Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha – Tài liệu text

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (249.01 KB, 18 trang )

Chương 4

ĐO CƠNG SUẤT – ĐIỆN NĂNG

4.1. Đo cơng suất

Cơng suất và năng lượng là các đại lượng cơ bản của phần lớn các đối tượng quá trình và hiện tượng vật lý. Vì vậy, việc xác định cơng suất và năng
lượng là một phép đo rất phổ biến. Khoảng đo của cơng suất điện từ 10
-20
W đến 10
10
W. Ví dụ: cơng suất tín hiệu 10
-10
W- cơng suất của cả đài phát thanh 10
10
W. Công suất cũng cần được đo trong dải tần rộng từ 0 đến 10
9
Hz. – Công suất mạch 1 chiều:
R I
UI P
2
= =
– Công suất tác dụng trong mạch xoay chiều 1 pha:
∫ ∫
= =
T T
uidt T
pdt T
P 1
1
Dạng sin:
ϕ cos
UI P
=
cos ϕ
: hệ số công suất.
ϕ
sin UI
Q =
Q: công suất phản kháng
UI S
=
S : công suất tồn phần Trong đó P: đặc trưng cho sự tiêu tán năng lượng trong 1 đơn vị thời
gian dưới dạng nhiệt năng toả ra trên mạch điện. Q: đặc trưng cho phần năng lượng điện từ trao đổi giữa nguồn
phát và phụ tải. – Trong trường hợp chung nếu 1 q trình có chu kỳ với dạng đường
cong bất kỳ thì cơng suất tác dụng là tổng các cơng suất của các thành phần sóng hài:
∑ ∑
∞ =
∞ =
= =
1 1
cos
k k
k k
k k
I U
P P
ϕ
cos
k k
k
S P
= ϕ
– Trường hợp q trình có dạng xung. Cơng suất xung là giá trị trung bình trong thời gian 1 xung
τ .
∫
=
τ
τ 1
uidt P
x
Công suất tác dụng là công suất trung bình trong 1 chu kỳ lặp lại T của xung:
x x
P T
uidt T
P τ
τ
= =
∫
1
– Trong mạch 3 pha thì:
C B
A
P P
P P
+ +
=
C B
A
Q Q
Q Q
+ +
=

