chỉnh lưu đo điện áp xoay chiều
Là dụng cụđược phối hợp mạch chỉnh lưu với cơ cấu đo từđiện như hình vẽ sau:
C
Rm Rp1 Rp2 Rp3
C
U1 U2 U3
33
d. Ngoài ra để mở rộng phạm vi đo lớn hơn (Trên 600V), người ta dùng máy biến điện áp đo lường (BU).
Tương tự như BI, BU dùng đo lường trong mạch điện xoay chiều điện áp cao. Cấu tạo tương tựnhư máy biến áp thông thường, ta có tỷ số biến áp:
2 1 2 1 W W U U KU U1 = KU.U2
Điện áp định mức thứ cấp U2 luôn luôn được tính toán là 100V (trừ một số trường hợp đặc biệt).
Chẳng hạn:
+ Đối với điện áp 10kV: người ta thường dùng BU có điện áp định mức là 10000/100V
+ Đối với điện áp 35kV: người ta thường dùng BU có điện áp định mức là 35000/100V Hình 3.19: Máy biến điện áp W2 V U2 U1 W1
Hình 3.18: Vônmét từđiện chỉnh lưu đo điện áp xoay chiều - R1: điện trở bù nhiệt độ làm bằng dây đồng.- R2: điện trở manganin. - L và C: điện cảm và điện dung bù tần số. - Rp: là điện trở phụ.
C R1 R2 C U C Rp L U R1 R2 (3-19) (3-20)
34
Ví dụ: Thanh góp điện áp 110 kV có đặt biến điện áp 115000/100V, bên thứ cấp mắc Vônmét và các dụng cụ đo. Khi Vônmét chỉ U = 95V thì điện áp trên thanh góp là bao nhiêu? Giải: Tỷ số biến áp: 2 1 U U KU 1150 100 115000
Điện áp trên thanh góp chính là điện áp sơ cấp của BU, ta có: U1 = KU.U2 = 1150.95 = 109250V = 109,25kV
35
PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VIỆC: Lắp đặt đấu nối mạch đo dòng điện điện ápmột chiều 1/B3/MĐ14 Bước
công việc
Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiếtbị Ghi chú
1
Chuẩn bị Đúng, đủ sốlượng Bàn thực hành mạch điện một chiều Kiểm tra Kiểm tra nguội dùng
VOM VOM
2
Lắp ráp, đấu nối theo sơ đồ
Theo sơ đồ nguyên lý, theo thứ tự từ trái
sang phải, từ dưới lên trên
Bàn thực hành mạch điện một chiều, dây
cắm có cốt tròn Kiểm tra Dùng VOM đo thông mạch VOM
3
Cấp nguồn
Bật CB, quan sát đèn báo, đồng hồ V,
A nguồn.
Nguồn xoay chiều 1 pha
Chỉnh VR, đọc kết quả
Chỉnh VR <50V và A không quá 1A.
PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VIỆC: Lắp đặt đấu nối mạch đo dòng điện, điện áp xoay chiều 2/B3/MĐ14 Bước
công việc
Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ, trang thiếtbị Ghi chú
1
Chuẩn bị Đúng, đủ sốlượng
Bàn thực hành mạch điện xoay chiều 1
pha
Kiểm tra Kiểm tra nguội dùng
VOM VOM
2 Lắp ráp, đấu nối theo sơ đồ
Theo sơ đồ nguyên lý, theo thứ tự từ trái
sang phải, từ dưới lên trên
Bàn thực hành mạch điện xoay chiều, dây
36
Kiểm tra Dùng VOM đo thông mạch VOM
3
Cấp nguồn đèn báo, đồng hồ V, Bật CB, quan sát A nguồn.
Nguồn xoay chiều 1 pha
Chỉnh VR, đọc kết quả
Chỉnh VR <220V và A không quá 1A.
Bài tập
Bài 1: Lắp đặt đấu nối mạch đo dòng điện, điện áp một chiều tải gồm ba điện
trở mắc nối tiếp.
Bài 2: Lắp đặt đấu nối mạch đo dòng điện, điện áp xoay chiều tải R-L-C mắc nối
tiếp. A V1 V2 V3 R1 R2 R3 U + _ A V1 V2 V3 R1 L1 C1 U A O
37
BÀI 4: ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ ĐIỆN NĂNG MỤC TIÊU
- Mô tảđược những yêu cầu cơ bản của việc đo công suất, điện năng; Vẽ được sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng và đo điện năng tiêu thụ. Lựa chọn được dụng cụ, đồng hồ đo phù hợp.
- Lắp đặt, đấu nối được mạch đo công suất tác dụng dùng oát kế điện động; mạch đo điện năng tiêu thụ phụ tải một pha, ba pha đo trực tiếp, gián tiếp dùng công tơ loại cảm ứng và công tơ số. Đọc được kết quả đo.
- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp.
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT 1. ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
1.1 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH 1 PHA
Trong mạch điện xoay chiều ta có các loại công suất sau:
+ Công suất tác dụng (P): P = U.I.Cosφ (W; KW; MW) (4-1) + Công suất phản kháng (Q): Q = U.I.Sinφ (Var; KVar) (4-2) + Công suất biểu kiến (Công suất toàn phần S): S = U.I (VA; KVA) (4-3) Đối các phụ tải tiêu thụ điện thông thường ta đo công suất tác dụng P. Để đo công suất tác dụng người ta thường sử dụng oát kếđiện động một pha.
Ký hiệu:
- Lựa chọn dụng cụ đo:
Pgh ≥ Pcd
- Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng dùng oát kế điện động một pha:
-Sơ đồ nối dây:
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất tác dụng bằng Oátmét. * Iv RP Rt I 2 1 * UAC Ru KW
38
Lưu ý:
- Xác định cuộn dòng, cuộn áp bằng cách đo thông mạch (lần đo nào cho giá trị R nhỏ nhất (R≠0) ta kết luận đó là cuộn dòng; lần đo nào cho giá trị R lớn hơn ta kết luận đó là cuộn áp).
- Đầu cuộn dòng và đầu cuộn áp được đánh dấu *, khi đấu 2 đầu đầu cùng vào dây pha. Cuộn dòng được mắc nối tiếp với tải (đầu ký hiệu I bắt buộc nối với tải) do Rcuộn dòng nhỏ nên xảy ra ngắn mạch dẫn tới cháy hỏng đồng hồ, cuộn áp mắc song với tải. -Đọc kết quả đo: A = CM x k (4-4) Trong đó: A - kết quảđo CM - hệ số thang đo k - số vạch đo Ví dụ:
+ PT /220V: Điện áp định mức đặt vào 2 đầu cuộn áp 220V + : Cơ cấu đo kiểu nắn điện
+ : Đặt vuông góc
+ 1,5 or 2,5… Cấp chính xác của dụng cụ đo
Hình 4.2: Sơ đồ nối dây mạch đo công suất tác dụng một pha dùng oát kếđiện động một pha
39
+ CT /5A: Dòng điện định mức qua cuộn dòng là 5A + 100 KW: giới hạn đo lớn nhất của đồng hồ là 100KW
Từ0 đến 20 tương ứng là 20KW ; tương ứng với 10 vạch khắc trên thang chia độ. Vậy mỗi vạch tương ứng với 2KW; Giả sử kim chỉ 1 vạch => Trị số công suất đo được P= 1x 2 = 2KW.
1.2 ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG MẠCH 3 PHA
- Công suất tác dụng trong mạch 3 pha gồm tổng công suất pha A, pha B và pha C
P = PA + PB + PC = UA.IA.CosφA + UB.IB.CosφB + UC.IC.CosφC (4-5) Như vậy để đo công suất ta cần phải dùng 3 đồng hồ đo công suất mạch một pha hoặc dùng đồng hồđo công suất 3 pha 3 phần tử.
- Gọi dòng điện chạy trong 3 pha lần lượt là iA, iB, iC ta có: