Chương 9 Đo công suất và năng lượng

Công suất tác dụng trong mạch xoay chiều 1 pha được xác định là giá trị trung bình của công suất

trong 1 chu kì T :

T

T

1

1

P = ∫ pdt = ∫ u.idt

T 0

T0

Với p, u, i là giá trị tức thời của công suất, áp, dòng

Khi dòng và áp có dạng hình sin, công suất tác dụng được tính là : P =U.I.cosφ (cosφ : hệ số công

suất). Đại lượng S = U.I gọi là công suất toàn phần, là công suất tác dụng khi tải thuần trở.

Ngoài ra, người ta còn đo công suất phản kháng, dùng để đánh giá hiệu quả của các thiết bị điện. Đối

với dòng và áp hình sin, công suất phản kháng là P = U.I.sinφ.

Trường hợp chung, nếu một quá trình có chu kì với dạng đường cong bất kì thì công suất tác dụng là

tổng các công suất của các thành phần sóng hài.

∞



∞



k =1



k =1



P = ∑ Pk = ∑U k I k cos ϕ k

Hệ số công suất bằng tỉ số giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần.

Trong mạch 3 pha, công suất tác dụng và công suất phản kháng được tính là tổng các công suất tương

ứng ở các pha

P = PA + PB + PC = UΦA IΦA cosφΦA + UΦB IΦB cosφΦB + UΦC IΦC cosφΦC

Q = QA + QB + QC = UΦA IΦA sinφΦA + UΦB IΦB sinφΦB + UΦC IΦC sinφΦC

Với UΦ , IΦ – điện áp pha và dòng điện pha hiệu dụng

φ : góc lệch giữa dòng và áp của pha tương ứng

Biểu thức để đo năng lượng được tính như sau :

t2



t2



t1



t1



W = ∫ Pdt = ∫ U .I cos ϕdt

Trong mạch ba pha thì ta có :

t2



t2



t2



t1



t1



t1



W = ∫ PA dt + ∫ PB dt + ∫ PC dt

Như vậy, công tơ đo năng lượng điện phải bao gồm một bộ phận chuyển đổi để đo công suất, một bộ

tích phân.

Bộ chuyển đổi đo công suất được thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau : phương pháp cơ điện,

phương pháp điện, phương pháp nhiệt điện, và phương pháp so sánh.

Theo phương pháp cơ điện, phép nhân được dựa trên các cơ cấu chỉ thị như điện động, sắt điện

động, tĩnh điện và cảm ứng, trong đó góc quay α của phần động là hàm của công suất cần đo.

Theo phương pháp điện, phép nhân được thực hiện bởi các mạch nhân tương tự hay số điện tử,

tín hiệu ra của nó là hàm của công suất cần đo.

Theo phương pháp nhiệt điện, sử dụng biến đổi thẳng công suất điện thành nhiệt. Phương pháp

này thường được ứng dụng khi cần đo công suất và năng lượng trong mạch tần số cao cũng như nguồn

lazer.

Phương pháp so sánh là phương pháp chính xác, vì thế nó thường được sử dụng để đo công suất

trong mạch xoay chiều tần số cao.

9.2

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

9.2.1

Phương pháp đo dùng V, A

Công suất mạch một chiều có thể được đo bằng phương pháp V,A. Dùng vôn mét và ampemet đo

dòng và áp trên tải. Có 2 cách mắc :

149



a)

b)

Hình 9-1 : Mạch đo công suất bằng phương pháp Von-Ampe

Công suất đo được tính : Pđo = U.I , với U, I là các giá trị đọc trên vonmet và ampemet.

Nếu sử dụng theo cách mắc 9-1a, von met có điện trở và dòng qua nó là Iv, nên thực tế

I = I R + IV

Suy ra, công suất đo thực tế là : Pthực = (I – IV).U = U.I – U2/RV

Điện trở vonmet càng lớn thì độ sai lệch giữa công suất đo và công suất thực càng nhỏ, phép đo càng

chính xác.

Nếu sử dụng cách mắc hình 9-1b, công suất thực tế : Pthực = (U – UA).I = U.I – I2.RA

Ta thấy, nếu RA càng nhỏ, phép đo càng chính xác.

