Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 4 - Nguyễn Thế Hoạch

Chương 4: Đo lường điện
4.1. Khái niệm chung
Đo lường điện có thể đo các đại lượng điện như dòng điện, điện áp, công suất ngoài ra còn đo
các đại lượng không điện như nhiệt độ, quang thông, áp suất

4.1.1. Sai số và cấp chính xác
Nguyên nhân gây sai số:
- Sai số cơ bản: là sai số vốn có của dụng cụ đo do quá trình chế tạo dụng cụ. Ví dụ như ma sát
trên trục trụ, vạch chia độ trên mặt dụng cụ không chính xác
- Sai số phụ: là sai số do phương pháp đo không chính xác
+ Điều kiện môi trường khi đo khác với điều kiện chuẩn
+ Cá nhân người đo có một số tật như nhìn lệch
+ Một số trường hợp ngẫu nhiên do những thay đổi bất thường trong quá trình đo.
8/2/2012

BMNL

96


Có 2 loại sai số: sai số tuyệt đối và sai số tương đối

Nếu gọi A là trị số đúng của đại lượng cần đo. Gọi A là trị số đo được thì độ lệch
gọi là sai số tuyệt đối.

DA% =
Cấp chính xác

DA = A - A'

DA

gọi là sai số tương đối.
A

Để đánh giá một dụng cụ đo chính xác cao hay thấp người ta quy định ra cấp
chính xác
Cấp chính xác của dụng cụ đo là trị số lớn nhất cho phép tính theo phần trăm
của sai số cơ bản với trí số lớn nhất của thang đo.
Theo tiêu chuẩn của Việt Nam dụng cụ đo được chế tạo theo tám cấp chính
xác, đó là: cấp 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 vµ 4
8/2/2012

BMNL

97


Ví dụ: Một Voltmet có số đo lớn nhất là 450V, cấp chính xác là 1 thì sai
số tuyệt đối lớn nhất vốn có của dụng cụ đó là:

450.1
A=
= 4,5V
100

- Những dụng cụ đo có cấp chính xác từ 0,05 đến 0,5 là loại cấp chính
xác dùng trong phòng thí nghiệm nghiên cứu khoa học.
- Loại dụng cụ có cấp chính xác từ 2,5 đến 4 là dụng cụ có cấp chính
xác thấp dùng trong nhà máy, trong phòng thực tập ở nhà trường.
- Loại dụng cụ có cấp chính xác từ 1 đến 1,5 là loại dụng cụ có cấp
chính xác vừa, thường được dùng trong sản xuất, nhà m¸y, xÝ nghiƯp.

8/2/2012

BMNL

98


4.1.2. Các bộ phận chủ yếu của dùng cụ đo và phân loại
Mỗi dụng cụ đo thường có hai bộ phận cơ bản là mạch đo và cơ cấu đo:
- Mạch đo dùng để biến đổi các đại lượng cần đo thành những đại
lượng như dòng điện, điện áp tác dụng trực tiếp lên cơ cấu đo.
- Cơ cấu đo gồm phần động và phần tĩnh. Phần tĩnh làm nhiệm vụ
biến đổi điện năng đưa vào thành cơ năng tác dụng lên phần động.
Phần động gắn liền với trục, kim góc quay của kim xác định trị số của
đại lượng cần đo.

8/2/2012

BMNL

99


4.1.3. Cách kí hiệu dụng cụ đo
Kí hiệu theo đại lượng đo:
- Ampemet: A
- Voltmet: V
- Oatmet: W
- Ômmet: W

- Công tơ met kWh
- Tần số: Hz

8/2/2012

BMNL

100


4.2. Đo các đại lượng điện
4.2.1. Đo dòng điện
Để đo dòng điện người ta dùng Ampemet. Trong mạch điện Ampemet được
mắc nối tiếp với phụ tải. Để cho phép đo được chính xác điện trở trong RA của
cơ cấu đo rất nhỏ để tổn hao công suất trong Ampemet do hiệu ứng Jun
Lenxơ DPA = RA.I2 là không đáng kể.

Hình 4.1. Sơ đồ nối dây Ampemet trong mạch điện
8/2/2012

BMNL

101


1. Đo dòng điện một chiều
Có thể dùng Ampemet một chiều hoặc xoay chiều. Trong bốn loại cơ cấu
trình bày ở trên, cơ cấu kiểu từ điện có độ nhạy và độ chính xác lớn nhất.
Mở rộng thang đo bằng cách ghép song song với cơ cấu đo một điện trở
sơn RS.

Hình 4.2. Mở rộng thang đo của Ampemet cơ cÊu ®o tõ ®iƯn
8/2/2012

BMNL

102


Gọi IA là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua cơ cấu đo, hệ số mở rộng thang
đo bằng kA = I/Ia.

Is I
I
I
Is = I - IA ® = - A = k - 1 ® k = 1 + s
IA IA IA
IA
Điện trở của cơ cấu đo và điện trở của sơn là RA, RS

I A + IS
IS
KA =
=1+
IA
IA

Theo định luật Ohm ta có:IS. RS = IA. RA ®

IS R A

R
R
R
=
® k = 1+ A ® k -1 = A ® R S = A
IA R S
RS
RS
k -1

8/2/2012

BMNL

103


2. Đo dòng điện xoay chiều
Thường dùng trong các loại Ampemet xoay chiều có cơ cấu đo kiểu điện từ hay điện động
hoặc kiểu từ điện có chỉnh lưu.

Hình 4.3. Mở rộng thang đo của Ampemet điện từ và điện động
a. Cuộn dây phần tĩnh khi chưa mở rộng thang đo
b. Cuộn dây phần tĩnh sau khi mở rộng thang ®o

§Ĩ më réng thang ®o Ampemet xoay chiỊu, ng­êi ta chia cuộn dây phần tĩnh của cơ cấu đo
thành hai hay nhiều đoạn chấn hoàn toàn giống nhau rồi đấu song song các đoạn đó với
nhau.Nhưng yêu cầu lực từ hoá không thay đổi.
8/2/2012

BMNL

104


Đo dòng điện xoay chiều
Để mở rộng thang đo nhiều hơn người ta dùng máy biến dòng điện. Cuộn dây
sơ cấp của máy biến dòng mắc nối tiếp với mạch điện cần đo, còn cuộn dây
thứ cấp mắc nối tiếp với Ampemet có dòng điện thích hợp với cuộn dây của cơ
cấu đo. Gọi I1 là dòng điện cần đo và I2 là dòng điện Ampemet hệ số biến
dòng điện của máy biến dòng. Hệ số biến dòng k chính là hệ số mở rộng
thang đo kA.

8/2/2012

BMNL
Hình 4.4. Nối
máy biến dßng

105


4.2.2. Đo điện áp
Người ta dùng voltmet để đo điện áp của mạch điện Voltmet được mắc
song song với mạch điện cần đo. Để cho phép đo được chính xác tổn hao
công suất trong Voltmet phải rất nhỏ, ta có:

PV = R.I V2 = U 2 / R V
Do ®ã dòng điện trở trong của Voltmet phải rất lớn. Đó là sự khác nhau cơ
bản giữa Voltmet và Ampemet.

8/2/2012

Hình 4.5. Cách mắc Voltmet
BMNL

106


1. Đo điện áp một chiều
Có thể dùng Voltmet 1 chiều hoặc xoay chiều. Voltmet kiểu từ điện có cấp
chính xác và độ chạy cao nhất nhưng giới hạn thang ®o cđa Voltmet nhÊt
lµ Voltmet kiĨu tõ ®iƯn rÊt nhá nên phải mở rộng thang đo bằng cách nối
tiếp điện trở phụ RP vào cuộn dây phần tĩnh của cơ cấu đo.

Hình 4.6. Mở rộng thang đo vôn mét bằng ®iƯn trë phơ RP
8/2/2012

BMNL

107


Đo điện áp một chiều
Gọi kv là hệ số mở rộng thang đo của Voltmet ta có:

kv =

U
UV

U là điện áp cần đo
UV là điện áp đặt vào cơ cấu ®o
Ta cã U = UV + UP

Up
I v .R p
Rp
U
kv =
=1+
= 1+
=1+
® R p = (k v - 1).R v
Uv
Uv
I v .R v
Rv

8/2/2012

BMNL

108


2. Đo điện áp xoay chiều
Có thể dùng cơ cấu ®o kiĨu ®iƯn tõ, ®iƯn ®éng hay tõ ®iƯn cã chỉnh lưu. Loại
điện từ tuy có độ chính xác thấp nhưng được dùng rộng rÃi trong công nghiệp
vì dễ chế tạo, giá thành không cao.

