Đo điện năng

3. ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG TẦN SỐ, CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG

3.3. Đo điện năng

a/ Công tơ 1 pha

Công tơ điện được chế tạo dựa trên cơ cấu đo cảm ứng.

* Cấu tạo: (Hình 3-29)

Hình 3-29Cấu tạo công tơ 1 pha

- Phần tĩnh:

+ Cuộn điện áp (Wu): Số vòng lớn, tiết diện nhỏ

P Q I U Q pha d d pha 3 sin 3 3 3    1- Cuộn điện áp 2- Cuộn dòng diện 3- Trục quay 4- Đĩa nhôm

5- Nam châm vĩnh cửu

6- Bộ đếm 7- Bánh răng Phụ tải 3 pha W A B C 1 7 2 3 4 5 6 Rt U~

+ Cuộn dòng điện (Wi): Số vòng nhỏ, tiết diện lớn

+ Cả 2 cuộn dây đều có lõi thép bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại, có nhiệm vụ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động

+ Nam châm vĩnh cửu đặt gần đĩa nhôm, có nhiệm vụ tạo ra mô men cản.

- Phần động:

+ Đĩa nhôm: được gắn trên trục, có đường kính D = 80 100 mm và dày 0,5  1,5 mm.

+ Trục: được gắn với đĩa nhôm và các bánh răng ăn khớp của bộ đếm. + Bộ đếm : gồm các con lăn chỉ cho kết quả đo (nhờ các bánh răng trung gian).

- Bộ phận phụ: Giá đỡ, vỏ bảo vệ, ốc vít ...

* Nguyên lý làm việc. (Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ)

Mắc công tơ vào mạch cần đo.

Khi có dòng I qua phụ tải và qua cuộn dòng Wi, sẽ tạo ra từ thông I. Điện áp U được đặt vào cuộn ápWu, dòng Iu tạo thành 2 từ thông u xuyên qua đĩa nhôm và l không xuyên qua đĩa nhôm.

- Iu qua Wu u = kI.I

- I qua Wi I = kU.IU = kU.U/ZU

Qua tính toán, ta xác định được Mq của cơ cấu cảm ứng: Mq = kqUIsin = kqUIcos = kqP

Công tơ quay đều với tốc độ n khi Mq = Mc  kc.n = kqP Với Mc = kc.n

Nhân cả 2 vế với thời gian (t): kc.n.t = kq.P.t hay N = k.A (3.50) Trong đó: + C, kq, kI, kU, kq, kc là các hệ số tỷ lệ.

+  là góc lệch pha U vàI

+  là góc lệch pha giữa U và I

+ N là số vòng quay của công tơ trong thời gian t N = n.t

+ A là điện năng mà phụ tải tiêu thụ trong thời gian t A = P.t

Vậy từ biểu thức (3.50) ta thấy dựa vào số vòng quay N của đĩa nhôm trong khoảng thời gian t ta biết được số điện năng A phụ tải đã tiêu thụ trong

 Mq =

khoảng thời gian đó.

* Cách đấu

Hình 3-30Cách đấu nối công tơ trong mạch cần đo

b/ Công tơ 3pha

* Cấu tạo:

Công tơ 3 pha là một dụng cụ chuyên dùng đo điện năng tiêu thụ trong mạch xoay chiều 3 pha có tần số xác định, công tơ hay còn gọi là máy đếm điện năng.

- Cấu tạo bên ngoài của công tơ (hình (3-31).

Trên mặt số công tơ, ta thấy hàng số ghi 3 380/220V - 50Hz, ...

Nghĩa là:

Số 3 biểu thị số pha.

380V biểu thị điện áp dây (Ud).

220V biểu thị điện áp pha (Uf).

50Hz là tần số công nghiệp (f).

30-60A cường độ dòng điện cho phép 150 v/kWh: khi đĩa nhôm quay được

150 vòng thì tương ứng với một chữ số điện hay 1kWh (kilôoát giờ).

