Đồ án Thiết kế bàn thử nghiệm công tơ điện 1 pha và 3 pha

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nền kinh tế nước ta đã tăng trưởng liên tục, các nghành công nghiệp phát triển ngày càng tăng. Do vậy các yêu cầu về khoa học nói chung, cũng như khoa học về công đo lường và thử nghiệm nói riêng đòi hỏi phải đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển công nghiệp đất nước. Kỹ thuật đo lường là một trong những ngàng quan trọng nhất đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi ngành kinh tế quốc dân. Với trình độ hiện nay, khả năng của kỹ thuật đo lường rất lớn mạnh và phát triển. Việc thử nghiệm các thiết bị đo là nhiệm vụ hết sức quan trọng nhằm mục đích là tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ chính xác, độ nhạy nâng cao tính tin cậy. Thử nghiệm các thiết bị đo lường sẽ thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật đo và các hệ thống thông tin đo lường. Quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế bàn thử nghiệm công tơ điện 1 pha và 3 pha được tiến hành khẩn trương, mặc dù gặp không ít khó khăn về tài liệu tham khảo, cũng như khó khăn của bản thân chưa có kinh nghiệm thiết kế. Song với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Chu Đình Khiết, em đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ được giao. Tuy nhiên do thời gian do thời gian và kiến thức còn hạn chế, vốn hiểu biết chưa nhiều nên chắc chắn đồ án này không tránh khỏi thiết sót. Rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Chu Đình Khiết, đã nhiệt tính giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên MỤC LỤC ChươngI. Ý nghĩa của việc đo lường và thử nghiệm Chương II. Giới thiệu một số loại công tơ Chương III. Nguyên lý hoạt động của các loại công tơ Chương IV. Đo công suất và năng lượng Chương V. Các tiêu chuẩn thử nghiệm Chương VI. Thiết kế thiết bị kiểm định Chương VII. Các phương pháp thử nghiệm và tính toán sử lý sai số Chương I Ý NGHĨA CỦA VIỆC ĐO LƯỜNG VÀ THỬ NGHIỆM I. Ý nghĩa của đo lường Kỹ thuật đo lường là một trong những ngàng quan trọng nhất đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong mọi ngành kinh tế quốc dân. Với trình độ hiện nay, khả năng của kỹ thuật đo lường rất lớn mạnh và phát triển. Sau đây là những khả năng của kỹ thuật đo lường: - Có thể đo bất kỳ đại lượng vật lý nào bằng cách biến nó thành điện hoặc bằng các thong số trong mạch điện. Rất nhiều loại chuyển đổi đo lường dựa trên nhiều nguyên tắc khác nhau, liên kêt tất cả các ngành với ngành điện. - Cũng có thể có phạm vi đo rất rộng, đại lượng cần đo có thể rất lớn hoặc rất nhỏ. - Có thể đo những đại lượng không đổi hoặc biến đổi nhanh và theo dõi các quá trình. - Có thể đo tại chỗ cũng như từ xa - Có thể thực hiện những phép đo đơn giản và phương pháp đo phối hợp phức tạp. - Trong lĩnh vực chinh phục vũ trụ, kỹ thuật đo lường đóng vai trò rất quan trọng. Đo các đại lượng trên khoảng không vũ trụ, đòi hỏi những thiết bị đo làm việc trong những môi trường đặc biệt, những phưong pháp mũ hoá và truyền tin đi xa không bị ảnh hưởng của khoảng cách. - Trong sinh học, kỹ thuật đo lường góp phần rất lớn vào việc theo dõi sức khoẻ con người. Nhiều thiết bị tinh vi, độ chính xác cao đã được chế tạo để phục vụ cho con người. II. Ý nghĩa việc thử nghiệm các thiết bị đo lường Thử nghiệm các thiết bị đo là nhiệm vụ hết sức quan trọng nhằm mục đích là tăng số điểm đo, tăng tốc độ đo, nâng cao độ chính xác, độ nhạy nâng cao tính tin cậy. Thử nghiệm các thiết bị đo lường sẽ thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật đo và các hệ thống thông tin đo lường. Chương II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CÔNG TƠ I. Công tơ điện một pha Ổ đấu dây Đế Nam châm hãm Khung Phần tử điện áp Gối đỡ trên Bộ số Rô to Cơ cấu chống quay ngược Gối đỡ dưới Phần tử dòng điện  Mặt số Nắp Nắp che ổ đấu dây A1: Hiệu chỉnh tải đầy 100% A2: Hiệu chỉnh tải thấp (5%và 10%) A3: Hiệu chỉnh tải cảm ứng (cosj VỏĐế và Ổ đấu dây Công tơ bằng nhựa Bakêlít đen.Các Đầu cốt đồng của Ổ đấu dây được bắt vít hoặc hàn với Cuộn dây dòng. 1 vít M3 hoặc 1 cầu nối mạch áp trượt trong Ổ đấu dây (được bố trí bên trong hoặc bên ngoài Nắp Công tơ) để nối hoặc không nối mạch áp, dễ dàng cho việc hiệu chỉnh và kiểm tra Công tơ.Nắp Công tơ bằng thuỷ tinh hoặc nhựa PC (Polycacbonat) chống cháy hoặc bằng nhựa bakêlít đen có cửa sổ bằng kính. Cửa sổ trong suốt cho phép nhìn thấy Bộ số, Mặt số và Đĩa rôto.Nắp che ổ đấu dây dài hoặc ngắn bằng nhựa Bakêlít đen hoặc sắt. Sơ đồ đấu dây Công tơ ở phía trong Nắp che ổ đấu dây. KhungKhung Công tơ bằng hợp kim nhôm. Trên Khung gá lắp các phần tử dòng, áp cùng với Nam châm hãm, hệ thống Gối đỡ , Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược  hoặc Bộ số 1 hướng. Phần tử phát độngPhần tử phát động gồm có 1 phần tử dòng điện và 1 phần tử điện áp. Mỗi phần tử có 1 Lõi từ và 1 Cuộn dây. Các Lõi từ dòng và áp bằng tôn silic có đặc tính từ tốt, được xử lý chống gỉ. Lõi dòng có bù quá tải bằng thép đặc biệt, có khả năng quá tải lớn.Các cuộn dây dòng và áp cách điện cao và chống ẩm tốt.Phần tử phát động có Cơ cấu hiệu chỉnh tải thấp và Cơ cấu hiệu chỉnh tải cảm ứng có hiệu quả tuyến tính Rô toTrục rôto bằng thép không gỉ. Đĩa rôto được gắn với Trục rôto nhờ phương pháp ép phun nhựa đặc biệt.Đĩa rôto bằng nhôm có độ tinh khiết cao đảm bảo mômen quay đủ cho dải tải rộng. Mặt phía trên đĩa Rôto có các vạch chia và cạnh bên Đĩa rôto có dấu đen tại vị trí 0 để hiệu chỉnh và kiểm tra Công tơ.Trục vít bằng nhựa POM (Polyacetal) lắp trên Trục rôto để dẫn động Bộ số.Rôto tránh được những hư hại do vận chuyển theo hướng dọc trục và hướng kính bằng các cữ dừng cơ khí. Gối đỡ trên Gối đỡ trên (không bôi trơn): 1 bạc nhựa POM  liền Trục vít (lắp trên Trục Rôto) quay trong 1 Trục thép không gỉ có vỏ nhựa POM bảo vệ (lắp trên Khung Công tơ). Gối đỡ dướiCông tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại Gối đỡ dưới sau: Gối đỡ dưới loại 2 chân kính: 1 Viên bi quay giữa 2 Chân kính (1 Chân kính lắp cố định trên Khung Công tơ và 1 Chân kính quay cùng với Trục rôto), do đó ma sát giảm đáng kể và đặc tính Công tơ ổn định tốt ngay cả ở tải thấp. Gối đỡ dưới loại gối từ: 2 Nam châm hình vành khăn nạp từ đồng cực (1 Nam châm lắp cố định trên Khung Công tơ và 1 Nam châm lắp với trục rôto) đẩy nhau. Ổ đỡ gồm 1 Trục thép không gỉ và 1 bạc  nhựa  POM (không bôi trơn). Do đó Gối từ mang được khối lượng Rôto trên một "đệm từ", gần như không có ma sát. Nguyên lý lực đẩy từ của Gối từ phòng ngừa được sự xâm nhập của các phần tử sắt từ vào khe hở  giữa 2 nam châm, đảm bảo ổn định đặc tính Công tơ. Sự ổn định từ của Gối từ được đảm bảo bởi một quá trình chế tạo đặc biệt.  