zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Giáo trình Đo lường điện và Kỹ thuật đo: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Chia sẻ: Bautroimaudo Bautroimaudo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Báo xấu

57
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Đo lường điện và Kỹ thuật đo: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Đo công suất và điện năng; Dao động ký; Một số thiết bị đo thông thường. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết nội dung giáo trình!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường điện và Kỹ thuật đo: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. CHƢƠNG 6 : ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG. (12 TIẾT) Công suất và năng lƣợng là các đại lƣợng cơ bản của phần lớn các đối tƣợng, quá trình và hiện tƣợng vật lý. Vì vậy việc xác định công suất và năng lƣợng là một phép đo rất phổ biến. Việc nâng cao độ chính xác của phép đo đại lƣợng này có ý nghĩa rất to lớn trong nền kinh tế quốc dân, nó liên quan đến việc tiêu thụ năng lƣợng, đến việc tìm những nguồn năng lƣợng mới, đến việc tiết kiệm năng lƣợng. Công suất cũng nhƣ năng lƣợng có mặt dƣới nhiều dạng khác nhau đó là: năng lƣợng điện, nhiệt cơ, công suất, phát xạ...tuy nhiên quan trọng nhất vẫn là việc đo công suất và năng lƣợng điện. Dải đo của công suất điện thƣờng từ 10-20W đến 10+10W. Công suất và năng lƣợng điện cũng cần phải đƣợc đo trong dải tần rộng từ không (một chiều) đến 109Hz và lớn hơn. Nội dung chƣơng 6 gồm các nội dung chính sau 6.1. Đo công suất một chiều DC. 6.2. Đo công suất AC một pha. 6.3. Đo công suất tải ba pha. 6.4. Đo công suất phản kháng của tải. 6.5. Đo điện năng. 6.6. Đo hệ số công suất: cos. 6.7. Tần số kế. 6.8. Đo công suất, điện năng bằng Walt met, công tơ điện Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 67
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. 6.1 Đo công suất một chiều DC. Công suất trong mạch một chiều có thể đo đƣợc bằng cách đo điện áp đặt vào phụ tải U và dòng I qua phụ tải đó. Kết quả là tích của hai đại lƣợng đó. Tuy nhiên đây là phƣơng pháp gián tiếp, phƣơng pháp này có sai số của phép đo bằng tổng sai số của hai phép đo trực tiếp (đo điện áp và đo dòng điện). Công suất trong mạch một chiều đƣợc tính U2 P =U.I ; P = I .R; P  2 ; P = k.q (6.1) R I - dòng điện trong mạch U - điện áp rơi trên phụ tải với điện trở R P - lƣợng nhiệt toả ra trên phụ tải trong một đơn vị thời gian. Trong thực tế thƣờng đo trực tiếp công suất bằng watmet điện động và sắt điện động. Những dụng cụ đo này có thểdo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha tần số công nghiệp cũng nhƣtần số siêu âm đến 15kHz. Watmet điện động có thể đạt tới cấp chính xác là 0,01÷0,1 với tần số dƣới 200Hz và trong mạch một chiều, ở tần số từ 200Hz ÷400Hz thì sai số đo là 0,1% và hơn nữa. Watmet sắt điện động với tần số dƣới 200Hz sai số đo là 0,1 ÷0,5 % còn với tần số từ 200Hz ÷400Hz thì sai số đo có thể trên 0,2 %. Chú ý khi đo công suất bằng watmet điện động: + Đấu nối đúng các đầu cuộn dây:trên watmet bao giờ cũng có những ký hiệu ngôi sao (*) ở đầu các cuộn dây gọi là đầu phát, khi mắc watmet phải chú ý đến các đầu có kí hiệu dấu (*) + Đọc và tính chỉ số của watmet điện động: thƣờng watmet điện động có nhiều thang đo theo dòng và áp (theo dòng: 5A, 10A; theo áp: 30V, 150V, 300V), những giá trị này là dòng và áp định mức IN và UN. 6.2 Đo công suất AC một pha. Đƣợc xác định nhƣ là giá trị trung bình của công suất trong một chu kỳ T: T T 1 1 P   pdt   u.idt T0 T0 (6.2) Trong đó: p, u, i là các giá trị tức thời của công suất, áp và dòng. Trong trƣờng hợp khi dòng và áp có dạng hình sin thì công suất tác dụng đƣợc tính là : P = U.I.cos  (6.3) Hệ số cos  đƣợc gọi là hệ số công suất. Còn đại lƣợng S = U.I gọi là công suất toàn phần đƣợc coi là công suất tác dụng khi phụ tải là thuần điện trở tức là, khi cos  = 1. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 68
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. 6.3 Đo công suất tải ba pha. Biểu thức tính công suất tác dụng là : P = PA + PB + PC = UΦAIΦA cos  A + UΦBIΦB cos  B + UΦCIΦC cos  C (6.4) với: UΦ, IΦ: điện áp pha và dòng pha hiệu dụng  C: góc lệch pha giữa dòng và áp của pha tƣơng ứng. Trong mạch 3 pha có: t2 t2 t2 W   PA dt   PB dt   PC dt t1 t1 t1 (6.5) t2 t2 t2 W =  UA .IA . cos  A .dt   UB .IB . cos  B .dt   UC .IC . cos C .dt t1 t1 t1 (6.6) Phƣơng pháp cơ điện: phép nhân đƣợc dựa trên cơ cấu chỉ thị nhƣ điện động, sắt điện động, tĩnh điện và cảm ứng, trong đó góc quay α của phần động là hàm của công suất cần đo. Phƣơng pháp điện: Phép nhân đƣợc thực hiện bởi các mạch nhân tƣơng tự cũng nhƣ nhân số điện tử, tín hiệu ra của nó là hàm của công suất cần đo. Phƣơng pháp nhiệt điện: sử dụng phƣơng pháp biến đổi thẳng công suất điện thành nhiệt. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc ứng dụng khi cần đo công suất và năng lƣợng trong mạch tần số cao cũng nhƣ của nguồn laze. Phƣơng pháp so sánh: là phƣơng pháp chính xác vì thế nó thƣờng đƣợc sử dụng để đo công suất trong mạch xoay chiều tần số cao. 6.4 Đo công suất phản kháng của tải. Công suất phản kháng là loại công suất không gây ra công, không truyền năng lƣợng qua một đơn vị thời gian. Tuy nhiên việc đo nó có một ý nghĩa lớn trong kinh tế. Vì có công suất phản kháng mà dẫn đến việc mất mát năng lƣợng điện trong dây truyền tải điện, trong các biến áp và các máy phát. Đối với áp và dòng hình sin thì công suất phản kháng đƣợc tính theo Q = U.I.sin  (6.7) Trong trƣờng hợp chung nếu một quá trình có chu kỳ với dạng đƣờng cong bất kỳ thì công suất tác dụng là tổng các công suất của các thành phần sóng hài.   P   Pk U k .I k . cos  k 1 k 1 (6.8) Hệ số công suất trong trƣờng hợp này đƣợc xác định nhƣ là tỉ số giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần: P kp  S (6.9) Khi dạng sóng hình sin thì: Kp = cos  (6.10) Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 69
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. 6.4.1 Đo công suất phản kháng trong mạch một pha: Có thể sử dụng các watmet điện động và sắt điện động để đo công suất phản kháng. Khác với công suất tác dụng, công suất phản kháng tỉ lệ với sin  . Muốn tạo đƣợc sin  ta phải làm sao tạo đƣợc góc lệch γ = π / 2 giữa véctơ dòng và áp của cuộn áp trong watmet. Cụ thể: cuộn áp của watmet đƣợc mắc song song một điện trở R1 (ở 2điểm a, b) và mắc nối tiếp cuộn với cuộn cảm L2 và điện trở R2. Với cách đó tạo rasự lệch pha giữa điện áp U và dòng Iu trong cuộn động của watmet là γ = π / 2 bằngcách lựa chọn các thông số của mạch thích hợp (H.10.17): Khi đó góc lệch α của watmet sẽ là :  U   k.I u .I . cos(   )  k. .I . sin   S.Q 2 ZT (6.11) với S = k/ZT là độ nhạy của watmet khi đo công suất phản kháng Q. Nhƣ vậy trong mạch một pha muốn đo công suất phản kháng bằng watmet thƣờng ta phải mắc thêm một số phần tử điện cảm và điện trở mới thực hiện đƣợc. Hình 6.1. Cách mắc watmét vào mạch và biểu đồ vectơ 6.4.2 Đo công suất phản kháng trong mạch 3 pha: Công suất phản kháng của mạch 3 pha có thể coi là tổng các công suất phản kháng của từng pha. Q  = UAΦ.IAΦ.sin  A + UBΦ.IBΦ.sin  B + UCΦ.ICΦ.sin  C (6.12) - Khi tải đối xứng: Q = 3UΦ.IΦ.sin  A = 3 Ud.Id.sin  (6.13) Sử dụng một watmet để đo đƣợc công suất phản kháng của mạch 3 pha tải đối xứng: thƣờng đƣợc mắc theo mạch (hình 6.2). Nếu cuộn dòng của watmet mắc vào pha A thì cuộn áp sẽ đƣợc mắc vào 2 pha B và C còn lại: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 70
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Hình 6.2. Sử dụng watmét để đo công suất phản kháng trong mạch 3 pha: Theo sơ đồ véctơ góc (IA,UBC) = 900 -  nên trong trƣờng hợp này công suất đo đƣợc sẽ là: PA = UBC.IA. cos (IA,UBC) = Ud.Id.cos(900 -  ) = Ud.Id.sin  = QA (6.14) Để xác định công suất phản kháng trong toàn mạch 3 pha ta nhân kết quả trên với 3 , tức là: Q  = 3 QA = 3 Ud.Id.sin  (6.15) Nhƣ vậy trong mạch đối xứng chỉ cần một watmet là có thể đo đƣợc công suất phản kháng trong toàn mạch 3 pha. Nhƣợc điểm của mạch này là chỉ cần một sự không đối xứng nhỏ thôi thì cũng mắc phải sai số lớn, cho nên trong thực tế ít sử dụng phƣơng pháp này. Sử dụng phƣơng pháp 2 watmet: ta có thể mắc mạch nhƣ (hình 6.3) nghĩa là cuộn áp không chung pha với cuộn dòng: Hình 6.3. Đo công suất trong mạch 3 pha bằng 2 watmét Tổng công suất của 2 watmet là: P1 + P2 = UBC.IA.cosβ1 +UAB.IC.cosβ2 (6.16) Phân tích hoạt động của mạch có phụ tải không đối xứng khá phức tạp, vì vậy ở đây giới hạn trong khuôn khổ một trƣờng hợp riêng: giả thiết rằng các góc lệch pha nhƣ nhau, tức là : β1 = β2 = 900 -  (6.17) từ đó suy ra : P1 + P2 = 2.Ud.Id.sin  (6.18) Để nhận đƣợc giá trị thực của công suất phản kháng trong toàn mạch ta chỉ cần nhân kết quả này với hệ số 3 /2 . Thực vậy: 3 Q= (P1 + P2) = 3 Ud.Id.sin  (6.19) 2 Tƣơng tự khi phụ tải của mạch nối theo hình tam giác ta cũng có kết quả nhƣ vậy. Khi tải không đối xứng: đối với mạch 3 pha phụ tải không đối xứng 3 dây hay 4 dây ta có thể sử dụng phƣơng pháp 3 watmet. Kết quả tổng công suất của 3 watmet đƣợc tính nhƣ sau: P1 + P2 + P3 = UBC.IA.cos γ1 +UCA.IB.cos γ2 + UAB.IC.cos γ3 (6.20) Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 71
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Theo sơ đồ véctơ ta có: γ1 = 900 -  1 ;γ2 = 900 -  2 ; γ3 = 900 -  3 (6.21) Nếu UAB = UBC = UCA = Ud thì: P1 + P2 + P3 = Ud.(IA.sin  1 + IB.sin  2 + IC.sin  3) (6.22) Công suất phản kháng tổng sẽ là: P1  P2  P3 U Q  = d .(IA.sin  1 + IB.sin  2 + IC.sin  3) (6.23) 3 3 Hình 6.4: Đo công suất phản kháng trong mạch 3 pha phụ tải không đối xứng 3 dây 6.5 Đo điện năng. Năng lƣợng trong mạch xoay chiều một pha đƣơc tính: ∫ ∫ (6.24) với: P = U.I.cos : là công suất tiêu thụ trên tải. t = t2– t1 : là khoảng thời gian tiêu thụ của tải. Dụng cụ để đo năng lƣợng là công tơ. Công tơ đƣợc chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng. Đo năng lƣợng trong mạch 3 pha: Cũng giống nhƣ trƣờng hợp đo công suất, đo năng lƣợng trong mạch 3 pha ta cũng sử dụng phƣơng pháp 1 công tơ, 2 công tơ, hay 3 công tơ một pha: - Trƣờng hợp sử dụng phƣơng pháp 1 công tơ khi mà phụ tải hoàn toàn đối xứng: năng lƣợng tổng bằng 3 lần năng lƣợng của một pha. - Trƣờng hợp sử dụng phƣơng pháp 2 công tơkhi phụ tải bất kỳ, và mạch chỉ có 3 dây: năng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 72
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. lƣợng tổng bằng tổng năng lƣợng của hai công tơ. - Trƣờng hợp sử dụng phƣơng pháp 3 công tơ khi mạch có 4 dây (nghĩa là tải hình sao có dây trung tính) và đặc tính của phụ tải có thể đối xứng hay không đối xứng: năng lƣợng tổng bằng tổng năng lƣợng của ba công tơ. Tuy nhiên trong thực tế ngƣời ta sử dụng công tơ 3 pha. Công tơ 3 pha có hai loại: - Loại 2 phần tử (dựa trên phƣơng pháp 2 công tơ) - Loại 3 phần tử (dựa trên phƣơng pháp 3 công tơ) 6.6 Đo hệ số công suất: cos. Có nhiều phƣơng pháp đo góc lệch pha: - Dựa vào cách biến đổi: phƣơng pháp biến đổi thẳng và phƣơng pháp biến đổi bù. Cách này đƣợc sử dụng khi ít nhiễu hay đúng hơn là tỉ sốgiữa tín hiệu trên nhiễu lớn. - Dựa vào cách lấy thông tin đo: phƣơng pháp sử dụng thông tin khi tín hiệu vƣợt qua một mức nhất định và phƣơng pháp dùng toàn bộ thông tin nhận đƣợc. Cách này đƣợc sử dụng