Nguyên lý hoạt động của các loại công tơ

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay trong q trình cơng nghiệp hố, hiện đại hoá, nền
kinh tế nước ta đã tăng trưởng liên tục, các nghành công nghiệp phát
triển ngày càng tăng. Do vậy các yêu cầu về khoa học nói chung,
cũng như khoa học về công đo lường và thử nghiệm nói riêng địi
hỏi phải đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển công nghiệp
đất nước.
Kỹ thuật đo lường là một trong những ngàng quan trọng nhất
đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi ngành kinh tế
quốc dân. Với trình độ hiện nay, khả năng của kỹ thuật đo lường rất
lớn mạnh và phát triển.
Việc thử nghiệm các thiết bị đo là nhiệm vụ hết sức quan trọng
nhằm mục đích là tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ
chính xác, độ nhạy nâng cao tính tin cậy. Thử nghiệm các thiết bị đo
lường sẽ thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật đo và các hệ thống
thơng tin đo lường.
Q trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế bàn thử nghiệm công tơ
điện 1 pha và 3 pha được tiến hành khẩn trương, mặc dù gặp khơng
ít khó khăn về tài liệu tham khảo, cũng như khó khăn của bản thân
chưa có kinh nghiệm thiết kế. Song với sự nỗ lực của bản thân cùng
với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Chu Đình Khiết, em đã
hồn thành đầy đủ nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do thời gian do


thời gian và kiến thức còn hạn chế, vốn hiểu biết chưa nhiều nên
chắc chắn đồ án này không tránh khỏi thiết sót. Rất mong được sự
chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Chu Đình Khiết, đã
nhiệt tính giúp đỡ em hồn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.
Sinh viên
MỤC LỤC

ChươngI. Ý nghĩa của việc đo lường và thử nghiệm
Chương II. Giới thiệu một số loại công tơ
Chương III. Nguyên lý hoạt động của các loại công tơ
Chương IV. Đo công suất và năng lượng
Chương V. Các tiêu chuẩn thử nghiệm
Chương VI. Thiết kế thiết bị kiểm định
Chương VII. Các phương pháp thử nghiệm và tính tốn sử lý
sai số


Chương I
Ý NGHĨA CỦA VIỆC ĐO LƯỜNG VÀ THỬ NGHIỆM
I. Ý nghĩa của đo lường
Kỹ thuật đo lường là một trong những ngàng quan trọng nhất đối
với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi ngành kinh tế
quốc dân. Với trình độ hiện nay, khả năng của kỹ thuật đo lường rất
lớn mạnh và phát triển. Sau đây là những khả năng của kỹ thuật đo
lường:
- Có thể đo bất kỳ đại lượng vật lý nào bằng cách biến nó thành điện
hoặc bằng các thong số trong mạch điện. Rất nhiều loại chuyển đổi
đo lường dựa trên nhiều nguyên tắc khác nhau, liên kêt tất cả các
ngành với ngành điện.


- Cũng có thể có phạm vi đo rất rộng, đại lượng cần đo có thể rất lớn
hoặc rất nhỏ.
- Có thể đo những đại lượng khơng đổi hoặc biến đổi nhanh và theo
dõi các q trình.
- Có thể đo tại chỗ cũng như từ xa
- Có thể thực hiện những phép đo đơn giản và phương pháp đo phối

hợp phức tạp.
- Trong lĩnh vực chinh phục vũ trụ, kỹ thuật đo lường đóng vai trị
rất quan trọng. Đo các đại lượng trên khoảng khơng vũ trụ, địi hỏi
những thiết bị đo làm việc trong những môi trường đặc biệt, những
phưong pháp mũ hố và truyền tin đi xa khơng bị ảnh hưởng của
khoảng cách.
- Trong sinh học, kỹ thuật đo lường góp phần rất lớn vào việc theo
dõi sức khoẻ con người. Nhiều thiết bị tinh vi, độ chính xác cao đã
được chế tạo để phục vụ cho con người.
II. Ý nghĩa việc thử nghiệm các thiết bị đo lường
Thử nghiệm các thiết bị đo là nhiệm vụ hết sức quan trọng nhằm
mục đích là tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ chính xác,
độ nhạy nâng cao tính tin cậy. Thử nghiệm các thiết bị đo lường sẽ
thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật đo và các hệ thống thông tin đo
lường.


Chương II.

GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CÔNG TƠ


I. Công tơ điện một pha

7.

Bộ số

1.

Ổ đấu dây

8.

Rô to

2.

Đế

9.

Cơ cấu chống quay ngược

3.

Nam châm hãm

10.

Gối đỡ dưới

4.

Khung

11.

Phần tử dòng điện 

5.

Phần tử điện áp

12.

Mặt số

13.

Nắp

14.

Nắp che ổ đấu dây

6.

Gối đỡ trên


A1: Hiệu chỉnh tải đầy 100%
A2: Hiệu chỉnh tải thấp (5%và 10%)
A3: Hiệu chỉnh tải cảm ứng (cosj

Vỏ
Đế và Ổ đấu dây Cơng tơ bằng nhựa Bakêlít đen.
Các Đầu cốt đồng của Ổ đấu dây được bắt vít hoặc hàn với Cuộn
dây dịng. 1 vít M3 hoặc 1 cầu nối mạch áp trượt trong Ổ đấu dây
(được bố trí bên trong hoặc bên ngồi Nắp Cơng tơ) để nối hoặc

khơng nối mạch áp, dễ dàng cho việc hiệu chỉnh và kiểm tra Công
tơ.
Nắp Công tơ bằng thuỷ tinh hoặc nhựa PC (Polycacbonat) chống
cháy hoặc bằng nhựa bakêlít đen có cửa sổ bằng kính. Cửa sổ trong


suốt cho phép nhìn thấy Bộ số, Mặt số và Đĩa rôto.
Nắp che ổ đấu dây dài hoặc ngắn bằng nhựa Bakêlít đen hoặc sắt.
Sơ đồ đấu dây Cơng tơ ở phía trong Nắp che ổ đấu dây.
Khung
Khung Cơng tơ bằng hợp kim nhôm. Trên Khung gá lắp các phần tử
dòng, áp cùng với Nam châm hãm, hệ thống Gối đỡ , Bộ số thường
và Cơ cấu chống quay ngược  hoặc Bộ số 1 hướng.
Phần tử phát động
Phần tử phát động gồm có 1 phần tử dịng điện và 1 phần tử điện áp.
Mỗi phần tử có 1 Lõi từ và 1 Cuộn dây. 
Các Lõi từ dòng và áp bằng tơn silic có đặc tính từ tốt, được xử lý
chống gỉ. Lõi dịng có bù q tải bằng thép đặc biệt, có khả năng
q tải lớn.
Các cuộn dây dịng và áp cách điện cao và chống ẩm tốt.
Phần tử phát động có Cơ cấu hiệu chỉnh tải thấp và Cơ cấu hiệu
chỉnh tải cảm ứng có hiệu quả tuyến tính
Rơ to
Trục rôto bằng thép không gỉ. Đĩa rôto được gắn với Trục rôto nhờ
phương pháp ép phun nhựa đặc biệt.
Đĩa rơto bằng nhơm có độ tinh khiết cao đảm bảo mơmen quay đủ
cho dải tải rộng. Mặt phía trên đĩa Rơto có các vạch chia và cạnh


bên Đĩa rơto có dấu đen tại vị trí 0 để hiệu chỉnh và kiểm tra Cơng

tơ.
Trục vít bằng nhựa POM (Polyacetal) lắp trên Trục rôto để dẫn động
Bộ số.
Rôto tránh được những hư hại do vận chuyển theo hướng dọc trục
và hướng kính bằng các cữ dừng cơ khí.
Gối đỡ trên
Gối đỡ trên (không bôi trơn): 1 bạc nhựa POM  liền Trục vít (lắp
trên Trục Rơto) quay trong 1 Trục thép khơng gỉ có vỏ nhựa POM
bảo vệ (lắp trên Khung Cơng tơ).
Gối đỡ dưới
Cơng tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại Gối đỡ dưới sau:
Gối đỡ dưới loại 2 chân kính: 1 Viên bi quay giữa 2 Chân kính (1
Chân kính lắp cố định trên Khung Cơng tơ và 1 Chân kính quay
cùng với Trục rơto), do đó ma sát giảm đáng kể và đặc tính Cơng tơ
ổn định tốt ngay cả ở tải thấp.
Gối đỡ dưới loại gối từ: 2 Nam châm hình vành khăn nạp từ đồng
cực (1 Nam châm lắp cố định trên Khung Công tơ và 1 Nam châm
lắp với trục rôto) đẩy nhau. Ổ đỡ gồm 1 Trục thép không gỉ và 1
bạc  nhựa  POM (khơng bơi trơn). Do đó Gối từ mang được khối
lượng Rôto trên một "đệm từ", gần như khơng có ma sát. Ngun lý


lực đẩy từ của Gối từ phòng ngừa được sự xâm nhập của các phần
tử sắt từ vào khe hở  giữa 2 nam châm, đảm bảo ổn định đặc tính
Cơng tơ. Sự ổn định từ của Gối từ được đảm bảo bởi một quá trình
chế tạo đặc biệt. 
Nam châm hãm
Nam châm bằng Alnico có lực kháng từ cao, có vỏ bảo vệ bằng hợp
kim nhôm đúc. Một hợp kim đặc biệt được gắn với cực Nam châm
để bù ảnh hưởng của nhiệt độ. Hiệu chỉnh tinh thực hiện được nhờ

chuyển động của Sun từ lắp bên trong Nam châm hãm do quay Vít
hiệu chỉnh.
Cơ cấu chống quay ngược
Cơ cấu chống quay ngược gồm 1 Đĩa cam POM lắp trên Trục rôto,
1 Cá hãm POM quay trên 1 trục thép không gỉ và Trụ đỡ lắp trên
Khung Công tơ.
Cơ cấu chống quay ngược làm dừng sự quay ngược của Rôto và sự
đếm của Bộ số khi Công tơ bị quay ngược.
Bộ số
Cơng tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại bộ số sau:
Bộ số thường: Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bạc đỡ,
Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên
khung bộ số. Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm.


Bộ số một hướng: Bộ số một hướng có thể được cung cấp theo yêu
cầu để thay thế cho Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược. Bộ
số một hướng sẽ chỉ quay theo 1 hướng, ngay cả khi Rôto của Công
tơ bị quay ngược.
Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bánh cóc, Cá, Bạc đỡ,
Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên
Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm.
Các bộ số có 5 hoặc 6 Tang trống số (trong đó có hoặc khơng có
phần thập phân). Chữ số của Tang trống màu trắng trên nền đen từ 0
đến 9 (Riêng chữ số của Tang trống số thập phân màu đỏ trên nền
trắng từ 0 đến 9). Chữ số cao 5mm, rộng 3mm và nét 0,8mm. Bộ số
(khơng bơi trơn) có ma sát rất nhỏ.

II. Công tơ điện 3 pha
Cấu tạo 

1. ổ đấu dây
2. Đế
3. Nam châm hãm
4. Khung
5. Gối đỡ trên
6. Bộ số
7. Rơto
8. Phần tử dịng điện
9. Cơ cấu chống quay ngược
10. Gối đỡ dưới
11. Phần tử điện áp


12. Mặt số
13. Nắp
14. Nắp che ổ đấu dây
A1. Hiệu chỉnh tải đầy (100%)
A2. Hiệu chỉnh tải thấp (5% and 10%)
A3. Hiệu chỉnh tải cảm ứng (cos )
A4. Hiệu chỉnh cân bằng mômen
Vỏ
Đế và ổ đấu dây Công tơ bằng nhựa Bakêlít đen. 
Các Đầu cốt đồng của Ổ đấu dây được bắt vít hoặc hàn với Cuộn
dây dịng. Cầu nối mạch áp trượt trong ổ đấu dây(được bố trí bên
trong hoặc bên ngồi Nắp Cơng tơ) để nối hoặc khơng nối mạch, dễ
dàng cho việc hiệu chỉnh và kiểm tra Công tơ.
Nắp Công tơ bằng nhựa PC (Polycacbonat) chống cháy hoặc nhựa
Bakêlít đen có cửa sổ kính. Cửa sổ trong suốt cho phép nhìn thấy Bộ

số, Mặt số và Đĩa Rôto.
Nắp che ổ đấu dây dài hoặc ngắn bằng nhựa PC chống cháy màu
đen.Sơ đồ đấu dây Công tơ ở phía trong Nắp che ổ đấu dây.
Khung
Khung Cơng tơ bằng hợp kim nhôm. Trên Khung gá lắp các phần tử