Nam châm hãmNam châm bằng Alnico có lực kháng từ cao, có vỏ bảo vệ bằng hợp kim nhôm đúc. Một hợp kim đặc biệt được gắn với cực Nam châm để bù ảnh hưởng của nhiệt độ. Hiệu chỉnh tinh thực hiện được nhờ chuyển động của Sun từ lắp bên trong Nam châm hãm do quay Vít hiệu chỉnh. Cơ cấu chống quay ngượcCơ cấu chống quay ngược gồm 1 Đĩa cam POM lắp trên Trục rôto, 1 Cá hãm POM quay trên 1 trục thép không gỉ và Trụ đỡ lắp trên Khung Công tơ.Cơ cấu chống quay ngược làm dừng sự quay ngược của Rôto và sự đếm của Bộ số khi Công tơ bị quay ngược. Bộ sốCông tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại bộ số sau: Bộ số thường: Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bạc đỡ, Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên khung bộ số. Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm. Bộ số một hướng: Bộ số một hướng có thể được cung cấp theo yêu cầu để thay thế cho Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược. Bộ số một hướng sẽ chỉ quay theo 1 hướng, ngay cả khi Rôto của Công tơ bị quay ngược.Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bánh cóc, Cá, Bạc đỡ, Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm. Các bộ số có 5 hoặc 6 Tang trống số (trong đó có hoặc không có phần thập phân). Chữ số của Tang trống màu trắng trên nền đen từ 0 đến 9 (Riêng chữ số của Tang trống số thập phân màu đỏ trên nền trắng từ 0 đến 9). Chữ số cao 5mm, rộng 3mm và nét 0,8mm. Bộ số (không bôi trơn) có ma sát rất nhỏ. II. Công tơ điện 3 pha Cấu tạo  1. ổ đấu dây2. Đế3. Nam châm hãm4. Khung5. Gối đỡ trên6. Bộ số7. Rôto8. Phần tử dòng điện9. Cơ cấu chống quay ngược10. Gối đỡ dưới11. Phần tử điện áp12. Mặt số13. Nắp14. Nắp che ổ đấu dây A1. Hiệu chỉnh tải đầy (100%) A2. Hiệu chỉnh tải thấp (5% and 10%) A3. Hiệu chỉnh tải cảm ứng (cos) A4. Hiệu chỉnh cân bằng mômen VỏĐế và ổ đấu dây Công tơ bằng nhựa Bakêlít đen. Các Đầu cốt đồng của Ổ đấu dây được bắt vít hoặc hàn với Cuộn dây dòng. Cầu nối mạch áp trượt trong ổ đấu dây(được bố trí bên trong hoặc bên ngoài Nắp Công tơ) để nối hoặc không nối mạch, dễ dàng cho việc hiệu chỉnh và kiểm tra Công tơ.Nắp Công tơ bằng nhựa PC (Polycacbonat) chống cháy hoặc nhựa Bakêlít đen có cửa sổ kính. Cửa sổ trong suốt cho phép nhìn thấy Bộ số, Mặt số và Đĩa Rôto.Nắp che ổ đấu dây dài hoặc ngắn bằng nhựa PC chống cháy màu đen.Sơ đồ đấu dây Công tơ ở phía trong Nắp che ổ đấu dây. KhungKhung Công tơ bằng hợp kim nhôm. Trên Khung gá lắp các phần tử phát động cùng với Nam châm hãm, hệ thống Gối đỡ, Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược hoặc Bộ số 1 hướng. Phần tử phát độngPhần tử phát động gồm loại 2 phần tử và loại 3 phần tử (theo loại Công tơ).Mỗi phần tử phát động gồm có 1 phần