khi tín hiệu có nhiễu lớn hay tỉ số giữa tín hiệu trên nhiễu nhỏ. Fazômét điện động: Dụng cụ để đo góc pha và hệ số cosϕ là fazômét. Thông thƣờng nhất là dụng cụ sử dụng cơ cấu chỉ thị lôgômét điện động Hình 6.5: Fazômét sử dụng cơ cấu chỉ thị lôgômét điện động Nguyên lý hoạt động: Điện áp U và dòng I qua phụ tải lệch pha với nhau một góc ϕ cần phải đo. độ lệch góc α của cơ cấu chỉ thị đƣợc xác định bởi góc ϕ. Bảng khắc độ đƣợc khắc theo đơn vị của góc ϕ hay hệ số cos ϕ. Nhƣợc điểm của loại fazômét này là chỉ đƣợc tính cho một cấp điện áp. Nếu thay đổi điện áp thì phải thay đổi điện trở R1và điện cảm L2 do đó dẫn đến thay đổi góc β. Ngoài ra sai số còn phụ thuộc vào tần số vì trong mạch có cuộn cảm. Để khắc phục sai số do tần số gây ra ta chia một cuộn thành hai cuộn nối song song với nhau. Một cuộn nối với điện dung C còn cuộn kia nối với điện cảm L Ví dụ: trong công nghiệp loại Fazômét Д5000 (của Nga) cấp chính xác 0,2 tần số 50-60Hz có thang đo ϕ= 0 ÷3600 , cosϕ= 0 ÷1. Fazômét điện tử: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 73
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Nguyên lý hoạt động:dựa trên việc phân biến đổi góc lệch pha trực tiếp thành dòng hay áp. Để đo góc lệch pha giữa hai điện áp hình sin ta thực hiện theo sơ đồ Hình 6.6: Fazô mét điện tử Đặc điểm:sai số của phép đo này cỡ ±(1÷2%) chủ yếu là do sự biến động của I mvà sai số của phép đo dòng trung bình Itb. Loại fazômét này thƣờng đƣợc sử dụng để để đo góc pha từ 0 ±1800 (3600), dải tần số 20Hz ÷200kHz Fazômét chỉ thị số: Hình 6.7. Fazô mét chỉ thị số: Nguyên lý hoạt động:dựa trên nguyên tắc biến đổi góc lệch pha thành mã: đầu tiên góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu đƣợc biến thành khoảng thời gian. Sau đó lấp đầy khoảng thời gian đó bằng các xung với các tần số đã biết trƣớc. Các fazômét dựa theo nguyên tắc này bao gồm bộ biến đổi góc pha thành khoảng thời gian, bộ biến đổi thời gian - xung, bộ đếm và chỉ thị số. Đặc điểm:sai số của phép đo này chủ yếu phụ thuộc vào độ không ổn định của f0và fX. Ngoài ra còn sai số của việc hình thành và truyền đi khoảng tXvà sai số do lƣợng tử hóa khoảng thời gian Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 74
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. tX. Nhƣợc điểm:là kết quả đo phụ thuộc vào tần số fX của tín hiệu cần đo. Tần số này rất khó giữ ổn định vì vậy fazômét loại này ít đƣợc sử dụng Đo góc pha bằng phƣơng pháp biến đổi bù. Nguyên lý của phƣơng pháp này nhƣ sau: góc lệch pha cần đo đƣợc so sánh với một góc lệch pha chuẩn ϕk do một bộquay pha tạo ra. Đây thực chất là phƣơng pháp so sánh: ϕX- ϕk= ∆ϕ Có hai phƣơng pháp so sánh là so sánh cân bằng và so sánh không cân bằng. + Khi so sánh cân bằng: thay đổi ϕk sao cho bằng ϕX tức là đạt đƣợc ∆ϕ= 0, suy ra kết quả ϕX= ϕk. (6.25) + Khi so sánh không cân bằng thì: ϕX= ϕk+ ∆ϕ (6.26) suy ra giá trị góc lệch pha cần đo ϕX bằng tổng của ϕk (ghi ở trên mặt bộ quay pha) và ∆ϕ (hiển thị ở bộ chỉ thị đo ∆ϕ). Hình 6.8: Đồng hồ đo hệ số công suất 6.7 Tần số kế. Tần số (f: frequency): đƣợc xác định bởi số các chu kỳ lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian. Tần số là một trong các thông số quan trọng nhất của quá trình dao động có chu kỳ. Chu kỳ (Time period, Time cycle): là khoảng thời gian nhỏ nhất mà giá trị của tín hiệu lặp lại độ lớn của nó (tức là thỏa mãn phƣơng trình u(t) = u(t + T) ). Quan hệ giữa tần số và chu kỳ của tín hiệu dao động là: 1 f[Hz] = T ( s) (6.27) Tần số góc tức thời (ω): đƣợc xác định nhƣ là vi phân theo thời gian của góc pha của tín hiệu, tức là: d  (t )  (6.28) dt Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 75
