Đo góc pha và hệ số công suất cosφ

107 5.1.2.1. Cosφ met điện động một pha

Người ta sử dụng cơ cấu chỉ thị logomet điện động để chế tạo dụng cụ đo cosφ trong mạch một pha.

Cuộn tĩnh của cosφ điện động được mắc nối tiếp với mạch cần đo cosφ (hoặc nối với thứ cấp của máy biến dòng), hai cuộn dây động được mắc nối tiếp với R, L và được đặt lên điện áp trên tải (hoặc nối với thứ cấp của biến điện áp đo lường).

Vì cơ cấu không có mạch từ nên việc nối các cuộn dây động như vậy sẽ tạo nên các dòng i1 và i2 là vuông pha với nhau. Ta có sơ đồ đấu dây và đồ thị véc tơ như Hình 5.1.

Theo công thức của cơ cấu logomet điện động ta có:

với góc:

Vậy

Chú ý: Trên thực tế khi tần số thay đổi dẫn tới ωL thay đổi vậy I2

thay đổi do đó tỷ số

1 2

I

I khác hằng số nên sẽ có sai số. Để khắc phục, nhà sản xuất cải tiến sơ đồ như sau (xem

Hình 5.2):

Cuộn dây động được chia làm hai nhánh 2’ và 2”. Hai nhánh này mắc ngược cực tính nhau, một nhánh nối với L, một nhánh nối với C. Ta thấy các dòng i2' và i2" ngược pha nhau, mặt khác hai cuộn dây lại mắc ngược cực tính nên sẽ tạo ra mô men của cuộn dây động thứ hai là tổng của hai mô men cùng dấu:

M2 = M2" + M2". Vì vậy khi tần số thay đổi làm XL, XC thay đổi ngược nhau hay

I2' và I2" thay đổi ngược nhau. Vậy M2 = const. Tức là nhánh này không phụ thuộc tần số

5.1.2.2. Cosφ met điện động ba pha Sơ đồ mắc như Hình 5.3.

Cuộn tĩnh được mắc nối tiếp vào pha A, hai cuộn dây động được mắc với hai điện trở R và được đặt vào các điện áp UAB và UAC.

Góc quay của cơ cấu là:

109 Chú ý:

+ Trong sơ đồ này, các cuộn áp đều nối tiếp với điện trở R nên không phụ thuộc tần số, hay

1 2

I

I = const.

+ Cuộn dòng có thể mắc vào các pha B, C tùy ý.

5.1.3. Phazomet điện tử 5.1.3.1. Cơ sở lý thuyết

Xét hai điện áp cùng biên độ, tần số nhưng lệch pha nhau một góc φ:

Vậy

Ta xét trị hiệu dụng của ∆u:

Vì vậy biết U, đo ∆U ta xác định được góc φ.

5.1.3.2. Phazomet điện tử

Ta đưa ra sơ đồ đơn giản của phazomet điện tử như sau:

Hai tín hiệu điện áp cần so sánh góc pha được đưa vào hai đầu của hai mạch khuếch đại qua hai biến trở Rl và R2. Khi đo, ta điều chỉnh các vị trí con trượt trên các biến trở R1 và R2 sao cho điện áp đầu ra của hai mạch khuếch đại là bằng nhau, và được kiểm tra bằng các volmet V1 V2.

Sau khi kiểm tra UV1 = UV2 = U, ta đo ∆U bằng volmet V rồi suy ra góc φ theo (5.5).

Để tránh phải so sánh hai điện áp u1 và u2 người ta thường biến chúng thành những xung vuông sau đó đưa vào bộ cộng đại số điện áp hay dòng điện như Hình 5.5. Giản đồ thời gian như Hình 5.6.

Tuỳ theo góc lệch pha giữa hai tín hiệu, điện áp hay dòng điện ra từ mạch cộng thay đổi. Điện áp này được đo bằng dụng cụ đo chỉnh lưu

111 Dựa trên nguyên tắc này nhiều hãng trên thế giới đã chế tạo dụng cụ đo góc lệch pha trong khoảng từ (0 ÷ 180^o) với sai lệch nhỏ hơn 1%.

5.1.4. Phazomet chỉ thị số

Dựa trên nguyên tắc biến đổi góc lệch pha thành mã, có nghĩa là góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu được biến thành khoảng thời gian, sau đó lấp đầy khoảng thời gian bằng các xung với tần số biết trước.

Cấu trúc bao gồm: bộ biến đổi góc pha thành khoảng thời gian, bộ tạo xung TX1, TX2, TX3, bộ đếm, chỉ thị số, máy phát xung chuẩn, khoá K1, K2

Sơ đồ cấu trúc như sau:

113 Các tín hiệu u1, u2 có dạng hình sin cùng biên độ, tần số được đưa vào bộ tạo xung TX1, TX2. Các xung xuất hiện khi tín hiệu đi qua mức

"0", các xung này sẽ được đưa đến các đầu vào của trigơ tạo ra ở đầu ra một xung mà độ dài của nó tỷ lệ với góc lệch pha cần đo φx.Khoá K được mở trong khoảng thời gian tx. Từ máy phát xung chuẩn f0 có tần số ổn định (hay T0 = 1/f0) được đưa qua K1 khi K1 mở trong khoảng thời gian tx. Mặt khác bộ tạo xung TX3 phát ra xung có độ dài cố định là Tn

và khoá K2 được mở trong khoảng thời gian đó. Vậy các xung từ các khoảng thời gian Tn sẽ đi qua K2 vào bộ đếm và chỉ thị số.

Số xung đếm được là:

với Tn =KT0.

Vậy số xung N tỷ lệ với góc lệch pha φx

Nhược điểm :

- Nếu tần số nhỏ, vì Tx chứa trong khoảng Tn nhỏ, do vậy ta phải mở rộng Tn.

- Nếu tần số lớn, dẫn đến sai số lượng tử hoá trong khoảng Tx tăng lên, dẫn đến sai số tăng.

Thông thường làm việc trong khoảng một vài Hz đến vài MHz, có sai số γ = 0,1 ÷ 0,2%.