Xin giải đáp đo hệ số công suất (cos phi)

[zemen]

Mình có 1 mạch điện như hình sau:


Và cũng có một số thắc mắc mong các bạn giải đáp giùm!
- Điện lưới nhà điện đưa ra là 220V/50Hz, ngoài ra còn nghe nói đến hệ số công suất (HSCS-Cosφ), hệ số này có quan trọng không? Có phải luôn là 0,8?
- Thiết bị điện trung gian (TBD trgian) ở hình trên là 1 chuyển mạch với điện trở rất rất nhỏ (gần giống rờ le). Nếu đòi hỏi TBD này cấp điện cho tải với Cosφ=0,8 thì ta phải làm sao?
- Mình muốn đo Cosφ, theo công thức P=UICosφ thì có thể sắm đồng hồ đo công suất, điện áp và dòng điện rồi tính ra Cosφ đúng không nhỉ! Nếu có đồng hồ đo luôn Cosφ thì tiện hơn, không biết ngoài chợ hàng, thị trường có bán nó?
- Khi điện lưới đi qua TBD trgian thì gây ra sai lệch (có lẽ rất nhỏ, cỡ 15mV), làm sao để đo điện áp sai lệch giữa điểm trước và điểm sau của nó? Có đồng hồ (số) nào đo được áp 220Vac mà thang chia nhỏ tới mV hay không?

[quanghien54]

Mình có 1 mạch điện như hình sau:


Và cũng có một số thắc mắc mong các bạn giải đáp giùm!
- Điện lưới nhà điện đưa ra là 220V/50Hz, ngoài ra còn nghe nói đến hệ số công suất (HSCS-Cosφ), hệ số này có quan trọng không? Có phải luôn là 0,8?
- Thiết bị điện trung gian (TBD trgian) ở hình trên là 1 chuyển mạch với điện trở rất rất nhỏ (gần giống rờ le). Nếu đòi hỏi TBD này cấp điện cho tải với Cosφ=0,8 thì ta phải làm sao?
- Mình muốn đo Cosφ, theo công thức P=UICosφ thì có thể sắm đồng hồ đo công suất, điện áp và dòng điện rồi tính ra Cosφ đúng không nhỉ! Nếu có đồng hồ đo luôn Cosφ thì tiện hơn, không biết ngoài chợ hàng, thị trường có bán nó?
- Khi điện lưới đi qua TBD trgian thì gây ra sai lệch (có lẽ rất nhỏ, cỡ 15mV), làm sao để đo điện áp sai lệch giữa điểm trước và điểm sau của nó? Có đồng hồ (số) nào đo được áp 220Vac mà thang chia nhỏ tới mV hay không?

Ra Chợ Dân sinh đường Nguyễn Công Trứ TP HCM mua đồng hồ cos phi về để đo. Giá rẻ lắm chỉ hơn 500K một cái. Mình mới mua 3 cái về để làm học cụ thí nghiệm. Nhìn giá mà méo mặt luôn. Đó là loại kim chỉ thị cứ loại hiện số thì giá cũng trên 800K.
Không có đồng hồ nào kể cả đồng hồ hiện số đo được điện áp 220V mà thang đo lại chia đến mV bởi vì cấp chính xác cao nhất của đồng hồ hiện nay chỉ vào khoảng 0,01%. Nghĩa là đo điện áp 220V thì sai số là 0,022V.
Thân chào.

[cô nhóc]

Thay vì đo 220 ở 2phía, sao anh không đo luôn điện áp rơi trên tiếp điểm?

[zemen]

Mình cũng nghĩ, chợ VN làm gì có đồng hồ đo giá trị nhỏ như vậy nên định "làm sao để đo điện áp sai lệch giữa điểm trước và điểm sau của nó?"
Nếu như là điện áp DC giá trị nhỏ thì có thể dùng khuếch đại vi sai OpAmp đúng không!
À còn câu hỏi số 1 và số 2, 2 bạn giúp mình luôn nhé!