phát động cùng với Nam châm hãm, hệ thống Gối đỡ, Bộ số thường
và Cơ cấu chống quay ngược hoặc Bộ số 1 hướng.
Phần tử phát động
Phần tử phát động gồm loại 2 phần tử và loại 3 phần tử (theo loại
Cơng tơ).
Mỗi phần tử phát động gồm có 1 phần tử dòng điện và 1 phần tử
điện áp. Mỗi phần tử có một Lõi từ và 1 Cuộn dây lắp trên 1 Giá đỡ
bằng thép dẫn từ.
Các Lõi từ dịng và áp bằng tơn silic có đặc tính từ tốt, được xử lý
chống gỉ. Lõi dịng có bù q tải bằng một hợp kim đặc biệt, có khả
năng quá tải lớn.
Các Cuộn dây dòng và áp cách điện cao và chống ẩm tốt.
Mỗi phần tử phát động đều có Cơ cấu hiệu chỉnh cân bằng mô men,
Cơ cấu hiệu chỉnh tải thấp và Cơ cấu hiệu chỉnh tải cảm ứng có hiệu
quả tuyến tính.
Rơ to
Trục Rơto bằng thép khơng gỉ. 2 đĩa Rôto được gắn với Trục Rôto
nhờ phương pháp ép phun nhựa đặc biệt.
Đĩa Rơto bằng nhơm có độ tinh khiết cao đảm bảo mômen quay đủ
cho dải tải rộng. Cạnh bên Đĩa Rơto có dấu đen tại vị trí 0 để hiệu
chỉnh và kiểm tra Cơng
tơ.                                                                         Trục vít bằng nhựa 

POM (Polyacetal) lắp trên trục Rôto để dẫn động Bộ số.
Rôto tránh được những hư hại do vận chuyển theo hướng dọc trục
và hướng kính bằng các cữ dừng cơ khí.
Gối đỡ trên
Gối đỡ trên (khơng bơi trơn): 1 bạc nhựa POM  liền Trục vít (lắp
trên Trục Rơto) quay trong 1 Trục thép khơng gỉ có vỏ nhựa POM
bảo vệ (lắp trên Khung Cơng tơ).
Gối đỡ dưới
Cơng tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại Gối đỡ dưới sau:
 Gối đỡ dưới loại 2 chân kính
1 Viên bi quay giữa 2 Chân kính (1 Chân kính lắp cố định trên
Khung Cơng tơ và 1 Chân kính quay cùng với Trục Rơto), do đó ma
sát giảm đáng kể và đặc tính Cơng tơ ổn định tốt ngay cả ở tải thấp.
Gối đỡ dưới loại Gối Từ 
Gối đỡ dưới loại gối từ: 2 Nam châm hình vành khăn nạp từ đồng
cực (1 Nam châm lắp cố định trên Khung công tơ và 1 Nam châm
lắp với Trục Rôto) đẩy nhau. Ổ đỡ gồm 1 Trục thép không gỉ và 1
bạc nhựa POM (khơng bơi trơn). Do đó Gối từ mang được khối
lượng Rơto trên một "đệm từ", gần như khơng có ma sát. Nguyên lý
lực đẩy từ của Gối từ phòng ngừa được sự xâm nhập của các phần


tử sắt từ vào khe hở  giữa 2 nam châm, đảm bảo ổn định đặc tính
Cơng tơ. Sự ổn định từ của Gối từ được đảm bảo bởi một quá trình
chế tạo đặc biệt. 
Nam châm hãm
Nam châm bằng Alnico có lực kháng từ cao, có vỏ bảo vệ bằng hợp
kim nhôm đúc. Một hợp kim đặc biệt được gắn với cực Nam châm
để bù ảnh hưởng của nhiệt độ. Hiệu chỉnh tinh thực hiện được nhờ

chuyển động của Sun từ lắp bên trong Nam châm hãm do quay Vít
hiệu chỉnh.
Cơ cấu chống quay ngược
Cơ cấu chống quay ngược gồm 1 Đĩa cam POM lắp trên trục Rôto,
1 Cá hãm POM quay trên 1 Trục thép không gỉ và Trụ đỡ lắp trên
Khung Công tơ.
Cơ cấu chống quay ngược làm dừng sự quay ngược của Rôto và sự
đếm của Bộ số khi Cơng tơ bị quay ngược.
Bộ số
Cơng tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại bộ số sau:
Bộ số thường: Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bạc đỡ,
Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên
Khung Bộ số. Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm.


