Điện điện tử - Chương 9: Đo công suất và năng lượng

Chương 9: đo cụng suṍt & năng lượngNụ̣i dungTụ̉ng quanĐo cụng suṍt trong mạch mụ̣t chiờ̀u và xoay chiờ̀u 1 phaĐo năng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 phaĐo cụng suṍt mạch 3 phaĐo năng lượng mạch 3 phaĐo cụng suṍt phản khángĐo cụng suṍt và năng lượng trong mạch phản khángTụ̉ng quanĐo cụng suất là phộp đo rất quan trọng trong kĩ thuật điệnDải đo cụng suất rất rộng, từ 10-20W đến 10+10W Trong mạch DC, cụng suṍt được tínhTrong mạch xoay chiờ̀u 1 pha, cụng suṍt tác dụng RIUP = U.I P = I2R P = U2/R P = kqTtPp0- p, u, i là giỏ trị tức thời của cụng suất, ỏp, dũngTụ̉ng quanKhi dòng và áp có dạng hình sin : P = U.I.cosφCụng suṍt toàn phõ̀n : S = U.ICụng suṍt phản kháng : P = U.I.sinφTụ̉ng quát: uitpPTụ̉ng quanTrong mạch xoay chiờ̀u 3 pha:Tụ̉ng quanNăng lượngNăng lượng tiờu thụ trong mụ̣t thời gian : là đại lượng biờ̉u thị cụng suṍt đã tích lũy trong khoảng thời gian đóĐụ́i với mạch xoay chiờ̀u 3 phat2tPt1WĐể đo cụng suất điện năng, ta dựng Wattmeter.Để đo năng lượng điện năng, ta dựng cụng tơ.Đo cụng suṍt trong mạch 1 chiờ̀u & xoay chiờ̀u 1 pha theo phương pháp cơ điợ̀nDùng vụn kờ́ và ampe kờ́ Cụng suṍt đo : Pđo = U.I (U, I : sụ́ chỉ vụn kờ́ và ampe kờ́)Theo sơ đụ̀ a : Pthực = U.I – U2/Rv Theo sơ đụ̀ b : Pthực = U.I – RA.I2 Sai sụ́ phép đo = tụ̉ng sai sụ́ 2 phép đo trực tiờ́pa)b)Bài tọ̃pDùng phương pháp Von-Ampe đờ̉ đo cụng suṍt của 1 lò điợ̀n. Vonmet có Rv=10kΩ, khi đo Vonmet chỉ 220V, ampemet có Ra=10 Ω, khi đo ampemet chỉ 15AHãy chọn cách mắc thiờ́t bị đo ? Vẽ sơ đụ̀?Đo cụng suṍt theo phương pháp cơ điợ̀nWattmet điợ̀n đụ̣ngCuụ̣n tĩnh (cuụ̣n dòng): cho dòng phụ tải chạy qua, như ampe kờ́Cuụ̣n đụ̣ng (cuụ̣n áp): đặt trực tiờ́p lờn điợ̀n áp phụ tải, như vụn kờ́Cuụ̣n tĩnh và cuụ̣n đụ̣ng được nụ́i với nhau ở 2 đõ̀u có đánh dṍu * Đo cụng suṍt theo phương pháp cơ điợ̀nVới mạch xoay chiờ̀u u=Um.sin(ωt) i = Im sin(ωt-φ) = i1 i2 = Ium sin(ωt-φu) Góc lợ̀ch của cuụ̣n đụ̣ngSai sụ́ của wattmet là Sai sụ́ wattmet phụ thuụ̣c cṍu trúc wattmet (φu) và tính chṍt phụ tải (tg φ)Đo cụng suṍt trong mạch 1 chiờ̀u & xoay chiờ̀u 1 phaThang chia đụ̣ trờn wattmet : khắc đụ̣ theo hằng sụ́ Đo cụng suṍt mạch điợ̀n ở tõ̀n sụ́ thṍp hoặc dải tõ̀n nhṍt địnhBài tọ̃p Cho Ampe kờ́ đo dòng 50A , ε= 1,5% Vụn kờ́ đo áp 30 V , ε = 2% ; Phụ tải dòng 40 A, u=220V Tính cụng suṍt đo được và sai sụ́ Đo cụng suṍt trong mạch 1 chiờ̀u & xoay chiờ̀u 1 pha theo phương pháp điợ̀nWattmet nhiợ̀t điợ̀n : đo cụng suṍt ở tõ̀n sụ́ cao và dải tõ̀n rụ̣ng r : các điợ̀n trở rṍt nhỏi : dòng phụ tảipa , pb : cụng suṍt tiờu thụ trờn các nhiợ̀t điợ̀n trở Sức điợ̀n đụ̣ng sinh ra trờn