Khi đĩa nhôm quay được 15 vòng thì ô chỉ

Ph ụ Tả

1

Hình 3-31Hình dáng bên ngoài của một loại công tơ 3 pha

3x380/220V- 50Hz 30-60A 150v/kWh

số phụ chuyển được một chữ số. Khi ô chỉ số phụ chuyển qua được 10 chữ số thì ô chỉ số chính ở hàng đơn vị sẽ chuyển được 1 chữ số điện hay 1kWh .

- Cấu tạo bên trong của công tơ 3 pha:

Hình 3-32 Công tơ 3 pha

1- Vỏ công tơ ; 2 - Cuộn dây dòng điện; 3 - Cuộn dây điện áp; 4 - Các đầu nối điện

Cấu tạo của công tơ 3 pha cũng tương tự như cấu tạo của công tơ 1 pha, chỉ khác ở chỗ:

Công tơ một pha có một cuộn dây dòng điện và một cuộn dây điện áp còn ở công tơ 3 pha có 3 cuộn dây dòng điện và 3 cuộn dây điện áp (còn gọi là công tơ 3 pha 3 phần tử).

Để đơn giản chúng ta chỉ cần quan tâm đến các cuộn dây dòng điện và các cuộn dây điện áp cùng các tiếp điểm đầu nối điện vào và ra của công tơ (như

hình 3-32).

- Nguyên lý làm việc

Khi dùng công tơ 3 pha để đo điện năng tiêu thụ của phụ tải điện 3 pha, ta có thể áp dụng 2 phương pháp sau đây :

+ Phương pháp đo trực tiếp:

Chỉ áp dụng khi dòng điện đi qua phụ tải (Ipt) có trị số nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện định mức cho phép của công tơ (IđmCT)

IPt  I đmCT

Cách đấu dây theo sơ đồ hình 3-32.

1

2

4

2 2

+ Phương pháp đo gián tiếp:

Chỉ áp dụng khi dòng điện đi qua phụ tải (Ipt) có trị số lớn hơn nhiều so với dòng điện định mức cho phép của công tơ (Iđmct).

IPt > IđmCT

Đối với phương pháp đo gián tiếp ta có thể dùng công tơ 3 pha 3 phần tử có Iđm = 5A kết hợp với 3 máy biến dòng để đo điện năng tiêu thụ của phụ tải. Cách đấu dây theo hình 3-33.

Hình 3-33Sơ đồ sử dụng máy biến dòng để đo đếm điện năng TI3 Tải 3 pha TI2 TI1

THỰC HÀNH ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN: U, I, P VÀ A * Đo điện áp và dòng điện

Trình tự thực hiện như sau:

1. Dùng máy đo VOM đo kiểm tra các cấp điện áp AC, DC của bộ nguồn thí nghiệm.

2. Lắp mạch như hình sau:

3. Đo dòng điện qua mạch chính (I) B1: Nối tắt c – d; c – i.

B2: Cấp nguồn tại a(+) và g (–).

B3: Tiến hành đo dòng điện tại b(+), c(–), và ghi kết quả vào bảng 1. 4. Đo dòng điện qua mạch nhánh thứ nhất (I1)

Mạch đang ở trạng thái như phần 3, tiến hành: B1: Nối tắt b – c.

B2: Hở mạch tại c – d.

B3: Đo dòng điện qua mạch nhánh thứ nhất (I1) tại c(+), d(–) và ghi kết quả vào bảng 1.

5. Đo dòng điện qua mạch nhánh thứ hai (I2)

Tiến hành tương tự như phần 4. Nối tắt c - d, hở mạch và đo tại c(+) và i(-), ghi kết quả vào bảng 1.

Chú ý: Muốn đo dòng điện tại điểm nào thì phải hở mạch và đo tại điểm đó.