tử dòng điện và 1 phần tử điện áp. Mỗi phần tử có một Lõi từ và 1 Cuộn dây lắp trên 1 Giá đỡ bằng thép dẫn từ.Các Lõi từ dòng và áp bằng tôn silic có đặc tính từ tốt, được xử lý chống gỉ. Lõi dòng có bù quá tải bằng một hợp kim đặc biệt, có khả năng quá tải lớn.Các Cuộn dây dòng và áp cách điện cao và chống ẩm tốt.Mỗi phần tử phát động đều có Cơ cấu hiệu chỉnh cân bằng mô men, Cơ cấu hiệu chỉnh tải thấp và Cơ cấu hiệu chỉnh tải cảm ứng có hiệu quả tuyến tính. Rô to Trục Rôto bằng thép không gỉ. 2 đĩa Rôto được gắn với Trục Rôto nhờ phương pháp ép phun nhựa đặc biệt.Đĩa Rôto bằng nhôm có độ tinh khiết cao đảm bảo mômen quay đủ cho dải tải rộng. Cạnh bên Đĩa Rôto có dấu đen tại vị trí 0 để hiệu chỉnh và kiểm tra Công tơ.                                                                         Trục vít bằng nhựa  POM (Polyacetal) lắp trên trục Rôto để dẫn động Bộ số.Rôto tránh được những hư hại do vận chuyển theo hướng dọc trục và hướng kính bằng các cữ dừng cơ khí. Gối đỡ trên Gối đỡ trên (không bôi trơn): 1 bạc nhựa POM  liền Trục vít (lắp trên Trục Rôto) quay trong 1 Trục thép không gỉ có vỏ nhựa POM bảo vệ (lắp trên Khung Công tơ). Gối đỡ dướiCông tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại Gối đỡ dưới sau:  Gối đỡ dưới loại 2 chân kính 1 Viên bi quay giữa 2 Chân kính (1 Chân kính lắp cố định trên Khung Công tơ và 1 Chân kính quay cùng với Trục Rôto), do đó ma sát giảm đáng kể và đặc tính Công tơ ổn định tốt ngay cả ở tải thấp. Gối đỡ dưới loại Gối Từ  Gối đỡ dưới loại gối từ: 2 Nam châm hình vành khăn nạp từ đồng cực (1 Nam châm lắp cố định trên Khung công tơ và 1 Nam châm lắp với Trục Rôto) đẩy nhau. Ổ đỡ gồm 1 Trục thép không gỉ và 1 bạc nhựa POM (không bôi trơn). Do đó Gối từ mang được khối lượng Rôto trên một "đệm từ", gần như không có ma sát. Nguyên lý lực đẩy từ của Gối từ phòng ngừa được sự xâm nhập của các phần tử sắt từ vào khe hở  giữa 2 nam châm, đảm bảo ổn định đặc tính Công tơ. Sự ổn định từ của Gối từ được đảm bảo bởi một quá trình chế tạo đặc biệt.  Nam châm hãmNam châm bằng Alnico có lực kháng từ cao, có vỏ bảo vệ bằng hợp kim nhôm đúc. Một hợp kim đặc biệt được gắn với cực Nam châm để bù ảnh hưởng của nhiệt độ. Hiệu chỉnh tinh thực hiện được nhờ chuyển động của Sun từ lắp bên trong Nam châm hãm do quay Vít hiệu chỉnh. Cơ cấu chống quay ngượcCơ cấu chống quay ngược gồm 1 Đĩa cam POM lắp trên trục Rôto, 1 Cá hãm POM quay trên 1 Trục thép không gỉ và Trụ đỡ lắp trên Khung Công tơ.Cơ cấu chống quay ngược làm dừng sự quay ngược của Rôto và sự đếm của Bộ số khi Công tơ bị quay ngược. Bộ sốCông tơ có thể được cấp với 1 trong 2 loại bộ số sau: Bộ số thường: Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bạc đỡ, Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên Khung Bộ số. Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm. Bộ số một hướng: Bộ số một hướng có thể được cung cấp theo yêu cầu để thay thế cho Bộ số thường và Cơ cấu chống quay ngược. Bộ số một hướng sẽ chỉ quay theo 1 hướng, ngay cả khi Rôto của Công tơ bị quay ngược.Các Tang trống số, Bánh gảy, Bánh răng, Bánh cóc, Cá, Bạc đỡ, Bạc chặn bằng nhựa POM và các Trục thép không gỉ được lắp trên Khung bộ số bằng hợp kim nhôm tấm. Các bộ số có 5 hoặc 6 Tang trống số (trong đó có  hoặc không có phần  thập phân). Chữ số của Tang trống màu trắng trên nền đen từ 0 đến 9. (Riêng chữ số của Tang trống số thập phân màu đỏ trên nền trắng từ 0 đến 9). Chữ số cao 5mm, rộng 3mm và nét 0,8mm. Bộ số (không bôi trơn) có ma sát rất nhỏ. III. Công tơ điện tử một pha nhiều biểu giá Công tơ có thể đo đếm theo biểu giá:-Biểu giá theo khoảng thời gian trong ngày: Chuyển biểu giá tự động theo đồng hồ thời gian thực bên trong Công tơ.-Biểu giá theo ngưỡng công suất tiêu thụ.Có thiết bị cầm tay để đọc số liệu Công tơ và lập trình lại Công tơ.Lấy chỉ số từ xa: Công tơ có thể được cài đặt sẵn hoặc nâng cấp dễ dàng với tính năng lấy chỉ số từ xa do khách hàng lựa chọn như:-Công nghệ lấy chỉ số từ xa dùng sóng Radio.-Công nghệ lấy chỉ số từ xa tự động bằng đường dây tải điện hạ thế (PLC).Công tơ có cổng bổ trợ đưa ra các tín hiệu điều khiển lập trình được như:-Tín hiệu dùng để kiểm tra sai số Công tơ.-Tín hiệu điều khiển các thiết bị đóng cắt ... Cấu tạo Đế công tơ Đế Công tơ bằng nhựa PBT có cơ tính cao, chịu va đập mạnh, chống cháy. Ổ đấu dây Ổ đấu dây bằng nhựa Bakelit đen, chứa các Đầu nối dây điện áp và dòng điện bằng đồng khối mạ Ni có các Vít bắt dây dẫn điện cũng bằng đồng mạ Ni đảm bảo tiếp xúc tốt và không gỉ. Cuộn dây dòng điện được hàn nối trực tiếp với Đầu nối đảm bảo tiếp xúc tin cậy. Một Cầu nối mạch áp trượt trên ổ đấu dây (bên ngoài Nắp Công tơ) để nối hoặc không nối mạch áp, dễ dàng cho kiểm tra Công tơ. Ngoài ra còn có các Cầu nối dây của Cổng bổ trợ. Cổng bổ trợ Công tơ có Cổng phụ nằm ở phía bên phải của ổ đấu dây, cho phép nối dây ra các thiết bị bên ngoài và được đánh số thứ tự từ 1 - 6. Có thể cài đặt được chức năng của Cổng bổ trợ thông qua Máy tính. Nắp Công tơ Nắp Công tơ bằng nhựa PC trong suốt, chịu va đập mạnh, chịu nhiệt độ cao, chịu tia cực tím, chống cháy. Trên nắp có các Phím bấm điều khiển và Cổng giao tiếp quang học (theo chuẩn IEC 1107). Nắp che ổ đấu dây  Nắp che ổ đấu dây bằng nhựa PC đảm bảo che kín Đầu nối và Cáp đấu, chịu va đập, chống cháy. Sơ đồ đấu dây Công tơ ở phía trong Nắp che ổ đấu dây. Bo mạch điện tử Bo mạch điện tử được thiết kế trên cơ sở các Linh kiện đặc chủng của các hãng nổi tiếng trên Thế giới. Mạch điện nhỏ gọn làm việc tin cậy, đơn giản trong sửa chữa và bảo trì.Mạch điện được gia công hàn dán và kiểm tra hiệu chỉnh trên dây chuyền công nghệ hiện đại của Tây âu và Nhật Bản.Bo mạch sau khi chế tạo xong được sơn phủ bề mặt để nhiệt đới hoá. Màn hiển thị LCD Màn hiển thị LCD của Công tơ là loại chịu được nhiệt độ cao tới 75oC và tia cực tím phù hợp với điều kiện nhiệt đới hoá và thời tiết Việt Nam. Pin Công tơ sử dụng Pin Litium có tuổi thọ 10 năm trong điều kiện làm việc liên tục trên lưới điện và ≥ 2 năm bảo quản Công tơ trong kho. Do vậy mà các số liệu cài đặt và thu thập được trong Công tơ là hoàn toàn tin cậy Sơ đồ đấu dây Hoạt động của công tơ Hệ thống nhiều biểu giá: Công tơ có 4 thanh ghi biểu giá: T1, T2, T3, T4 Nếu cài đặt biểu giá theo thời gian trong ngày thì có thể cài đặt tới 4 biểu giá.Nếu cài đặt theo cả thời gian trong ngày và theo mức công suất thì cài được 2 cặp biểu giá:(T1, T3) là cặp biểu giá mức thấp (T2, T4) là cặp biểu giá mức cao.Có thể cài đặt thêm các lựa chọn sau: - Biểu giá ngày xác định theo mùa.- Các ngày đặc biệt (ngày làm việc, ngày nghỉ, ngày lễ...).Có thể cài đặt thêm cho các lựa chọn sau:Việc chuyển biểu giá được đồng bộ với thời gian thực. Đồng hồ thời gian thực là một tính năng của Công tơ.Cài đặt biểu giá và mức công suất tiêu thụ thông qua phần mềm CSMcom trên Máy tính . Thông tin hiển thị: Thông tin được hiển thị trên màn hình LCD với 7 chữ số và một số ký hiệu kèm theo. Chỉ số của các biểu giá (kWh) hiển thị bằng 6 chữ số và một số thập phân.Trong chế độ bình thường - Công tơ hiển thị chỉ số của biểu giá tích cực - Khi bấm nút SC (SCROLL) các thông số sẽ tuần tự hiển thị (Xem chi tiết trong tài liệu Kỹ thuật kèm theo Công tơ). Tự động lưu chỉ số công tơ Cho phép lưu chỉ số điện năng của các biểu giá và biểu giá tổng vào 00.00giờ của ngày chỉ định (cài đặt bằng phần mềm CSMcom trên Máy tính). Nếu lúc đó mất điện thì sẽ lưu ngay sau khi có điện trở lại. Mặc định lưu vào ngày đầu tháng. Công tơ có thể lưu được chỉ số điện năng của 6 tháng gần nhất.  Cổng quang Cổng quang có kích thước vật lý và giao thức truyền thông phù hợp với IEC 1107:1996.Cổng quang dùng để giao tiếp với HHU (Thiết bị cầm tay) hoặc Máy tính thông qua Cáp nối chuyên dụng.Sử dụng cổng này để cài đặt và lấy chỉ số của Công tơ (ngoài phương thức lấy chỉ số từ xa). Lưu trữ số liệu: Công tơ lưu giữ thông tin năng lượng, thời gian thực, mô hình biểu giá và thông tin khách hàng được tối thiểu là 2 năm mất điện. Chương III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI CÔNG TƠ I. Công tơ điện một pha đo năng lượng a> khái quát chung Năng lượng điện trong mạch xoay chiều một pha được tính theo biểu thức W= Trong đó P: công suất tiêu thụ trên phụ tải t: khoảng thời gian tiêu thụ công suất; K: hệ số Công tơ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị cảm ứng Giản đồ véc tơ Cấu tạo gồm 2 phần: phần tĩnh và phần động. Phần tĩnh là 2 cuộn dây quấn trên lõi thép 1 và 2. Khi có dòng điện chạy qua các cuộn dây tạo ra từ trường móc vòng qua lõi thép và phần động. Phần động là đĩa nhôm 3 được gắn trên trục quay. Khi có dòng điện I1 và I2 đi vào các cuộn dây phần tĩnh, chúng tạo ra từ thông và , các từ thông này xuyên qua đĩa nhôm làm xuất hiện trong đĩa nhôm các sức điện động tương ứng E1 và E2 lệch pha với và một góc và các dòng điện xoáy I12 và I22 . Do sự tác động tương hỗ giữa từ thông , và dòng điện xoáy I12, I22 tạo thành momen làm quay đĩa nhôm. Mômen quay Mq là tổng của các momen thành phần: Mq=C1I22+C2I12 C1,C2 là hệ số; - góc lệch pha giữa và b> Cấu tạo công tơ một pha Hai cuộn dây tạo thành 2 nam châm điện 1 và 2. cuộn dây một mắc song song với phụ tải có số vòng dây lớn và tiết diện nhỏ gọi là cuộn áp. cuộn dây 2 mắc nối tiếp với phụ tải có ít vòng, đuớng kính dây từ 1-2 mm gọi là cuộn dòng. Đĩa nhôm 3 gắn trên trục có thể quay tự do giữa cuộn 1 và 2. Trên trục gắn hộp số cơ khí để chỉ thị. Nam châm 4 có nhiệm vụ tạo momen hãm do từ trường của nó xuyên qua đĩa nhôm khi đĩa quay. Giản đồ véc tơ Khi có dòng điện I chạy qua phụ tải và qua cuộn dòng sẽ tạo ra từ thông cắt đĩa nhôm 2 lần. Điện áp U được đặt vào cuộn áp, dòng Iu tạo thành 2 từ thong xuyên qua đĩa nhôm và không xuyên qua đĩa nhôm. Ta có: =K1I =KuIu=KuU/Zu U: điện áp đặt lên cuộn áp Zu: tổng trở của cuộn áp; K1,Ku - hệ số tỉ lệ Do cuộn áp có điện trở thuần khá nhỏ so với cuộn kháng nên ta có thể coi ZuXu=2fLu Lu- điện cảm của cuộn dây f- tần số Do đó: = Ta có momen quay của cơ cấu chỉ thị kiểu cảm ứng: Mq=Cf. nếu ta coi thì Mq=Cf. Hay Mq=CKiK’uUI. Mq=KUI. K=CKiK’u; : góc lệch pha giữa Từ biểu đồ vectơ ta có: Nếu thực hiện thì và biểu thức trên sẽ là: Mq=KUI=KP Từ đó ta thấy momen tỉ lệ với công suất tiêu thụ Để có thể thực hiện người ta điều chinh góc tức là điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí sun từ của cuộn áp hoặc đỉều chỉnh góc nghĩa là thay đổi bằng cách them hoặc bớt vòng ngắn mạch của cộn dòng. Momen quay Mq làm cho đĩa nhôm quay, khi đĩa nhôm quay trong từ trường của nam châm vĩnh cửu, nó bị cản bởi momen cản Mc do từ trườn của nam châm khi xuyên qua đĩa nhôm tạo nên. MC=kIIM : từ thông do nam châm sinh ra IM: dòng điện xoáy sinh ra trong đĩa nhôm Trong đó IM=k2no; no: tốc độ quay đều của đĩa nhôm khi momen quay bằng momen cản. Nên ta có: Mc=k1k2no Và Mc=k3no Khi cân bằng giữa momen quay và momen cản ta có: Mq=Mc Và KP=k3no Trong khoảng thời gian t đĩa quay được n vòng vì vậy no=N/t suy ra N= CpPt=CpW Cp: hằng số của công tơ, Cp = N/W [vòng/kwh] II. Công tơ điện 3 pha đo năng lượng Công tơ này có 2 phần tử. Phần động gồm 2 đĩa nhôm được gắn vào cùng một trục. Mỗi đĩa nhôm đều nằm trong từ trường cuộn áp và cuộn dòng của các pha tương ứng. Các cuộn áp được mắc song song với phụ tải. Nam châm cản được đặt vào một trong 2 đĩa nhôm. Momen quay được tạo ra bằng tổng của 2 momen quay của 2 phần tử và năng lượng đo được chính là năng lượng của mạch 3 pha. III. Công tơ nhiều biểu giá 1. Nhu cầu và lợi ích thiết thực của công tơ nhiều biểu giá Một đặc điểm bất lợi đối với hệ thống điện lực Việt Nam là đồ thị phụ tải rất không bằng phẳng, gây ra nhiều khó khăn cho công tác quy hoạch, phát triển, vận hành hệ thống. Để khắc phục tình trạng trên cần phải áp dụng biện pháp điều hoà phụ tải. Đó là dung giải pháp bán giá điện theo thời gian sử dụng trong ngày cho khách hang sản xuất và kinh doanh dịch vụ. Theo biểu giá này thì giá điện trong giờ cao điểm sẽ cao hơn bình thường và ngược lại trong giờ thấp điểm. Để có thể đo đếm được chính xác điện năng sử dụng của khách hang theo thời gian sử dụng và các thong số quản lý phụ tải, Tổng công ty Điện Lực Việt Nam tiến hành lắp đặt công tơ điện tử nhiều biểu giá cho các khách hang thuộc đối tượng áp dụng giá điện theo thời gian sử dụng trong ngày. 2. Khả năng đo đếm của công tơ nhiều biểu giá Công tơ điện tử nhiều biểu giá cung cấp nhiều khả năng đo đếm theo thời gian sử dung điện của khách hang. Cấp chính xác của loại công tơ này tương đối cao, có thể là 0,2; 0,5; 1. Công tơ điện tử có thể được lập trình hoàn toàn cho các chức năng sử dụng của