Bài giảng Đo điện tử - Chương 5: Đo công suất và điện năng

Ch.5. Đo công suất và điện năng  
5.1.Đo công suất một chiều.  
5.2.Đo công suất xoay chiều một pha.  
5.3.Đo công suất tải ba pha.  
5.4.Đo công suất phản kháng.  
5.5.Đo điện năng.  
5.6.Đo hệ số công suất.  
5.7.Đo tần số.  
5.1.Đo công suất một chiều  
H.5.1.Cách mắc rẻ dài  
H.5.2.Cách mắc rẻ ngắn  
5.1.1Phương pháp vôn kế và ampe-kế: Với 2 cách mắc:  
a.Cách mắc rẻ dài (vôn kế mắc trước, ampe-kế mắc sau):  
2
Công suất của tải PL=IlVL= VIL-RaIL = c.s.đo – c.s. A.  
Để kết quả đo chính xác : Ra → 0.  
b.Cách mắc rẻ ngắn (vôn kế mắc sau, ampe-kế mắc trước):  
Công suất của tải PL= VI VIv = c.s.đo – c.s. V.  
Để kết quả đo chính xác : Rg ∞  
5.1.2.Phương pháp đo dùng watt-kế  
• Độ lệch của cơ cấu đo được xác định như sau:  
α = kIlIa mà Ia= E/(Rs+R2) nên α = kIl E/(Rs+R2).Vậy α phụ thuộc  
vào công suất tải Pl = IlVl .  
• Điểm chung của cuộn dòng và cuộn áp có thể mắc trước (h.b)  
hoặc sau watt-kế (h.a), khi mắc trước sai số sẽ do dòng điện đi  
qua cuộn dòng, còn mắc sau sai số do dòng điện đi qua cuộn  
áp. Vậy để sai số bé điện trở cuộn dòng phải nhỏ hoặc điện trở  
nối tiếp cuộn áp phải lớn tuỳ theo cách mắc dây.  
• Trong trường hợp watt-kế quay ngược chiều, ta đổi 2 đầu cuộn  
dòng hoặc 2 đầu cuộn áp.  
5.2.Đo công suất AC một pha  
T
P = vi dt = i1i2dt  
T
1
T
R
T
1
   
0
0
5.2.1.Dùng 3 ampe-kế:  
T
R
2T  
R
2
2
2
2
2
2
P = (i3 i1 i2 )dt = I3 I1 I2 =VI1 cos  
0
2
I32 I12 I22  
2I1I2  
cos =  
5.2.2.Dùng 3 vôn kế  
T
T
T (v32 v12 v22 )dt  
0
1
1
1
P = v1idt = v1v2dt =  
    
0
0
T
RT  
2RT  
V32 V 2 V22  
2R  
VV  
R
1
1 2  
=V I cos = cos  
P =  
1
V32 V 2 V22  
1
cos=  
2VV  
1 2  
S’  
• Trong cách đo dùng 3 ampe-kế, để kết quả đo chính  
xá c ampe-kế phải có Ra→0, còn trong cách đo dùng 3  
vôn kế để kết quả đo chính xác vôn kế phải có Rg→∞.  
• Cách đo dùng 3 vôn kế thật sự chỉ cần 1 vôn kế kết  
hợp 2 khóa điện S và Snhư hình trên.  
5.2.3.Dùng watt-kế điện động  
• Cách mắc watt-kế giống như đo công suất tải  
DC. Điện áp v và dòng điện i của tải có dạng:  
v = Vmsinωt ; i = Imsin(ωt+φ); dòng iv đi qua cuộn  
á p watt-kế: iv = Vmsin(ωt+φv)/Zv = Ivsin(ωt+φv).  
• Góc lệch α của kim tỉ lệ với moment quay trung  
bình: α = K1ImIvcos(φ- φv) = K2ImVmcos(φ- φv) .  
• Nếu φv = 0 thì α = KP: công suất của tải được  
xác định bởi góc quay của kim chỉ thị của watt-  
kế. Nếu φv ≠ 0 như vậy sẽ có sai số tạo ra do  
sự lệch pha giữa điện áp v và dòng điện iv qua  
cuộn áp của watt-kế.  
5.2.4.Dùng biến dòng và biến áp phối  
hợp với watt-kế  
• Khi tải có điện áp cao và dòng điện lớn, chúng ta phải  
phối hợp biến áp, biến dòng và watt-kế để đo công  
suất cho tải. Công suất đo được bởi watt-kế:  
P2 = V2I2cosφ2. Nhân 2 vế cho KvKi, ta có :  
KvKi P2 = KvKi V2I2cosφ2 = V1I1cos(φ1v-δi).  
Do đặc tính biến áp, biến dòng δvi bé nên :  
1v-δi) # φ1, do đó: KvKi P2 # P1=V1I1cosφ1  
5.2.5.Dùng cặp nhiệt điện  
Watt-kế dùng cặp nhiệt điện để đo công suất của tải hoạt  
động với tín hiệu không sin, tần số bất kỳ như hình trên. Dòng  
iv+il đốt nóng R1 của cặp nhiệt điện1, dòng il-iv đốt nóng cặp  
nhiệt điện 2, cho nên:  
e1 tỉ lệ (Il+E)2 = Il2+E2+2IlE; e2 tỉ lệ (Il-E)2 = Il2+E2-2IlE.  
• Điện áp ra của 2 cặp nhiệt điện: e0= e1- e2 nên : e0  
tỉ lệ Il2+E2+2IlE (Il2+E2-2IlE) = 4EIl: tỉ lệ công suất tải.Trường  
hợp E và Il có sự lệch pha φ thì điện áp ra e0 tỉ lệ EIlcosφ  
• Thực tế người ta thường dùng cặp nhiệt điện dạng  
cầu. Với cặp nhiệt điện dạng cầu dòng điện đi qua cặp  
nhiệt điện đốt nóng trực tiếp đầu nối của cặp nhiệt  
điện. Điện áp ra Vcd = 4Vj (Vj điện áp mỗi cặp nhiệt  
điện). Ưu điểm của cầu cặp nhiệt điện là sức điện  
động ngõ ra tăng lên, dòng điện đo đi qua trực tiếp và  
không sợ quá tải như loại có điện trở đốt nóng riêng.  
5.3.Đo công suất tải 3 pha  
5.3.1.Đo công suất mạch điện 4 dây: Dùng 3 watt-kế 1  
pha:Pc= P1+P2+P3 = VaIacosφa + VbIbcosφb+ VcIccosφc  
Hoặc dùng watt-kế 3 pha 3 phần tử gồm 3 cuộn dòng và  
3 cuộn áp (di động) có cùng trục quay.  
5.3.2.Đo công suất mạch điện 3 dây  
Ta dùng 3 watt-kế 1 pha như hình trên, công suất tải 3  
pha bằng tổng đại số độ chỉ của 2 watt-kế, điều này  
đúng trong các trường hợp sau:  
• Mạng đối xứng, tải cân bằng.  
• Mạng đối xứng, tải không cân bằng.