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Quan hệ giữa tần số góc tức thời và tần số là:  (t ) (t )  2f (t )  f (t )  2 (6.29) với f(t) là tần số tức thời. Đối với tín hiệu dao động điều hòa (tín hiệu hình sin) vì có góc pha biến đổi theo thời gian theo quy luật tuyến tính nên tần số góc tức thời là một hằng số:  (t ) = d  /dt = 0 = const (6. 30) Tần số f là một đại lƣợng không đổi: 1  f   (t )  0 2 2 (6.31) Khoảng tần số đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau nhƣ: vô tuyến điện tử, tự động hoá, vật lý thí nghiệm, thông tin liên lạc...với dải tần từ một phần Hz đến hàng nghìn GHz. Tần số kế: là dụng cụ để đo tần số. Ngoài ra còn có thể đo tỉ số giữa hai tần số, tổng của hai tần số, khoảng thời gian, độ dài các xung... Hình 6.8: Đồng hồ đo tần số Các phƣơng pháp đo tần số: việc lựa chọn phƣơng pháp đo tần số đƣợc xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đƣờng cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu tố khác. Để đo tần số của tín hiệu điện có hai phƣơng pháp: phƣơng pháp biến đổi thẳng và phƣơng pháp so sánh: 6.7.1 Đo tần số bằng phƣơng pháp biến đổi thẳng: Các tần số kế cơ điện tƣơng tự (tần số kế điện từ, điện động, sắt điện động): đƣợc sử dụng để đo tần số trong khoảng từ 20Hz ÷ 2,5kHz trong các mạch nguồn với cấp chính xác không cao (cấp chính xác 0,2; 0,5; 1,5; 2,5). Các loại tần số kế này nói chung hạn chế sử dụng vì tiêu thụ công suất khá lớn và bị rung. Các tần số kế điện dung tƣơng tự: để đo tần số trong dải tần từ 10Hz ÷ 500kHz, đƣợc sử dụng khi hiệu chỉnh, lắp ráp các thiết bị ghi âm và rađiô v.v... Tần số kế chỉ thị số: đƣợc sử dụng để đo chính xác tần số của tín hiệu xung và tín hiệu đa hài trong dải tần từ 10Hz ÷50GHz. Còn sử dụng để đo tỉ số các tần số, chu kỳ, độ dài các xung, khoảng thời gian. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 76
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. 6.7.2 Đo tần số bằng phƣơng pháp so sánh: Đƣợc thực hiện nhờ ôxilôscôp, cầu xoay chiều phụ thuộc tần số, tần số kế đổi tần, tần số kế cộng hƣởng: Sử dụng ôxilôscôp: đƣợc thực hiện bằng cách đọc trực tiếp trên màn hình hoặc so sánh tần số cần đo với tần số của một máy phát chuẩn ổn định (dựa trên đƣờng cong Lítsazua). Phƣơng pháp này dùng để đo tần số các tín hiệu xoay chiều hoặc tín hiệu xung trong dải tần từ 10Hz đến 20MHz. Tần số kế trộn tần: sử dụng để đo tần số của các tín hiệu xoay chiều, tín hiệu điều chế biên độ trong khoảng từ 100kHz ÷20GHz trong kĩ thuật vô tuyến điện tử. Cầu xoay chiều phụ thuộc tần số: để đo tần số trong khoảng từ 20Hz - 20kHz. Tần số kế cộng hƣởng: để đo tần số xoay chiều tần số tín hiệu điều chế biên độ, điều chế xung trong khoảng từ 50kHz ÷ 10GHz; thƣờng sử dụng khi lắp thiết bị thu phát vô tuyến. Trong những năm gần đây tần số kế chỉ thị số đƣợc sử dụng rộng rãi và còn cài đặt thêm µP để điều khiển và sử dụng kết quả đo nữa... 6.8 Đo công suất, điện năng bằng Walt met, công tơ điện 6.8.1 Đo công suất dùng Walt met Trong thực tế công suất thƣờng đo trực tiếp bằng watmet điện động và sắt điện động. Những dụng cụ đo này có thể do công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha tần số công nghiệp cũng nhƣ tần số siêu âm đến 15kHz. Hình 6.11: Một số hình ảnh về đồng hồ đo công suất Watmet chỉnh lƣu điện tử dùng điốt: có độ chính xác không cao (chủ yếu là do đặc tính của các điôt không giống nhau). Sai số cỡ ±1,5÷6%. Độ nhạy thấp, công suất tiêu thụ lớn. Dải tần tín hiệu khoảng vài chục kHz. Watmet dùng chuyển đổi Hall: đo công suất xoay chiều với tần số đến hàng trăm MHz. Ƣu điểm: không có quán tính, có cấu tạo đơn giản, bền, tin cậy. Nhƣợc điểm: có sai số do nhiệt độ lớn. Đo công suất bằng phƣơng pháp nhiệt điện: gồm watmet nhiệt điện và watmet nhiệt lƣợng kế. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 77