6. Đo sụt áp trên từng nhánh và từng phần tử. Mạch đang ở trạng thái như phần 5, tiến hành: B1: Nối tắt c – i, nguồn vẫn cấp như cũ.

B2: Đo sụt áp trên từng nhánh tại các điểm: a – b; d – f; f – g; và i – h. B3: Đo sụt áp trên từng điện trở tại các điểm a – b; d – e; e – f; f – g; và i – h, ghi kết quả vào bảng 1.

7. Làm lại các thí nghiệm từ phần 2 đến 6 nhưng với những giá trị khác của điện áp nguồn, kết quả cũng ghi vào bảng tương tự (thực hiện ít nhất là 4 giá trị nguồn điện khác nhau).

R1 a R2 R3 R4 R5 b c d e f g h i I 1 I 2 I

8. Đo xác định lại các giá trị điện trở. Giải mạch bằng định luật Ohm để kiểm chứng kết quả thí nghiệm. Cho nhận xét về sự khác biệt (nếu có) giữa lý thuyết và thực nghiệm.

Bảng 1: Ghi nhận kết quả đo

UCC I I1 I2 UR1 UR2,3 UR4 UR5 R1 = UR2 UR3 R2 = R3 = R4 = R5 =

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Câu hỏi yêu cầu trả lời nhanh:

+ Đọc kỹ các câu hỏi, chọn ý trả lời đúng nhất và đánh dấu (X) vào ô thích hợp ở cột tương ứng (Mỗi câu chỉ có một ý đúng).

TT Nội dungcâu hỏi a b c d

3.1. Dòng điện xoay chiều thường được đo bằng: a. Ampe Kìm;

b. VOM;

c. Oátmét và Vônmét; d. Ampemét và Vônmét.

3.2. Khi đo dòng điện hoặc điện áp; Góc quay của kim càng lớn thì kết luận:

a.Trị số càng nhỏ; b.Trị số rất nhỏ; c.Trị số càng lớn; d.Tuỳ loại.

3.3 Khi đo dòng điện hoặc điện áp bằng máy đo chỉ thị kim. Trị số phải được đọc trị từ:

a. Phải qua trái; b. Trái qua phải; c. Giữa ra 2 biên;

d. Tại vị trí kim dừng lại.

3.4 Khi đo điện áp: Để phép đo được chính xác, điện trở cơ cấu đo so với điện trở tải phải:

a. Rất nhỏ; b. Bằng nhau; c. Rất lớn; d. Lớn hơn.

3.5 Công suất mạng 3 pha 4 dây được đo trực tiếp bằng: a. Oátmét 1 pha;

c. Vônmét;

d. Oátmét 3 pha 2 phần tử.

3.6 Công suất mạng 3 pha 3 dây được đo trực tiếp bằng: a. Oátmét 1 pha;

b. Oátmét 3 pha 2 phần tử; c. Oátmét 3 pha 3 phần tử; d. Ampemét.

3.7 Công suất mạch điện 3 pha 4 dây được đo gián tiếp bằng: a.Oátmét 3 pha;

b.3 Oátmét 1 pha; c.2 Oátmét 1 pha; d.Ampemét

3.8 Công suất mạch điện 3 pha 3 dây được đo gián tiếp bằng: a. Oátmét 3 pha;

b. 3 Oátmét 1 pha; c. 2 Oátmét 1 pha; d. Ampemét.

3.9 Dùng 3 Oátmét 1 pha để đo công suất mạng 3 pha khi: a.Mạng 3 pha không có dây trung tính;

b.Mạng 3 pha có dây trung tính và phụ tải không đối xứng; c.Mạng 3 pha có phụ tải không đối xứng;

d.Mạng 3 pha trung thế trở lên. 3.10

.

Dùng 2 Oátmét 1 pha để đo công suất mạng 3 pha khi: a.Mạng 3 pha không có dây trung tính;

b.Mạng 3 pha có dây trung tính và phụ tải không đối xứng; c.Mạng 3 pha có phụ tải không đối xứng;

d.Mạng 3 pha trung thế trở lên.