4.1.1. Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha

Công suất trong mạch một chiều tiêu thụ trên một phụ tải được tính theo biểu thức:
P = UI Trong trường hợp khi dòng và áp có dạng hình sin thì cơng suất tác
dụng được tính là: P = UI.cos ϕ
Hệ số cos ϕ
được gọi là hệ số công suất. 67
Có thể dùng phương pháp gián tiếp, bằng cách đo điện áp đặt vào phụ tải U và dòng điện I đi qua phụ tải đó. Kết quả của phép đo là tích của hai đại
lượng đó. Trong thực tế người ta đo trực tiếp công suất bằng Watmét điện động
và sắt điện động. Những dụng cụ đo này có thể đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha tần số công nghiệp cũng như tần số siêu âm đến
15KHz.
Ở Watmét điện động có thể đạt tới cấp chính xác 0,01 ÷
0, 1 với tần số dưới 200Hz và trong mạch một chiều. Còn ở tần số từ 200Hz
÷ 400Hz thì sai
số đo là 0,1 và hơn nữa. Ở Watmét sắt điện động với tần số dưới 200Hz sai số đo là 0,1
÷ 0,5
còn với tần số từ 200Hz ÷
400Hz sai số đo là 0,2 và hơn nữa. Để đo công suất tiêu thụ trên phụ tải R
L
ta mắc Watmét điện động như hình 4.1. Trong đó ở mạch nối tiếp cuộn tĩnh a được nối tiếp với phụ tải, ở
mạch song song cuộn dây b được nối tiếp với một điện trở phụ R
p
. Cuộn tĩnh và cuộn động được nối với nhau ở hai đầu có đánh dấu .
a b
a Khi sử dụng trong mạch một chiều Ta có góc lệch của kim chỉ của Watmét được tính theo biểu thức sau:
α α
d dM
R R
UI D
p u
12
. .
1 +
=
4.1 Để cho thang đo của Watmét đều, nhất thiết
α d
dM
12
phải không đổi. Điều này phụ thuộc vào hình dáng, kích thước và vị trí ban đầu của cuộn dây.
Nếu
α d
dM
12
= const thì α
= SUI = S.P. Ở đây S =
α d
dM
12
.
1
P u
R R
D +
là độ nhạy của Watmét theo dòng một chiều.
b Khi sử dụng trong mạch xoay chiều. Ta có:
α δ
α d
dM I
I D
u 12
cos .
1 =
4.2
68
b a
R
U
R
P
U R
L
U I
U
I
Φ
I
γ δ ϕ
Hình 4.1. Sơ đồ mắc Watmet và biểu đồ vectơ
Ở đây theo biểu đồ véctơ hình 4.1b ta thấy góc lệch pha giữa dòng điện I trong mạch nối tiếp và dòng I
u
trong mạch song song là δ
= ϕ
– γ
. γ
– góc lệch pha giữa U và I
u
. Dòng điện trong mạch song song sẽ là:
γ
cos
p u
u
R R
U I
+ =
Nếu
α d
dM
12
= const thì: α
= S.U.I cos ϕ
– γ
.cos γ
4.3 Từ biểu thức trên đây ta thấy số chỉ của Watmét tỉ lệ với công suất, khi
mà γ
= 0 hay γ
= ϕ
. Điều kiện thứ nhất
γ = 0 có thể đạt được bằng cách tạo ra cộng hưởng
điện áp trong mạch song song. Ví dụ bằng cách mắc tụ C song song với điện trở R
p
. Nhưng cộng hưởng chỉ giữ được khi tần số khơng đổi, còn nếu tần số thay đổi thì điều kiện
γ = 0 bị phá vỡ.
Khi γ
≠ 0 thì Watmét đo công suất với một sai số
β
γ
gọi là sai số góc. Điều kiện thứ hai là
γ =
ϕ khơng thực hiện được vì dòng trong cuộn áp
I
u
khơng bao giờ trùng pha với dòng I trong cuộn dòng. Sai số của phép đo còn do sự tiêu thụ cơng suất trên các cuộn dây của
Watmét. Chú ý:
1. Trên Watmét bao giờ cũng có những ký hiệu ngơi sao ở đầu các cuộn dây, gọi là đầu phát, khi mắc Watmét ta phải chú ý nối các đầu có ký
hiệu dấu với nhau như hình 3-27a. 2. Watmét điện động thường có nhiều thang đo theo dòng và áp. Theo
dòng thường có hai giới hạn đo là 5A và 10A và theo áp có ba giới hạn đo là 30V; 150V; 300V. Những giá trị này là dòng và áp định mức, I
N
và U
N
. Để đọc được số chỉ của Watmét trước tiên ta tính hằng số Watmet C:
m N
N
I U
C α
=
4.4 Trong đó:
α
m
– là giá trị cực đại của độ chia trên thang đo của Watmét. Sau khi tính được C ta chỉ việc nhân số chỉ
α của Watmét thì biết được
giá trị của cơng suất cần đo.
Dùng Biến dòng với Watmét Trường hợp cơng suất của tải có điện áp thấp, khi đo dòng tải có trị số
lớn, cần phải dùng biến dòng để cho dòng điện đi qua cuộn dòng khơng được vượt q giới hạn của Watmét như hình vẽ 4.2
Kết quả là cơng suất của tải được xác định bằng cách nhân trị số đọc được của Watmét với tỉ số biến dòng.
69 A
V i
2
i
1
W Tải
Hình 4.2. Dùng Biến dòng với Watmét
Dùng biến dòng và biến áp phối hợp với Watmét
Dùng biến dòng và biến áp phối hợp với Watmét mắc mạch như hình 4.3. Cơng suất của tải bằng trị số đọc bởi Watmét nhân với tỉ số biến áp và biến
dòng.