nó. Thông thường, theo yêu cầu của giá điện các công tơ điện tử có 8 đến 16 bộ ghi điện năng theo thời gian sử dụng, 4 đến 8 bộ ghi nhu cầu công suất cực đại, 7 đến 12 mức khác nhau. Dung lượng bộ nhớ cho phép ghi dữ liệu phụ tải khoảng 60-90 ngày. Các khả năng này cho phép thực hiện các biểu giá điện theo thời gian sử dụng phức tạp trong ngày của từng năm. Một số loại công tơ điện tử còn có khả năng ghi lại biểu đồ phụ tải và đưa ra các tín hiệu cảnh báo khi khách hang sử dụng quá công suất trong giờ cao điểm. Các công tơ điện tử thường được lập trình để có được khả năng đo đếm sau: Tổng điện năng hữu công Tổng điện năng vo công Điện năng sử dụng giá bình thường Điện năng sử dụng giá cao điểm Điện năng sử dụng giá thấp điểm Công suất sử dụng cực đại trong thời gian bình thường Công suất sử dụng cực đại trong thời gian cao điểm Công suất sủ dụng cực đại trong thời gian thấp điểm Thời điểm công suất cực đại của thời gian thường Thời điẻm công suất cực đại của thời gian cao điểm Thời điẻm công suất cực đại của thời gian thấp điểm Số lần mất điện Thời điểm mất điện Số lần cài đặt lại Thời điểm cài đặt lại Số lần lập trình Thời điểm lập trình 3. Cấu tạo nguyên lý hoạt động Đây là một loại công tơ có hai hay nhiều bộ số và bộ số chỉ làm việc trong thời gian ấn định. Điện năng tiêu thụ ghi được trên mỗi bộ số ứng với một biểu giá quy định. Trừ bộ số ra thì nó có cấu tạo giống công tơ thông thường. Công tơ điện tử được lập trình để đọc dữ liệu tại chỗ qua cổng thong tin quang hoặc đọc từ xa qua công RS232. Việc đọc công tơ và cài đặt chương trình cho công tơ được thực hiện trực tiếp bằng máy tính hoặc bằng thiết bị cầm tay. Một trong những ứng dụng hữu ích của công tơ điện tử là cho phép đọc tín hiệu từ xa. Tại trung tâm sử lý số liệu có thể đọc được kết quả đo đếm của công tơ qua mạng điện thoại mà không cần đến nơi trực tiếp đặt công tơ, kết quả đọc được lưu trữ dưới dạng các file dữ liệu nên công việc sử lý dữ liệu trên máy tính rất thuận lợi. IV. Công tơ chỉ thị số Dựa trên cảm ứng Hall được tóm tắt như sau: Nếu dọc theo tấm mạch bán dẫn cho chạy qua một dòng điện, dưới tác dụng của một từ trường có hướng vuông góc với dòng điện đó sẽ xuất hiện một điện thế theo hướng cắt ngang vuông góc với hướng dòng điện. Bộ biến đổi gồm một tấm bản dẫn mỏng: Hai đầu tấm bán dẫn (1 và 2) được nối với một nguồn dòng bên ngoài. Điểm tác động của cảm ứng từ theo hướng mũi tên trên hai đầu cực( 3 và 4) sẽ xuất hiện sức điện động gọi là sức điện động Hall và bằng: Trong đó : RX : hằng số Hall phụ thuộc vào chất liệu của tấm bán dẫn a, l, n : kích thước hình học của bộ biến đổi Hall U : độ linh động của các phần tử dẫn điện I : dòng điện trong bộ biến đổi : góc giữa véc tơ cảm ứng B và mặt phẳng bộ biến đổi Khi đo công suất và năng lượng, trong bộ biến đổi phải bảo đảm được sự phụ thuộc giữa các đại lượng đầu vào với điện thế Un trên tải và dòng điện In qua tải. Có hai phương án chế tạo: - Một là, qua cuộn dây tạo ra tử trường sẽ có dòng điện chạy qua, dòng điện này chạy qua tải In , còn dòng điện qua bộ biến đổi tỉ lệ thuận với hiệu điện thế trên bộ biến đổi. - Hai là, dòng