Giáo trình mô đun Đo lường điện - Nghề: Điện công nghiệp, điện dân dụng, công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM

TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: ĐO LƯỜNG ĐIỆN

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP, ĐIỆN DÂN DỤNG,

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ

ĐỘNG HÓA

TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-TCDN ngày .....tháng..... năm... của..........

Hải Phòng, năm 2017

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được

phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh

thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

LỜI GIỚI THIỆU

Đo lường điện là mô đun nghiên cứu và thực hành các phương pháp đo, các

dụng cụ đo các đại lượng điện như: Điện áp, dòng điện, công suất, điện năng…

Giáo trꢀnh mô đun đo lường điện được biên soạn dựa trên các giáo trình và tài

liệu tham khảo đã có, và giáo trꢀnh này được dùng để giảng dạy và làm tài liệu tham

khảo cho sinh viên ngành điện dân dung, điện công nghiệp và công nghệ kỹ thuật điều

khiển và tự động hóa . Nội dung của giáo trꢀnh được trꢀnh bày trong 5 bài như sau

Bài 1 Đại cương về đo lường điện

Bài 2 Đo dòng điện

Bài 3 Đo điện áp

Bài 4 Sử dụng các loại máy đo điện thông dụng

Bài 5 Đo công suất

Giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết; rất mong các thầy cô giáo quan tâm

đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của

Mô đun nói riêng và ngành điện dân dung, điện công nghiệp và công nghệ kỹ thuật

điều khiển và tự động hóa cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung

Hải Phòng, ngày 09 tháng 10 năm 2017

Tham gia biên soạn

Chủ biên: Đặng Thị Thu Huyền

3

MỤC LỤC

TT

1

Nội dung

Trang

3

Lời giới thiệu

Mục lục

2

4

3

Danh mục bảng, biểu, hình ảnh

Nội dung

5

4

8

Bài 1: Đại cương về đo lường điện

Bài 2: Đo dòng điện

8

15

28

34

42

50

Bài 3: Đo điện áp

Bài 4: Sử dụng các loại máy đo điện thông dụng

Bài 5: Đo công suất

5

Tài liệu tham khảo

4

Danh mục hình vẽ

Tên hình vẽ

TT

1

Trang

9

Hình 1.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo biến đổi thẳng

Hình 1.2. Sơ đồ khối thiết bị đo kiểu so sánh

Hình 1.3. Cơ cấu chỉ thị từ điện

2

10

3

11

4

Hình 1.4. Cơ cấu chỉ thị điện từ cuộn dây dẹp(kiểu hút)và Cơ

cấu chỉ thị điện từ cuộn dây tròn(kiểu đẩy)