4.1.2. Watmet cặp nhiệt điện.

ĐO CƠNG SUẤT – ĐIỆN NĂNGCơng suất và năng lượng là các đại lượng cơ bản của phần lớn các đối tượng quá trình và hiện tượng vật lý. Vì vậy, việc xác định cơng suất và nănglượng là một phép đo rất phổ biến. Khoảng đo của cơng suất điện từ 10-20W đến 1010W. Ví dụ: cơng suất tín hiệu 10-10W- cơng suất của cả đài phát thanh 1010W. Công suất cũng cần được đo trong dải tần rộng từ 0 đến 10Hz. – Công suất mạch 1 chiều:R IUI P= =- Công suất tác dụng trong mạch xoay chiều 1 pha:∫ ∫= =T Tuidt Tpdt TP 1Dạng sin:ϕ cosUI Pcos ϕ: hệ số công suất.sin UIQ =Q: công suất phản khángUI SS : công suất tồn phần Trong đó P: đặc trưng cho sự tiêu tán năng lượng trong 1 đơn vị thờigian dưới dạng nhiệt năng toả ra trên mạch điện. Q: đặc trưng cho phần năng lượng điện từ trao đổi giữa nguồnphát và phụ tải. – Trong trường hợp chung nếu 1 q trình có chu kỳ với dạng đườngcong bất kỳ thì cơng suất tác dụng là tổng các cơng suất của các thành phần sóng hài:∑ ∑∞ =∞ == =1 1cosk kk kk kI UP Pcosk kS P= ϕ- Trường hợp q trình có dạng xung. Cơng suất xung là giá trị trung bình trong thời gian 1 xungτ .τ 1uidt PCông suất tác dụng là công suất trung bình trong 1 chu kỳ lặp lại T của xung:x xP Tuidt TP τ= =- Trong mạch 3 pha thì:C BP PP P+ +C BQ QQ Q+ +Công suất trong mạch một chiều tiêu thụ trên một phụ tải được tính theo biểu thức:P = UI Trong trường hợp khi dòng và áp có dạng hình sin thì cơng suất tácdụng được tính là: P = UI.cos ϕHệ số cos ϕđược gọi là hệ số công suất. 67Có thể dùng phương pháp gián tiếp, bằng cách đo điện áp đặt vào phụ tải U và dòng điện I đi qua phụ tải đó. Kết quả của phép đo là tích của hai đạilượng đó. Trong thực tế người ta đo trực tiếp công suất bằng Watmét điện độngvà sắt điện động. Những dụng cụ đo này có thể đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều một pha tần số công nghiệp cũng như tần số siêu âm đến15KHz.Ở Watmét điện động có thể đạt tới cấp chính xác 0,01 ÷0, 1 với tần số dưới 200Hz và trong mạch một chiều. Còn ở tần số từ 200Hz÷ 400Hz thì saisố đo là 0,1 và hơn nữa. Ở Watmét sắt điện động với tần số dưới 200Hz sai số đo là 0,1÷ 0,5còn với tần số từ 200Hz ÷400Hz sai số đo là 0,2 và hơn nữa. Để đo công suất tiêu thụ trên phụ tải Rta mắc Watmét điện động như hình 4.1. Trong đó ở mạch nối tiếp cuộn tĩnh a được nối tiếp với phụ tải, ởmạch song song cuộn dây b được nối tiếp với một điện trở phụ R. Cuộn tĩnh và cuộn động được nối với nhau ở hai đầu có đánh dấu .a ba Khi sử dụng trong mạch một chiều Ta có góc lệch của kim chỉ của Watmét được tính theo biểu thức sau:α αd dMR RUI Dp u12. .1 +4.1 Để cho thang đo của Watmét đều, nhất thiếtα ddM12phải không đổi. Điều này phụ thuộc vào hình dáng, kích thước và vị trí ban đầu của cuộn dây.Nếuα ddM12= const thì α= SUI = S.P. Ở đây S =α ddM12P uR RD +là độ nhạy của Watmét theo dòng một chiều.b Khi sử dụng trong mạch xoay chiều. Ta có:α δα ddM II Du 12cos .1 =4.268b aU RU Iγ δ ϕHình 4.1. Sơ đồ mắc Watmet và biểu đồ vectơỞ đây theo biểu đồ véctơ hình 4.1b ta thấy góc lệch pha giữa dòng điện I trong mạch nối tiếp và dòng Itrong mạch song song là δ= ϕ- γ. γ- góc lệch pha giữa U và I. Dòng điện trong mạch song song sẽ là:cosp uR RU I+ =Nếuα ddM12= const thì: α= S.U.I cos ϕ- γ.cos γ4.3 Từ biểu thức trên đây ta thấy số chỉ của Watmét tỉ lệ với công suất, khimà γ= 0 hay γ= ϕ. Điều kiện thứ nhấtγ = 0 có thể đạt được bằng cách tạo ra cộng hưởngđiện áp trong mạch song song. Ví dụ bằng cách mắc tụ C song song với điện trở R. Nhưng cộng hưởng chỉ giữ được khi tần số khơng đổi, còn nếu tần số thay đổi thì điều kiệnγ = 0 bị phá vỡ.Khi γ≠ 0 thì Watmét đo công suất với một sai sốgọi là sai số góc. Điều kiện thứ hai làγ =ϕ khơng thực hiện được vì dòng trong cuộn ápkhơng bao giờ trùng pha với dòng I trong cuộn dòng. Sai số của phép đo còn do sự tiêu thụ cơng suất trên các cuộn dây củaWatmét. Chú ý:1. Trên Watmét bao giờ cũng có những ký hiệu ngơi sao ở đầu các cuộn dây, gọi là đầu phát, khi mắc Watmét ta phải chú ý nối các đầu có kýhiệu dấu với nhau như hình 3-27a. 2. Watmét điện động thường có nhiều thang đo theo dòng và áp. Theodòng thường có hai giới hạn đo là 5A và 10A và theo áp có ba giới hạn đo là 30V; 150V; 300V. Những giá trị này là dòng và áp định mức, Ivà U. Để đọc được số chỉ của Watmét trước tiên ta tính hằng số Watmet C:m NI UC α4.4 Trong đó:– là giá trị cực đại của độ chia trên thang đo của Watmét. Sau khi tính được C ta chỉ việc nhân số chỉα của Watmét thì biết đượcgiá trị của cơng suất cần đo.Dùng Biến dòng với Watmét Trường hợp cơng suất của tải có điện áp thấp, khi đo dòng tải có trị sốlớn, cần phải dùng biến dòng để cho dòng điện đi qua cuộn dòng khơng được vượt q giới hạn của Watmét như hình vẽ 4.2Kết quả là cơng suất của tải được xác định bằng cách nhân trị số đọc được của Watmét với tỉ số biến dòng.69 AV iW TảiHình 4.2. Dùng Biến dòng với WatmétDùng biến dòng và biến áp phối hợp với WatmétDùng biến dòng và biến áp phối hợp với Watmét mắc mạch như hình 4.3. Cơng suất của tải bằng trị số đọc bởi Watmét nhân với tỉ số biến áp và biếndòng.

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Điện Tử Bách Khoa