[athuy]

Bạn hãy vẽ 1 hình tam giác ABC: AB là cạnh huyền, vuông tại C. Góc phi là góc tại đỉnh A.
Trong kỹ thuật điện:
-Cạnh AC thường qui ước là vecto của dòng điện. Qui ước là góc =0.
-Cạnh AB qui ước là vecto điện áp của mạch.
Với nguồn điện áp xoay chiều, tùy thuộc phụ tải mắc vào mạch ta sẽ có các hệ số có phi khác nhau.
-Tải thuần trở như bàn là bếp maiso, đèn tóc: phi=0, cos phi =1. Trên đồ thị Cạnh AB trùng với AC.
-Tải thuần cảm như cuộn dây, mang tính cảm như động cỏ xoay chiều khi đưa điện vào sẽ Điện áp chậm sau dòng điện 1 góc phi dương (ngược chiều đồng hồ).
-Tải thuần dung như tụ điện thì dòng điện chậm sau điện áp 1 góc phi âm.
trên đồ thị AC=dòng điện nằm ngang(góc=0)điện áp nằm phía dưới lệch 1 góc phi.
Do tải là tổng hợp R (trở) L (cảm) C (dung) mà có hệ số công suất khác nhau.
Hệ số công suất cos phi do phụ tải quyết đinh chứ nguồn không quyết định được.
Nếu có Máy hiện sóng trên đồ thị cũng tính được góc lệch pha giữa các đại lượng...

[quanghien54]

Mình có 1 mạch điện như hình sau:


Và cũng có một số thắc mắc mong các bạn giải đáp giùm!
- Điện lưới nhà điện đưa ra là 220V/50Hz, ngoài ra còn nghe nói đến hệ số công suất (HSCS-Cosφ), hệ số này có quan trọng không? Có phải luôn là 0,8?
- Thiết bị điện trung gian (TBD trgian) ở hình trên là 1 chuyển mạch với điện trở rất rất nhỏ (gần giống rờ le). Nếu đòi hỏi TBD này cấp điện cho tải với Cosφ=0,8 thì ta phải làm sao?
- Mình muốn đo Cosφ, theo công thức P=UICosφ thì có thể sắm đồng hồ đo công suất, điện áp và dòng điện rồi tính ra Cosφ đúng không nhỉ! Nếu có đồng hồ đo luôn Cosφ thì tiện hơn, không biết ngoài chợ hàng, thị trường có bán nó?
- Khi điện lưới đi qua TBD trgian thì gây ra sai lệch (có lẽ rất nhỏ, cỡ 15mV), làm sao để đo điện áp sai lệch giữa điểm trước và điểm sau của nó? Có đồng hồ (số) nào đo được áp 220Vac mà thang chia nhỏ tới mV hay không?

Mình mới rả một đồng hồ cos phi để thay đổi thông số điện áp của nó bởi vì mạch cho học sinh thí nghiệm điện áp chỉ 24VAC mà thôi. Mình thấy bên trong nó là một logomet kiểu từ điện. Điện áp 380V đưa vào được cản bởi điện trở khoảng 80kohm rồi nắn qua diod để đưa vào cuộn dây động bên trong. Dòng điện được đưa qua biến dòng đầu ra 5A cũng nắn qua diod và đưa vào cuộn tỉnh ở bên ngoài. Ngoài ra còn có một vài điện trở và một transistor mà gấp quá mình chưa kịp vẽ mạch. Khi nào rảnh mình sẽ vẽ cụ thể và post sơ đồ lên cho các bạn.
Việc dùng dụng cụ để tiết kiệm năng lượng mà trước đây chào hàng trên mạng chỉ là trò bịp mà thôi vì thực chất đây là thiết bị bù cos phi. Bên trong nó chỉ có 1 tụ điện nonpolar khoảng vài chục mF. Khu gắn thiết bị này để cung cấp cho một tải cảm kháng thì cos phi sẽ tăng, dòng điện sẽ giảm khiến ta tưởng như là đã tiết kiệm điện. Thực tế là ta vẫn trả tiền điện như nhau vì năng lượng điện sử dụng mà ta trả tiền là công suất hiệu dụng ( U.I.cos phi). thời gian sử dụng. Chỉ có nhà đèn là lợi vì giảm được tổn hao trên đường dây. Việc này bị bể mánh nên không ai sử dụng chúng nữa.
Thân chào.

