BÀI GIẢNG kỹ THUẬT đo LƯỜNG chương 7 đo CÔNG SUẤT và NĂNG LƯỢNG

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG-Chương 7: ĐO CÔNG SUẤT VÀ
NĂNG LƯỢNG
$1. Khái niệm chung
-Đo công suất là phép đo rất quan trọng trong kĩ thuật điện
- Dải đo công suất rất rộng, từ picowatt đến hàng triệu Megawatt
- Đơn vị đo công suất tác dụng là watt (oát) hoặc kW, MW…
I
R
-Trong mạch DC, công suất td được tính:
P = UI = I2R = U2/R = kq
U
Gọi p là công suất tức thời. Công suất td trung bình trong 1 chu kì:
p

1
P=
T

∫

T

0

1
pdt =
T

∫

T

0

p

uidt

P
t
0

10/23/15

T
1


CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU

Nếu là công suất tác dụng trong mạch xoay chiều

1
P=
T

∫

T

0

pdt = UI cos ϕ

Với U, I là trị hiệu dụng tín hiệu
p

u

P
i

t

ϕ

10/23/15

2


CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU
u

u

u

i

i

i
ϕ

Tải thuần trở

Tải trở-dung

ϕ

Tải trở-cảm

u

Z = hs
R-L-C
10/23/15

3


CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU
Khái niệm công suất tác dụng (active power)
và công suất phản kháng (reactive power)
i
Z
e

~
Tổng công suất

phát ra

Tổng trở đường dây
R–L-C

Tổn hao trên
Đường dây

i
u
q Đ

Tổn hao
Từ hóa

p

Máy SX

Phần công suất
Đến tải

-Tổn thất công suất trên đường dây phụ thuộc dòng điện và điện áp đường dây
- Tổn thất từ hóa mạch từ chính là phần công suất từ hóa. Do tính tự cảm,
khi u(t) và i(t) cùng dấu nó tiêu thụ công suất. Khi u(t) và i(t) ngược dấu,
nó trả năng lượng ra lưới dưới dạng công suất ngược cho máy phát
- Công suất vô công còn gọi là công suất phản kháng.
10/23/15

4

CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG MẠCH XOAY CHIỀU
q>0
u

q<0

Q
t

ϕ

i

i

i
Z

e

U

I

~

u
q Đ

Máy SX

Q>0 – Tải tiêu thụ công suất phản kháng
Q<0 – Tải phát ra công suất phản kháng
10/23/15

5


CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU
Phần công suất đến tải (máy sản xuất) dùng để sinh công, gọi là công suất tác dụng
Người tiêu thụ điện (hộ tiêu thụ) chỉ hưởng lợi từ công suất tác dụng
•Tổn hao trên đường dây gồm hai dòng điện: dòng tác dụng Id luôn chạy đến máy
SX
dòng phản kháng Iq trao đổi liên tục giữa động cơ và máy phát.

~

Đ

Máy phát

Động cơ

Máy SX

Biểu thị đường đi của công suất tác dụng
Biểu thị đường đi của công suất phản kháng
10/23/15

6


CÔNG SUẤT TRONG MẠCH XOAY CHIỀU
Công suất tác dụng được định nghĩa

P = UI cos ϕ
Công suất phản kháng được định nghĩa

Q = UI sin ϕ
Công suất toàn phần được định nghĩa
S=UI
Nhiệm vụ của dụng cụ đo lường là phải đo được các công suất này
Trong mạch DC chỉ có công suất tác dụng P. Trong mạch xoay chiều có cả
P và Q.
Mạch xoay chiều có hai loại: 1 pha và 3 pha

P3 = PA + PB + PC = U A I A cos ϕ A + U B I B cos ϕ B + U C I C cos ϕC
Q3 = QA + QB + QC = U A I A sin ϕ A + U B I B sin ϕ B + U C I C sin ϕC

10/23/15

7


Năng lượng
trong
mạch
1 trong

pha một
và khoảng
3 pha thời gian là đại lượng biểu thị công suất
Năng
lượng
tiêu thụ
đã tích lũy trong khoảng thời gian đó. Như vậy năng lượng được định nghĩa:
t2

t2

t1

t1

W = ∫ Pdt = ∫ UI cos ϕdt
Đối với mạch 3 pha, năng lượng được định nghĩa:
t2

t2

t2

t2

t2

t2

t1

t1

t1

t1

t1

t1

W = ∫ PA dt + ∫ PB dt + ∫ PC dt = ∫ U A I A cos ϕ A dt + ∫ U B I B cos ϕ B dt + ∫ U C I C cos ϕC dt
Để đo công suất điện năng, ta dùng Wattmeter.
Để đo năng lượng điện năng, ta dùng công tơ.
P

Các thiết bị đo có loại cơ-điện, điện tử.

W
t1
10/23/15

t
t2
8


$2 Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều 1 pha

α=

1 UI dM 12
D Ru + R p dα

dM 12
= const
dα
α = kUI = kP

α=

10/23/15

1
dM 12
II u cos δ
≡ kUI cos δ
D
dα

9


$2 Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều 1 pha

10/23/15

10

$2 Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều 1 pha
Wattmet dùng chuyển đổi Hall
u H = cI u sin ωtI i sin ( ωt + ϕ )
p=

1 T
u H dt = kI u I i cos ϕ ≡ P
T ∫0

Đo công suất bằng phương pháp
nhiệt điện

10/23/15

11


Hiệu ứng Hall

10/23/15

12


10/23/15

13


10/23/15

14


10/23/15

15


$2 Đo công suất trong mạch một chiều và xoay chiều 1 pha

10/23/15

16


$3 Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha
1. Công tơ điện cơ cổ điển

10/23/15

17


Φ
I

Φ

I’

I

I’
α

Biểu đồ quan hệ Φ, I
trong mạch từ

10/23/15

18


u
ϕ

I

ΦΣi
Φi

Φnm

ΦCu

900 - ϕ
Iu
Φu

ΦΣu

Biểu đồ vectơ điện áp công tơ lí tưởng

10/23/15

19


$3 Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha
Chỉnh định công tơ 1 pha điện cơ

-Điều chỉnh hiện tượng tự quay
-Điều chỉnh hướng quay theo góc công suất
-Điều chỉnh hằng số công tơ

10/23/15

20


M = kω
t

t

0

0

∫ Mdt = W = ∫ kωdt = kN

W
1
k=
=
N Cđm
n

Cđm =

10/23/15

∑C
i =1

i

T

T1

T2

…

Tn

P

P1

P2

…

Pn

N

N1

N2

…

Nn

Cđm

C1

C2

…

Cn

n

21

$3 Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha

Công tơ điện tử

10/23/15

22


Đo công suất rất nhỏ

10/23/15

23


$3 Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha

10/23/15

24


$3 Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha

10/23/15

25