các cặp nhiợ̀t ngõ̃u Ea = K.pa ; Eb =K.pb Sụ́ chỉ vụn kờ́ : Ev = Ea – Eb = C.PĐo cụng suṍt bằng phương pháp điợ̀nWattmet chuyờ̉n đụ̉i HallT-T: 2 cực dòng nụ́i với nguụ̀n xoay chiờ̀uX-X: 2 cực ápThờ́ điợ̀n đụ̣ng Hall trờn 2 cực X-X Ex = kx.B.ix Tạo wattmet : Đặt chuyờ̉n đụ̉i Hall vào khe hở nam chõm điợ̀n có từ trường B  Dòng qua cuụ̣n hút L = dòng qua ZL dòng qua 2 cực T-T tỉ lợ̀ với điợ̀n áp trờn ZL Khi đó, thờ́ điợ̀n đụ̣ng Hall : Ex = k.u.i = k.P : đọc trờn milivonmetỨng dụng : đo cụng suṍt xoay chiờ̀u có tõ̀n sụ́ đờ́n MHzRp : đờ̉ hạn chờ́ dòngĐo cụng suṍt bằng phương pháp điợ̀nWattmet điờ̀u chờ́:Đo cụng suṍt bằng điờ̀u chờ́ tín hiợ̀uCỏc tớn hiệu tương tự uu và ui được biến đổi thành tần số, chu kỡ, biờn độ, độ rộng của tớn hiệu xung, sau đú lấy tớch phõn.Điều chế độ rộng xung với biờn độ xung (ĐRX – BĐX)Điều chế độ rộng xung với tần số xung (ĐRX - TSX)Điều chế tần số xung với biờn độ xung (TSX - BĐX)Đo cụng suṍt bằng phương pháp điợ̀nXét sơ đụ̀ cṍu trúc của wattmet dùng phương pháp ĐRX - BĐXỞ đõ̀u ra của điờ̀u chờ́ ĐRX, các xung có đụ̣ rụ̣ng : ti = k.ui Ở đõ̀u ra của bụ̣ điờ̀u chờ́ BĐX : S(t) = uu.ti = k.uu.ui Điợ̀n áp ra của bụ̣ tích phõn tỉ lợ̀ với cụng suṍt trung bình P.Đo năng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 phaNăng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 phaP = U.I.cosφ : cụng suṍt tác dụng trờn tảiT = t2 – t1 : thời gian tiờu thụCụng tơ 1 phaCṍu tạoNam chõm điợ̀n A: cuụ̣n dòngNam chõm điợ̀n B: cuụ̣n ápĐĩa nhụm ĐNam chõm M: tạo momen hãmNguyờn lý làm viợ̀cΦI = kưI.IΦu = ku.Iu = ku.U/Zu (Zu : tụ̉ng trở cuụ̣n áp) Đo năng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 pha Đo năng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 phaKiờ̉m tra cụng tơ điợ̀n 1 phaL2L1Điờ̀u chỉnh tự quay của cụng tơ : đặt điợ̀n áp vào cuụ̣n áp wattmet & cụng tơ U=UN , chỉnh L1 sao cho dòng qua cuụ̣n dòng của wattmet và cụng tơ = 0  cụng tơ phải đứng yờn. Điờ̀u chỉnh góc θ = β – αI = π/2 Kiờ̉m tra hằng sụ́ cụng tơBài tọ̃p Đo cụng suṍt 1 fa của 1 lưới có áp làm viợ̀c 400 V dòng tải làm viợ̀c 50 A. Người ta dùng 1 Wattmet 1 fa có điợ̀n áp 220V , dòng 10A . cho cosφ =0,97 biờ́t dòng chạy qua Wattmet là 4,2A . Xác định chỉ sụ́ wattmet và cụng suṍt phụ tảiBài tọ̃pSử dụng wattmet điợ̀n đụ̣ng có Uđm = 220V, Iđm = 5A và thang chia đụ̣ là 250 vạch đờ̉ kiờ̉m tra cụng tơ điợ̀n 1 pha. Trờn mặt cụng tơ có ghi 1kWh – 2500 vòng. Kim wattmet chỉ 200 vạch. Trong 30 phút đĩa quay được 1089 vòng. Xác định sai sụ́ của cụng tơ.