[Katecka]

Mình có 1 mạch điện như hình sau:


Và cũng có một số thắc mắc mong các bạn giải đáp giùm!
- Điện lưới nhà điện đưa ra là 220V/50Hz, ngoài ra còn nghe nói đến hệ số công suất (HSCS-Cosφ), hệ số này có quan trọng không? Có phải luôn là 0,8?
- Thiết bị điện trung gian (TBD trgian) ở hình trên là 1 chuyển mạch với điện trở rất rất nhỏ (gần giống rờ le). Nếu đòi hỏi TBD này cấp điện cho tải với Cosφ=0,8 thì ta phải làm sao?
- Mình muốn đo Cosφ, theo công thức P=UICosφ thì có thể sắm đồng hồ đo công suất, điện áp và dòng điện rồi tính ra Cosφ đúng không nhỉ! Nếu có đồng hồ đo luôn Cosφ thì tiện hơn, không biết ngoài chợ hàng, thị trường có bán nó?
- Khi điện lưới đi qua TBD trgian thì gây ra sai lệch (có lẽ rất nhỏ, cỡ 15mV), làm sao để đo điện áp sai lệch giữa điểm trước và điểm sau của nó? Có đồng hồ (số) nào đo được áp 220Vac mà thang chia nhỏ tới mV hay không?

Hệ số cos phi quan trọng trong tính toán cấp điện, giả sử bác dùng bóng đèn dây tóc trở thuần với một bóng đèn neon cos phi = .5 có cùng công suất tiêu thụ là 220W thì dòng điện cung cấp cho bóng dây tóc chỉ cần 1A trong khi dòng cung cấp cho bóng neon phải đủ 2A, 1A dôi ra này không chạy đi đâu cả nhưng tổn hao dây dẫn, nặng máy... đòi hỏi bác phải đi dây đủ lớn, nguồn máy phát hoặc inverter phải có công suất gấp đôi (220/0.5 = 440 VA - biểu kiến). Vậy người ta mới phải tìm mọi cách tăng cos phi lên càng gần 1 càng tốt. Hơn 1 thì tuyệt vời .
Hệ số này thay đổi tùy loại thiết bị tiêu thụ, nguồn xung thường có hệ số công suất thấp (0.5-0.6) nên các bộ nguồn lớn họ dùng chip sửa hệ số cs (power factor corrector-pfc). Motor AC có cos phi cỡ 0.7-0.8. Chính xác từng món thì bác tha khảo thêm chứ thiệt sự em không rành. Với cái thiết bị trung gian kia (nếu không có cảm kháng dung kháng gì) thì bác tính xem dòng đi qua hết bao nhiêu để chọn loại phù hợp là OK. Không ảnh hưởng gì tới tải cả

[cô nhóc]

. Vậy người ta mới phải tìm mọi cách tăng cos phi lên càng gần 1 càng tốt. Hơn 1 thì tuyệt vời .

Hi hi, hàm Cos có bao giờ lớn hơn 1 không vậy anh?

[typhoon]

Người ta dỡn "cos >1" mà conhoc cũng bắt bẻ ! ế bây giờ..
sao đồng hồ đo cos đắt vậy mà mình không chế ra nhỉ em nghĩ đùng vdk kết hợp với ngắt đo lệch pha --> cospi .

[SongLuan]

Đồng hồ cos phi (tôi viết PF: Power factor) mắc không phải vì chế tạo khó, mà mắc vì ít người mua.
Làm đồng hồ đo PF dùng VDK rất dễ, nhưng bạn chỉ làm để chơi thôi, không có tính kinh tế. Nếu dùng VDK, người ta sẽ thiết kế đo PF, U, I, P,... kết hợp truyền thông, lưu trữ nữa thì mới đáng.
Nếu bạn muốn đo để xem chơi, có thể dùng dao động ký, + 1 điện trở shunt.