12

5

6

7

8

9

Hình 1.5. Cơ cấu chỉ thị điện động

13

14

15

16

Hình 1.6. Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

Hình 2.1. Bù sai số do nhiệt độ và mꢀ rộng thang đo

Hình 2.2. Mꢀ rộng thang đo của ampe mét điện từ

Hình 2.3. Ampemet điện động

a, Hai cuộn dây mắc nối tiếp. b, Hai cuộn dây mắc song song

10 Hình 2.4. Mắc ampe đo dòng điện mạch một chiều

17

18

11 Hꢁnh 2.5a,b,c,d: Shunt 100mV-10A; Shunt 75mV-20A; Shunt

100mV-20A; Shunt 100mV-20A

12 Hình 2.6. Cách mắc điện trꢀ Shunt

19

20

21

22

23

24

25

13 Hình 2.7. Mạch đo kiểu Shunt Ayrton

14 Hꢁnh 2.8. Hꢁnh ảnh biến dòng trên thꢂc tế

15 Hꢁnh 2.9. Kꢃ hiệu chiều luồn dây biến dòng

16 Hꢁnh 2.10. Sơ đồ nguyên lꢃ mắc biến dòng đo dòng 1 pha

17 Hꢁnh 2.11. Sơ đồ mắc biến dòng đo dòng 1 pha

18 Hꢁnh 2.12. Số vòng quấn cuộn sơ cấp

19 Hình 2.13. Đo dòng 3 pha đối xứng

20 Hình 2.14.Tay đo dòng

21 Hình 2.15. Đo dòng 3 pha không đối xứng

22 Hình 2.16. Hình ảnh ampe kìm thꢂc tế của hꢄng KIORITSU

5

Nhꢅt Bản

23 Hình 2.17. Ampe kìm model 200

26

27

28

29

24 Hình 2.18. Đo dòng xoay chiều bằng ampe kìm

25 Hình 3.1. Mắc thêm R_Pđể mꢀ rộng thang đo

26 Hình 3.2. Vôn mét từ điện đo điện áp xoay chiều:

a, Sơ đồ milivônmét chỉnh lưu; b, Sơ đồ vônmét chỉnh lưu

27 Hình 3.3. Mꢀ rộng thang đo vônmét điện từ

28 Hình 3.4. Cách nối các cuộn dây trong vônmét điện động

29 Hình 3.5. Mꢀ rộng thang đo của vônmét điện động

30 Hình 3.6. Dùng R_Pđể mꢀ rộng giới hạn đo

31 Hình 3.7. Mạch đo điện áp một chiều nhiều tầm đo

32 Hình 3.8. Mꢀ rộng thang đo bằng biến áp đo lường

33 Hình 3.9.Mắc vôn mét đo điện áp

29

30

31

32

33

34

36

37

38

39

40

41

42

34 Hình 3.10. Đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng

35 Hình 3.11. Tay đo vôn

36 Hꢁnh 3.12 Đo điện áp pha và điện áp dây

37 Hình 4.1. Mêgômmét từ điện

38 Hình 4.2. Kiểm tra đồng hồ mêgômmét

39 Hình 4.3. Đo cách điện giữa các cuộn dây

40 Hình 4.4. Đo cách điện giữa cuộn dây với vỏ

41 Hình 4.5.Mặt ngoài đồng hồ vạn năng

42 Hình 4.6. Đo điện xoay chiều bằng đồng vạn năng

43 Hình 4.7. Đo điện áp một chiều bằng đồng hồ vạn năng

44 Hình 4.8. Đo dòng điện một chiều bằng VOM

45 Hình 4.9. Chỉnh 0 đông hồ

46 Hình 4.10. Đo điện trꢀ

47 Hình 5.1. Mạch đo công suất dùng V-mét và A-mét

6

48 Hình 5.2. Đo công suất một chiều bằng Oatmét

49 Hình 5.3. Oát mét điện động

43

46

50 Hình 5.4. Hình ảnh thꢂc tế óat mét điện động

51 Hình 5.5. Sơ đồ dùng một Oátmét đo công suất mạch 3 pha đối

xứng

52 Hình 5.6. Sơ đồ dùng 2 Oátmét một pha đo công suất mạch ba

47

48

pha ba dây

53 Hình 5.7. Sơ đồ dùng Oátmét ba pha hai phần tử đo công suất

mạch ba pha ba dây

54 Hình 5.8. Sơ đồ dùng 3 Oátmét một pha đo công suất mạch ba

pha

55 Hình 5.9. Cuộn áp mắc trước

56 Hình 5.10. Cuộn áp mắc sau

48

7

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: Đo lường điện

Mã mô đun: MĐ.6510305.11; MĐ.6520227.12; MĐ.6520226.21

Thời gian của mô đun: 60 giờ. (Lý thuyết: 16 tiết; Thꢂc hành: 40 tiết; Kiểm tra: 04

tiết.)

Vị trí, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí:

+ Mô đun đo các đại lượng điện là mô đun cơ sꢀ của chuyên ngành điện;

+ Mô đun được bố trí sau khi học môn học Vꢅt liệu điện; Lý thuyết mạch điện

- Tính chất: Mô đun này cung cấp cho sinh viên ngành Điện những kiến thức

cơ bản về: Khái niệm về đo lường; Cơ sꢀ lý thuyết của kỹ thuꢅt đo, các phần tử cơ

bản của thiết bị đo, các phương pháp đo đại lượng điện được sử dụng trên tàu thủy và

trong công nghiệp.

-Ý nghĩa, vai trò của mô đun:

Mục tiêu của mô đun:

Sau khi học xong môn học này, người học có khả năng:

- Kiến thức:Trꢁnh bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu đo;

- Kỹ năng: Sử dụng được các dụng cụ đo để đo các thông số mạch điện; Đọc

và đánh giá được các chỉ số cơ bản trên đồng hồ đo; Ý thức được việc đọc chính xác

các thông số điện.

- Năng lꢂc tꢂ chủ và trách nhiệm: Thꢂc hiện đúng các quy định về an toàn lao

Nội dung của mô đun:

8

BÀI 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

MĐ.6510305.11.01; MĐ.6520227.12.01; MĐ.6520226.21.01

Giới thiệu:

Đo lường là sꢂ so sánh đại lượng chưa biết (đại lượng đo) với đại lượng đꢄ được

chuẩn hóa (đại lượng mẫu hoặc đại lượng chuẩn).

Như vꢅy công việc đo lường là nối thiết bị đo vào hệ thống được khảo sát và

quan sát kết quả đo được các đại lượng cần thiết trên thiết bị đo. Trong thꢂc tế rất khó

xác định ‘’ trị số thꢂc’’ của đại lượng đo. Vꢁ vꢅy trị số đo được cho bꢀi thiết bị đo

được gọi là trị số tin cây được (expected value).

Bất kỳ đại lượng đo nào cũng bị ảnh hưꢀng bꢀi nhiều thông số. Do đó kết quả đo

ít khi phản ánh đúng trị số tin cꢅy được. Cho nên có nhiều hệ số ảnh hưꢀng trong đo

lường liên quan đến thiết bị đo. Ngoài ra có những hệ số khác liên quan đến con

người sử dụng thiết bị đo. Như vꢅy độ chính xác của thiết bị đo được diễn tả dưới

hinh thức sai số.

Mục tiêu:

- Giải thích các khái niệm về đo lường, đo lường điện.

- Tính toán được sai số của phép đo, vꢅn dụng phù hợp các phương pháp hạn chế

sai số.

- Đo các đại lượng điện bằng phương pháp đo trꢂc tiếp hoặc gián tiếp.

- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, nghiêm túc trong công việc.

Nội dung chính:

1.Khái niệm về đo lường điện

1.1. Định nghĩa đo lường: Đo lường là một quá trꢁnh đánh giá định lượng về đại

lượng cần đo để có được kết quả bằng số so với đơn vị đo.

1.2. Các phương pháp đo

1.2.1. Phương pháp đo biến đổi thẳng

Là phương pháp đo có

cấu trúc kiểu biến đổi thẳng

không có khâu phản hồi.

Hình 1.1. Sơ đồ khối của thiết bị đo biến đổi thẳng

9

Trong đó: BĐ là bộ biến đổi; A/D là bộ chuyển đổi tương tꢂ sang số; SS là bộ so

sánh; CT là cơ cấu chỉ thị. Đại lượng cần đo X được đưa qua các khâu biến đổi thành

con số Nx. Đơn vị đo Xo cũng được biến đổi thành No sau đó so sánh giữa đại lượng

cần đo với đơn vị đo qua bộ so sánh. Kết quả đo được thể hiện bꢀi phép

chia Nx/No.

1.2.2. Phương pháp đo kiểu so sánh

Phương pháp này có sử dụng khâu hồi tiếp và có sơ đồ khối như hꢁnh bên. Trong đó:

SS là bộ so sánh; BĐ là bộ biến đổi; A/D là bộ chuyển đổi tương tꢂ sang số; D/A là

bộ chuyển đổi số sang tương tꢂ; CT là cơ cấu chỉ thị. Tín hiệu X được đem so sánh

với một tín hiệu X tỉ lệ với đại lượng mẫu Xo. Khi đó qua bộ so sánh ta có X = X –



k

X_k.

Hình 1.2. Sơ đồ khối thiết bị đo kiểu so sánh

1.3. Sơ đồ khối dụng cụ đo

1.3.1. Kiểu trực tiếp

Là cách đo mà kết quả nhꢅn được trꢂc tiếp từ một phép đo duy nhất. Nghĩa là kết

quả đo được chính là trị số của đại lượng cần đo mà không phải tính toán thông qua

bất kỳ một biểu thức nào. Nếu không tính đến sai số thꢁ trị số đúng của đại lượng cần

đo X sẽ bằng kết quả đo được A. Phương pháp đo trꢂc tiếp có ưu điểm là đơn giản,

nhanh chóng và loại bỏ được sai số do tính toán. Ví dụ: Vônmet đo điện áp, ampemet

đo cường độ dòng điện, oatmet đo công suất…

1.3.2.Kiểu gián tiếp

Là cách đo mà kết quả đo suy ra từ sꢂ phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng

cách đo trꢂc tiếp. Kết quả đo không phải là trị số của đại lượng cần đo, các số liệu cơ

sꢀ có được từ các phép đo trꢂc tiếp sẽ được sử dụng để tính ra trị số của đại lượng cần

đo thông qua một phương trꢁnh vꢅt lꢃ liên quan giữa các đại lượng này. Cách đo gián

tiếp mắc phải nhiều sai số do sai số của các phép đo trꢂc tiếp được tích luỹ lại. Vꢁ vꢅy

cách đo này chỉ nên áp dụng trong các trường hợp không thể dùng dụng cụ đo trꢂc

tiếp.

2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu đo thông dụng

10

2.1.Cơ cấu đo kiểu từ điện

2.1.1. Cấu tạo

Phần tĩnh : Nam châm vĩnh cữu, lõi sắt, cꢂc từ. Giữa cꢂc từ và lõi sắt có khe hꢀ

không khí hẹp.

Phần động : Khung dây được quấn bằng dây đồng, khung dây gắn trên trục, quay

trong khe hꢀ không khí. Ngoài ra còn một số bộ phꢅn khác như : trục, trụ, 2 lò xo

cản ꢀ hai đầu trục, kim chỉ …

2.1.2. Nguyên lꢀ hoạt động

Khi có dòng điện chạy trong khung

dây dưới tác động của từ trường nam

châm vĩnh cửu khung dây sẽ bị lệch

khỏi vị trí cân bằng ban đầu một góc là :

1

  B.S.W.I  K.I

D

Trong đó :

Hình 1.3. Cơ cấu chỉ thị từ điện

+ B là độ từ cảm của nam châm

+ S là diện tích của khung dây

+ W là số vòng dây của khung dây

+ I là dòng điện chạy trong khung dây

+ D là mô men cản riêng của lò xo phản kháng

+ K là hệ số không đổi

2.1.3. Đặc điểm và ứng dụng

Cơ cấu chỉ thị từ điện có độ nhạy khá cao, thang đo đều do góc lệch α tỉ lệ với

dòng điện đưa vào theo một hằng số K. Chỉ đo được dòng một chiều và phân biệt cꢂc

tính, muốn đo dòng xoay chiều thꢁ phải kết hợp với bộ chỉnh lưu. Được ứng dụng để

chế tạo Vônmet, Ampemet, Ohmmet nhiều thang đo với dải đo rộng.

2.2.Cơ cấu đo kiểu điện từ

2.2.1. Cấu tạo

Đối với loại cuộn dây dẹt: Phần tĩnh là một cuộn dây phẳng, bên trong có khe

11

hꢀ không khí. Phần động là một lõi thép được gắn trên trục quay, lõi thép có thể quay

tꢂ do trong khe hꢀ không khí.