Đo năng lượng trong mạch xoay chiờ̀u 1 phaCụng tơ điợ̀n tửChờ́ tạo cụng tơ điợ̀n tử biờ́n đụ̉i dòng điợ̀n thành điợ̀n áp tỉ lợ̀ với nó U1 = k1.IU2 = k2.UQua bụ̣ nhõn U3 = k3.PSụ́ chỉ trờn cơ cṍu chỉ thị N = C.WĐo cụng suṍt mạch 3 phaNguyờn lý chungPhụ tải: mắc sao hoặc tam giác, đụ́i xứng hoặc khụng đụ́i xứnguAB , uBC , uAC : giỏ trị tức thời điện ỏp dõy uAN , uBN , uCN : giỏ trị tức thời của điện ỏp pha iA , iB , iC : giỏ trị tức thời của dũng điện pha. iA + iB + iC = 0 P∑ = uAN.iA + uBN.iB + uCN.iC Cụng suṍt mạch 3 pha được tính P∑ = iAư.uAC+ iB.uBC = iB.uBA + iC.uCA = iA.uAB + iC.uCB Đo cụng suṍt mạch 3 phaĐo cụng suṍt bằng 1 wattmetMạch 3 pha có phụ tải hình sao đụ́i xứngĐo cụng suṍt mạch 3 phaĐo cụng suṍt bằng 1 wattmetMạch 3 pha có phụ tải tam giác đụ́i xứngĐo cụng suṍt mạch 3 phaĐo cụng suṍt bằng 1 wattmetMạch 3 pha có phụ tải tam giác đụ́i xứngĐo điợ̀n áp ở ngoài nhánh phụ tảiĐo cụng suṍt mạch 3 pha Đo cụng suṍt mạch 3 phaĐo cụng suṍt bằng 2 wattmet P∑ = iAư.uAC + iB.uBC (pha C làm pha chung)hoặc P∑ = iB.uBA + iC.uCA (pha A làm pha chung)hoặc P∑ = iA.uAB + iC.uCB (pha B làm pha chung)Đo cụng suṍt mạch 3 phaĐo cụng suṍt bằng 3 wattmetMạch 3 pha có tải hình sao, có dõy trung tính  mạch có phụ tải khụng đụ́i xứngCuộn ỏp của wattmet được mắc vào điện ỏp pha UAN , UBN , UCN Cuộn dũng là cỏc dũng điện pha IA , IB , IC Cụng suṍt tụ̉ng: P∑ = PA + PB + PCĐo năng lượng trong mạch 3 phaĐo năng lượng bằng cụng tơ 1 phaĐo năng lượng bằng 1 cụng tơĐo năng lượng bằng 2 cụng tơĐo năng lượng bằng 3 cụng tơĐo năng lượng bằng cụng tơ 3 phaCụng tơ 3 pha 2 phõ̀n tửCụng tơ 3 pha 3 phõ̀n tửĐo năng lượng trong mạch 3 phaCụng tơ 3 pha 2 phõ̀n tửPhõ̀n đụ̣ng : 2 đĩa nhụm quay quanh cùng 1 trụcPhõ̀n tĩnh : 2 cuụ̣n dòng nụ́i tiờ́p phụ tải, 2 cuụ̣n áp có pha chung mắc song song với phụ tảiNam chõm vĩnh cửu Năng lượng đo = năng lượng tụ̉ng của mạch 3 phaĐo cụng suṍt phản khángCụng suṍt phản kháng Q = U.I.sinφKhụng gõy ra cụng, khụng truyờ̀n năng lượngGõy mṍt mát năng lượng trờn dõy truyờ̀n tải điợ̀nĐo cụng suṍt phản kháng trong mạch 1 phaCó thờ̉ dùng các wattmet điợ̀n đụ̣ng và sắt điợ̀n đụ̣ngCõ̀n tạo góc lợ̀ch γ = π/2 giữa vectơ dòng và áp của cuụ̣n áp trong wattmetCuụ̣n áp của wattmet mắc song song với R1 và mắc nụ́i tiờ́p với L2 và R2 Đo cụng suṍt phản khángĐo cụng suṍt phản kháng Cụng suṍt phản kháng trong mạch 3 phaQ∑ = UφA IφA sinφA + UφB IφB sinφB + UφC IφC sinφC Khi tải đụ́i xứng : Q∑ = 3.UΦ.IΦ.sinφ = √3 Ud.Id.sinφ  Đo cụng suṍt phản kháng  Đo cụng suṍt phản kháng Tổng cụng suất trờn 3 wattmet sẽ là P1 + P2 + P3 = UBC.IA.cosγ1 + UCA.IB.cosγ2 + UAB.IC.cosγ3 γ1 = 90o – φ1 Nếu UAB = UBC = UCA thỡ P1 + P2 + P3 = Ud (IA.sinφ1 + IB.sinφ2 + IC.sinφ3)Cụng suất phản khỏng tổng sẽ là :Đo cụng suṍt và năng lượng trong mạch cao ápSử dụng biến ỏp và biến dũng đo lường.