Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét “phân tích công suất” là gì và các công cụ được sử dụng để thực hiện nó. Trong bài viết này, bạn sẽ:
Bạn đã sẵn sàng để bắt đầu? Đi nào!
Phân Tích Công Suất Là Gì?
Công suất là tốc độ thực hiện công, tức là năng lượng tiêu hao trên một đơn vị thời gian. Công suất của một hệ thống điện là phép nhân của hiệu điện thế với dòng điện, được tích phân rồi chia cho thời gian tuần hoàn. Thời gian định kỳ (bằng tần số) phải được biết để tính toán công suất của hệ thống điện. “Phân tích công suất” đơn giản là phương pháp kiểm tra và nghiên cứu công suất, thường sử dụng máy phân tích công suất.
Máy Phân Tích Công Suất Là Gì?
Máy phân tích công suất là một công cụ đo lường và định lượng tốc độ dòng điện trong hệ thống điện. Lưu lượng điện năng được thể hiện bằng Jun/giây (J/s) hoặc kilowatt/giờ (kW/h). Công suất điện là tốc độ trên một đơn vị thời gian mà năng lượng điện được truyền trong một hệ thống điện giữa hai điểm.
Máy phân tích công suất SIRIUS XHS với bộ khuếch đại điện áp cao gấp 4 lần và bộ khuếch đại điện áp thấp gấp 3 lần để kết nối bộ chuyển đổi dòng điện
Điện năng là gì?
Bạn có thể nhìn vào một mạch điện, nhưng bạn không thể biết liệu có điện áp hay có dòng điện chạy qua hay không. Bạn không được đưa tay ra mò vì điều này cực kỳ nguy hiểm, thậm chí có thể gây chết người. Do đó chúng ta phải sử dụng đúng dụng cụ để đo điện.
Vì vậy, làm thế nào chúng ta có thể hình dung điện di chuyển qua một mạch? Chà, chúng ta có thể thấy nước chuyển động, vì vậy hãy sử dụng nó làm ví dụ minh họa để giải thích cách thức hoạt động của các mạch điện. Một thực tế ai cũng biết là nếu nước muốn chảy ra khỏi đường ống thì nước cần phải có một lực hoặc “áp suất” đẩy nó, có thể là do trọng lực hoặc do máy bơm cơ học.
Sơ đồ mạch điện so với máy bơm nước
Tương tự như mạch nước, mạch điện cũng vậy:
Nếu dòng điện chỉ di chuyển theo một hướng, thì nó rất giống như nước chảy qua một đường ống hoặc vòi. Đây là DC (dòng điện một chiều) theo cách tương tự của chúng ta. Tuy nhiên, nếu dòng điện di chuyển qua lại, thì nó tương tự như AC (dòng điện xoay chiều).
Ví dụ: máy tính văn phòng mà bạn có thể đang đọc phần này cắm vào nguồn điện xoay chiều, nhưng nó có một loại máy biến áp bên trong được gọi là nguồn cung cấp điện ở chế độ chuyển đổi (SMPS) để chuyển đổi nguồn điện AC thành DC và chuyển đổi điện áp DC thành điện áp mong muốn. mức độ. Nếu bạn đang sử dụng máy tính xách tay, SMPS có khả năng nằm ở “cục gạch” bên ngoài kết nối ổ cắm AC trên tường và hệ thống nguồn DC bên trong máy tính xách tay. Nếu bạn đang đọc nội dung này trên điện thoại hoặc máy tính bảng, thì đó cũng là thiết bị DC sử dụng SMPS bên ngoài để sạc pin bên trong.
Định lượng điện năng
Trong vật lý, năng lượng điện là tốc độ thực hiện công. Nó tương đương với lượng năng lượng tiêu hao trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của công suất là Joule trên giây (J/s), còn được gọi là Watt (W).
Năng Lượng Điện Là Gì?
Công suất điện là tốc độ trên một đơn vị thời gian mà năng lượng điện được truyền trong một hệ thống điện giữa hai điểm. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học nói rằng năng lượng không thể được tạo ra hoặc mất đi. Nó chỉ có thể được chuyển đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác, hoặc được truyền đi.
Vì không tồn tại hệ thống điện lý tưởng nên sẽ luôn có một số tổn thất khi có sự truyền năng lượng. Dạng tổn thất phổ biến nhất trong hệ thống điện là nhiệt. Nếu một mạch điện nóng lên về mặt vật lý, điều đó có nghĩa là một phần năng lượng mà nó mang đang được chuyển thành nhiệt và do đó không thể được sử dụng để thực hiện công việc hữu ích.
Điều này làm giảm hiệu quả của toàn bộ hệ thống điện. Không phải ngẫu nhiên mà các hệ thống cơ học cũng tạo ra nhiệt – đừng đặt tay lên bóng đèn sợi đốt đang sáng, nếu không bạn sẽ trực tiếp trải nghiệm quá trình chuyển đổi năng lượng thành nhiệt. Năng lượng điện chỉ là một phần mở rộng của vật lý cơ bản của năng lượng nói chung.
Năng lượng điện thông thường được biểu thị bằng kilowatt (kW).
Hiểu về phép đo công suất
Về cơ bản, có ba loại công suất trong hệ thống điện xoay chiều (AC) được đo. Đó là:
Để minh họa mối quan hệ giữa chúng, có một công cụ hữu ích mà chúng ta có thể sử dụng, được gọi là tam giác lũy thừa, dựa trên Định lý Pythagore:
Tam giác công suất, minh họa mối quan hệ giữa công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến, bao gồm góc phi và hệ số công suất, còn gọi là cosin phi (cos phi)
Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về các thuật ngữ này và ý nghĩa thực sự của chúng:
Công suất tác dụng (P) là gì?
Công suất tác dụng (P) còn được gọi là “công suất thực” hoặc “công suất hoạt động” là công suất hữu ích được sử dụng trong mạch điện xoay chiều.
Công suất phản kháng (Q) là gì?
Công suất phản kháng (Q) không được sử dụng mà được vận chuyển giữa nguồn như trạm phát điện và tải, nó chủ yếu được sử dụng để vận chuyển công suất tác dụng qua hệ thống điện.
Công suất biểu kiến (S) là gì?
Công suất biểu kiến (S) là tổng vectơ của công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều.
Hệ số công suất (PF) là gì?
Hệ số công suất (PF) là tỷ lệ giữa công suất hoạt động và công suất biểu kiến và có thể nhận các giá trị từ 1 đến -1.
Hệ số công suất là biểu thị lượng công suất tác dụng có trong đường truyền so với công suất biểu kiến kết hợp cả công suất tác dụng và phản kháng. Nói cách khác, nó là hệ số mà công suất hữu ích trong đường dây truyền tải nhỏ hơn công suất tối đa có thể về mặt lý thuyết. Việc giảm hệ số công suất lý tưởng về mặt lý thuyết là do điện áp và dòng điện lệch pha.
Hệ số công suất thường được ký hiệu là “cos phi,” “cosine phi” hoặc “cos 𝜑.”
Công suất phản kháng có thể dương hoặc âm, được biểu thị bằng dấu dương hoặc âm của góc phi (𝜑). Điều này cho chúng ta biết liệu dòng điện có dẫn trước điện áp hay không hoặc liệu nó có tụt hậu so với điện áp trong đường dây truyền tải hay không.
Khi giá trị công suất phản kháng dương, nó bị trễ, cho biết tải cảm ứng đang tiêu thụ công suất phản kháng.
Khi giá trị công suất phản kháng là âm, nó dẫn đầu, cho biết tải điện dung đang cung cấp công suất phản kháng.
Tải thuần điện trở, giống như bóng đèn sợi đốt truyền thống, có hệ số công suất rất gần bằng 1. Điều này có nghĩa là điện áp và dòng điện cùng pha, do đó có rất ít công suất phản kháng trong đường truyền.
Với các hệ số công suất dương, chúng càng tiến gần đến 0, độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện càng lớn và càng có nhiều công suất phản kháng trong đường dây truyền tải. Điều này tương tự với hệ số công suất âm, chỉ là theo hướng ngược lại: ở PF = -1 độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện là 180°.
Tại sao chúng ta đo công suất?
Đo điện áp và dòng điện chỉ là bước đầu tiên để phân tích hệ thống điện và có thể dễ dàng thực hiện với bất kỳ máy phân tích công suất hoặc đồng hồ đo công suất nào trên thị trường.
Nhưng để quản lý thành công một thứ gì đó, người ta cần càng nhiều thông tin càng tốt. Đây chính xác là những gì một máy phân tích năng lượng được thiết kế để làm. Máy phân tích công suất giúp người dùng dễ dàng thực hiện các phân tích phức tạp của bất kỳ hệ thống điện nào chỉ với một vài thao tác.
