Trong quá trình đo dòng điện , đôi khi giá trị cần đo lớn hơn giới hạn cho phép của cơ cấu đo , khi đó ta phải mở rộng thang đo cho ampe kế . Phƣơng pháp phổ biến là dùng điện trở shunt , điện trở shunt thƣờng làm bằng manganin mắc song song với cơ cấu đo ( Thông thƣờng dòng điện đi qua điện trở shunt lớn hơn dòng điện đi qua cơ cấu đo rất nhiều )
Hình 3.5 Sơ đồ mở rộng thang đo dòng dùng điện trở Shunt
Khi có điện trở shunt trong mạch đo , dòng điện phân nhánh vào khung quay và điện trở shunt tỉ lệ nghịch với giá trị điện trở của chúng . Để thay đổi giới hạn khung đo của ampe kế, ta thay đổi giá trị điện trở shunt . Ta có thể điều chỉnh giá trị điện trở shunt để phù hợp cho từng giá trị dòng điện cần đo IS IA = RA RS hay Rs = RA . IA IS (3.6) Itt = IA + IS (3.7)
Có hai loại điện trở shunt : Điện trở shunt gắn trong và điện trở shunt gắn ngoài
- Điện trở shunt gắn trong đƣợc đặt trong ampe kếđểđo dòng điện có giá trị nhỏhơn 30A
- Điện trở shunt gắn ngoài là bộ phận điện trở gắn ngoài đi kèm với ampe kế bộ điện trở shunt ngoài đƣợc đặt trong một hộp riêng để đảm bảo điều kiện tỏa nhiệt . Với bộđiện trở
shunt gắn ngoài ta có thể đo dòng điện có cƣờng độ từ vài ampe đến 10KA . Shunt gắn
ngoài có 4 cực, 2 cực nhỏ còn gọi là cực áp gắn vào ampe kế và 2 cực lớn còn gọi là cực dòng đấu với cực cần đo dòng điện. Lƣu ý tránh nhầm lẫn các cực để không hƣ cơ cấu đo.
Chƣơng 3: Đo điện áp và dòng điện. Đối với điện trở shunt mắc nối tiếp , giá trị điện trở thành phần đƣợc xác định theo biểu thức
RK = RA n1 n1 - 1 ( 1 nK - 1 nK + 1 ) (3.8)
Tính toán điện trở shunt để mở rộng thang đo
Gọi n là hệ số điều chỉnh dòng điện (tỷ số giữa dòng điện phụ tải và dòng điện qua ampe kế ) n = I IA = IA + IS IA = 1 + RA RS (3.9) Ta có I IA = RS RA (3.10) Suy ra Rs = RA n - 1 (3.11)
Nhƣ vậy để mở rộng thang đo, ta mắc RScó giá trị nhỏ hơn RA là ( n –1 ) lần
Ví dụ 1 Một cơ cấu đo có giá trị giới hạn đo là Imax = IA = 50A , điện trở nội của cơ cấu đo là
R0 = 300. Tính các giá trị của điện trở shunt để có thang đo 100A , 1mA và 10mA
Hƣớng dẫn thực hiện
Hệ số điều chỉnh dòng điện ở từng thang đo tƣơng ứng là Thang đo 100A n1 = I1
IA = 100
50 = 2 Thang đo 1mA n2 = I2
IA = 1000
50 = 20 Thang đo 10mA n3 = I3
IA = 10000 50 = 200 R1 = RA n1 n1 - 1 ( 1 n1 - 1 n2 ) R1 = 300 . 2 2 - 1 . ( 1 2 - 1 20 ) = 270 Tƣơng tự ta có R2 = 27 R3 = 3
Đối với ampe kiểu điện từ đƣợc chế tạo dựa trên cơ cấu đo chỉ thị điện từ. Mỗi cơ cấu đo đƣợc chế tạo với số ampe vòng IW nhất định .
Chƣơng 3: Đo điện áp và dòng điện. - Đối với cuộn dây dẹp có ampe vòng là IW = 100 150 (A.vòng)
- Đối với mạch từ khép kín có ampe vòng là IW = 50 1000 (A.vòng)
Kết luận
Muốn mở rộng thang đo của ampe kế điện từ chỉ cần thay đổi sao cho
IW = W1I1 = W2I2 = W3I3 = . . . = WNIN = const (3.12)
Ví dụ 2 Một ampe kế điện từ có IW = 300 A.vòng có 3 tầm đo ( thang đo ) là I1 = 1A I2 = 5A và I3= 10A . Xác định số vòng dây ở từng phân đoạn
Hƣớng dẫn thực hiện
Ta có IW = W1I1 = W2I2 = W3I3 = 300 (A.vòng)
Khi đó ta xác định đƣợc số vòng ở từng phân đoạn cho từng thang đo - Ở thang đo I1 = 1A là W1 = 300
1 = 300 vòng
- Ở thang đo I2 = 5A là W2 = 300
5 = 60 vòng
- Ở thang đo I1 = 10A là W3 = 300
10 = 30 vòng
Ampe kế điện từ có nhiều thang đo đƣợc chế tạo bằng cách chia cuộn dây tĩnh thành nhiều phân đoạn bằng nhau , khi thay đổi cách nối ghép các phân đoạn này song song hay nối tiếp ta sẽ có các thang đo khác nhau
Kết luận
Ampe kế điện từ có nhiều nhất là ba thang đo vì khi tăng số lƣợng thang đo lên việc bố trí mạch chuyển thang đo sẽ phức tạp nên khó thực hiện
Ví dụ 3 Một ampe kế điện từ có 2 thang đo , ta chia cuộn dây tĩnh thành hai phân đoạn bằng
nhau, nếu nối tiếp 2 phân đoạn này ta sẽ đƣợc dòng điện là I1; Nếu đấu song song hai phân
đoạn này ta sẽ đƣợc dòng điện là I2 = 2I1
Chƣơng 3: Đo điện áp và dòng điện. Việc mở rộng tầm đo cho cơ cấu điện động : Mắc điện trở shunt song song với cuộn dây di động ( Tƣơng tự nhƣ mở rộng tầm đo cho cơ cấu từ điện )
Để thuận tiện cho việc đo cƣờng độ dòng điện lớn và hạn chế thao tác khi đo, ngƣời ta sử dụng ampe kềm là một dạng kết hợp đặc biệt của cơ cấu đo với biến dòng . Ampe kềm là thiết bị đo dòng điện rất tiện lợi vì khi cần đo dòng điện chạy qua một dây dẫn nào đó, ta không cần ngắt mạch điện để mắc dụng cụ đo vào nhƣ các loại ampe kế khác. Mạch từ của máy biến dòng trong ampe kế kềm có thể đóng mở đƣợc nhƣ một chiếc kềm. Khi cần đo dòng điện chạy qua dây dẫn ( phụ tải ), ta cho dây dẫn vào mạch từ khép kín , dây dẫn có dòng điện cần đo lúc này đóng vai trò cuộn dây sơ cấp của máy biến dòng với số vòng W1 = 1vòng . Trên mạch từ ta mắc thêm cuộn thứ cấp W2vòng , hai đầu cuộn thứ cấp đƣợc nối với cơ cấu đo
Theo nguyên lý hoạt động của biến dòng, ta có I1 I2 = W2 W1 (3.13) Do W1 = 1 vòng nên I2 = W I1 2 (3.14) Lƣu ý
- Khi đo dòng điện chạy qua động cơ cần lƣu ý đến dòng khởi động để chọn thang đo thích hợp ( Ikđ = 3 - 7 Iđm )
- Khi sử dụng ampe kềm muốn chuyển tầm đo phải tách ampe kềm ra khỏi mạch cần đo,
ampe kềm chỉđo đƣợc dòng xoay chiều.
- Khi sử dụng CT, tuyệt đối không để hở mạch thứ cấp vì lúc đó điện áp ở2 đầu mạch thứ cấp có thể rất lớn gây nguy hiểm cho thiết bị và ngƣời sử dụng.
Hình 3.7: Cấu trúc và hình dạng thực tế của ampe kềm