[zemen]

Đợt rồi ra Dân Sinh, Nhật Tảo chỉ thấy mấy cái đồng hồ đo HSCS loại tương tự (kim). Đúng là hiếm, kiếm loại số không có luôn. Mình tìm trên mạng thì đc 1 cái của Autonics (có đại lí ở VN): http://www.autonics.com/products/pro...4/06&db_uid=95 . Mà hình như phải mắc thêm bộ chuyển đổi nữa, thấy cũng rắc rối! Còn 1 hãng nữa, có loại hiển thị bằng LCD đàng hoàng, đo được cả U, I, P, HSCS,... thấy chức năng giống như 1 đồng hồ số cầm tay ấy; giá cỡ 4000 đô.
Mình nghĩ khi ta đo đc P rồi thí sẽ tính được HSCS qua P=UIcos(phi), nhưng phải chăng cách này không chính xác nên người ta còn dùng phương pháp nào đó đo cos(phi) trực tiếp nên mới khó và đắt đỏ như thế?

Để điều chỉnh cos(phi) ở tải thì ta phải điều chỉnh tải (chắc phải có biến dung, biến cảm) nhưng có lẽ sẽ không thể chỉnh cos(phi) lên lớn quá (~1) nếu nhà điện không cung cấp đủ cos(phi). Ý mình đoán là do điện lưới qua nhiều trạm trung chuyển và đấu nối dẫn đến phát sinh tải giả (dù rất nhỏ) => kéo cos(phi) này trước khi cấp cho người dùng xuống một mức nhỏ nào đó. Vì vậy người dùng sẽ không thể nhận được điện lưới có thể giữ được cos(phi) =1.
Mình đang muốn kiểm soát TBD trung gian ở hình trên không gây nên hao phí đáng kể đối với tải.

À, SongLuan nói rõ hơn cách đo cos(phi) thông qua dao động kí và điện trở 1 Shunt như thế nào? được không!

[SongLuan]

Vấn đề đo này, SL đã có làm qua, làm thật chứ không phải nghiên cứu chơi. Để tôi giải thích thêm cho rõ.
Cos(phi) là hàm cos của góc lệch giữa U và I trong 1 mạch điện. Do đó, trị số này nằm giữa -1 và 1. Đối với người dùng điện, trị số thông thường đo được là 0 – 1, nếu bạn đo tải có trị số này <0 thì khả năng là bạn đấu sai mạch đo.
Thông số cos(phi) chỉ có ý nghĩa khi U và I đều là dạng hình sine. Nếu 1 trong 2 đại lượng trên là không sine, lúc này có(phi) không có ý nghĩa.
Để áp dụng cả khi dòng điện hoặc điện áp tuần hoàn không phải dạng sine, người ta dùng thông số thay thế là POWER FACTOR (PF) hay hệ số công suất.
Công thức: PF = P/S, với S = U*I (trị hiệu dụng), P là công suất. Các bạn tham khảo thêm tài liệu truyền động điện hoặc điện tử công suất để rõ hơn những khái niệm này.

Lý thuyết như trên, dựa trên đó, ta có thể đo PF hay cos(phi) như sau:
Nếu U, I đều dạng sine, ta có thể đo góc lệch pha để tính ra cos của góc này. Cách đo này khá đơn giản, bạn dùng 2 con OP-AMP, để làm mạch nhận điểm 0 của dòng và áp, dùng ngắt hoặc quét PIN của VĐK đều được, để tính thời gian lệch của 2 cạnh lên của 2 xung này. Có thời gian lệch kết hợp với chu kỳ sóng điện, bạn sẽ tính được cos(phi).
Nếu chu kỳ điện cố định (vd điện lưới 50Hz), bạn không cần đo chu kỳ, nếu chu kỳ thay đổi , ví dụ bạn đo máy phát điện, bạn đo thêm chu kỳ (dùng ngõ vào Op_amp ở trên, đo thời gian giữa 2 lần xung lên).
Ví dụ cụ thể: T = 20mS tương đương 360 độ điện. TG lệch delta(T) = 2.5ms, tđ 45 độ điện, cos(phi) = cos(45 độ) = sqrt(2)/2.
Nếu U, hoặc I không sine nhưng có chu kỳ, ta có thể đo P, U, I (trị hiệu dụng) trong 1 chu kỳ rồi tính PF theo công thức tôi nêu ở trên. Lưu ý, P, U, I trị hiệu dụng đều phải tính tích phân, đòi hỏi VĐK phải khá mạnh mẽ. Trước tôi đã làm vấn đề này, mạch đo khá tốt, độ chính xác rất cao, nhưng phần tính toán tôi đưa về máy tính, VĐK chỉ lấy dữ liệu thô.

