Đo công suấtvà điện năngNăng lượng được tính theo biểu thứct2t2W=∫ Pdt = ∫UIcosϕdtt1t16.2 ĐO CÔNG SUẤT ĐIỆN6.2.1 Phương pháp đo gián tiếpỞ mạch điện một chiều hoặc mạch điện xoay chiều có tải là thuần trở ta có thể sửdụng đồng hồ vôn và đồng hồ ampere để xác đònh công suấtARARAVRTRVARVAmpere kế mắc trongVRTAmpere kế mắc ngoàiPhương pháp mắc ampere trong phương pháp này được sử dụng trong trường hợpđiện trở cần đo có giá trò lớn hoặc nội trở của ampere kế có giá trò nhỏPhương pháp mắc ampere ngoài phương pháp này được sử dụng trong trường hợpđiện trở cần đo RX có giá trò nhỏ hoặc volt kế có giá trò lớn . Phương pháp này có sai sốtương đối lớn vì khi tải thay đổi ta không thể cùng lúc đọc chính xác trò số ampere và vôn .Mặt khác phải sử dụng công thức để tính toán sau khi đoCông suất điện được xác đònh theo biểu thức sau2P = U.I = I.R =U2RPhương pháp này có sai số lớn [ sai số ở volt kế và ampe kế ] vì khi tải thay đổi , takhông thể quan sát sự thay đổi thông số ở cả hai đồng hồ đo cùng lúc . Mặc khác , phươngpháp này khá phức tạp và phải sử dụng công thức để tính toán sau khi đo và cũng gây ra saisốThật vậy , ta thấy công suất tải PL được xác đònh bởi volt kế và ampe kế . Theo cáchđấu dây như sơ đồ trên , trò số công suất của tải được xác đònh bởi giá trò điện áp và dòngđiệnChẳng hạn ở sơ đồ ampe kế mắc ngoài , ta có biểu thức sauI = IV + ILSuy raIL = I - IV2 Chương 6PL = UV . IL = UV . [ I - IV ]PL = UV . I + UV . IVNhư vậy , sai số do cách mắc này phụ thuộc vào dòng điện IV đi qua volt kế , nếu IVcàng nhỏ thì phép đo cành chính xác6.2.2 Phương pháp đo trực tiếp bằng Watt kếU**RUIIUUnguồnIIURPΦ1γ δθRϕ**WNhư đã trình bày ở trên , phương pháp đo gián tiếp có những hạn chế nhất đònh . Đểkhắc phục những nhược điểm trên , người ta sử dụng phương pháp đo trực tiếp là dùng Wattkế3 Đo công suấtvà điện năngWatt kế là dụng cụ cơ điện , dùng để đo trực tiếp công suất thực trong mạch điện mộtchiều hoặc xoay chiều một phaWatt kế được chế tạo theo kiểu điện động hoặc sắt điện động , gồm có 2 cuộn dây :một cuộn dây di động [ cuộn dây điện áp ] và một cuộn dây tónh [ cuộn dây dòng điện ]Cuộn dây tónh có tiết diện lớn nhưng ít vòng dây [ nên có điện trở nhỏ ] được mắc nốitiếp với tải nên được gọi là cuộn dòngCuộn dây động có tiết diện nhỏ, nhiều vòng dây [nên có điện trở lớn] được mắc songsong với tải nên còn gọi là cuộn ápNhư vậy dòng điện I1 qua phụ tải sẽ đi qua cuộn dòng , còn điện áp đặt lên cuộn dâytónh tỷ lệ với dòng điện I2 đi qua cuộn dây ápKhi có điện áp U đặt vào cuộn dây động và có dòng điện chạy qua cuộn dòng [ dòngđiện đi qua phụ tải ] dưới tác động của từ trường điện từ , kim của watt kế lệch đi một gócαĐối với nguồn điện một chiều , giá trò của góc lệch α này được xác đònh theo biểuthứcα=dM12= constdαGiảù sửVới K =11D RU + RP1UIdM12D RU + RPdααthìdM12dαα=K.U.I =K.Pgọi là hệ số của watt kế với dòng điện một chiềuĐối với mạch điện xoay chiều , giá trò của góc lệch α này được xác đònh theo biểuthứcα=VớidM121I . IU . cos δDdααδ= ϕ−γTrong