Sai số của phép đo bằng tổng sai số của 2 phép đo trực tiếp.

9.2.2

Wattmet điện động

Wattmet điện động gồm 2 cuộn dây nối với nhau (cuộn tĩnh và cuộn động). Cuộn dây tĩnh còn gọi là

cuộn dòng được cuốn bằng dây có kích thước lớn, ít vòng, cho dòng phụ tải trực tiếp chạy qua, hoặc nối

với thứ cấp của biến dòng điện, nó đóng vai trò như ampemet. Cuộn dây động còn gọi là cuộn áp, được

nối tiếp với Rp , được đặt trực tiếp lên điện áp của phụ tải hoặc nối với thứ cấp của biến áp đo lường, nó

đóng vai trò như vonmet.

Cuộn tĩnh và cuộn động được nối với nhau ở 2 đầu có đánh dấu * (đầu đánh dấu * là đầu phát, khi mắc

phải nối với nhau). Nếu cho 2 dòng điện I1 và I2 vào 2 cuộn dây thì phần động sẽ lệch góc α, được tính

như sau : α = K.I1.I2.cosψ

Xét với mạch 1 chiều, ta có

cosψ = 1 , I1 ≈ I

U

Dòng qua cuộn dây động : I 2 =

, với Ru là điện trở 1 chiều của cuộn dây động.

R p + Ru



Hình 9-2 : Sơ đồ mắc wattmet điện động

150



U

= K1 .P

R p + Ru

Như vậy góc quay α tỉ lệ bậc nhất với công suất tiêu thụ trên tải. Cấp chính xác của phép đo này có thể

đạt đến 0,01% - 0,1%

Xét mạch đo xoay chiều, có điện áp u = Um sinωt, và dòng phụ tải

i = Im sin(ωt-φ) = i1

Ở đây φ là góc tải

Vì cơ cấu không có mạch từ nên dòng i2 chỉ chậm pha hơn u một góc

nhỏ nào đó. Ta có sơ đồ vecto dòng điện như hình bên.

Vậy, ta có i2 = Ium sin(ωt-φu)

U

Biểu thức tính góc quay : α = K .I . cos(ϕ − ϕ u )

zu

Với φu là góc lệch pha giữa dòng và áp cuộn dây động.

Ru + R p

zu =

: tổng trở phức của cuộn dây động và Rp

Hình 9-3 : Biểu đồ vecto dòng điện

cos ϕ u

U .I . cos ϕ u

cos(ϕ − ϕ u )

Từ đó, ta có : α = K .

Ru + R p

Từ biểu thức, sai số đo của wattmet được tính

P − P cos ϕ u cos(ϕ − ϕ u ) − cos ϕ

γp = w

=

.100%

P

cos ϕ

Vì góc φu khá nhỏ, biến đổi biểu thức trên với φu ≈ φ.u và sin2φu = 0, ta có

γp = φu.tgφ.100%

Do đó, sai số của wattmet phụ thuộc vào cấu trúc wattmet (φu) và tính chất phụ tải (tgφ).

Kết luận : Góc quay α tỉ lệ với công suất tác dụng trên phụ tải, song thang chia độ của wattmet không

chia theo đơn vị công suất mà chia thành một số vạch nhất định. Giá trị của mỗi vạch chia được đặc trưng

U nk I nk

bởi hệ số của wattmet Cw: C w =

αn

Trong đó, Unk, Ink là điện áp và dòng điện định mức ứng với thang đo thứ k nào đó. αn là số vạch chia

trên toàn thang đo. Wattmet điện động có thể có nhiều giới hạn đo, mỗi giới hạn có một hệ số Cw tương

ứng. Công suất đo được tính bằng tích của hệ số Cw trên thang đo tương ứng với số vạch chia mà kim chỉ

thị thể hiện.

P = Cwk . α

Từ đó ta có : α = K .I .



9.2.3

Wattmet nhiệt điện

Wattmet điện động ở trên chỉ để đo công suất mạch điện ở tần số thấp và ở một dải tần nhất định. Khi

cần đo công suất ở tần số cao, hoặc cả trong một dải tần rộng nào đó, người ta dùng wattmet nhiệt điện.

Phần tử cơ bản sử dụng trong wattmet nhiệt điện là 2 cặp nhiệt giống nhau A, B như hình vẽ.



151



Hình 9-4 : Nguyên lí wattmet nhiệt điện

Trong hình vẽ, r là điện trở rất nhỏ, i là dòng điện phụ tải, ta có iu ≤ i

Với cách bố trí mạch trên, ta có

u.r2

u12 =

= K .u

r2 + r3

i.r1 + u12 r1

K

= .i + .u = a.u + b.i

Suy ra : ia =

ra

ra

ra

u − i.r1 K

r

ib = 12

= .u − 1 .i = a.u − b.i , với ra = rb = r

rb

rb

rb

Nếu gọi công suất tiêu thụ trên các nhiệt điện trở là pa , pb thì sức điện động sinh ra trên các cặp nhiệt

ngẫu tỉ lệ với pa , pb , ta có : Ea = K.pa và Eb = K.pb (K là hệ số tỉ lệ)

Giả thiết bố trí sao cho dòng qua điện trở ra bằng tổng 2 dòng i1 và i2 và dòng qua điện trở rb bằng hiệu

2 dòng i1 và i2, ta có : ia = i1 + i2 = a.u + b.i ; ib = i1 – i2 = a.u – b.i

Khi đó, i1 = a.u và i2 = b.i

Khi đó, sức điện động của các cặp nhiệt ngẫu được tính như sau

T

T

K

K .r 2 2

E a = ∫ ia2 .rdt =

(i1 + i2 + 2.i1 .i2 )dt

T 0

T ∫0

T



T



K

K .r 2 2

Eb = ∫ ib2 .rdt =

(i1 + i2 − 2.i1 .i2 )dt

T 0

T ∫0

Với cách nối cặp nhiệt ngẫu như hình vẽ, số chỉ của vonmet sẽ là

T

T

4.K .r

4..r.a.b

i

i

dt

=

u.idt = C.P

Ev = Ea – Eb =

1 2

T ∫0

T ∫0

Do vậy, số chỉ vonmet tỉ lệ với công suất tiêu thụ trên phụ tải.

9.2.4

Wattmet chuyển đổi Hall

Chuyển đổi Hall là một mạng 4 cực, chế tạo dưới dạng một tấm mỏng bằng bán dẫn, như hình 9-5.

Trong đó, T – T là 2 cực dòng mắc nối tiếp với nguồn một chiều hoặc xoay chiều. X – X là 2 cực áp.

Khi đặt vuông góc với bề mặt của chuyển đổi một từ trường thì xuất hiện ở 2 đầu X – X một thế điện

động gọi là thế điện động Hall, được tính như sau

Ex = kx.B.ix

Trong đó : B – độ từ cảm của từ trường

kx – hệ số mà giá trị của nó phụ thuộc vào vật liệu, kích thước và hình dáng của chuyển đổi.



152



Hình 9-5 : Wattmet dùng chuyển đổi Hall

Thế điện động Hall sẽ tỉ lệ với công suất tải nếu một trong 2 đại lượng trên tỉ lệ thuận với điện áp U,

còn dòng ix là dòng qua phụ tải.

Để thực hiện một wattmet dùng chuyển đổi Hall, ta đặt chuyển đổi vào khe hở của một nam châm điện

(hình 9-5). Dòng điện đi qua cuộn hút L, chính là dòng qua phụ tải ZL. Còn ở 2 cực T – T có dòng điện

chạy tỉ lệ với điện áp đặt lên tải. Điện trở Rp để hạn chế dòng. Hướng từ trường chỉ bởi đường chấm chấm.

Thê điện động Hall lúc đó sẽ là :

ex = k.u.i = k.P

Trong đó : ex – được đo bằng milivonmet

k – hệ số tỉ lệ

Wattmet chuyển đổi Hall cho phép đo công suất xoay chiều với tần số đến hàng trăm MHz.

Ưu điểm của loại vonmet này là không có quán tính, có cấu tạo đơn giản, bền, tin cậy.

Nhược điểm : sai số do nhiệt độ lớn.

9.2.5

Wattmet điều chế

Đây là loại wattmet dựa trên phương pháp đo công suất bằng điều chế tín hiệu. Cụ thể phương pháp

điều chế tín hiệu dựa trên việc nhân các tín hiệu uu và ui trên cơ sở điều chế 2 lần tín hiệu xung. Các tín

hiệu tương tự uu và ui được biến đổi thành tần số, chu kì, biên độ, độ rộng của tín hiệu xung, sau đó lấy

tích phân.

Thông dụng nhất là kết hợp giữa các loại điều chế sau đây :

Điều chế độ rộng xung với biên độ xung (ĐRX – BĐX)

Điều chế độ rộng xung với tần số xung (ĐRX - TSX)

Điều chế tần số xung với biên độ xung (TSX - BĐX)

Xét sơ đồ cấu trúc một wattmet dựa trên phương pháp (ĐRX - BĐX) như hình 9-6.

Theo biểu đồ thời gian, tín hiệu vào ui được điều chế thành độ rộng t của xung được phát từ máy phát

tần số chuẩn f0 = 1/T0.

Ở đầu ra của điều chế ĐRX, ta có các xung với độ rộng ti = k.ui . Tín hiệu sẽ được đặt vào bộ điều chế

biên độ xung BĐX, chúng được điều chế biên độ bằng tín hiệu uu(t). Khi T0 → 0 thì diện tích của mỗi

xung ở đầu ra của bộ điều chế biên độ tỉ lệ với công suất tức thời là :

S(t) = uu.ti = k.uu.ui

Điện áp ra của bộ tích phân TP tỉ lệ với công suất trung bình P .

Sai số của các wattmet sử dụng các cặp điều chế là ở chỗ độ dài của chu kì điều chế bị hạn chế. Điều

này làm cho dải tần bị hạn chế.



153



Hình 9-6 : a) Sơ đồ khối wattmet theo phương pháp điều chế độ rộng xung

b) Biểu đồ thời gian

9.3



Đo năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha – Công tơ 1 pha

Năng lượng trong mạch xoay chiều 1 pha được tính theo biểu thức

t2



t2



t1



t1



W = ∫ Pdt = ∫ U .I . cos ϕdt

P = U.I.cosφ là công suất tiêu thụ trên tải

t = t2 – t1 : thời gian tiêu thụ

Dụng cụ để đo năng lượng gọi là công tơ. Công tơ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng.

9.3.1

Công tơ 1 pha

a. Cấu tạo : Công tơ một pha gồm 2 cuộn dây tạo thành 2 nam châm điện (A, B).



Hình 9-7a : Cấu tạo công tơ 1 pha

- Nam châm điện A gọi là cuộn dòng, thường được cuốn bằng dây có kích thước lớn, ít vòng và cho

dòng phụ tải trực tiếp chạy qua hoặc nối với thứ cấp của máy biến dòng điện.

- Nam châm điện B được gọi là cuộn áp, thường được cuốn bằng đây có kích thước nhỏ, rất nhiều

vòng, đặt trực tiếp lên điện áp lưới hoặc nối với thứ cấp của biến điện áp đo lường.

- Đĩa nhôm Đ được kẹp cứng trên trục quay, ngoài ra còn nam châm vĩnh cửu M, thanh dẫn từ G và hệ

thống cơ cấu đếm.



154



b. Nguyên lí làm việc : Xét khi cuộn dòng có dòng điện xoay chiều I chạy

qua sẽ xuất hiện từ thông ΦI xuyên qua đĩa nhôm hai lần, khi đặt điện áp

xoay chiều U lên cuộn áp sẽ tạo ra dòng điện Iu chậm pha hơn so với

điện áp một góc 90o Dòng iu sinh ra 2 từ thông

+ ΦI chỉ khép mạch qua mạch từ cuộn áp gọi là từ thông phụ;

+ Φu xuyên qua đĩa nhôm gọi là từ thông làm việc.

Sơ đồ vecto như hình vẽ bên. Ta có

ΦI = kI.I

Φu = ku.Iu = ku.U/Zu

kI , ku : hệ số tỉ lệ về dòng và áp

Hình 9-7b : Biểu đồ vecto

Zu : tổng trở của cuộn áp

Momen quay của cơ cấu chỉ thị cảm ứng tính được :

Mq = k.U.I.sinψ

Trong đó : ψ : góc lệch pha giữa ΦI và Φu

Theo biểu đồ vecto ta có : ψ = β – αI – φ

Nếu ta đảm bảo θ = β – αI = π/2 thì ψ = π/2 – φ

Lúc đó, biểu thức có dạng : Mq = k.U.I.cosφ = k.P

9.3.2

Kiểm tra công tơ

Để công tơ chỉ được chính xác, trước khi đem sử dụng, người ta thường phải kiểm tra hiệu chỉnh và

cặp chì. Sơ đồ kiểm tra công tơ như hình 9-8.



Hình 9-8 : Sơ đồ kiểm tra công tơ.

Từ nguồn điện 3 pha, qua bộ điều chỉnh pha để lấy ra điện áp một pha có thể lệch pha với bất kì pha

nào của nguồn điện từ 0o đến 360o. Sau đó qua biến dòng (dưới dạng biến áp tự ngẫu) L1. Dòng điện ra

được mắc nối tiếp với phụ tải ZT ampemet và các cuộn dòng của wattmet và công tơ.

Điện áp được lấy ra từ một pha bất kì của nguồn điện (ví dụ pha BC), qua biến áp tự ngẫu L2 và đặt

vào cuộn áp của wattmet cũng như của công tơ vonmet chỉ điện áp đó ở đầu ra của biến áp tự ngẫu L2.

Việc kiểm tra công tơ gồm 2 bước

1. Điều chỉnh tự quay của công tơ : Điều chỉnh L2, ta đặt điện áp vào cuộn áp của wattmet và công tơ

bằng điện áp định mức U = UN , điều chỉnh L1 sao cho dòng điện vào cuộn dòng của wattmet và công tơ

bằng 0. Lúc này, wattmet chỉ 0 và công tơ phải đứng yên. Nếu công tơ quay thì đó là hiện tượng tự quay

của công tơ.

2. Điều chỉnh góc quay θ = β – αI = π/2

3. Kiểm tra hằng số công tơ

9.3.3

Công tơ điện tử

Để chế tạo công tơ điện tử, người ta biến đổi dòng điện I thành điện áp U1 tỉ lệ với nó

UI = kI.I

155



Một điện áp khác tỉ lệ với điện áp đặt vào U

U2 = k2.U

Qua bộ nhân điện tử, ta nhân được điện áp U3 tỉ lệ với công suất P.

U3 = k3.P

Điện áp này sau khi qua bộ biến đổi điện áp – tần số (hoặc bộ biến đổi A/D), tiếp theo vào bộ đếm và

ra chỉ thị số. Số chỉ của cơ cấu chỉ thị số sẽ tỉ lệ với năng lượng N = C.W trong khoảng thời gian cần đo

năng lượng đó.



Hình 9-9 : Công tơ điện tử

Tất cả các bộ biến đổi trên đây đều thực hiện bằng mạch điện tử.

Công tơ điện tử có thể đạt cấp chính xác 0,5.

9.4

Đo công suất mạch ba pha

9.4.1

Nguyên lí chung

Trong mạch 3 pha, phụ tải thường mắc theo 2 cách : phụ tải hình sao, phụ tải hình tam giác. Phụ tải có

thể đối xứng hoặc không đối xứng. Trong thực tế phụ tải thường không đối xứng, nhưng khi vận hành lưới

điện, người ta có gắng tạo ra phụ tải đối xứng như thế sẽ có lợi cho máy phát và cho lưới điện.

Đối với phụ tải hình sao, có thể không có dây trung tính hay có dây trung tính

Về nguyên tắc có thể biến đổi từ hình sao ra hình tam giác được và ngược lại.



Hình 9-10 : Phụ tải hình sao và tam giác

Để thực hiện phép đo công suất tổng trong mạch 3 pha, ta hãy xét trường hợp chung

Mạch 3 pha 3 dây, ví dụ tải hình sao không có dây trung tính, phụ tải bất kì (đối xứng hoặc không đối

xứng)

Các điện áp uAB , uBC , uAC là các giá trị tức thời điện áp dây ; uAN , uBN , uCN là các giá trị tức thời của

điện áp pha ; iA , iB , iC là các giá trị tức thời của dòng điện pha.

Ta có thể viết các phương trình sau :

156



iA + iB + iC = 0

P∑ = uAN.iA + uBN.iB + uCN.iC

Kết hợp 2 phương trình trên, biết uAB = uAN – uBN , ta có thể tính công suất mạch 3 pha theo một trong 3

cách sau :

P∑ = iA.uAC+ iB.uBC = iB.uBA + iC.uCA = iA.uAB + iC.uCB

Như vậy trong mạch 3 pha sử dụng điện áp dây và dòng 3 pha, ta có thể chỉ cần sử dụng 2 wattmet là

đủ. Từ đó có thể rút ra các phương pháp đo công suất như sau.

9.4.2

Các phương pháp đo công suất mạch 3 pha

a. Đo công suất bằng 1 wattmet

- Nếu mạch 3 pha có phụ tải hình sao đối xứng. Trong trường hợp này ta chỉ cần đo công suất ở một

pha của phụ tải, sau đó nhân 3 ta được công suất tổng : P∑ = 3.PA

- Nếu mạch 3 pha có phụ tải là tam giác đối xứng. Trong trường hợp này ta chỉ cần đo công suất ở

một nhánh của phụ tải, và công suất tổng bằng 3 lần công suất đo.

- Trường hợp phụ tải nối theo hình tam giác đối xứng mà ta muốn đo ở ngoài nhánh phụ tải thì ta

phải tạo ra một điểm trung tính giả bằng cách nối 2 pha khác hai pha điện trở bằng đúng điện trở cuộn áp

ru của wattmet. Đo công suất trên một pha, công suất tổng bằng 3 lần công suất đo (hình 9-11a).



a)

Hình 9-11 :



b)

a). Đo công suất bằng đo nhánh ngoài phụ tải

b). Biểu đổ vecto dòng và áp.



Theo biểu đồ, công suất chỉ của wattmet là

PA = UAN.IA.cosφ

U AB

Ta biết rằng : U AN =

; I A = I AB 3

3

Suy ra PA = UAB.IAB.cosφ

Vậy công suất tổng của mạch sẽ là : P∑ = 3.PA = 3.UAB.IAB.cosφ

Điều này có nghĩa là với một điểm trung tính giả ta có thể có kết quả đo giống như ta đo ở từng nhánh

một.

Đối với cách mắc hình sao, ta cũng có thể thực hiện cách làm này để đo công suất tổng.

b. Đo công suất bằng 2 wattmet

Dựa vào nguyên lí chung ở trên, ta có thể đo công suất mạch 3 pha bằng 2 wattmet.

Không phụ thuộc vào phụ tải, ta có thể đo công suất tổng bằng 2 wattmet theo một trong 3 cách mắc

như hình 9-12.



157



Hình 9-12 : Đo công suất bằng 2 wattmet

Theo cách thứ nhất, ta lấy pha C làm pha chung, cách thứ 2 là pha B, còn cách thứ 3 là pha A. Công

suất tổng sẽ được tính theo công thức :

P∑ = iA.uAC+ iB.uBC

hoặc P∑ = iB.uBA + iC.uCA

hoặc P∑ = iA.uAB + iC.uCB

c. Đo công suất bằng 3 wattmet

Trong trường hợp mạch 3 pha có tải hình sao, có dây trung tính, nghĩa là mạch 3 pha 4 dây có phụ tải

không đối xứng. Để đo được công suất tổng ta phải sử dụng 3 wattmet, công suất tổng bằng tổng công

suất của 3 wattmet.