Khi điện và năng lượng ngày càng trở nên quan trọng, điều quan trọng là nó có thể được đo lường và quản lý theo các tiêu chuẩn cao nhất có thể để đảm bảo rằng nguồn cung cấp tiếp tục và thiết bị vận hành sử dụng nó là đáng tin cậy, an toàn và hiệu quả. Từ bản thân quá trình sản xuất năng lượng cho đến giai đoạn truyền tải mang năng lượng đến nhà và doanh nghiệp của chúng ta, máy phân tích năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các phép đo chính xác và toàn diện.
Việc đo công suất ở mức độ chính xác cao nhất có thể là rất quan trọng vì nhiều lý do:
Máy phân tích công suất làm gì?
Máy phân tích công suất tiến hành một loạt các thử nghiệm và đo lường trên các thành phần điện, mạch điện và hệ thống. Một số phân tích phổ biến nhất được thực hiện bao gồm:
Phân tích lưu lượng tải được sử dụng để thiết lập các thành phần của hệ thống điện bao gồm cường độ điện áp, cường độ dòng điện, góc pha phi của hệ thống, công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến và hệ số công suất ở chế độ vận hành ổn định.
Ngoài ra, đối với các tải phi tuyến tính, công suất phản kháng biến dạng cũng như công suất phản kháng sóng hài cần được đo và phân tích. Về lý thuyết, điện áp và dòng điện có sóng hình sin 50 Hz hoàn hảo ở Châu Âu (và 60 Hz chủ yếu ở Bắc và Nam Mỹ). Đây là trường hợp nếu chỉ có tải thuần trở tuyến tính được kết nối với lưới điện (ví dụ: bóng đèn sợi đốt, lò sưởi điện, động cơ điện xoay chiều, v.v.).
Trong ví dụ bên dưới, điện áp đường dây cấp nguồn AC vào hệ thống và bộ chỉnh lưu chuyển mạch chuyển đổi nó thành nguồn DC mà đèn LED yêu cầu. Hãy xem sơ đồ nguyên lý của thiết lập phép đo:
Sơ đồ thiết lập đo công suất thử nghiệm đèn LED với cả điện áp AC và DC và dạng sóng dòng điện được đo bằng mô-đun nguồn từ Dewesoft
Hiện nay, ngày càng có nhiều phụ tải phi tuyến tính (bộ chấn lưu, bộ chỉnh lưu, bộ biến tần, máy tính cá nhân, v.v.) được kết nối với lưới điện, cũng như các bộ tạo phi tuyến (gió, mặt trời và các dạng tạo năng lượng khác). Do đó, dạng sóng của điện áp và dòng điện bị biến dạng và không phải là dạng sóng hình sin lý tưởng. Do đó, phân tích sóng hài là cần thiết để xác định ảnh hưởng của các tải phi tuyến này đối với dòng điện và điện áp trong hệ thống điện.
Phân tích ngắn mạch được thực hiện để cung cấp thông tin về tất cả các tình huống vận hành có thể xảy ra của hệ thống điện và để xác định khả năng của các thành phần riêng lẻ trong hệ thống có thể can thiệp hoặc chịu được cường độ dòng điện trong mạch.
Phân tích phối hợp được sử dụng để hỗ trợ sự phát triển của bảo vệ quá dòng. Cần xem xét các đặc điểm của thiết bị bảo vệ, bao gồm kích thước và cài đặt của nó, để thiết lập phạm vi hoạt động lý tưởng.
Máy phân tích năng lượng Dewesoft
Máy phân tích công suất Dewesoft không chỉ là máy phân tích công suất nhỏ nhất trên thế giới mà còn là máy mạnh nhất. Nền tảng phần cứng linh hoạt kết hợp với các tính năng phần mềm mạnh mẽ mang lại khả năng thử nghiệm độc đáo cho bất kỳ loại phép đo điện nào. Máy phân tích công suất Dewesoft có thể tính toán hơn 100 thông số công suất, chẳng hạn như P, Q, S, PF, cos phi, và nhiều thông số khác.
Nó cũng cung cấp một số tính năng của các công cụ khác:
Tất cả các tính toán này có thể được thực hiện trực tuyến trong thời gian thực, trong quá trình xử lý hậu kỳ hoặc cả hai.
Máy phân tích Dewesoft Power kết hợp nhiều thiết bị và chức năng trong một thiết bị duy nhất – máy phân tích công suất, máy phân tích FFT, máy ghi dữ liệu RAW, máy hiện sóng, máy phân tích sóng hài, máy ghi nhiệt độ, máy ghi rung, v.v.
Máy phân tích công suất Dewesoft R8 có thể được trang bị tới 64 đầu vào analog tốc độ cao (lên tới 1 MS/s @ băng thông 16-bit và 2 MHz trên mỗi kênh) để đo điện áp và dòng điện trong một hộp duy nhất.
Máy phân tích công suất Dewesoft R8DB có thể được cấu hình với 64 kênh, có thể lựa chọn để phù hợp với ứng dụng đo lường cho thiết bị đo lường tất cả trong một
Các đầu vào được cách ly hoàn toàn ở cả phía cảm biến (kênh tiếp đất), cũng như kích thích giữa các kênh và thậm chí cả cảm biến cách ly. Cách ly điện thực sự có nghĩa là ít nhiễu hơn, tránh vòng lặp tiếp đất và chất lượng tín hiệu vượt trội.
Điện áp cao có thể được đo trực tiếp bằng đầu vào điện áp cao của chúng tôi với bảo vệ 1600 V DC/CAT II 1000 V/CAT III 600 V. Dòng điện có thể được đo bằng các cảm biến dòng điện có độ chính xác cao, chẳng hạn như bộ cảm biến dòng điện Zero-flux, bộ kẹp dòng điện AC/DC, cuộn dây Rogowsky và điện trở Shunt.
Dewesoft cung cấp nhiều loại cảm biến dòng và cảm biến dòng điện cho bất kỳ phạm vi đo lường dòng điện và độ chính xác nào
Và mặc dù nó chủ yếu là một bộ phân tích công suất, nhưng nó cũng có thể đo nhiều loại tín hiệu bổ sung khác nhau, bao gồm gia tốc kế, thiết bị đo biến dạng, cảm biến lực và tải, cặp nhiệt điện, RTD, bộ đếm và bộ mã hóa, GPS, CAN BUS, XCP, FlexRay và thậm chí cả video . Tất cả các kênh được đồng bộ hóa với nhau.
Màn hình đo delta 3 pha điển hình từ phần mềm phân tích công suất Dewesoft
Bộ phân tích công suất với bộ phân tích FFT tích hợp
Máy phân tích công suất thông thường sử dụng phát hiện điểm không để xác định thời gian định kỳ. Điều này có nghĩa là họ đánh giá thời điểm điện áp hoặc dòng điện đi qua trục x đó và sử dụng giá trị đó để tính thời gian định kỳ.
Mặt khác, Dewesoft sử dụng thuật toán FFT (Biến đổi Fourier nhanh) đặc biệt để xác định thời gian định kỳ (tần số).
Dựa trên khoảng thời gian được xác định trước này, có thể thực hiện phân tích FFT về điện áp và dòng điện trong một số khoảng thời gian có thể xác định (thường là 10, nếu tần số cơ bản của hệ thống là 50 Hz) và ở tốc độ lấy mẫu có thể chọn. Phân tích FFT mang lại biên độ cho điện áp, dòng điện và cos phi cho mỗi sóng hài.
Mô-đun nguồn Dewesoft có bộ phân tích FFT tích hợp bên cạnh các loại hiển thị trực quan khác
Do thiết kế kiểu mô-đun của các thiết bị đo lường Dewesoft, người dùng không bao giờ bị giới hạn chỉ đo các giá trị công suất. Các hệ thống Dewesoft DAQ có thể kết nối với hầu hết mọi cảm biến trên thế giới, điều đó có nghĩa là kỹ sư cũng có thể đo nhiệt độ, lực, độ rung, âm thanh, GPS, video, tốc độ, RPM, mô-men xoắn, v.v.
Các kỹ sư thực hiện thử nghiệm trên xe điện hoặc xe hybrid cũng có thể muốn đo tốc độ của ô tô, nhiệt độ pin, dữ liệu CAN bus và vị trí GPS, thậm chí vẽ vị trí chính xác của nó trên đường thử.
Thay vì sử dụng hai, ba hoặc thậm chí nhiều dụng cụ đo khác nhau, Dewesoft cung cấp tất cả các phép đo được ghi lại đồng thời trong một dụng cụ duy nhất. Điều này mang lại một số lợi thế chính:
Tham khảo thêm các bài viết và thiết bị liên quan:
