›
›

Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 5: Đo điện áp

pdf 31 trang phuongnguyen 3580
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 5: Đo điện áp", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_do_luong_dien_bai_5_do_dien_ap.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Đo lường điện - Bài 5: Đo điện áp

  1. Môn học: Đo lường điện L Đ Bài 5 Đo điện áp LTM- Mai Quốc Khánh mônKhoa Vô tuy ến điện tử ộ Học viện KTQS B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/31
  2. Nội dung L Đ  Khái niệm chung về phép đo điện áp  Vôn mét điện tử loại tương tự  Vôn mét số LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/31
  3. Kh¸i niÖm chung vÒ phÐp ®o ®iÖnL ¸p  Lµ mét trong nh÷ng phÐp ®o th«ng dông vµĐ quan träng nhÊt trong ®o l­êng.  Có thể dïng để đo gi¸n tiếp nhiÒu ®¹i l­îng vËt lý kh¸c (vÝ dô nh­ c­êng ®é ®iÖn tr­êng, c«ng suÊt, dßng ®iÖn ) LTM- -9  Ph¹m vi ®o réng: tõ 10 V ®Õn hµng tr¨m KV 9  Dải tần đo rộng (tíi 3.10 Hz)  §èi víi ®iÖn ¸p xoay chiÒu ng­êi ta ®o c¸c gi¸ trÞ biªn ®é, trung b×nhộ vµmôn hiÖu dông B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 3/31
  4. Các giá trị đặc trưng Giá trị cho điện áp xoay chiều biên độ Lđỉnh-đỉnh Đ  Gi¸ trÞ biªn ®é (P): gi¸ trÞ lín nhÊt cña Giá trị ®iÖn ¸p xoay chiÒu trong mét chu kú biên độ  Phân biệt giá trị đỉnh - đỉnh (P-P) với giá trị đỉnh (P)  Gi¸ trÞ trung b×nh (AVG): trung b×nh của c¸c gi¸ trị tức thời trong một chu kỳ 1 T LTM-U= | U ( t )| dt  Với điện áp hình sin đó là giá trị tb T ∫0 “trung bình chỉnh lưu”  Gi¸ trÞ hiÖu dông (RMS): trung b×nh b×nh 1 T ph­¬ng cña c¸c gi¸ trị tức thời trong một U= U() t2 dt chu kỳ T ∫0  §èi víi ®iÖn ¸p cã chu kú kh«ng sin n môn 2 víi n hµi UU= ộ ∑ i B i=0 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 4/31
  5. Các giá trị đặc trưng cho điện áp xoay chiều L  Mèi quan hÖ gi÷a c¸c gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p Đ xoay chiÒu :  HÖ sè biªn ®é Kb = Um/U  HÖ sè d¹ng tÝn hiÖu Kd = U/Utb  §èi víi ®iÖn ¸p d¹ng h×nh sin: LTM-  Kb = 1,41, Kd = 1,11  §èi víi ®iÖn ¸p h×nh ch÷ nhËt  Kb = Kd = 1  Đối với điện áp hình môntam giác:  K = 1,73, K = 1,15 b ộd B Các giá trị của điện áp hình sin © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/31
  6. Sai sè ph­¬ng ph¸p cña phÐp ®o ®iÖn ¸p L  V«n mÐt ®­îc m¾c song song víi phô tải Zt cã ®iÖn ¸p Đ cÇn ®o  Gi¸ trÞ thùc cña ®iÖn ¸p trªn tải (tr­íc khi mắc v«n mÐt): Z UE= t x Z0 ZZot+  M¾c v«n mÐt vµo m¹ch, v«n mÐt sÏ chØ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p: Zt ZV V E , ZZZZt v/( v+ t )LTM-~ U x = .E ZZZZZ0 + t v/( v+ t )  Sai sè t­¬ng ®èi cña phÐp ®o do ¶nh h­ëng cña trë kh¸ng vµo cña v«n mÐt , UUxx− 1 δu = .100 [%] = − .100 [%] x U ZZ x 1++vv mônZZ ot  ĐÓ gi¶m sai sè cÇnộ chän v«n mÐt cã trë kh¸ng vµo lín B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 6/31
  7. C¸c ph­¬ng ph¸p ®o ®iÖn ¸p  Ph­¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ trùc tiÕp: ®o trùc tiÕp b»ng c¸c Lv«n mÐt  v«n mÐt nhiÖt ®iÖn  v«n mÐt tÜnh ®iÖn Đ  v«n mÐt ®iÖn ®éng  v«n mÐt ®iÖn tõ  v«n mÐt ®iÖn tö  Nhãm ph­¬ng ph¸p so s¸nh  Ph­¬ng ph¸p vi sai  Ph­¬ng ph¸p chØnh “0" LTM-  Ph­¬ng ph¸p bï  Ph©n lo¹i v«n mÐt  Theo d¹ng chØ thÞ (v«n mÐt t­¬ng tù, v«n mÐt hiÖn sè)  Theo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cÇn ®o (v«n mÐt biªn ®é, v«n mÐt trung b×nh, v«n mÐt hiÖu dông)  Theo ph¹m vi ®omôn (v«n mÐt, milli v«n mÐt), d¶i tÇn c«ng t¸c (v«n mÐt caoộ tÇn, v«n mÐt thÊp tÇn), cÊu tróc m¹ch (v«n mÐt biÕn ®æiB th¼ng, v«n mÐt biÕn ®æi c©n b»ng) © Mai Quốc Khánh - 04/2010 7/31
  8. V«n mÐt ®iÖn tö lo¹i t­¬ngL tù Đ  V«n mÐt ®iÖn tö (VMĐT) lo¹i t­¬ng tù ®­îc x©y dùng trªn c¬ së kÕt hîp c¸c bé t¸ch sãng, bé khuÕch ®¹i vµ c¬ cÊu ®o tõ ®iÖn LTM-  S¬ ®å khèi cña VMĐT  Cơ cÊu ®o tõ ®iÖn  Bé t¸ch sãng trong VMĐT ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 8/31
  9. S¬ ®å khèi cña VMĐT lo¹i t­¬ngL tù Đ  VMĐT mét chiÒu Ux- KhuÕch ®¹i I- ­u ®iÓm: ®¬n gi¶n mét chiÒu Nh­îc ®iÓm: hiÖn t­îng tr«i ®iÓm “0” LTM-ChØ thÞ Ux- Biến đổi ~ KhuÕch ®¹i ~ I- xoay chiÒu T¸ch sãng 1C XC ChØ thÞ ­u ®iÓm: kh¾c phôc ®­îc hiÖn mônt­îng tr«i ®iÓm “0” ộ Nh­îc ®iÓm: phøc t¹p B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/31
  10. S¬ ®å khèi cña VMĐT lo¹i t­¬ngL tù Đ  VMĐT xoay chiÒu ­u ®iÓm: D¶i tÇn réng Nh­îc ®iÓm: - KhuÕch ®¹i I- Ux T¸ch sãng ®é nh¹y kÐm ~ mét chiÒu LTM-ChØ thÞ ­u ®iÓm: ®é nh¹y cao KhuÕch ®¹i I- Ux ~ T¸ch sãng Nh­îc ®iÓm: ~ xoay chiÒu d¶i tÇn hÑp ChØ thÞ  môn ChØ thÞ cña VMộĐT th­êng dïng c¬ cÊu ®o tõ ®iÖn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 10/31
  11. C¬ cÊu ®o tõ ®iÖn L Đ  Lµ c¬ cÊu ®o mµ m« mem quay sinh ra do t­¬ng t¸c gi÷a tõ tr­êng cña nam ch©m vÜnh cöu víi tõ tr­êng cña khung d©y cã dßng ®iÖn ch¹y qua LTM-Các bộ phận CCĐTĐ: (1) nam châm vĩnh cửu (2) lò xo phản kháng (3) chốt giữ lò xo. (4) thang chia độ môn (5) cuộn dây dẫn điện ộ (6) kim. CCĐ từ điện B Volmet từ điện (điện cơ) © Mai Quốc Khánh - 04/2010 11/31
  12. C¬ cÊu ®o tõ ®iÖn dwdtt dφc L  M« men quay MI= = . q ddαα Đ víi dnφc - biÕn thiªn tõ th«ng mãc vßng qua khung d©y vßng I - lµ dßng ®iÖn qua cuén c¶m  Trong khe hở của cơ cấu đo có từLTM- trường đồng nhất, do vậy S - diÖn tÝch cña khung d©y S= 2 rl  r - b¸n kÝnh quay φα= víi  dc S B nd l - chiÒu dµi khung d©y B - c¶m øng tõ trong khe hë kh«ng khÝ  mônn - sè vßng cña khung d©y  Do vậy, m«ộ men quay M= BSnI B q © Mai Quốc Khánh - 04/2010 12/31
  13. C¬ cÊu ®o tõ ®iÖn L  T¹i thêi ®iÓm c©n b»ng m« men: M=⇔= M BSnI D .α q pkĐ  Do ®ã BSn α = I = SI D 0 víi S0 lµ ®é nh¹y cña c¬ cÊu ®o tõ ®iÖn LTM-  §Æc ®iÓm cña c¬ cÊu ®o tõ ®iÖn:  Thang ®o tuyÕn tÝnh  §é nh¹y cao  Tiªu thô dßng ®iÖn nhá  ChÞu t¶i kÐm  Th­êng dïng ®Ómôn chÕ t¹o ampe mÐt, v«n mÐt, «m mÐt, lµm thiÕt bÞ chØ thÞ choộ v«n mÐt ®iÖn tö vµ c¸c cÇu ®o B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 13/31
  14. Ph­¬ng tr×nh thang ®o cña VMĐT L  Theo cÊu tróc m¹ch ®¬n h­íng, ph­¬ng tr×nh thang ®o cña VMĐT cã thÓ viÕt nh­ sau: Đ K F1(U~) K S0 N PA KK§ M§ Ux Ph©n U’x T¸ch M¹ch α ~ ~ U- KhuÕch U’- I- ¸p sãng ®¹i ®o LTM- CC§ F2( α ) N= FK2[KD . K MD . SFK01 . (PA . U x ~ )]  P/T thang đo của VMĐT phụ thuộc chủ yếu vào hàm tách sóng.  Ba loại BTS thường môn gặp trong VMĐT  BTS biênộ độ BTS trung bình BTS hiệu dụng B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 14/31
  15. Bé t¸ch sãng biªn ®é  Bé t¸ch sãng biªn ®é (TSBĐ) cã nhiÖm vô biÕn ®æi ®iÖn ¸p xoayL chiÒu vÒ mét chiÒu víi gi¸ trÞ trung b×nh b»ng gi¸ trÞ biªn ®é cña ®iÖnĐ ¸p xoay chiÒu. + § C - + Ux C Rt Ux § Rt - LTM- TSB§ ®Çu vµo më TSB§ ®Çu vµo ®ãng U Uc 0 T t ộ mônUx H»ng sè thêi gian n¹p (ττ= RC+ ) H»ng sè thêi gian phãng (= RC ) B nd pt © Mai Quốc Khánh - 04/2010 15/31
  16. Bé TSBĐ víi ®Çu vµo më L Đ  Sau mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh URt = Uc = Um  §Æc ®iÓm:  “Më” víi thµnh phÇn ®iÖnLTM- ¸p mét chiÒu ë ®Çu vµo  §é nh¹y thấp  D¶i tÇn rất rộng ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 16/31
  17. Bé TSBĐ víi ®Çu vµo ®ãngL Đ  Sau mét thêi gian, tô C ®­îc n¹p tíi gi¸ trÞ biªn ®é cña ®iÖn ¸p h×nh sin: Uc ≈ Um  §iÖn ¸p trªn t¶i: URt = Ux + Uc = Umsin (ωt)LTM-+ Um = Um [sin (ωt) + 1]  Khi Ux ë c¸c thêi ®iÓm d­¬ng cùc ®¹i Um+ th× URt = 2Um  Khi Ux ë c¸c thêi ®iÓm ©m cùc ®¹i Um- th× URt = 0  Nh­ vËy, gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p trªn t¶i trong mét chu kú tÝn hiÖu b»ng gi¸ trÞ biªn ®é U cña ®iÖn ¸p vµo U . ộ môn m x B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 17/31
  18. Ứng dụng của bộ TSBĐ L  Bộ TSBĐ dùng để chế tạo: Đ  VMĐT đo các giá trị biên độ, trung bình và hiệu dụng của điện áp hình sin  Các đầu đo trong các VMĐT, các máy hiện sóng và các LTM- thiết bị khác ộ môn B RF Millivolmeter © Mai Quốc Khánh - 04/2010 18/31
  19. Bé t¸ch sãng trung b×nh L  Bộ tách sóng trung bình (TSTB) trong vôn Đmét điện tử làm nhiệm vụ chỉnh lưu điện áp xoay chiều  Chỉnh lưu có thể thực hiện trong nửa chu kỳ và cả chu kỳ điện áp LTM- CC§ Ux~ Ux Ux~ ~ Rt Rt Rt ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 19/31
  20. Bộ TSTB L Gãc quay phÇn ®éng c¬ cÊu ®o: Đ 1 T α= = = SI00. SK∫ UtdtSKU()0 . . tb T 0 LTM-  Ứng dụng của TSTB:  Chế tạo các mônđồng hồ vạn năng và các AVO đo giá trị điện áp hiệuộ dụng của điện áp xoay chiều hình sin B Digital Multimeter © Mai Quốc Khánh - 04/2010 20/31
  21. Bộ TSTB L  Các mạch TSTB thực hiện  Mạch TSTB thườngĐ mắc thêm bộ theo kiểu mạch cầu phận bù tần số: khi tần số điện áp đo tăng, trở kháng a-b giảm, trở kháng b-c cũng giảm (do C0), phân bố điện áp a-b và c-d không LTM-thay đổi ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 21/31
  22. B ộ tách sóng hiệu dụng L 1 T Đ U= U() t2 dt T ∫0  Ba thao tác biến đổi khi đo giá trị hiệu dụng:  bình phương điện áp  lấy giá trị trung bình  khai căn LTM-  Bộ tách sóng hiệu dụng (TSHD) làm nhiệm vụ bình phương điện áp, cơ cấu đo từ điện có góc quay phần động tỷ lệ thuận với giá trị trung bình của bình phương điện áp, còn việc khai căn thực hiện nhờ khắc độ thang đo  Trong thực tế, sử dụng môn phương pháp gấp khúc gần đúng để chế tạo bộ TSHD ộ B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 22/31
  23. i Phương pháp 1 gấp khúc gần đúng u LU1 Đ i + 2 §4 §5 R’2 R’3 R’4 §1 §2 §3 u U2 R5 C U R1 U1 R2 U2 R3 U3 R4 i3 LTM CC§ u + i U3 R’2 i4 §3 i1+i2+i3 U R U 2 1 môn i i +i ộ u 1 1 2 u U B 1 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 23/31
  24. L Đ LTM- ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 24/31
  25. V«n mÐt sè L  Vôn mét điện tử loại hiện số được xây dựngĐ theo những nguyên tắc sau:  Biến đổi thời gian xung  Biến đổi tần số LTM-  Biến đổi cân bằng ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 25/31
  26. V«n mÐt sè tÝch ph©n hai lÇn Bé tÝch ph©n C TXC UX 1 T L K§ R X f0 CM Đ K 2 SS K N U X 0 B§X §AM §K LTM- HTS §K1 §K2 §K3 UĐK T1 TX TX UĐK Un Up U t TXC ộ môn T0 U NX §X B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 26/31
  27. Ho¹t ®éng cña v«n mÐt sè tÝch ph©n hai lÇn L  B­íc 1: Bé ®iÒu khiÓn ®­a ra tÝn hiÖu §K1 Đ  chuyÓn bé ®Õm B§X vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu  ®ãng khãa K  chuyÓn CM vÒ vÞ trÝ 1. §iÖn ¸p U n¹p cho tô C 1 T1 K x = = KD Un ∫ KKD U x dt Ux T1 LTM-RC 0 RC  B­íc 2: Bé ®iÒu khiÓn ®­a ra tÝn hiÖu §K2  chuyÓn CM vÒ vÞ trÝ 1  më khãa K  B§X b¾t ®Çu ®Õm T môn 1 x Tx §iÖn ¸p U0 n¹p cho tô C U= U. dt= U ộ p∫0 oo B RC RC © Mai Quốc Khánh - 04/2010 27/31
  28. Ho¹t ®éng cña v«n mÐt sè tÝch ph©n hai lÇn L  Vì Un = Up Đ KUKD. x TTx = 1 Uo  Hay là KKD fo T1 Nx= T x f o =LTM-.U x U o  Như vậy mã thiết lập trên bộ đếm Nx sau thời điểm ĐK3 tỷ lệ vớiộ điện môn áp cần đo, thông qua hệ số tỷ lệ B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 28/30
  29. Sai sè cña v«n mÐt sè tÝch ph©n hai lÇn L Đ  Sai số của vôn mét tích phân hai lần phụ thuộc sai số của bộ khuếch đại vào sự ổn định của các tham số T1, fo, Uo sai số lượng tử hóa LTM-  Không phụ thuộc vào tham số bộ tích phân ộ môn B Digital Millimeter © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Digital Millimeter 29/31
  30. Sai sè cña v«n mÐt sè tÝch ph©n hai lÇn L  NÕu chän T1 = n Tnh th× v«n mÐt gi¶m hoÆc lo¹i trõ ®­îc ¶nh h­ëng cña nhiÔu cã chu kú, trong ®ã cã nhiÔu nguån nu«i Đ50Hz  Víi nhiÔu nguån nu«i Unhsinωt th× ë ®Çu vµo v«n mÐt tÝn hiÖu cã d¹ng: , Ux= U x + U nh sinω t  Trong b­íc tÝch ph©n thø nhÊt ë v«n mÐt ta cã: 1 T1 LTM- U n = (KKD Ux + KKD Unh sinω t) dt = RC ∫0 T T 1 1 K KD 1 = KKD Ux dt + U nh sinωt dt RC ∫0 RC ∫0 T1  Khi T1 b»ng sè nguyªn lÇn chu kú nhiÔu th× sinω t dt = 0 ∫0 Kmôn  do ®ã Uộ= KD UT B n RC x 1 © Mai Quốc Khánh - 04/2010 30/31
  31. V CU I C NG L À Ố Ù À L Đ CẢMLTM- ƠN ộ môn B © Mai Quốc Khánh - 04/2010 31/31