+ Để mở rộng thang đo cđa Voltmet ®iƯn tõ d­íi 600V cã thĨ dïng ®iƯn trở
phụ RP mắc nối tiếp với cơ cấu đó.
+ Muốn đo điện áp cao hơn ta dùng máy biến điện áp đo lường có hai cuộn
dây. Hai đầu cuộn dây sơ cấp nối với điện áp cần đo còn hai đầu cuộn dây thứ
cấp nối với hai đầu Voltmet. Hệ số biến áp của máy biến áp đo lường là
. Hệ số mở rộng thang đo chính là hệ số biÕn ¸p kv = k.

k=
8/2/2012

U1
U2

BMNL

109


CT

8/2/2012

BMNL

110


VT

8/2/2012

BMNL

111


4.2.3. Đo công suất
1. Đo công suất trong mạch điện một chiều
Để đo công suất tiêu thụ trong phụ tải mạch điện một chiều có thể dùng Ampemet và
Voltmet mắc vào mạch điện. Sau đó dùng công thức để tính P = U. I.
Ưu điểm là phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện.
Nhược điểm không đọc trực tiếp được trị số công suất trên thang đo.

Hình 4.7. Đo công suất trong mạch điện một chiều
8/2/2012

BMNL

112


2. Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều một pha
Để đo công suất tác dụng trong mạch ®iƯn xoay chiỊu 1 pha ta sư dơng o¸t mÐt 1
pha. Vì P = U.I.cosj nên không thể dùng mạch đo như trên được mà phải dùng
một loại dụng cụ đo gọi là Oatmet một pha. Oatmet thường được chế tạo theo cơ
cấu kiểu điện động hoặc kiểu cảm ứng. Có mômen quay tỉ lệ với công suất tác
dụng trong m¹ch:

8/2/2012

1 2p
M q = k. . ị p.dt = k.P
T 0

Hình 4.8. Sơ đồ nối oát
mét động cơ 1 pha
BMNL

113


3. Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha
Tuỳ theo mạch điện và phụ tải 3 pha có phương pháp đo công suất tác dụng sau:
a. Mạch điện 3 pha đối xứng ở dây trung tính (mạch 3 pha 4 dây) chỉ cần dùng một
Otamet một pha đo công suất một pha rồi nhân 3:

P3pha = 3 . P1pha

b. Mạch 3 pha không đối xứng có dây trung tính phải dùng 3 Oatmet một pha đo công
suất cho cả 3 pha rồi cộng các trị số đo được lại:

P3pha = PA + PB + PC

c. Mạch ba pha không có dây trung tính (3 pha 3 dây), phụ tải đối xứng hoặc không đối
xứng, phải dùng 2 Oatmet một pha mắc như hình vẽ. Ta sẽ giải thích được tổng công
suất tác dụng đo được từ 2 Oatmet 1 pha chính là công suất tác dụng cđa m¹ch 3 pha.

8/2/2012

BMNL

114


Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha
Công suất tức thời qua mỗi Oatmet W1, W2 là:
P1 = iA.UAC

P2 = iB.UBC

Công suất tức thời qua hai Oatmet:
P = P1 + P2 = iA.UAC + iB.UBC
V× UAC = UA – UC vµ UBC = UB – UC nªn
P = iA (UA –UC) + iB(UB – UC)
= iA.UA + iBUB (iA + iB).UC
Theo định luật kirchoff1 trong mạch điện 3 pha 3 dây:

iC = - (iA + iB)

VËy P = P1 + P2 = iAUA + iB.UB + iC.UC= PA + PB + PC
Nghĩa là công suất tøc thêi qua hai Oatmet chÝnh b»ng tỉng c«ng st tức thời của 3 pha.
Vậy công suất tác dụng qua hai Oatmet phải bằng công suất tác dụng của 3 pha.
8/2/2012

BMNL

115


Đo công suất tác dụng trong mạch điện xoay chiều 3 pha

Hình 4.9. Đo công suất mạch 3 pha

8/2/2012

BMNL

116


4.2.4. Đo điện năng
Để đo điện năng trong mạch điện xoay chiều một pha, người ta
dùng công tơ cảm ứng mét pha.

8/2/2012

BMNL

117