Hình 9-13 : Đo công suất 3 pha bằng 3 wattmet

Cách mắc các wattmet như hình 9-13. Cuộn áp của wattmet được mắc vào điện áp pha UAN , UBN ,

UCN , còn cuộn dòng là các dòng điện pha IA , IB , IC . Dây trung tính N – N là dây chung cho các pha.

Công suất tổng sẽ là : P∑ = PA + PB + PC

Các phương pháp trên đây thường dùng trong phòng TN. Trong thực tế, người ta sử dụng loại wattmet

có 2 (hoặc 3) phần tử, tức là trong 1 dụng cụ đo có 2 hoặc 3 phần tĩnh, còn phần động chung. Momen

quay tác động lên phần động bằng tổng các momen thành phần.

9.5



Đo năng lượng mạch 3 pha

Cũng giống trường hợp đo công suất, đo năng lượng trong mạch 3 pha ta cũng sử dụng phương pháp

1 công tơ, 2 công tơ, 3 công tơ một pha.

- Trường hợp sử dụng phương pháp 1 công tơ khi mà phụ tải hoàn toàn đối xứng, năng lượng tổng

bằng 3 lần năng lượng một pha.

- Trường hợp sử dụng 2 công tơ khi phụ tải bất kì, và mạch chỉ có 3 dây. Năng lượng tổng bằng tổng

năng lượng của 2 công tơ.

- Trường hợp sử dụng 3 công tơ khi mạch có 4 dây (tải hình sao có dây trung tính) và đặc tính của

phụ tải có thể đối xứng hay không đối xứng. Năng lượng tổng bằng tổng năng lượng của 3 công tơ.

Tuy nhiên trong thực tê người ta sử dụng công tơ 3 pha. Công tơ 3 pha có 2 loại : loại 2 phần tử (dựa

trên phương pháp 2 công tơ) và loại 3 phần tử (dựa trên phương pháp 3 công tơ)

Hình 9-14 mô tả cấu tạo của 1 công tơ 2 phần tử.

158



Phần động gồm 2 đĩa nhôm được gắn vào cùng 1 trục dựa vào trụ có thể quay được. Mỗi đĩa nhôm đều

nằm trong từ trường của cuộn áp và cuộn dòng của pha tương ứng (phần tĩnh). Cuộn áp được mắc song

song với phụ tải (có 1 pha chung), cuộn dòng của các pha được mắc nối tiếp với phụ tải.

Nam châm vĩnh cửu được đặt vào một trong 2 đĩa nhôm. Như vậy momen quay tạo ra bằng tổng của 2

momen quay do 2 phần tử sinh ra và năng lượng đo được chính là năng lượng tổng của mạch 3 pha.



Hình 9-14 : Sơ đồ cấu tạo của công tơ 3 pha

9.6



Đo công suất phản kháng

Công suất phản kháng là loại công suất không gây ra công, không truyền năng lượng, nhưng gây mất

mát năng lượng điện trong dây truyền tải điện, trong các biến áp và máy phát, nên cần được đo tính toán.

Công suất phản kháng được tính theo biểu thức sau :

Q = U.I.sinφ

9.6.1

Đo công suất phản kháng trong mạch 1 pha

Các wattmet điện động và sắt điện động có thể sử dụng để đo công suất phản kháng. Muốn tạo được

sinφ như trong công thức, ta phải làm sao tao góc lệch γ = π/2 giữa vecto dòng và áp của cuộn áp trong

wattmet.

Cuộn dòng mắc nối tiếp với phụ tải. Cuộn áp của wattmet được mắc song song với điện trở R 1 (ở 2

điểm a, b) và mắc nối tiếp với cuộn cảm L2 và điện trở R2. Với cách mắc đó, ta tạo ra sự lệch pha giữa

điện áp U và Iu trong cuộn động của wattmet là γ = π/2 , bằng cách lựa chọn các thông số của mạch thích

hợp. Khi đó góc lệch α của wattmet sẽ là

U

π



α = k .I u .I . cos − ϕ  = k . I . sin ϕ = S .Q

ZT

2



S = k/ZT là độ nhạy của wattmet khi đo công suất phản kháng Q.

Cbv =



159