Bài giảng Chương 4: Đo công suất và năng lượng

1ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Chương 4 2Chương 4 A. Đo công suất và năng lượng trong mạch 1 pha 4.1. Wattmet điện động 4.2. Công tơ cảm ứng một pha 34.1. Wattmet điện động 4.1.1. Đo công suất trong mạch một chiều Đo công suất người ta thường dùng wattmet điện động, wattmet điện động được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện động, góc quay của cơ cấu chỉ thị điện động được tính như sau: Ψ là góc lệch pha giữa các dòng I1 và I2 Chương 4: Đo công suất và năng lượng 1 2 osKI I c   44.1. Wattmet điện động Chương 4: Đo công suất và năng lượng * * W Rp I1 RtảiI2 I1 ~ I U + - 5Xét với mạch một chiều ta có: P là công suất tác dụng mà phụ tải tiêu thụ qua W Kết luận: Góc quay α tỉ lệ bậc nhất với công suất tiêu thụ trên tải, vậy có thể dùng wattmet điện động để đo công suất trong mạch một chiều. Chương 4: Đo công suất và năng lượng os =1c  1I I 2 p u UI R R   1 p u UK I K P R R    64.1.2. Đo công suất trong mạch xoay chiều Chương 4: Đo công suất và năng lượng uos u u r z c  7Chương 4: Đo công suất và năng lượng 8Chương 4: Đo công suất và năng lượng 9Kết luận: Chương 4: Đo công suất và năng lượng 10 Chú ý - góc quay α = K1Scosφ, nếu ta đổi đầu 1 trong 2 cuộn dây dòng hoặc áp thì góc lệch pha: φ’= φ ± π Vậy: α’=K1Scos φ’= - α Chương 4: Đo công suất và năng lượng 11 Góc quay α của wattmet tỉ lệ với công suất tác dụng trên phụ tải song thang chia độ của wattmet thường không chia theo đơn vị công suất mà chia thành một số vạch nhất định. Công suất đo được tính bằng tích của hệ số Cw trên thang đo ứng với số vạch chia mà kim chỉ thị thể hiện: P=Cwk. α Chương 4: Đo công suất và năng lượng Chú ý wk dmk dmk dm U IC  12 4.2. Công tơ cảm ứng một pha 4.2.1. Cấu tạo Chương 4: Đo công suất và năng lượng 13 4.2.2. Nguyên lý làm việc Chương 4: Đo công suất và năng lượng 14 Xét hai trường hợp: Chương 4: Đo công suất và năng lượng * Trường hợp lý tưởng 15Chương 4: Đo công suất và năng lượng * Trường hợp thực tế 16 Khi đĩa nhôm quay cắt ngang từ trường của nam châm vĩnh cửu, trên đĩa nhôm xuất hiện những dòng điện xoáy, những dòng điện này lại tác dụng với chính từ trường của nam châm vĩnh cửu tạo ra mômen hãm: Đĩa nhôm quay ở tốc độ ổn định khi cân bằng hai mômen: K1W = K32N W = CđmN Với Cđm là hệ số định mức của công tơ Chương 4: Đo công suất và năng lượng 2 2 3 c h M C M d E dM K I K K R dt     1 3 1 3 dK P K K Pdt K d dt         2 1 2 1 31 dKPdtK t t 17 Kết luận: Chương 4: Đo công suất và năng lượng 18 +Cơ cấu đếm: +Thông số cơ bản của công tơ: - Hệ số truyền tải của công tơ: -Hệ số định mức của công tơ: Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.2.3. Cơ cấu đếm và thông số cơ bản của công tơ NA W  N WC dm  19 a. Bù ma sát -Khi ở phụ tải nhỏ, mô men ma sát sẽ đáng kể so với mô men quay  bù ma sát - Khi điều chỉnh vị trí vòng ngắn mạch không đối xứng hoặc vít chia từ thông ta sẽ bù được ma sát Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.2.4. Sai số và cách khắc phục 20 b. Chống hiện tượng tự quay của công tơ Khắc phụ hiện tượng tự quay khi mô men bù lớn hơn mô men ma sát người ta đã chế tạo bộ phận chống tự quay bằng cách trên mạch từ của cuộn áp và trên trục quay người ta gắn hai lá thép non T1 và T2. Khi đĩa nhôm quay tới thời điểm 2 lá thép đối diện nhau thì chúng sẽ tác động tương hỗ và tạo ra mô men hãm (tuy nhiên chỉ với mô men khá nhỏ) Chương 4: Đo công suất và năng lượng 21Chương 4: Đo công suất và năng lượng c. Điều chỉnh góc lệch pha αI giữa và . I . I 22 Ta điều chỉnh sao cho: Đo thời gian quay của công tơ bằng đồng hồ bấm giây, đếm số vòng quay N của công tơ quay trong khoảng thời gian t. Hằng số công tơ được tính: So sánh Ap với giá trị định mức ghi trên công tơnếu khác nhauta phải điều chỉnh vị trí của nam châm vĩnh cửu để tăng hay giảm mô men cản. Chương 4: Đo công suất và năng lượng d. Kiểm tra hằng số của công tơ dm dm cos = 1 I= I U= U   dm dmP= U I p dm dm dm N NA U I t P t   23 B. Đo công suất và năng lượng trong mạch 3 pha 4.3. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha đối xứng 4.4. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha không đối xứng 4.5. Đo năng lượng tác dụng trong mạch ba pha 4.6. Đo công suất và năng lượng phản kháng trong mạch xoay chiều 4.7. Đo công suất và năng lượng trong lưới cao thế 24 Đối với mạch ba pha đối xứng ta có công suất tổng của cả mạch là: - Theo đại lượng pha: P3pha = PA + PB + PC =3UfIfcos PA, PB, PC là công suất ở từng pha A, B, C - Theo đại lượng dây: Ud, Id là điện áp và dòng điện dây Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.3. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha đối xứng 3 3 ospha d dP U I c  25 4.3.1. Mạch ba pha bốn dây- Phương pháp 1 W Chương 4: Đo công suất và năng lượng 26Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.3.2. Mạch ba pha ba dây- Phương pháp dùng khóa chuyển đổi w1 os , AACAC AP U I c U I       w2 os , AABAB AP U I c U I       27 33 cosd d phaP P U I P  w1 w2 28Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.4. Đo công suất tác dụng trong mạch ba pha không đối xứng 29 Với mạch ba pha không đối xứng: Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.4.1. Mạch ba pha bốn dây- Phương pháp ba W 3 .cos , .cos , .cos , pha A B C A B CA B CA A B B C C P P P P U I U I U I U I U I U I                            Do vậy ta dùng 3 wattmet một pha hoặc 1 wattmet 3 pha 3 phần tử để đo công suất ở các pha A, B, C. Sau đó cộng đại số các số chỉ của 3 oátmét (hoặc 3 phần tử) ta được công suất của mạch 3 pha. 30Chương 4: Đo công suất và năng lượng Pw = PWA + PWB + PWC = UAIAcosA + UBIBcosB +UCICcosC = P3pha * Dùng ba wattmet một pha: * 31Chương 4: Đo công suất và năng lượng * Dùng 1 wattmet ba pha ba phần tử: Gồm 3 cặp cuộn dây tĩnh tương ứng có 3 phần động gắn trên cùng 1 trục quay. Mô men làm quay phần động là tổng mô men của 3 phần tử Mq = K(UAIAcosA + UBIBcosB +UCICcosC) = KP3pha 32Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.4.2. Mạch ba pha ba dây- Phương pháp hai W Xét công suất tức thời trong mạch 3 pha là: p3pha =uAiA + uBiB + uCiC Đối với mạch 3 pha 3 dây, vì không có dây trung tính nên dòng điện trung tính bằng không nghiã là: iA + iB +iC = 0  iC =-(iA + iB) Vậy: p3pha = uAiA + uBiB - uC(iA + iB) = uAiA + uBiB - uCiA - uC iB= iA(uA-uC) +iB(uB- uC) = iAuAC + iBuBC 33 Vậy công suất tác dụng ba pha: Chương 4: Đo công suất và năng lượng 3 o s , o s ,A BA C B Cp h a A C A B C BP U I c U I U I c U I               34 -Đối với mạch 3 pha 4 dây có thể dùng công tơ 3 pha 3 phần tử hoặc 3 công tơ 1 pha. Sơ đồ mắc giống như mắc wattmet đo công suất tác dụng -Đối với mạch 3 pha 3 dây có thể dùng công tơ 3 pha 2 phần tử hoặc 2 công tơ 1 pha. Sơ đồ mắc giống như mắc wattmet đo công suất tác dụng -Với mạch hạ áp công suất lớn ta kết hợp giữa biến dòng điện và công tơ 3 pha để đo năng lượng tác dụng. -Với mạch cao áp, ta kết hợp giữa BU, BI và công tơ 3 pha để đo năng lượng tác dụng. 4.5. Đo năng lượng tác dụng trong mạch ba pha 35Chương 4: Đo công suất và năng lượng Sơ đồ kết hợp giữa BI và công tơ ba pha đo năng lượng tác dụng 36Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.6. Đo năng lượng phản kháng trong mạch ba pha 4.6.1.Dùng công tơ phản kháng ba pha ba phần tử Ta có mô men quay tổng của công tơ là: Mq = K(IAUBCcos1 + IBUCAcos2 + ICUABcos3 ) 33q phaM Q 37Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.6.2.Dùng công tơ phản kháng ba pha hai phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ 1 2 1 2 [ os , os , ] [ os , os , ] A BB C B Cq B C A B C BA B A Bq A B C B q q q M K U I c I U I c I U M K U I c I U I c I U M M M                                 38Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.6.3.Dùng công tơ phản kháng ba pha hai phần tử có R0 tạo góc lệch pha 600 Mq1 = KABCsin1 Mq2 = KCACsin2 33q phaM Q 39Chương 4: Đo công suất và năng lượng 4.7. Đo công suất và năng lượng phản kháng trong lưới cao thế