3.11 Dùng 1 Oátmét 1 pha để đo công suất 3 pha khi: a.Mạng 3 pha không có dây trung tính;

b.Mạng 3 pha có dây trung tính và phụ tải không đối xứng; c.Mạng 3 pha có dây trung tính và phụ tải đối xứng; d.Mạng 3 pha trung thế trở lên.

3.12 Công suất mạng điện một chiều được đo gián tiếp bằng: a.Oátmét DC.

b.Vônmét và Ampemét DC; c.Oátmét 1 pha;

d.Công tơ điện.

3.13 Công suất mạng điện một chiều được đo trực tiếp bằng: a.Oátmét DC.

b.Vônmét và Ampemét DC; c.Oátmét 1 pha;

d.DC Công tơ điện.

3.14 Cuộn dây dòng điện trong Oátmét 1 pha được mắc: a.Nối tiếp với tải;

b.Song song với tải; c.Song song với nguồn; d.Nối qua tụ bù

3.15 Cuộn dây điện áp trong Oátmét một pha được mắc: a. Nối tiếp với tải;

b. Song song với tải; c. Song song với nguồn; d. Nối qua tụ bù.

3.16 Thông thường Oátmét 1 pha dùng để đo: a.Công suất tác dụng;

b.Công suất phản kháng; c.Công suất biểu kiến; d.Dung lượng của tụ bù. 3.17 Công tơ điện 1 pha dùng để đo:

a. Công suất tiêu thụ của hộ gia đình. b. Điện năng tiêu thụ của hộ gia đình. c. Dòng điện tiêu thụ của hộ gia đình. d. Điện năng tiêu thụ mạng DC.

3.18 Cuộn dây dòng điện và cuộn dây điện áp trong công tơ 1 pha có đặc điểm:

a. Cuộn điện áp nhiều vòng, dây nhỏ; Cuộn dòng điện ít vòng, dây to;

vòng, dây nhỏ;

c. Cuộn điện áp nhiều vòng, dây to; Cuộn dòng điện ít vòng, dây nhỏ;

d. Cuộn điện áp ít vòng, dây nhỏ; Cuộn dòng điện nhiều vòng, dây to.

3.19 Khi công tơ điện không có nam châm vĩnh cửu thì hoạt động của dĩa nhôm có đặc điểm:

a.Quay chậm hơn; b.Quay nhanh hơn; c.Không quay;

d.Quay theo tần số nguồn.

3.20 Một công tơ điện có số vòng quay cho mối kWh là 600. Khi hiệu chỉnh, nếu dùng bóng đèn 100W (ở đúng điện áp định mức) thì thời gian chỉnh định cho một vòng quay là:

a. 30 giây; b. 45 giây; c. 60 giây; d. 75 giây.

3.21 Muốn kiểm tra tốc độ quay “nhanh” hay “chậm” của công tơ 1 pha. Ngoài công suất tải ta còn phải căn cứ vào:

a. Hằng số máy đếm của công tơ; b. Điện áp định mức của công tơ; c. Dòng điện tải qua công tơ; d. Tần số điện áp nguồn.

3.22 Cho biết chỉ số Ampemét và Vônmét trong mạch điện hình vẽB

C

a.Dòng điện dây, điện áp dây; b.Dòng điện dây, điện áp pha; c.Dòng điện pha, điện áp dây; d.Dòng điện pha, điện áp pha.

3.23 Muốn đo dòng điện chính xác thì điện trở nội của Ampemét so với điện trở phụ tải phải:

b. Lớn hơn nhiều lần; c. Bằng nhau;

d. Không so sánh được.

