90
Trên sơ đồ r1 là điện trở Shunt. Ta biết với một bán dẫn dòng điện tỷ
lệ với bình phương điện áp tức là
Từ đó ta có:
Lúc đó giá trị trung bình của điện áp rơi trên điện trở ra là:
Tương tự, nếu trên phần tử B2 xuất hiện điện áp Ub với giá trị hiệu
dụng Ub lúc đó ta cũng có:
Từ hình vẽ ta có:
91
Trên thực tế thường chọn ra = rb = r, lúc đó điện áp trên mV sẽ bằng
Chú ý: Wattmet này sử dụng trong dải tần rất rộng, tới hàng nghìn
Hz có sai số từ 1 ÷ 3 % và tiêu thụ một công suất rất nhỏ.
4.3.1. Đo năng tương tác dụng bằng công tơ cảm ứng một pha
Có rất nhiều cách đo năng lượng, song công tơ cảm ứng một pha
được ứng dụng rộng rãi nhất trong kỹ thuật vì mômen quay lớn, độ làm
việc tin cậy, sai số nằm trong phạm vi cho phép.
4.1.3.1. Cấu tạo
Cấu tạo của công tơ một pha như Hình 4.8 gồm hai nam châm điện A
và B.
- Nam châm điện A gọi là cuộn dòng, thường được cuốn bằng dây có
kích thước lớn, ít vòng và cho dòng phụ tải trực tiếp chạy qua hoặc nối
với thứ cấp của máy biến dòng điện.
- Nam châm điện B được gọi là cuộn áp, thường được cuốn bằng đây
có kích thước nhỏ, rất nhiều vòng, đặt trực tiếp lên điện áp lưới hoặc nối
92
với thứ cấp của biến điện áp đo lường.
- Đĩa nhôm Đ được kẹp cứng trên trục quay, ngoài ra còn nam châm
vĩnh cửu M, thanh dẫn từ G và hệ thống cơ cấu đếm.
4.1.3.2. Nguyên lý làm việc
Xét khi cuộn dòng có dòng điện xoay chiều i chạy qua sẽ xuất hiện từ
thông φi xuyên qua đĩa nhôm hai lần, khi đặt điện áp xoay chiều u lên
cuộn áp sẽ tạo ra dòng điện iu chậm pha hơn so với điện áp một góc 90o.
Dòng iu sinh ra từ thông φu. Từ thông φu gồm hai thành phần:
+ φup chỉ khép mạch qua mạch từ cuộn áp gọi là từ thông phụ;
+ φuc xuyên qua đĩa nhôm gọi là từ thông làm việc.
φi và φuc sẽ cảm ứng trên đĩa nhôm những dòng điện xoáy. Theo
nguyên lý của cơ cấu chỉ thị cảm ứng, địa nhôm sẽ chịu tác dụng của
mômen quay được xác định:
với ψ là góc lệch pha giữa hai từ thông φi và φuc
Ta coi mạch từ chưa bão hoà, nên từ thông φi tỷ lệ với I:
φi = c1.I
với c1 = const.
Ta coi tần số là không đổi nên φuc tỷ lệ với U:
φuc = c2.U
với c2 = const.
vậy mômen quay được tính:
Mq = Kfc1c2UIsinψ = K1UIsinψ với K1 = Kfc=1c2
Ta xét hai trường hợp:
* Trường hợp lý tưởng
Coi các từ thông trùng pha với dòng điện kích thích tương ứng, ta có
đồ thị véc tơ như Hình 4.9.
93
Từ đồ thị véc tơ ta thấy:
với ϕ là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trên tải. Vậy:
* Trường hợp thực tế
Các từ thông này đều chậm pha hơn so với dòng điện kích thích
tương ứng một góc nào đó (tuy khá nhỏ). Ta có đồ thị véc tơ như Hình
4.10
Ta xét góc:
94
với α1 là góc lệch pha giữa dòng điện và φ1 và I. Vậy
Do vậy ta phải điều chỉnh góc ai sao cho thoả mãn điều kiện trên.
Khi có mômen quay đĩa nhôm sẽ gia tốc tới tốc độ rất lớn nếu không
có gì cản lại, vì vậy người ta đặt nam châm vĩnh cửu M để tạo ra mômen
hãm.
Khi đĩa nhôm quay cắt ngang từ trường của nam châm vĩnh cửu, trên
đĩa nhôm xuất hiện những dòng điện xoáy, những dòng điện này lại tác
dụng với chính từ trường của nam châm vĩnh cửu tạo ra mômen hãm:
Đĩa nhôm quay ở tốc độ ổn định khi cân bằng hai mômen, do đó ta
có:
Tích phân hai vế ta có:
Vế trái của phương trình tỷ lệ với năng lượng mà phụ tải tiêu thụ qua
công tơ trong khoảng thời gian từ t1 đến t2 còn vế phải tỷ lệ với lượng
góc quay của đĩa nhôm cũng trong khoảng thời gian đó. Ta có: