Giáo trình mô đun tích hợp Đo lường điện (MĐ14) - Nghề: Vận hành nhà máy thủy điện
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN TÍCH HỢP: ĐO LƯỜNG ĐIỆN (MĐ14)
NGHỀ: VẬN HÀNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-CĐLC ngày ......tháng....năm
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Lào Cai
Lào Cai, năm 2020
2
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.
3
LỜI GIỚI THIỆU
Đo lường điện là mô đun nghiên cứu các cơ cấu đo, các đại lượng vật lý: đại
lượng điện: điện áp, dòng điện, công suất… Giáo trình Đo lường Điện được biên soạn
dựa trên các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay, được dùng làm tài liệu
giảng dạy và học tập Mô đun Đo lường điện cho sinh viên ngành: Vận hành nhà máy
thủy điện; dùng làm tài liệu tham khảo để giảng dạy và học tập cho sinh viên các ngành
Điện công nghiệp; Điện dân dụng; Cơ điện nông thôn...
Cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về kỹ thuật đo
lường trong ngành điện. Mô tả cấu tạo các dụng cụ đo, nguyên lý đo và phương pháp đo
các thông số. Trên cơ sở đó, người học biết cách sử dụng dụng cụ đo và xử lý kết quả đo
trong công việc sau này.
Giáo trình gồm 6 bài:
Bài 1: Tính toán đo lường điện
Bài 2: Nhận biết các cơ cấu chỉ thị cơ điện
Bài 3: Đo dòng điện và điện áp
Bài 4: Đo công suất tác dụng và điện năng
Bài 5: Đo góc pha và tần số
Bài 6: Sử dụng các máy đo thông dụng
Trong quá trình biên soạn, tôi được các đồng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến, mặc
dù cố gắng sửa chữa, bổ sung cho cuốn sách được hoàn chỉnh hơn, song chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế.
Mong nhận được các ý kiến đóng góp của bạn đọc.
Lào Cai, ngày 11 tháng 3 năm 2020
Biên soạn
Chủ biên: Nguyễn Thị Thanh Tú
4
MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU..........................................................................................................3
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN...............................................................................................6
MỤC LỤC.....................................................................................................................4
1. Khái niệm đo lường và đo lường điện ...................................................................7
1.1. Khái niệm đo lường .........................................................................................7
1.2 Khái niệm đo lường điện ..................................................................................7
2. Các sai số và cách tính sai số .................................................................................7
2.1 Khái niệm sai số................................................................................................7
2.3. Cách hạn chế sai số..........................................................................................9
2.4. Hệ đơn vị đo.....................................................................................................9
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT........................................................................12
1. Cơ cấu chỉ thị từ điện ........................................................................................12
1.1 Cấu tạo ............................................................................................................12
1.2 Nguyên lý làm việc.........................................................................................13
1.3 Đặc điểm và ứng dụng....................................................................................13
2. Cơ cấu chỉ thị điện từ ...........................................................................................14
2.1 Cấu tạo ............................................................................................................14
2.2 Nguyên lý làm việc.........................................................................................15
2.3 Đặc điểm và ứng dụng....................................................................................15
3. Cơ cấu chỉ thị điện động ......................................................................................16
3.1 Cấu tạo ............................................................................................................16
3.2 Nguyên lý làm việc.........................................................................................17
3.3 Đặc điểm và ứng dụng....................................................................................17
4. Cơ cấu chỉ thị cảm ứng ........................................................................................17
4.1. Cấu tạo...........................................................................................................18
4.2 Nguyên lý làm việc.........................................................................................18
4.3 Đặc điểm và ứng dụng....................................................................................19
BÀI TẬP......................................................................................................................20
BÀI 3: ĐO DÒNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN ÁP.....................................................................21
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT........................................................................21
1. Đo dòng điện và điện áp một chiều...................................................................21
1.1 Đo dòng điện một chiều..............................................................................21
1.2 Đo điện áp một chiều......................................................................................24
2. Đo dòng điện và điện áp xoay chiều....................................................................27
2.1 Đo dòng điện xoay chiều ................................................................................27
2.2 Đo điện áp xoay chiều ....................................................................................30
5
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT........................................................................37
1. Đo công suất tác dụng..........................................................................................37
1.1 Đo công suất mạch 1 pha................................................................................37
1.2 Đo công suất tác dụng mạch 3 pha.................................................................39
2. Đo điện năng ........................................................................................................41
2.1 Đo điện năng mạch 1 pha...................................................................................41
2.2 Đo điện năng mạch 3 pha ...............................................................................47
BÀI 5: ĐO GÓC PHA VÀ TẦN SỐ...........................................................................58
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT........................................................................58
1. Đo góc pha ...........................................................................................................58
1.2. Phương pháp dùng fa zô mét chỉ thị số. ........................................................60
2. Đo tần số ..............................................................................................................62
2.1. Tần số kế điện động.......................................................................................62
2.2. Tần số kế chỉ thị số ........................................................................................66
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT........................................................................71
1. Sử dụng vom......................................................................................................71
1.1 Cấu tạo chung .................................................................................................71
1.2. Sử dụng và bảo quản vom .............................................................................72
2. Sử dụng mê gôm mét (mΩ) .................................................................................76
2.1 Cấu tạo chung .................................................................................................76
2.2. Sử dụng và bảo quản mΩ ..............................................................................77
3. Sử dụng tê ra Ω ....................................................................................................78
3.1 Cấu tạo chung .................................................................................................79
3.2 Sử dụng và bảo quản.......................................................................................79
4. Sử dụng ampe kìm, pan me số .............................................................................80
4.1 Am pe kìm ......................................................................................................80
6
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Mã mô đun: MĐ14
VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN:
- Vị trí: Mô đun Đo lường điện được bố trí giảng dạy sau môn học Kỹ thuật
điện; Vẽ điện; Khí cụ điện.
- Tính chất: Là mô đun kỹ thuật chuyên môn nghề.
MỤC TIÊU MÔ ĐUN:
* Kiến thức:
- Mô tả được khái niệm về đo lường, đo lường điện, hệ đơn vị đo, các sai số, nguyên
nhân và cách khắc phục.
- Mô tả được cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của một số dụng cụ đo điện
thông dụng.
- Vẽ được sơ đồ nguyên lý một số mạch đo: đo dòng điện, điện áp, công suất, điện
năng…
* Kỹ năng:
- Lắp được mạch đo dòng điện, điện áp, công suất…và đọc được kết quả đo.
- Sử dụng được các loại máy đo để kiểm tra, phát hiện hư hỏng của thiết bị/hệ
thống điện.
- Sử dụng được một số loại máy đo chuyên dụng như: VOM, MΩ, TêraΩ (máy
đo điện trở đất), máy biến áp đo lường…
* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Có đạo đức, lương tâm nghề nghiệp, có ý thức kỹ luật và tác phong công
nghiệp;
- Đảm bảo an toàn và tiết kiệm trong học tập;
- Yêu nghề, có ý thức học tập để nâng cao trình độ, đáp ứng yêu cầu công việc.
- Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức
tạp trong điều kiện làm việc thay đổi;
- Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu
trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhóm;
7
BÀI 1: CƠ SỞ CHUNG VỀ KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
MỤC TIÊU
-Trìnhbàyđượckháiniệmđolường,đolườngđiện,đơnvịđo,saisố,cáchhạnchếsaisố...
-Nhậnbiếtmộtsốdụngcụđothôngquađơnvịđo.Tínhtoánđượccácsaisốtrongphépđo.
- Rèn luyện tính chủ động, tư duykhoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an
toàn
PHẦN 1: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT
1. KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN
1.1. KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG
Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng đại lượng cần đo để có giá trị
kết quả bằng số so với đơn vị đo của đại lượng đó.
Ví dụ: Nếu đại lượng cần đo là X và đơn vị của đại lượng là X0 thì kết quả đo
lường là Ax (giá trị bằng số):
X
Ax
X Ax.X0
(1-1)
X0
1.2 KHÁI NIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỆN
Là quá trình dùng dụng cụ, thiết bị đo để đo các đại lượng điện khác nhau như
dòng điện, điện áp, công suất, điện năng…
2. CÁC SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH SAI SỐ
2.1 KHÁI NIỆM SAI SỐ
Khi đo chỉ số của dụng cụ đo cũng như kết quả tính toán luôn có sự sai lệch với
giá trị thực của đại lượng cần đo. Lượng sai lệch này gọi là sai số.
2.2 CÁC LOẠI SAI SỐ VÀ CÁCH TÍNH SAI SỐ
2.2.1 Các loại sai số
a, Khái niệm
- Sai số đo: độ lệch của kết quả đo khỏi giá trị thực của đại lượng đo. Sai số
càng lớn thì độ chính xác của phép đo càng giảm và ngược lại.
- Giá trị thực: giá trị thực của đại lượng đo phản ánh đúng đắn nhất thuộc tính
của đối tượng đo cả về lượng cũng như về chất.
Giá trị thực không phụ thuộc phương tiện đo, phương pháp đo xác định chúng và
là chân lý cần đạt tới. Thực tế giá trị thực không biết được nên phải thay bằng giá trị
thực tế
- Giá trị thực tế: giá trị tìm được bằng thực nghiệm và có xu thế tiệm cận với
giá trị thực.
b, Phân loại sai số
- Theo quy luật thay đổi của sai số đo
+ Sai số hệ thống: là sai số cơ bản mà giá trị của nó luôn không đổi, hoặc thay
đổi có quy luật. Sai số này về nguyên tắc có thể thay đổi được.
8
Nguyên nhân: Do quá trình chế tạo dụng cụ đo như ma sát, khắc vạch trên
thang đo ...
+ Sai số ngẫu nhiên: Là sai số mà giá trị của nó thay đổi một cách ngẫu nhiên
do sự thay đổi của môi trường bên ngoài (người sử dụng, môi trường nhiệt độ thay
đổi, chịu ảnh hưởng của từ trường, điện trường, áp suất ...)
Nguyên nhân:
+ Do người đọc nhìn nghiêng, đặt đồng hồ hoặc dụng cụ đo lệch, đọc sai ...
+ Dùng công thức tính toán không phù hợp, dùng công thức tính toán gần đúng
trong tính toán. Nhiệt độ môi trường thay đổi, chịu ảnh hưởng của từ trường, điện
trường, áp suất ...
- Theo cách biểu diễn sai số
+ Sai số tuyệt đối: hiệu giữa kết quả đo với giá trị thực
+ Sai số tương đối: tỷ số giữa sai số tuyệt đối với giá trị thực. Với phương tiện
đo thường dùng sai số tương đối qui đổi.
- Theo sự phụ thuộc của sai số đo vào đại lượng đo
+ Sai số điểm không: sai số mà giá trị của chúng không phụ thuộc đại lượng đo
+ Sai số độ nhạy: sai số mà giá trị của chúng phụ thuộc đại lượng đo
2.2.2 Cách tính sai số
Gọi: A là kết quả đo được
A1: Giá trị thực của đại lượng cần đo
Tính sai số như sau:
- Sai số tuyệt đối:
(1-2)
(1-3)
: Gọi là sai số tuyệt đối của phép đo
- Sai số tương đối:
hoặc
Phép đo ΔA càng nhỏ độ chính xác càng cao
- Sai số quy đổi
(1-4)
Adm: Giới hạn đo của dụng cụ đo (giá trị lớn nhất của thang đo)
Quan hệ giữa sai số tương đối và sai số quy đổi
(1-5)
là hệ số sử dụng thang đo ( Kd ≤ 1 )
Nếu Kd càng gần bằng 1 thì đại lượng đo gần bằng giới hạn đo. ΔA càng bé thì
phép đo càng chính xác. Thông thường phép đo càng chính xác khi Kd ≥ 1/2
9
Ví dụ: Một dòng điện có giá trị thực là 5A, dùng ampemet có giới hạn đo là
10A để đo dòng điện này. Kết quả đo được 4,95A
Giải:
- Sai số tuyệt đối:
= 5 – 4,95 = 0,05 A
- Sai số tương đối
hoặc
=
= 1%
- Sai số quy đổi
=
= 0,5%
2.3. CÁCH HẠN CHẾ SAI SỐ
- Chuẩn bị tốt trước khi đo: Phân tích lý thuyết, kiểm tra dụng cụ đo trước khi
sử dụng; chuẩn bị trước khi đo; chỉnh “0” trước khi đo…
- Quá trình đo có phương pháp phù hợp: Tiến hành nhiều phép đo bằng nhiều
phương pháp khác nhau; sử dụng phương pháp thế …
- Xử lý kết quả sau phép đo: Sử dụng cách bù sai số ngược dấu (cho một lượng
điều chỉnh so với dấu ngược lại); trong trường hợp sai số trong hệ thống không đổi thì
có thể loại được bằng cách đưa vào một lượng hiệu chỉnh hay một hệ số điều chỉnh:
+ Lượng hiệu chỉnh là giá trị cùng loại với đại lượng đo được đưa thêm vào kết
quả đo nhằm loại sai số hệ thống.
+ Hệ số hiệu chỉnh là số dược nhân với kết quả đo nhằm loại trừ sai số hệ
thống.
Trong thực tế không thể loại trừ hoàn toàn sai số hệ thống. Việc giảm ảnh
hưởng sai số hệ thống có thể thực hiện bằng cách chuyển thành sai số ngẫu nhiên.
2.4. HỆ ĐƠN VỊ ĐO
2.4.1. Giới thiệu hệ SI ( Systemer International Uniter):
Hệ đo lường thông dụng nhất, hệ thống này quy định các đơn vị cơ bản cho các
đại lượng sau:
Bảng 1-1: Đại lượng, tên và ký hiệu đơn vị đo
Đại lượng đo
Độ dài
Tên đơn vị
Mét
Ký hiệu
M
kg
S
Khối lượng
Thời gian
Kilogram
Giây
Nhiệt độ
Kelvin/0C
K
A
Cường độ dòng điện
Ampe
10
Số lượng vật chất
Cường độ sáng
Mol
mol
Cd
Candela
2.4.2. Bội số và ước số của đơn vị cơ bản
Bảng 1-2: Bội số và ước số của đơn vị cơ bản
Bội số
Ước số
Tiga (T)
Giga (G)
Mega (M)
Kilo (K)
1012
109
106
103
Mini (m)
Micro (µ)
Nano (n)
Pico (p)
10-3
10-6
10-9
10-12
11
PHẦN 2: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VIỆC: Tính toán sai số phép đo điện áp
1/B1/MĐ14
TT
Nội dung
Yêu cầu
Dụng cụ
Ghi chú
Tính sai số tuyệt đối Áp dụng đúng công
1
thức, làm tròn sau Máy tính, giấy bút
dấu phẩy hai chữ số
Tính sai số tương đối Áp dụng đúng công
thức, làm tròn sau
2
3
Máy tính
Máy tính
dấu phẩy hai chữ số
Tính sai số quy đổi
Áp dụng đúng công
thức, làm tròn sau
dấu phẩy hai chữ số
Bài tập
Bài 1: Một điện áp có giá trị thực là 220V, dùng vôn mét có giới hạn đo là
250V để đo điện áp này. Kết quả đo được 225V (điện áp cấp chuẩn). Tính các loại sai
số
Bài 2: Một công suất bóng có giá trị thực là 100W, dùng oát mét có giới hạn đo
là 1000W để đo công suất này. Kết quả đo được 98W (điện áp cấp đủ định mức, tần
số định mức). Tính các loại sai số.
12
BÀI 2: SỬ DỤNG CÁC CƠ CẤU CHỈ THỊ CƠ ĐIỆN
MỤC TIÊU
- Mô tả được cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cơ cấu chỉ thị như: cơ
cấu chỉ thị từ điện; điện từ; điện động...
- Nhận biết và phân biệt được một số sơ cấu đo thông qua cấu tạo, nguyên lý
hoạt động, ký hiệu cơ cấu đo trên đồng hồ, dụng cụ đo.
- Sử dụng được các cơ cấu đo phù hợp với thông số cần đo.
- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong công việc, đảm
bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp.
PHẦN I: KIẾN THỨC LÝ THUYẾT
1. CƠ CẤU CHỈ THỊ TỪ ĐIỆN
Cơ cấu chỉ thị từ điện được dùng để chế tạo ra các dụng cụ đo điện một chiều
như am pe kế một chiều, vô kế một chiều…
Ký hiệu:
Hình 2-1: Ký hiệu cơ cấu từ điện
Hình 2-2: Ký hiệu cơ cấu từ điện
có chỉnh lưu
1.1 CẤU TẠO
- Phần tĩnh: Gồm nam châm vĩnh cửu (1); mạch từ và cực từ (3) và lõi sắt (6)
hình thành mạch từ kín. Giữa cực từ (3) và lõi sắt (6) có có khe hở không khí đều gọi
là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.
- Phần động: gồm khung dây quay (5) được quấn bằng dây đồng. Khung dây
được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo cản (7)
mắc ngược nhau, kim chỉ thị (2) và thang đo (8).
1- Nam châm vĩnh cửu
2- Kim chỉ thị
3- Cực từ
5- Khung dây
7- Lò xo cản
8- Thang đo
4- Đối trọng
6- Lõi sắt non
Hình 2-3: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị từ điện
13
1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Khi có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), dưới tác động của từ
trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm khung dây lệch
khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay được tính theo biểu thức:
dWe
Mq
(2-1)
d
Với We: Năng lượng điện từ tích lũy của cơ cấu
We I
(2-2)
Với I là cường độ dòng điện chạy trong khung dây
Ψ là từ thông qua khe hở không khí
B.N.S.
(2-3)
Với: B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu
S: tiết diện khung dây
N: số vòng dây của khung dây.
: góc quay của khung dây so với bị trí ban đầu
dWe d(I. ) I.B.S.Nd
M
B.S.N.I
=>
(2-4)
(2-5)
q
d
Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômen cản:
Mq Mc mà Mc K. K: hệ số đàn hồi của lò xo
d
d
1
Mq Mc B.S.N.I K. B.S.N.I SI .I
K
Đặt:
gọi là hệ số mở rộng thang đo
Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, N, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc
nhất với dòng điện I chạy qua khung dây (dòng điện nhỏ góc quay nhỏ, dòng điện lớn
góc quay lớn, góc quay tuyến tính với dòng điện).
Kết luận: qua biểu thức trên ta thấy rằng góc quay của kim đo tỷ lệ với dòng điện
cần đo và độ nhạy của cơ cấu đo, dòng điện và độ nhạy càng lớn thì góc quay càng lớn.
1.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
1.3.1. Đặc điểm
- Góc quay tỉ lệ tuyến tính với dòng điện chạy trong khung dây nên các vạch
khắc trên thang chia độ tương đối đều nhau.
- Độ nhạy cao vì từ trường trong khe hở không khí lớn nên có thể đo được các
dòng điện một chiều rất nhỏ (từ 10-1210-14).
- Độ chính xác cao vì các phần tử của cơ cấu có độ ổn định cao, ảnh hưởng của
từ trường ngoài không đáng kể, công suất tiêu thụ nhỏ (tiêu thụ năng lượng điện ít)
nên ít ảnh hưởng đến chế độ mạch đo.
14
- Chỉ đo được dòng và áp một chiều.
- Khả năng quá tải kém vì khung dây quay nên chỉ quấn được dây cỡ nhỏ, dễ bị
hỏng lò xo.
- Chế tạo phức tạp, giá thành đắt.
- Muốn đo được các đại lượng xoay chiều phải qua cơ cấu nắn dòng.
1.3.2. Ứng dụng:
Dùng để sản xuất các dụng cụ đo:
- Đo dòng điện một chiều: miliAmpemét, Ampemét.
- Đo điện áp một chiều: miliVônmét, Vônmét.
2. CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN TỪ
Ký hiệu:
Hình 2.4: Ký hiệu cơ cấu đo điện từ
2.1 CẤU TẠO
Cơ cấu đo điện từ gồm ba loại cơ cấu: Cuộn dây tròn, cuộn dây dẹt và mạch từ
khép kín.
* Cuộn dây dẹt: Phần tĩnh là cuộn dây phẳng (1), bên trong có khe hở không
khí, phần động là lõi thép (2) được gắn trên trục (5) lõi thép có thể quay tự do trong
khe hở không khí.
* Cuộn dây tròn: Phần tĩnh là cuộn dây có mạch từ khép kín (1), bên trong bố
trí tấm kinh loại cố định (2), tấm động (3) gắn với trục quay.
1- Cuộn dây
1- Cuộn dây 2- Lõi thép
3- Lò xo cản 4- Cản dịu
5- Trục quay 6- Kim chỉ thị
7- Đối trọng
1- Mạch từ khép kín
2- Tấm kim loại cố định
3- Tấm kim loại động
4- Trục quay
2- Mạch từ
3,4- Nam châm vĩnh cửu
5- Lõi sắt
Hình 2.5: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị Hình 2.6: Cấu tạo cơ cấu chỉ
điện từ loại cuộn dây dẹt. thị điện từ loại cuộn dây tròn.
Hình 2.7: Cấu tạo cơ cấu
chỉ thị điện từ loại mạch
15
từ khép kín
Cấu tạo chung: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động:
- Phần tĩnh: là cuộn dây bên trong có khe hở không khí (khe hở làm việc).
- Phần động: là lõi thép được gắn lên trục quay (5), lõi thép có thể quay tự do
trong khe hở làm việc của cuộn dây. Trên trục quay có gắn: bộ phận cản dịu không
khí, kim chỉ, đối trọng.
Ngoài ra còn có lò xo cản, bảng khắc độ.
2.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Dòng điện I chạy vào cuộn dây phần tĩnh sẽ sinh ra từ trường trong khe hở
không khí tạo thành một nam châm điện hút lõi thép (phần động) vào khe hở không
khí và làm cho phần động quay đi một góc α so với vị trí ban đầu với mômen quay
Mq:
dWdt
Mq
(2-6)
d
L.I2
với Wdt
: năng lượng điện từ chung
2
1
2
d
d
L.I2
1
dL
Mq
.I2
(2-7)
2
d
Với L là điện cảm của cuộn dây
1
dL
M q I 2
(2-8)
(2-9)
(2-10)
2
d
Tại vị trí cân bằng có mô men quay bằng với mô men cản:
Mq Mc mà Mc K.
Với K là hệ số đàn hồi của lò xo
1
Mq Mc .I 2
2
dL
1 dL
2K
K.
I 2
d
là phương trình thể hiện đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện từ.
2.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
2.3.1 Đặc điểm
- Góc quay α tỉ lệ với bình phương của dòng điện, tức là không phụ thuộc vào
chiều của dòng điện nên có thể đo trong cả mạch xoay chiều hoặc một chiều.
- Thang đo không đều, có đặc tính phụ thuộc vào tỉ số dL/dα là một đại lượng
phi tuyến.
- Cản dịu thường bằng không khí hoặc cảm ứng.
- Cấu tạo đơn giản, tin cậy, chịu được quá tải lớn, chế tạo đơn giản giá thành rẻ.
16
- Độ nhạy của cơ cấu đo điện từ thấp vì điện cảm của cuộn dây bé, độ chính
xác không cao do có sự tổn hao trong lõi thép độ chính xác không cao nhất là khi đo ở
mạch một chiều sẽ bị sai số (do hiện tượng từ trễ, từ dư…); độ nhạy thấp; bị ảnh
hưởng của từ trường ngoài nhiều (do từ trường của cơ cấu yếu khi dòng nhỏ).
- Thang chia không đều
2.3.2 Ứng dụng
Thường được sử dụng để chế tạo các loại ampe mét, vôn mét trong mạch xoay
chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 1÷2. Ít dùng trong các mạch có tần số
cao.
3. CƠ CẤU CHỈ THỊ ĐIỆN ĐỘNG
* Ký hiệu:
Hình 2.8: Ký hiệu cơ cấu chỉ thị điện
động
3.1 CẤU TẠO
1
I1
1
2
2
I2
Hình 2.9: Cấu tạo cơ cấu chỉ thị điện động
1- Cuộn dây tĩnh. 2- Cuộn dây động.
I1- Dòng điện chạy trong cuộn dây 1
I2- Dòng điện chạy trong cuộn dây 2
Cơ cấu chỉ thị điện động gồm có cuộn dây phần tĩnh 1, được chia thành 2 phần
nối tiếp nhau để tạo ra từ trường đều khi có dòng điện chạy qua, trục quay xuyên qua
khe hở giữa hai cuộn dây phần tĩnh. Phần động là khung dây 2 cuộn dây phần động
được đặt trong lòng cuộn dây phần tĩnh được gắn chặt trên trục quay có số vòng dây
lớn tiết diện dây nhỏ thường mắc song song với phụ tải cần đo, trên trục có lò xo cản,
bộ phận cản dịu và kim chỉ thị. Hình dáng cuộn dây có thể tròn hoặc vuông.
17
Cả phần động và phần tĩnh được bọc kín bằng màn chắn từ để tránh ảnh hưởng
của từ trường ngoài đến sự làm việc của cơ cấu đo.
3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Khi có dòng điện I1 chạy trong cuộn dây phần tĩnh, I2 chạy trong cuộn dây
phần động (DC hoặc AC) lực tác dụng tương hỗ tác động lên khung dây phần động
làm khung dây phần động quay và sẽ tạo ra mômen quay làm khung dây 2 quay một
góc α.
Mômen quay được tính:
dWdt
Mq
(2-11)
(2-12)
d
Wdt: năng lượng điện từ chung
Wdt M12.I1.I2
M12 là hệ số hỗ cảm
Mq
dWdt d(M12.I1.I2 )
dM12
I1.I2.
(2-13)
(2-14)
d
d
d
Khi kim ở vị trí cân bằng ta có mô men quay bằng với mô men cản:
dM12
I1.I2 dM12
Mq Mc I1.I2.
K.
d
K
d
K là hệ số đàn hồi của lò xo.
3.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
3.2.1 Đặc điểm:
- Góc quay α tỉ lệ với tích của hai dòng điện nên cơ cấu đo đo được cả dòng
một chiều và dòng xoay chiều.
- Độ nhạy của cơ cấu thấp vì hệ số hỗ cảm nhỏ.
- Chịu ảnh hưởng nhiều của từ trường bên ngoài.
- Độ chính xác cao vì không có tổn hao trên lõi thép, có độ chính xác cao khi
đo trong mạch điện xoay chiều.
- Khả năng chịu quá tải kém, cấu tạo phức tạp đắt tiền.
- Góc quay α phụ thuộc tích (I1.I2) nên thang đo không đều.
- Công suất tiêu thụ lớn nên không thích hợp trong mạch công suất nhỏ. Chịu
ảnh hưởng của từ trường ngoài, muốn làm việc tốt phải có bộ phận chắn từ. Độ nhạy
thấp vì mạch từ yếu.
3.2.2 Ứng dụng:
Cơ cấu đo điện động có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều, thang
đo không đều, có thể dùng để chế tạo Vôn mét, Ampe mét và Oát mét có độ chính xác
cao, với cấp chính xác 0,1 0,2. Nhược điểm là tiêu thụ công suất lớn.
4. CƠ CẤU CHỈ THỊ CẢM ỨNG
18
Ký hiệu:
4.1. CẤU TẠO
Như hình 2.10: gồm phần tĩnh và phần động.
- Phần tĩnh: các cuộn dây điện 2, 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, có ít nhất là 2
nam châm điện.
- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trên trụ 5.
1- Đĩa nhôm
2- Cuộn áp
3- Cuộn dòng
4- Trục quay
5- Ổ đỡ trục
Hình 2.10: Cấu tạo, nguyên lý làm việc cơ cấu chỉ
thị cảm ứng
4.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Dựa trên sự tác động tương hỗ giữa từ trường xoay chiều (được tạo ra bởi dòng
điện trong phần tĩnh) và dòng điện xoáy tạo ra trong đĩa của phần động, do đó cơ cấu
này chỉ làm việc với mạch điện xoay chiều.
Khi dòng điện I1, I2 vào các cuộn dây phần tĩnh → sinh ra các từ thông Ф1, Ф2
(các từ thông này lệch pha nhau góc ψ bằng góc lệch pha giữa các dòng điện tương
ứng), từ thông Ф1, Ф2 cắt đĩa nhôm 1 (phần động) → xuất hiện trong đĩa nhôm các
sức điện động tương ứng E1, E2 (lệch pha với Ф1, Ф2 góc π/2) → xuất hiện các dòng
điện xoáy Ix1, Ix2 (lệch pha với E1, E2 góc α1, α2).
Các từ thông Ф1, Ф2 tác động tương hỗ với các dòng điện Ix1, Ix2 → sinh ra các
lực F1, F2 và các mômen quay tương ứng → quay đĩa nhôm (phần động).
Mômen quay được tính:
Mq = C.f.1.2.Sin
(2-15)
Với: C là hằng số
f là tần số của dòng điện I1, I2
ψ là góc lệch pha giữa I1, I2
19
4.3 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG
4.3.1. Đặc điểm:
- Mô men quay khá lớn làm đĩa quay nhanh làm đủ lực để chuyển động cơ cấu
bánh răng
- Số vòng quay của phần động tỷ lệ với điện năng tiêu thụ trên tải.
- Khi làm việc dòng điện xoáy trong đĩa nhôm làm tổn hao công suất. Ngoài ra
điện trở của đĩa thay đổi làm ảnh hưởng đến mô men quay làm cho độ chính xác thấp.
- Hoạt động của cơ cấu phụ thuộc vào tần số Hz.
4.3.2. Ứng dụng:
Chủ yếu để chế tạo ra công tơ điện dùng đo đếm điện năng tiêu thụ
Bảng 2-1: Bảng ký hiệu các cơ cấu chỉ thị cơ điện
20
PHẦN II: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH
CÔNG VIỆC: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc, nhận biết cơ cấu chỉ
thị cơ điện trên mô hình cắt bổ cơ cấu đo.
1/B2/MĐ14
Dụng cụ, trang
Thứ tự
Nội dung
Yêu cầu
Ghi chú
thiết bị
Vật liệu chế tạo; tác Mô hình cắt bổ
dụng của các chi tiết cơ cấu đo, VOM
1
2
Cấu tạo
Xác định các chân
Mô hình cắt bổ
Nguyên lý làm việc
đấu nối của đồng hồ cơ cấu đo,VOM
Vẽ đúng các vạch
khắc chia độ, tính
Vẽ mặt số đồng hồ đo toán mỗi vạch khắc
Bàn thực hành
mạch điện 1
3
4
tương ứng với giá trị chiều
cụ thể
Giải thích các ký hiệu
trên mặt các đồng hồ Giải thích đúng
đo
Bàn thực hành
mạch điện xoay
chiều một pha
BÀI TẬP
Bài 1: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc cơ cấu chỉ thị cơ điện (dựa trên mô
hình cắt bổ cơ cấu đo).
Bài 2: Nhận biết các loại cơ cấu chỉ thị dùng để chế tạo các đồng hồ đo trên
bàn thực hành điện một chiều, xoay chiều một pha, xoay chiều 3 pha (dựa vào ký hiệu
trên mặt đồng hồ đo).
Bài 3: Vẽ mặt số đồng hồ: ampe kế một chiều, xoay chiều; vôn kế một chiều,
xoay chiều; oát kế điện động 3 pha; cosφ kế.
Bài 4: Giải thích các ký hiệu trên mặt các đồng hồ đo: ampe kế một chiều, xoay
chiều; vôn kế một chiều, xoay chiều; oát kế điện động một pha, 3 pha; cosφ kế; công
tơ 1 pha, 3 pha loại cảm ứng.
Tải về để xem bản đầy đủ
89 trang
16422
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình mô đun tích hợp Đo lường điện (MĐ14) - Nghề: Vận hành nhà máy thủy điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_tich_hop_do_luong_dien_md14_nghe_van_hanh.pdf