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Watmet nhiệt điện: có nguyên lý hoạt động gần giống watmet chỉnh lƣu điện tử, chỉ khác là thay thế các điôt bằng các chuyển đổi cặp nhiệt để tạo ra các bộ bình phƣơng. Hiệu điện thế động sinh ra ở các đầu tự do (đầu lạnh) của các chuyển đổi đƣợc đo bởi một milivônmet từ điện. Điện áp này tỉ lệ với công suất trung bình tiêu thụ trên một phụ tải.Ứng dụng của watmet nhiệt điện: thƣờng để đo công suất trong mạch có dòng và áp không phải hình sin, tần số có thể lên tới 1MHz; đo công suất trong mạch có sự chệnh lệch pha lớn giữa dòng và áp. Ngoài ra còn dùng để xác định sai số do tần số của các vônmet điện động. Watmet nhiệt lƣợng kế: đƣợc chế tạo theo nguyên tắc xác định công suất theo sự thay đổi nhiệt độ của môi trƣờng Hình 6.9. Sơ đồ nguyên lý của watmet nhiệt lƣợng kế Waltmet dựa trên phƣơng pháp độ rộng xung: Sai số của các waltmet sử dụng các cặp điều chế là độ dài của chu kì điều chế bị hạn chế. Điều này làm cho dải tần bị hạn chế. Hình 6.10. Sơ đồ và dạng sóng Watmet theo phƣơng pháp điều chế độ rộng xung Ví dụ: với T0 = 5μs và tần số của các tín hiệu vào là 10kHz thì sai số của watmet điều chế ĐRX–BĐX cỡ khoảng 0,1%. Ở Nhật Bản phƣơng pháp điều chế đã đƣợc sử dụng để chế tạo chuẩn đơn vị công suất điện trong khoảng tần số từ 40Hz đến 10.00Hz có độ chính xác cao với sai số hệ thống từ 0,01÷0,2%. 6.8.2 Đo năng lƣợng dùng công tơ điện. Dụng cụ đo năng lƣợng là công tơ. Công tơ đƣợc chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 78
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Công tơ một pha: Hình 6.12 : Hình ảnh công tơ điện 1 pha 2 dây và thông số Ý nghĩa thông số kỹ thuật - Nguồn áp 220V: điện áp định mức của công tơ. - Dòng 10(40)A: Dòng điện định mức của công tơ là 10A. Có thể sử dụng quá tải đến 40A mà vẫn đảm bảo độ chính xác. Nếu sử dụng quá 40A thì công tơ chạy không đảm bảo chính xác và có thể hỏng. - Vòng quay 450 vòng/kWh: Đĩa công tơ quay 450 vòng thì đƣợc 1kWh. 900 vòng/kWh, hoặc 225 vòng/kWh cũng tƣơng tự. - Cấp 2: Cấp chính xác của công tơ. Sai số 2% toàn dải đo. Tƣơng tự cho cấp 1, cấp 0.5. (Cấp càng nhỏ càng chính xác) - Tần số50Hz: Tần số lƣới điện Cấu tạo: gồm các bộ phận chính Cuộn dây 1 (tạo nên nam châm điện 1): gọi là cuộn áp đƣợc mắc song song với phụ tải. Cuộn này có số vòng dây nhiều, tiết diện dây nhỏ để chịu đƣợc điện áp cao. Cuộn dây 2 (tạo nên nam châm điện 2): gọi là cuộn dòng đƣợc mắc nối tiếp với phụ tải. Cuộn này dây to, số vòng ít, chịu đƣợc dòng lớn. Đĩa nhôm 3: đƣợc gắn lên trục tì vào trụ có thể quay tự do giữa hai cuộn dây 1, 2. Hộp số cơ khí: gắn với trục của đĩa nhôm. Nam châm vĩnh cửu 4: có từ trƣờng của nó xuyên qua đĩa nhôm để tạo ra mômen hãm. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 79
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Hình 6.13 : Sơ đồ cấu tạo công tơ điện 1 pha + Nguyên lý làm việc: khi có dòng điện I chạy trong phụ tải, qua cuộn dòng tạo ra từ thông Φ1 cắt đĩa nhôm hai lần. Đồng thời điện áp U đƣợc đặt vào cuộn áp sinh ra dòng Iu, dòng này chạy trong cuộn áp tạo thành hai từ thông: ΦU: là từ thông làm việc, xuyên qua đĩa nhôm ΦI: không xuyên qua đĩa nhôm do vậy mà không tham gia việc tạo ra mômen quay. Cách thức đấu nối đồng hồ đo điện năng 1 pha Hình 6.13 : Sơ đồ nối dây công tơ điện 1 pha Công tơ ba pha: Tƣơng tự nhƣ công to một pha nhƣng dùng để đo năng lƣợng công (kWh) dƣới lƣới điện xoay chiều 3 pha 4 dây. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 80