đó IU là dòng điện trong mạch song song của watt kếIU =Ucos γRU + RPVớiTa cóα = K U I . cos [ϕ − γ ] cos γKhiϕ = γ thìdM12= constdaα = K U I cos ϕ = KPTừ biểu thức trên , ta nhận thấy chỉ số của watt kế tỉ lệ với công suất tiêu thụ trên phụtải .4 Chương 66.3 CÁCH MẮC DÂY WATT KẾDo watt kế điện động có cực tính , cho nên khi đảo pha của một trong hai cuộn dây ,kim của watt kế sẽ quay ngược vì vậy các cuộn dây được đánh dấu đầu đầu để tránh làmkim watt kế quay ngược . Khi đấu mạch điện , ta phải nối các đầu dây có dấu * với nhauWatt kế điện động thường có nhiều thang đo theo dòng và áp . Giới hạn đo theo cườngđộ dòng điện là 5A và 10A , theo điện áp là 150V và 300 V . Giải tần từ 0 đến hàng KHz ,cấp chính xác có thể đạt từ 0.1 đến 0.2% ở tần số thấp hơn 200Hz .Do đó khi đo muốn đọc giá trò cho đúng , ta cần phải xác đònh hằng số Watt kế CW [ vìWatt kế có nhiều giới hạn đo ] đồng thời phải chú ý đến cực tính của các cuộn dâyCW =m Iđmαđm[ W / vạch ]mlà cỡ đo điện áp đã chọnIđmlà cỡ đo dòng điện đã chọnαđmsố vạch chia giới hạn trên watt kếGiả sử khi đo , kim chỉ vạch thứ α thì công suất mạch làP W = CW αvới α là số vạch kim chỉ thực tế trên đồng hồ đo ]***W*WIAIARSRTHình aRSRTHình bTheo sơ đồ đấu dây như hình trên , chỉ thò của cơ cấu điện động được xác đònh như sauα = K . IL . IAMàIA =ERS + R2Trong đó]RS là điện trở dùng để hạn chế dòng điện qua cuộn dây điện áp [ cuộn dây độngR2 là điện trở cuộn dây điện ápSuy raα = K . IL .ERS + R25 Đo công suấtvà điện năngTừ biểu thức trên , ta nhận thấy điện trở nội của cuộn dây dòng điện càng nhỏ thì saisố càng giảm [ do tổn hao trên cuộn dây này giảm ] . điện trở RS dùng để giảm bớt điện áptrên cuộn dây điện áp vì thế nếu điện áp vào càng lớn thì điện trở RS phải càng lớn .Ở hình a : dòng điện tải bằng dòng điện qua cuộn dây tónhỞ hình b : dòng điện qua cuộn dây tónh bằng tổng dòng điện qua tải và dòng điện quacuộn dây độngRSTa xét sơ đồ mạch điện sau , khi điện trở RSmắc như hình bên , hiệu điện thế giữa đầu dây 2và đầu dây 4 gần bằng điện nguồn . Do đó có khảnăng gây hư hỏng cho Watt kế vì sự cách điệncủa 2 cuộn dây . Ngoài ra khi mắc như thế sai sốphụ sẽ tăng lên do ảnh hưởng tónh điện lẫn nhaucủa 2 cuộn dây Watt kế . Vì thế ta phải mắc điệntrở shunt ở đầu dây 4 để giảm thiểu sai số và tăngtuổi thọ cho Watt kế3*1*W24RLMuốn mở rộng thang đo , ta có thểPhân đoạn cuộn dây dòng điệnNối điện trở phụ nối tiếp với cuộn dây áp6.4 DÙNG WATT KẾ VỚI MÁY BIẾN ÁP ĐO LƯỜNG6.4.1 Dùng Watt kế với máy biến dòng TIKhi dòng điện phụ tải lớn hơn dòng điện đònh mức của Watt kế , ta phải kết hợp Wattkế với biến dòng TI . Sơ đồ đấu dây như sauPhụtảiI1U1- I2I2I1*A*WSơ đồ mắc Watt kế vàbiến dòng TIVI2Giản đồ vector dòng và ápCông suất cho bởi Watt kế làPW = P2 = I2 U1 cos ϕ2 = I2 U1 cos [ ϕ1 - δ ]Khi biết giá trò công suất trên Watt kế , ta xác đònh được công suất thực6 Chương 6Pthực = KI . I2 U1 cos [ ϕ1 - δ ]Trong đóPW là công suất trên Watt kếKI là tỷ số danh đònh của biến dòngDo góc δ nhỏ nên ta có thể