Câu hỏi tự luận:

1. Nêu cấu tạo của Ampemét một chiều. Các phương pháp mở rộng thang đo của Ampemét một chiều.

2. Nêu cấu tạo của Vônmét một chiều. Các phương pháp mở rộng thang đo của Vônmét một chiều.

3. Nêu các phương pháp mở rộng thang đo của Ampemét và Vônmét điện từ và điện động.

4. Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Oátmét điện động.

5. Nêu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của công tơ 1 pha. 6. Có mấy cách mắc phụ tải trong mạch điện 3 pha. Nêu các phương pháp đo công suất tác dụng (công suất thực) trong mạch điện 3 pha đối xứng và không đối xứng.

7. Nêu cấu tạo và nguyên lý làm việc của công tơ 3 pha.

8. Công suất thực và công suất phản kháng khác nhau ở chỗ nào? Nêu phương pháp đo công suất phản kháng trong mạch điện 3 pha.

9. Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tần số kế cộng hưởng cơ khí. 10. Nêu đặc điểm của tần số kế điện từ và điện động.

11. Nêu phương pháp đo điện trở bằng Vônmét và Ampemét. Tính sai số của phương pháp đo, vẽ sơ đồ theo hai cách mắc Vônmét và Ampemét. Giả sử rằng điện trở cần đo R = 400, Ampemét có điện trở rA = 0,5, Vônmét có rV = 10k. Mắc theo sơ đồ nào cho sai số nhỏ hơn, vẽ mạch đo và tính toán.

12. Nêu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Ômmét đo điện trở. Vẽ sơ đồ. 13. Nêu phương pháp đo điện dung tụ điện và điện cảm của cuộn dây. Vẽ sơ đồ.

Bài tập:

1. Một Ampemét từ điện (hình a) có dòng điện định mức qua cơ cấu đo I0 = 0,1A; điện trở của khung dây cơ cấu r0 = 99. Điện trở sun rS = 1. Xác định dòng điện toàn phần chạy qua Ampemét khi kim của Ampemét:

a- Lệch toàn thang đo b- Lệch 1/2 thang đo c- Lệch 1/4 thang đo.

Hình a

2. Một Ampemét có 3 thang đo như (hình b) có các điện trở: r1= 0,05; r2 = 0,45; r3 = 4,5; r0 = 1k. Dòng điện định mức của cơ cấu I0 = 50A.

Tính các giá trị I1, I2, I3?

3. Một miliAmpemét từ điện có thang đo 150 vạch, với giá trị độ chia CI = 0,1mA. Điện trở của cơ cấu đo r0 = 100. Tính các giá trị điện trở sun tương ứng để đo dòng điện 1A, 2A, 5A. Vẽ sơ đồ mạch.

4. Một cơ cấu đo từ điện có dòng định mức I0 = 20mA. Người ta mắc thêm vào cơ cấu một điện trở sun rS = 0,2 sẽ đo được dòng cực đại là 200mA. Tính các điện trở phụ nối với cơ cấu mới này để đo điện áp 100V; 300V; 600V. Vẽ sơ đồ mạch.

5. Một cơ cấu đo từ điện có dòng định mức I0 = 10mA. Điện trở của cơ cấu đo r0 = 100. Người ta sử dụng cơ cấu trên để chế tạo một Vônmét có 3 thang đo (hình c). Biết rằng các điện trở R1 = 4900; R2 = 5000; R3 = 20000. Xác định các giá trị điện áp U1, U2 và U3.

6. Người ta sử dụng 1 Vônmét và 1 Ampemét để đo công suất của phụ tải thuần trở. Vônmét có thang đo 220V; cấp chính xác 1,0. Ampemét có thang đo 30A; cấp chính xác 1,5. Khi đo Vônmét chỉ 220V; Ampemét chỉ 20A. Tính công suất tiêu thụ của phụ tải. Tính sai số tương đối lớn nhất của phép đo.

I IS I0 rS r0 Hình b I0 r2 r0 r1 r3 I1 I2 I3 I U1 U2 U3 R2 R1 R3 I0 * R0 Hình c