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. Hình 6.14: Hình ảnh tổng thể công tơ điện ba pha DT03P05 Sơ đồ đấu dây: Hình 6.15: Sơ đồ đấu dây công tơ điện ba pha. Ngày nay nhờ tiến bộ khoa học đắc biệt trong lĩnh vực viễn thông, các công tơ đã đƣợc tích hợp các tính năng cảnh báo nhƣ kết nối sai pha, đảo ngƣợc cực tính,..; ngăn ngừa các trƣờng hợp gian lận điện năng nhƣ can thiệp từ trƣờng bên ngoài, mở nắp đầu dây và vỏ công tơ. Đồng thời có thể đọc chỉ số công tơ từ xa bằng song vô tuyến và lƣu trữ vào bộ nhớ không bay hơi, cho phép đọc chỉ số trong trƣờng hợp mất điện áp lƣới. Tích hợp công nghệ RFSPIDER. Hệ thống đọc chỉ số công tơ từ xa qua sóng vô tuyến đƣợc tích hợp vào bên trong công tơ Nhân viên ghi điện sử dụng thiết bị cầm tay (Handheld Unit) để ghi chỉ số công tơ và in giấy Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 81
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. báo tiền điện mà không cần phải trèo trụ hay vào nhà khách hàng, cải thiện khâu giao tiếp khách hàng. Hình 6.16: Mô hình tính điện năng tiêu thụ hiện nay Số liệu ghi điện đƣợc cập nhật tự động vào Cơ sở dữ liệu khách hàng, loại bỏ đƣợc sai sót trong quá trình nhập liệu bằng tay, giúp cải thiện quy trình kinh doanh điện năng. Tích hợp công nghệ RFSPIDER, sẵn sàng cho việc thu thập dữ liệu công tơ tự động. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 82
Chƣơng 6: Đo công suất và điện năng. CÂU HỎI ÔN TẬP TỰ LUẬN Câu 1) Trình bày các biểu thức dùng để tính công suất một chiều DC. Câu 2) Trình bày các phƣơng pháp dùng để đo công suất AC một pha. Câu 3) Nêu các vấn đề cần lƣu ý khi đo công suất tải ba pha. Câu 4) Trình bày các biểu thức dùng để tính công suất phản kháng của tải 1 pha và 3 pha. Câu 5) Trình bày các phƣơng pháp dùng để đo điện năng. Câu 6). Đo hệ số công suất: cos cần phải thực hiện các lƣu ý nào nhằm hạn chế sai số Câu 7) Tần số kế là gì? Trình bày các loại tần số kế Câu 8) Trình bày các sơ đồ đấu mạch để đo điện năng 1 pha và 3 pha TRẮC NGHIỆM Câu 9) Biểu thức P = UIcos là dùng để tính a) Công suất tiêu thụ 1 pha b) Công suất tiêu thụ 1 pha c) Công suất biểu kiến 1 pha d) Công suất phản kháng 1 pha Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 83
Chƣơng 7: Dao động ký CHƢƠNG 7 : DAO ĐỘNG KÝ. (6 TIẾT) Máy hiện sóng điện tử hay còn gọi là dao động ký điện tử (electronic scilloscope) là một dụng cụ hiển thị dạng sóng rất thông dụng. Nó chủ yếu đƣợc sử dụng để vẽ dạng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian. Bằng cách sử dụng máy hiện sóng ta xác định đƣợc: + Giá trị điện áp và thời gian tƣơng ứng tín hiệu + Tần số dao động của tín hiệu + Góc lệch pha giữa hai tín hiệu + Dạng sóng tại mỗi điểm khác nhau trên mạch điện tử + Thành phần của tín hiệu gồm thành phần một chiều và xoay chiều nhƣ thế nào + Xác định thành phần nhiễu và nhiễu đó có thay đổi theo thời gian hay không Các thiết bị điện tử thƣờng đƣợc chia thành 2 nhóm cơ bản là thiết bị tƣơng tự và thiết bị số, máy hiện sóng cũng vậy. Máy hiện sóng tƣơng tự (Analog oscilloscope) sẽ chuyển trực tiếp tín hiệu điện cần đo thành dòng electron bắn lên màn hình. Điện áp làm lệch chùm electron một cách tỉ lệ và tạo ra tức thời dạng sóng tƣơng ứng trên hình. Trong khi đó, máy hiện sóng số (Digital osciloscope) sẽ lấy mẫu dạng sóng, đƣa qua bộ chuyển đổi tƣơng tự/số (ADC). Sau đó nó sử dụng các thông tin dƣới dạng số để tái tạo lại dạng sóng trên màn hình. Tùy vào ứng dụng mà ngƣời ta sử dụng máy hiện sóng loại nào cho phù hợp. Máy hiện sóng hiện nay đƣợc gọi là máy hiện sóng vạn năng vì không đơn thuần chỉ là hiển thị dạng sóng mà nó còn thực hiện đƣợc nhiều kỹ thuật khác nhƣ thực hiện hàm toán học, thu nhận thông tin và xử lý số liệu và thậm chí còn phân tích cả phổ tín hiệu ... Các nội dung chính trong chƣơng 7 7.1. Ống phóng điện tử. 7.2. Các khối chức năng trong dao động ký. 7.3. Đầu đo Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 84
Chƣơng 7: Dao động ký 7.1 Ống phóng điện tử. Dao động ký (electronic oscilloscope) là một dụng cụ hiển thị dạng sóng rất thông dụng. Nó chủ yếu đƣợc sử dụng để vẽ dạng của tín hiệu điện thay đổi theo thời gian. CRT là cụm viết tắt của Cathode-Ray Tube, có nghĩa là ống phóng điện tử chân không. 7.1.1 Cấu tạo ống phóng tia điện tử CRT (Cathode Ray Tube) : Màn hình CRT đƣợc cấu tạo từ một ống phóng điện tử và cụm màn hình bằng thuỷ tinh. Toàn bộ phần bên trong đƣợc hút chân không để đảm bảo rằng không có không khí thông thƣờng. Hình 7.1 Ống phóng chùm tia điện tử Bộ phận chính là súng phóng điện tử đƣợc đặt trong một ống phóng bằng thủy tinh đã hút khí tạo chân không, gồm: Catốt K Cực điều khiển tia điện tử ĐT Annốt A1 và A2 Bản cực điều chỉnh lệch phƣơng thẳng đứng Y Cặp bản cực điều chỉnh lệch phƣơng ngang X Các điện trở điều chỉnh R1và R2 Màn hình phủ huỳnh quang CRT là một ống chân không với các hệ thống điện cực và màn hùynh quang, chùm electron do katot phát ra sẽ đƣợc hƣớng tới màn hình theo sự điều khiển từ bên ngoài và làm phát sáng lớp photpho tại điểm chúng đập vào. Phần 3 cực (triot) gồm catot, lƣới và anot. Catot làm bằng niken hình trụ đáy phẳng phủ oxit để phát ra điện tử. Một sợi đốt nằm bên trong katot có nhiệm vụ nung nóng catot để tăng cƣờng thêm số điện tử phát xạ. Sợi đốt có điện thế khỏang 6,3v nhƣng catốt có điện thế xấp xỉ 2kv. Lƣới là một cốc niken có lỗ ở đáy bao phũ lấy catot. Thế của lƣới xấp xỉ từ 2kv đến 2,05kv để điều khiển dòng electron từ catot hƣớng đến màn hình. Khi thế của lƣới thay đổi sẽ điều chỉnh lƣợng electron bắn ra khỏi catot, tức làm cho điểm sáng trên màn hình có độ chói khác nhau. Vì vậy thành phân điều khiển thế của lƣới còn gọi là thành phần điều khiển độ chói. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 85
Chƣơng 7: Dao động ký Anot gồm 3 anot A1, A2, A3. Trong đó A1 có dạng hình trụ, một đầu hở và một đầu kín có lỗ ở giữa cho electron đi qua. A2 tiếp đất nên có thế dƣơng hơn catot, electron đƣợc gia tốc từ catot qua lƣới và anot đến màn hình. Các anot này đƣợc gói là các điện cực điều tiêu hay thấu kính điện từ. Vì các electron cùng mang điện tích âm nên chúng có xu hƣớng đẩy nha, nghĩa là chùm tia điện tử sẽ loe rộng ra và khi đập vào màn hùynh quang sẽ tao ra một vùng sáng, nghĩa là hình ảnh hiển thị bị nhòe. Nhờ có các điện cực điều tiêu, chùm electron sẽ bị hội tụ lại làm cho các electron hƣớng tới một điểm nhỏ trên màn hình, tức là hình ảnh hiển thị đƣợc rõ nét. A2 có thế 2kv để tạo ra các đƣờng đẳng thế làm cho các electron chuyển động qua anot có tốc độ ổn định. Phần 3 cực trên đôi khi còn đƣợc gọi là súng điện tử. Hình 7.2: Cấu trúc của CRT Hệ thống làm lệch (hay còn gọi là lái tia) Khi các tấm làm lệch ngang và đứng đƣợc tiếp đất hoặc không nối thì chùm electron có thể đi qua chúng và đập vào tâm màn hình. Khi đặt điện áp lên các tấm làm lệch thì các electron sẽ bị hút vào tấm có thế dƣơng và bị đẩy raxa khỏi tấm có thế âm. Để tác dụng của các điện áp làm lệch +/- Gây ra những khoảng lệch nhƣ nhau thì thế +e/2 phải đƣa vào một tấm và thế -E/2 đi vào tấm còn lại (với e là thế chênh lệch giữa hai tấm). Điện áp cần thiết để tạo ra một vạch chia độ lệch ở màn hình đƣợc gọi là hệ số làm lệch đứng của ống, đơn vị là (v/cm). Độ lệch do 1v tao ra trên màn hình gọi là độ nhạy lái tia, (cm/v). Ngoài ra, để tránh ảnh hƣởng của điện trƣờng giữa các cặp lái tia ngƣời ta đôi khi còn sử dụng một màn chắn cách điện giữa cắp lái tia ngang và cặp lái tia đứng. Màn hình của CRT đƣợc mạ một lớp photpho ở mặt trong của ống, khi chùm electron đập vào màn hình thì các electron bên trong lớp mạ sẽ chuyển lên mức năng lƣợng cao và khi trở về trạng thái bình thƣờng sẽ phát ra ánh sáng. Sự lƣu sáng của photpho khá dài từ vài ms đến vài s Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Trang 86

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.