Bộ số một hướng: Bộ số một hướng có thể được cung cấp theo yêu
cầu để thay thế cho Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược. Bộ
số một hướng sẽ chỉ quay theo 1 hướng, ngay cả khi Rôto của Công
tơ bị quay ngược.
Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bánh cóc, Cá, Bạc đỡ,
Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên
Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm.
Các bộ số có 5 hoặc 6 Tang trống số (trong đó có  hoặc khơng có
phần  thập phân). Chữ số của Tang trống màu trắng trên nền đen từ
0 đến 9. (Riêng chữ số của Tang trống số thập phân màu đỏ trên nền
trắng từ 0 đến 9). Chữ số cao 5mm, rộng 3mm và nét 0,8mm. Bộ số
(khơng bơi trơn) có ma sát rất nhỏ.
III. Công tơ điện tử một pha nhiều biểu giá
Cơng tơ có thể đo đếm theo biểu giá:
-Biểu giá theo khoảng thời gian trong ngày:

Chuyển biểu giá tự động theo đồng hồ thời gian
thực bên trong Công tơ.
-Biểu giá theo ngưỡng cơng suất tiêu thụ.
Có thiết bị cầm tay để đọc số liệu Cơng tơ và lập trình lại Cơng tơ.
Lấy chỉ số từ xa: Cơng tơ có thể được cài đặt sẵn hoặc nâng cấp dễ
dàng với tính năng lấy chỉ số từ xa do khách hàng lựa chọn như:


-Cơng nghệ lấy chỉ số từ xa dùng sóng Radio.
-Cơng nghệ lấy chỉ số từ xa tự động bằng đường dây tải điện hạ thế
(PLC).
Cơng tơ có cổng bổ trợ đưa ra các tín hiệu điều khiển lập trình được
như:
-Tín hiệu dùng để kiểm tra sai số Cơng tơ.
-Tín hiệu điều khiển các thiết bị đóng cắt ...
Cấu tạo
Đế cơng tơ
Đế Cơng tơ bằng nhựa PBT có cơ tính cao, chịu va đập mạnh, chống
cháy.
Ổ đấu dây
Ổ đấu dây bằng nhựa Bakelit đen, chứa các Đầu nối dây điện áp và
dịng điện bằng đồng khối mạ Ni có các Vít bắt dây dẫn điện cũng
bằng đồng mạ Ni đảm bảo tiếp xúc tốt và khơng gỉ. Cuộn dây dịng
điện được hàn nối trực tiếp với Đầu nối đảm bảo tiếp xúc tin cậy.
Một Cầu nối mạch áp trượt trên ổ đấu dây (bên ngồi Nắp Cơng tơ)
để nối hoặc khơng nối mạch áp, dễ dàng cho kiểm tra Cơng tơ.
Ngồi ra cịn có các Cầu nối dây của Cổng bổ trợ.


Cổng bổ trợ

Cơng tơ có Cổng phụ nằm ở phía bên phải của ổ đấu dây, cho phép
nối dây ra các thiết bị bên ngoài và được đánh số thứ tự từ 1 - 6. Có
thể cài đặt được chức năng của Cổng bổ trợ thơng qua Máy tính.
Nắp Cơng tơ
Nắp Công tơ bằng nhựa PC trong suốt, chịu va đập mạnh, chịu nhiệt
độ cao, chịu tia cực tím, chống cháy. Trên nắp có các Phím bấm
điều khiển và Cổng giao tiếp quang học (theo chuẩn IEC 1107).
Nắp che ổ đấu dây


 Nắp che ổ đấu dây bằng nhựa PC đảm bảo che kín Đầu nối và Cáp
đấu, chịu va đập, chống cháy. Sơ đồ đấu dây Cơng tơ ở phía trong
Nắp che ổ đấu dây.
Bo mạch điện tử
Bo mạch điện tử được thiết kế trên cơ sở các Linh kiện đặc chủng
của các hãng nổi tiếng trên Thế giới. Mạch điện nhỏ gọn làm việc
tin cậy, đơn giản trong sửa chữa và bảo trì.
Mạch điện được gia cơng hàn dán và kiểm tra hiệu chỉnh trên dây
chuyền công nghệ hiện đại của Tây âu và Nhật Bản.
Bo mạch sau khi chế tạo xong được sơn phủ bề mặt để nhiệt đới
hoá.
Màn hiển thị LCD
Màn hiển thị LCD của Công tơ là loại chịu được nhiệt độ cao tới
75oC và tia cực tím phù hợp với điều kiện nhiệt đới hố và thời tiết
Việt Nam.
Pin
Cơng tơ sử dụng Pin Litium có tuổi thọ 10 năm trong điều kiện làm
việc liên tục trên lưới điện và ≥ 2 năm bảo quản Công tơ trong kho.
Do vậy mà các số liệu cài đặt và thu thập được trong Cơng tơ là
hồn tồn tin cậy