xem ϕ1 = ϕ2 [ xem giản đồ vector dòng và áp ]Pthực = KI . I2 U1 cosϕ2ϕVì thế ta có thể viếtNhư vậy , công suất tiêu thụ của tải bằng tích số giữa trò số đọc được trên Watt kế vớitỷ số danh đònh biến dòng TI6.4.2 Dùng Watt kế với máy biến dòng TI và biến điện áp TUKhi cần đo công suất của phụ tải có dòng điện và điện áp lớn hơn dòng điện và điệnáp danh đònh của Watt kế , ta phải sử dụng biến dòng TI và biến điện áp TU để tương thíchvới dòng điện và điện áp của Watt kếSơ đồ đấu dâyPhụtảiI1I2*WxXaA*AVSơ đồ mắc Watt kế , biến dòng TI và biến điện áp TUCuộn dây điện áp của Watt kế được mắc ở hai đầucuộn dây thứ cấp ax của TU ,hai đầu dây sơ cấp của TU được nối với nguồn điện [ đấu songsong với phụ tải ]Cuộn dây dòng điện của Watt kế được mắc nối tiếp với cuộn dây thứ cấp của TI [ thựchiện tương tự như ở 6.4.1 ] để đảm bảo an toàn , vỏ của TI và TU được nối đấtCông suất trên Watt kế làPW = U2 I2 cosϕ2ϕCông suất thực của phụ tải làPtải’ = KI i2 KV u2 cos [ ϕ1 + δV - δi ]Nếu góc lệch δV và δ1 nhỏ , ta có thể xem ϕ2 = ϕ1Như vậy công suất thực gần đúng của phụ tải được xác đònh bởi biểu thứcPthực = KI . KU . PW = U1 I1 cosϕ1ϕ7 Đo công suấtvà điện năngSơ đồ cách mắc watt kế có nhiều tầm đoP =CCU150V300V1A125A510IW0SOURCE1A5A0150 300LOAD8 Chương 66.5 ĐO CÔNG SUẤT MẠCH ĐIỆN BA PHA6.5.1 Mạch ba pha đối xứngMạch ba pha 4 dâyĐối với mạch điện ba pha có tải đối xứng ,ta chỉ cần sử dụng một watt kế để đo công suất ởmột pha , rồi sau đó ta nhân với 3 sẽ được giá tròcông suất cho toàn bộ mạch điện*A*WBRTCNPhép đo được thực hiện như sauCông suất một phaPW = Up Ip cosϕϕCông suất ba phaP3p = 3 . PW = 3 Up Ip cosϕϕMạch ba pha 3 dây*AW*BRTCHình aR*AR*W1RTBCHình b*W2*Để đo công suất điện , ta tạo trung tính “giả” bằng cách sử dụng 2 điện trở phụ có giátrò bằng giá trò của cuộn dây áp . Sơ đồ đấu dây theo sơ đồ hình aCông suất ba pha được xác đònh theo biểu thứcP3p =3 . PWNgoài ra , ta cũng có thể sử dụng 2 watt kế để xác đònh công suất điện cho toàn mạch. Sơ đồ đấu dây như hình b . Công suất ba pha được xác đònh theo biểu thứcP3p = PW1 + PW2Trong quá trình đo , nếu một trong hai watt kế chỉ ngược thì ta đổi cực tính cuộn dâydòng điện hay cuộn dây điện áp . Lúc đó kết quả nhận được từ watt kế đó sẽ lấy giá trò âm .Ví dụ như watt kế 2 quay ngược , sau khi đổi cực tính cuộn dây thì công suất toànmạch sẽ là P3p = PW1 – PW26.5.2 Mạch điện ba pha không đối xứng [ tải không cân bằng ]Mạch ba pha bốn dây9 Đo công suấtvà điện năngĐể xác đònh công suất điện , ta phải sử dụng 3 watt kế . Việc đấu dây cũng tương tựnhư đấu dây Watt kế một pha đối xứng [ lưu ý đến dòng điện đònh mức của Watt kế và điệnáp danh đònh của cuộn áp ở Watt kế ]P3p = PW1 + PW2 + PW3Công suất toàn mạch được xác đònh theo biểu thức sauMạch ba pha ba dâyThực hiện tương tự như ở mạch ba pha đối xứng6.5.3 Sử dụng watt kế ba pha để đo tải ba pha không cân bằngWatt kế ba pha hai phần tửĐược cấu tạo gồm hai cuộn dây điện áp [ hai cuộn dây di động ] có cùng trục quay vàhai cuộn dây dòng điện cố đònh . Phương pháp đo sử dụng Watt kế này cũng giống nhưphương pháp đo dùng 2 Watt kế một pha để đo công suất tải ba pha ba dây . Vì thế cáchmắc cũng giống như cách mắc 2 Watt kế một pha để đo công suất tải ba pha ba dâyWatt kế ba pha hai phần tử rưỡi**TI1W1**W2**W3TI2TI3PHỤTẢIWatt kế hai phần tử rưỡiLoại Watt kế này thường được sử dụng trong công nghiệp . Watt kế hai phần tử rưỡicó 2 cuộn dây áp có cùng trục quay và 3 cuộn dây dòng điện gồm cuộn dây thứ 3 , một nửaở cuộn dây áp [1] , một nửa ở cuộn dây dây áp [ 2 ]Phương pháp đo và cách đấu dây giống như Watt kế ba pha , hai phần tử ở cuộn dâyáp và loại ba phần tử ở phần cuộn dây dòng6.5.4Đo công suất ba pha của tải sử dụng biến dòng và biến áp10 Chương 6Cũng giống như ở Watt kế một pha , khi dòng điện tải lớn hơn dòng điện danh đònh của Wattkế , để sử dụng Watt kế này ta phải kết hợp với biến dòng TI . Mạch được đấu như sơ đồ trênLý luận tương tự như đã trình bày ở trên [ xem 6.4.1 ] , ta xác đònh được công suất tiêu thụcủa phụ tảiPpha APpha BPpha CPphụ tải====KI1 . PW1KI2 . PW2KI3 . PW3Ppha A + Ppha B + Ppha CThường ta sử dụng 3 TI có tỷ số biến dòng giống nhau . Do đóPphụ tải = KI [ PW1 + PW2 + PW3 ]Khi phụ tải có dòng điện và điện áp lớn hơn dòng điện và điện áp danh đònh của Wattkế , ta phải sử dụng biến dòng và biến điện áp .Sơ đồ đấu mạch như hình vẽV2x’*V1a’x*W1*aTI2A1X’A’*W2A2A3 PHATI1TI2PHỤTẢILưu ýĐể đảm bảo an toàn cho người và thiết bò , các TI và TU phải được nối đất6.6 ĐO CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG6.6.1 Đo trực tiếp bằng watt kế phản kháng một pha [ VAR kế ]Theo đònh nghóa , công suất phản kháng của tảiQ = U . I . sin ϕ = U. I . cos [ 900 - ϕ ]11 Đo công suấtvà điện năngWatt kế phản kháng có cấu tạo tương tự như watt kế điện động , nhưng để làm lệchpha ở cuộn dây điện áp , người ta mắc nối tiếp một cuộn dây cảm hay một tụ điện như hìnhvẽTương tự như watt kế, góc quay của kim cũngtỷ lệ với dòng điện qua cuộn dây dòng và cuộn dâyáp , đồng thời cũng phụ thuộc sin của góc lệch phagiữa dòng điện và điện áp . Do đó góc quay tỷ lệvới công suất phản kháng6.6.2 Cách đo công suất phản khángRUIRLUnguồnViệc đo công suất phản kháng tương tự như đocông suất hữu ích đã được trình bày ở trênNgoài cách đo công suất bằng watt kế , tacũng có thể đo gián tiếp bằng vôn kế và ampere kế và Watt kế . Nhưng phương pháp nàycho kết quả không chính xác và sơ đồ đấu dây phức tạp nên ít được sử dụng6.6.3 Đo công suất phản kháng của tải ba phaĐo công suất phản kháng trong hệ thống điện ba pha bốn dâyNhư ta đã biết điện áp dây UBC , UAC và UAB trễ pha 900 so với điện áp pha UA , UB vàUC . Vì thế ta có thể sử dụng Watt kế một pha để đo công suất phản kháng QSơ đồ như hình vẽCông suất ở pha A :ϕ]PA = IA . UBC . cos [ 900 PA =3 IA UA sinϕ =3 QANghóa là QA =PA3Giá trò PA được đọc trên Watt kếTương tự đối với pha B và pha C , công suất phản kháng của phụ tải ba pha sẽ bằngtổng công suất phản kháng ở các*pha*Qba pha =PW1 + PW2 + PW33BCW1**W2TẢI BA PHAQba pha = QA + QB + QCA12