Đối với loại cuộn dây tròn: Phần tĩnh là cuộn dây có mạch từ khép kín, bên trong

có khe hꢀ không khí và 1 lá thép cố định nằm trong lòng cuộn dây, gọi là lá tĩnh. Phần

động là một lá thép có khả năng di chuyển tương đối với lá tĩnh trong khe hꢀ không

khí, gọi là lá động. và lá động được gắn với trục quay.

Hình 1.4.a. Cơ cấu chỉ thị điện từ cuộn

dây dẹp(kiểu hút)

Hình 1.4.b. Cơ cấu chỉ thị điện từ cuộn

dây tròn(kiểu đẩy)

2.2.2. Nguyên lꢀ hoạt động

Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây tĩnh, trong lòng cuộn dây sẽ có một từ

trường. Đối với cuộn dây dẹt từ trường này hút lá thép vào trong lòng cuộn dây tĩnh,

còn đối với cuộn dây tròn thì từ trường sẽ từ hoá các lá thép, khi đó các lá thép trꢀ

thành các nam châm có cùng cꢂc tính nên đẩy nhau. Cả hai trường hợp trên sẽ làm

cho phần động quay đi một góc α.

1

dL

  

I ²

2.D d

(1.13)

+ D: mô men cản riêng của lò xo phản kháng

+ I : Dòng điện đưa vào cuộn dây

+ L: Giá trị điện cảm của cuộn dây

2.2.3. Đặc điểm và ứng dụng

Góc lệch

không phụ thuộc vào chiều của I, thang đo không đều vꢁ tỉ lệ với



I². Cơ cấu chỉ thị điện từ không cần phân biệt cꢂc tính cho dây đo, có thể được dùng

12

để chế tạo dụng cụ đo dòng một chiều và dòng xoay chiều như Vônmet, Ampemet tần

số công nghiệp nhưng độ chính xác thấp.

2.3.Cơ cấu đo kiểu điện động

2.3.1. Cấu tạo

Hình 1.5. Cơ cấu chỉ thị điện động

Cuộn dây tĩnh được chia làm 2 phần nối tiếp nhau (quấn cùng chiều) để tạo thành

nam châm điện khi có dòng chạy qua. Cuộn dây động quay trong từ trường được tạo

ra bꢀi cuộn tĩnh. Các cuộn dây có lõi làm bằng vꢅt liệu có độ từ thẩm cao để tạo ra từ

trường mạnh. Thông thường chúng sẽ được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh

hưꢀng của từ trường bên ngoài. Kim chỉ thị được gắn trên trục quay của phần động.

Lò xo phản kháng tạo mô men cản và các chi tiết phụ trợ khác.

2.3.2. Nguyên lꢀ hoạt động

Khi cho dòng điện vào các cuộn dây thꢁ từ trường của 2 cuộn dây tương tác với

nhau khiến cho cuộn động di chuyển và kim bị lệch đi khỏi vị trí 0.

dM₁₂

1

  .I₁.I₂.

D

(1.15)

d

+ I₁, I₂: Hai dòng điện đưa vào các cuộn dây

+ M₁₂: Hꢆ cảm giữa hai cuộn dây tĩnh và động

2.3.3. Đặc điểm và ứng dụng

Vꢁ góc lệch không tỉ lệ tuyến tính với dòng cần đo nên thang đo của cơ cấu điện

động là thang đo không đều. Cơ cấu điện động có thể được sử dụng để đo dòng xoay

chiều và một chiều. Tuy nhiên nó có độ nhạy kém và tiêu thụ công suất khá lớn.

2.4.Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

13

2.4.1. Cấu tạo

Phần tĩnh: Gồm các cuộn dây 2 và 3 có cấu tạo để khi có dòng điện chạy trong

cuộn dây sẽ sinh ra từ trường móc vòng qua mạch từ và qua phần động.

Phần động: Gồm đĩa nhôm gắn trên trục quay, quay quanh trụ đỡ.

Hình 1.6. Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

2.4.2. Nguyên lꢀ hoạt động: Dꢂa trên sꢂ tác động tương hꢆ giữa từ trường xoay chiều

và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa nhôm làm cho đĩa nhôm quay. Mômen quay được

tính theo biểu thức: M_q= C f Ф₁Ф₂sinψ

Với: C là hằng số

f là tần số của dòng điện I₁, I₂

ψ là góc lệch pha giữa I₁, I₂

Ф1, Ф2 la các từ thông sinh ra khi cho các dòng điện vào các khung dây.

2.4.3. Đặc điểm và ứng dụng

Cơ cấu này chỉ làm việc trong mạch xoay chiều. Nhược điểm là mômen quay phụ

thuộc vào tần số nên cần phải ổn định tần số. Chủ yếu để chế tạo công tơ đo năng

lượng.

14

BÀI 2. ĐO DÒNG ĐIỆN

MĐ.6510305.11.02; MĐ.6520227.12.02; MĐ.6520226.21.02

Giới thiệu:

Dòng điện là một trong các thông số của mạch điện mà thường xuyên được đo

và kiểm tra tùy theo từng mục đích khác nhau trong từng trường hợp cụ thể. Có

những trường hợp dòng điện được đo để chỉ bóa bằng các đồng hồ dòng. Nhưng cũng

có những trường hợp dòng điện được đo để phục vụ cho việc bảo vệ hệ thống tránh

khỏi các sꢂ cố như ngắn mạch, quá tải, …Việc nắm bắt được các dụng cụ đo, cách

chọn và cách sử dụng chúng là một điều quan trọng đối với những một người thợ

điện.

Mục tiêu:

- Trꢁnh bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc điểm của am-pe-mét kiểu từ

điện, kiểu điện từ.

- Chọn đúng các loại am pe mét phù hợp yêu cầu công việc đo.

- Sử dụng thành thạo các loại am-pe-mét để đo dòng điện một chiều và xoay

chiều.

Nội dung chính:

1. Cấu tạo, đặc điểm, nguyên lý hoạt động của các am pe mét

1.1.Am pe mét từ điện

Chế tạo dꢂa trên cơ cấu chỉ thị từ điện, có đặc điểm là rất nhạy, tiêu thụ ít năng lượng

nên thường dùng để chế tạo ampemet có cấp chính xác (1,5; 1; 0,5; 0,2; 0,05). Đối với

ampemet từ điện, khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho điện trꢀ của cuộn dây thay đổi dẫn

tới sai số. Để giảm sai số người ta thường dùng phương pháp bù nhiệt, tức là dùng

một nhiệt điện trꢀ có hệ số nhiệt điện trꢀ âm mắc nối tiếp trong mạch của ampemet, vì

vꢅy sẽ làm cho điện trꢀ của ampemet gần như không thay đổi theo nhiệt độ. R_Tlà

nhiệt điện trꢀ âm, thường là nhiệt điện trꢀ bán dẫn.

Hình 2.1. Bù sai số do nhiệt độ và mở rộng thang đo

15

Ampemet từ điện chỉ có thể đo dòng điện một chiều nhỏ từ 20mA ÷ 100mA. Do đó

khi đo dòng điện lớn hơn thì phải mꢀ rộng thang đo bằng điện trꢀ sun.

1.2. Am pe mét điện từ

Được chế tạo dꢂa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. Loại này có độ chính xác thấp

hơn nhưng nó bền chắc, dễ sử dụng và rẻ tiền nên được sử dụng rộng rꢄi hơn trong

công nghiệp. Ampemet điện từ có thể đo được cả dòng một chiều và dòng xoay chiều

nhưng chủ yếu là đo dòng xoay chiều. Có nhiều loại ampemet điện từ, chúng giống

nhau về nguyên lý làm việc song chỉ khác nhau về hình thức, số vòng dây và kích

thước cuộn dây đặt ꢀ phần tĩnh. Mꢆi cơ cấu điện từ được chế tạo với số Ampe và số

vòng nhất định.

Ví dụ: Cuộn dây tròn có IW = 200A vòng, cuộn dẹp có IW = 100÷150A vòng. Do đó

khi mꢀ rộng thang đo chỉ cần thay đổi sao cho IW là hằng số, bằng cách chia đoạn

dây thành nhiều đoạn bằng nhau và thay đổi cách nối ghép các đoạn đó để đo dòng

điện nhỏ, điện trung bꢁnh, dòng điện lớn.

Hình 2.2. Mở rộng thang đo của ampe mét điện từ

1.3. Am pe mét điện động có cấu tạo phức tạp và đắt tiền nên chỉ dùng trong những

trường hợp cần độ chính xác cao, hoặc tín hiệu đo có tần số cao hơn.

a,

b,

Hình 2.3. Ampemet điện động

a, Hai cuộn dây mắc nối tiếp. b, Hai cuộn dây mắc song song

16

Sai số tần số trong dải từ một chiều tới 3000Hz được xem như không đáng kể. Với

các ampemet điện động khi dòng định mức I ≤ 0,5A thì cuộn dây động và cuộn dây

tĩnh nối tiếp nhau, còn khi dòng định mức lớn hơn thꢁ cuộn dây động và cuộn dây tĩnh

mắc song song với nhau.

2. Phương pháp mở rộng giới hạn đo

2.1. Dùng điện trở shunt

2.1.1. Giới thiệu về điện trở Shunt và cách tính

2.1.1.1. Giới thiệu về điện trở Shunt

Cơ cấu chỉ thị từ điện dùng chế tạo các ampemet cho mạch một chiều. Khung

dây được quấn bằng dây đồng có kích thước nhỏ từ 0,02 ÷ 0,04 mm. Vì vꢅy dòng điện

chạy qua khung dây thông thường chỉ nằm trong khoảng 20mA÷100mA. Khi cần đo

dòng điện lớn hơn ta phải dung điện trꢀ Shunt. Đó là điện trꢀ được chế tạo bằng hợp

kim của maganin có độ ổn định cao so với nhiệt độ. Sau đây là một vài hꢁnh ảnh về

điện trꢀ Shunt trên thꢂc tế:

Hꢀnh 2.5b. Shunt 75mV-20A

Hꢀnh 2.5a. Shunt 100mV-10A

Hꢀnh 2.5c. Shunt 100mV-20A

Hꢀnh 2.5d. Shunt 100mV-20A

Trên điện trꢀ Shunt thường có các thông số sau:

17

+ Dòng điện định mức trên hai cꢂc dòng, ví dụ: 100A; 200A; 10A; 20A;…

+ Điện áp định mức trên hai cꢂc áp, vị dụ: 50mV; 75mV; 100mV;…

+ Cấp chính xác của điện trꢀ Shunt, ví dụ: 0.2; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; …

Trên hꢀnh 2.5a là hꢁnh ảnh của một điện trꢀ Shunt có dòng điện chạy trên 2 cꢂc

dòng thay đổi từ 0÷10A thꢁ điện áp ra trên 2 cꢂc áp sẽ là từ 0÷100mV. Trên hꢀnh 2.5b

là điện trꢀ Shunt có dòng trên 2 cꢂc dòng từ 0÷20A thꢁ điện áp trên 2 cꢂc áp từ

0÷75mV. Tưng tꢂ như trên đối với 2 hꢁnh còn lại (2.5c và 2.5d).

2.1.1.2. Cách tꢁnh điện trở Shunt

Giá trị của điện trꢀ Sun mắc vào được tính theo công thức sau:

R_m

I_AR_m

R_S

=

n 1

I  I_A

Trong đó: R_Slà giá trị của điện trꢀ Shunt

R_mlà nội trꢀ của cơ cấu đo

I

n 

là hệ số mꢀ rộng thang đo dòng

I_A

I là dòng điện cần đo hay giá trị dòng điện cần mꢀ rộng

I_Alà dòng điện lớn nhất mà cơ cấu có thể đo được (I_max)

Khi biết R_m, dòng điện định mức lệch toàn thang đo I_A, dòng cần đo I, ta có thể

tính được n, từ đó tính được R_S. Một ampemet một chiều có thể có nhiều giới hạn đo,

thay đổi giới hạn đo bằng cách thay đổi giá trị R_S.

2.1.2. Sơ đồ mắc điện trở Shunt

18

Hình 2.6. Cách mắc điện trở Shunt

2.1.3. Thực hành tꢁnh điện trở Shunt

Ví dụ1: Tính điện trở Sun cho một tải có dòng cần đo là I = 10kA. Biết dòng

định mức qua cơ cấu là I_A= 20mA, điện trở cơ cấu là R_m= 1Ω.

Bài làm:

10.10³

20.10^3

I

n 

=

= 5.10⁵

I_A

R_m

1

=> R_S=

=

= 2.10^-6(Ω)

n 1 5.10⁵1

Có thể dùng cách chuyển đổi tầm đo theo kiểu Shunt Ayrton như hꢁnh 2.7.

Mạch đo kiểu Shunt Ayrton có 3 tầm đo 1, 2, 3:

-Khi khóa K ꢀ vị trí 1: tầm đo nhỏ nhất.

+ Điện trꢀ Shunt ꢀ vị trí 1: R_S1= R₁+ R₂+ R₃

+Nội trꢀ của cơ cấu là R_m

-Khi khóa K ꢀ vị trí 2:

+ Điện trꢀ Shunt ꢀ vị trí 2:

R_S2= R₁+ R₂

+Nội trꢀ của cơ cấu là R_m+ R₃

Hình 2.7. Mạch đo kiểu Shunt Ayrton

-Khi khóa K ꢀ vị trí 3:

+ Điện trꢀ Shunt ꢀ vị trí 3: R_S3= R₁

19

+ Nội trꢀ của cơ cấu là R_m+ R₃+ R₂

2.2.Dùng máy biến dòng

2.2.1. Giới thiệu máy biến dòng và cách tính

2.2.1.1. Giới thiệu máy biến dòng

Biến dòng là một biến áp mà thứ cấp được ngắn mạch, sơ cấp nối tiếp với mạch

có dòng điện chạy qua. Nếu biến dòng lꢃ tưꢀng và không có tổn hao thꢁ:

I₂W₁

K_I



I₁W₂

Với I₁, I₂là dòng qua cuộn sơ cấp và thứ cấp. W₁, W₂là số vòng dây của cuộn sơ cấp

và thứ cấp. Biến dòng được sử dụng nhằm lấy được dòng nhỏ ꢀ bên thứ cấp tỉ lệ với

bên sơ cấp nên số vòng dây W₂lớn hơn rất nhiều so với số vòng dây W₁. Lõi biến

dòng thường được làm bằng thép silic hꢁnh chữ E, O hay



có tiết diện dây quấn lớn

hơn và số vòng nhỏ hơn biến áp động lꢂc, dây quấn được bọc bằng epoxy đảm bảo

cách điện cao, chịu ẩm tốt.

Biến dòng cần có tổn hao lõi thép nhỏ và điện trꢀ tải (R₀) càng nhỏ càng tốt. Do

đó cuộn sơ cấp có tiết diện to và ít vòng, đôi khi không có cuộn sơ cấp. Còn cuộn thứ

cấp có tiết diện nhỏ và số vòng dây thꢁ nhiều. Biến dòng hạ thế được chế tạo với điện

áp ≤ 1000V; dòng sơ cấp định mức từ 50 ÷ 10.000A; dòng thứ cấp định mức là 1A

hoặc 5A; cấp chính xác là 0.5 hoặc 1.0. Cuộn thứ cấp thường nối đất để tránh trường

hợp cuộn thứ cấp hꢀ mạch gây ra điện áp cꢂc lớn (tới hàng kV) vꢁ thꢂc chất biến dòng

là một biến áp tăng áp. Một số hꢁnh ảnh biến dòng trên thꢂc tế H 2.8

20