SL xin đóng phần lý thuyết ở đây. Nếu có vấn đề gì khúc mắc, các bạn cứ hỏi, SL sẽ trả lời trong khả năng của mình.

@zemen:
Nếu dùng dao động ký, chỉ là đo delta(T) bằng mắt, chứ không phải bằng chương trình, thế thôi. Cái này xem U 1 kênh, xem I thông qua U rơi trên R, từ đó có góc lệch. Hình như có cách khách nhưng lâu quá không dùng nên quên rồi. Anh em nào nhớ thì nhắc lại giúp.

@typhoon:
Khi xưa (xưa lắm rồi), lúc đó chỉ biết 89C51, SL thường làm mạch đo bằng ADC0809 kết nối với VĐK. Sau này chuyển sang AVR rồi PIC, ADC nội của nó (10 bit, 12 bit) là cả một chân trời mới, thấy rất thích thú. Độ phân giải 12 bit có lẽ khá đủ cho đo đạc thông thường, vì nhiễu trên thiết bị đo cũng không thể giảm nhỏ hơn độ phân giải được (đang nói trong điều kiện nghiệp dư).
Dùng bộ biến dòng, hay biến áp khi đo đạc thường khó tránh khỏi, để thỏa mãn 2 yếu tố: giảm trị số dòng áp đến ngưỡng thiết bị chịu được và cách ly về điện. Nhưng phải xem xét và bù sai số (về tỉ lệ, về góc lệch), để nâng độ chính xác khi đo.
ADC thường chỉ đo được áp, nên bắt buộc phải có 1 R shunt để biến dòng thành áp. Vấn đề là R này chịu dòng trực tiếp hay dòng qua CT. Nếu bạn không muốn dùng điện trở Shunt, có thể xem xét các sensor dùng hiệu ứng Hall.
SL tạm dừng ở đây.
Thân chào.

[typhoon]

Cách bắt điểm zero sẽ cho phép đo pha dùng dùng vdk vv..
Bác có thể nói rõ hơn một chút về nhanh và chậm pha trong trường hợp này không.
- giả sử ngắt dò zero U sẽ cho kích timer , ngắt dò zero I sẽ off timer . => sẽ đo được cos phi . còn về dấu thì sao ah ! (leading of lagging ). Rất mong được bác chỉ giáo thêm về đề tài này.

[SongLuan]

Cách bắt điểm zero sẽ cho phép đo pha dùng dùng vdk vv..
Bác có thể nói rõ hơn một chút về nhanh và chậm pha trong trường hợp này không.
- giả sử ngắt dò zero U sẽ cho kích timer , ngắt dò zero I sẽ off timer . => sẽ đo được cos phi . còn về dấu thì sao ah ! (leading of lagging ). Rất mong được bác chỉ giáo thêm về đề tài này.

Như bạn nói ở trên, ta đo được góc lệch chứ không phải hàm cos. Góc lệch đã thể hiện đủ thông tin rồi.
Từ đây có thể lấy cos hay sine tùy ý.
Nếu góc lệch >0, <180: sớm pha, >180: trễ pha.

[typhoon]

Trong khái niệm thuần trở : Phi =0 . Tuy nhiên nếu dùng ngắt để giải quyết bài toán này sẽ luôn tồn tại góc lệch. vì không thể sử lý 2 ngắt cùng lúc (vấn đề ưu tiên ngắt). => T_timer != 0 = > phi != 0. Vậy sẽ chấp nhận.
Bác cho hỏi thêm khi dùng ADC của vdk để xử lý đo áp hay dòng xoay chiều thì phải đưa qua chỉnh lưu. Nhưng nếu đã qua chỉnh lưu thì khi tín hiệu AC trong khoảng nhỏ hơn điện áp ngưỡng sẽ không có tín hiệu đầu ra để đưa vào ADC. theo lý tưởng để lập phương trình mong muốn ( 0 -230 vac ,<->0-5vdc ,<-> 0 - 1024 (ADC 10 bit). Vậy bác giải quyết nó sao ? Em thì nghĩ có thể dùng một bộ cộng tín hiệu bù vào điện áp ngưỡng này trước khi để trước khi đưa qua chỉnh lưu.