Nghiên ứu hệ đo vạn năng ao áp không biến dòng và biến điện áp ao áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỦY VĂN NGHIÊN CỨU HỆ ĐO VẠN NĂNG CAO ÁP KHƠNG BIẾN DỊNG VÀ BIẾN ĐIỆN ÁP CAO ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hà Nội, 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131519531000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN THỦY VĂN NGHIÊN CỨU HỆ ĐO VẠN NĂNG CAO ÁP KHƠNG BIẾN DỊNG VÀ BIẾN ĐIỆN ÁP CAO ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS.NGUYỄN TRNG QU H Ni, 2006 - Lời mở đầu Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ công nghiệp, công nghệ chế tạo ứng dụng số hoá sống sản xuất công nghiệp nói chung ngành đo lường nói riêng việc ứng dụng thay thiết bị đo lạc hậu, cồng kềnh thiết bị đo số thông minh, nhanh nhạy, gọn nhẹ đà xu hướng chung xà hội, thời đại Cụ thể công nghệ chế tạo vi hệ thống đo lường (IC) đà mở khả to lớn lĩnh vực đo lường chế tạo thiết bị đo, thiết bị thử nghiệm, xây dựng hệ đo giám sát với khả đáp ứng nhanh, xác, Víi nhu cÇu cÇn thiÕt øng dơng thùc tÕ, đà chọn đề tài làm luận văn thạc sĩ khoa học Mục đích đề tài đưa mẫu hệ đo vạn cao áp không biến dòng biến áp cao áp Nội dung luận văn trình bày chương với vấn đề cần giải dùng vi hƯ thèng ADE7753 biÕn P, Q, U, I thµnh số; dùng vi xử lý để đo giá trị số; dùng vi hệ thống Bluetooth truyền tin không dây máy tính trung tâm Với ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ứng dụng vi hệ thống biến đổi đại lượng điện vạn kết hợp với vi hệ thống truyền tin không dây để tránh dùng biến dòng biến áp đo lường cao áp Trong luận văn điều kiện thời gian điều kiện nghiên cứu hạn chế nên thiếu sót Rất mong giúp đỡ, bảo thầy cô ý kiến đóng góp bạn đồng nghiệp, đồng môn đề đề tài sau phát triển Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến thầy giáo PGS Nguyễn Trọng Quế, người quan tâm hết lòng bảo hướng dẫn trình thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo môn Đo lường & Tin học công nghiệp bạn đồng nghiệp, đồng môn đà giúp đỡ trình thực đề tài! mục lục Lời mở đầu Trang chương - phương hướng đề tài 1.1 - Vai trò kỹ thuật đo điện 1.2 - Sơ đồ hệ đo lường lộ cao áp 1.3 - Một số phương pháp đo không tiếp xúc đà dùng 1.4 - Phương hướng đề tài Chương - Giíi thiƯu c¸c vi hƯ thèng 2.1 - Giíi thiệu vi hệ thống ADE7753 2.1.1 - Mô tả chung 2.1.2 - Sơ đồ cấu trúc ADE7753 10 2.1.2.1 - Sơ đồ khối chức 10 2.1.2.2 - Sơ đồ chân ý nghĩa chân ADE7753 12 2.1.3 - Các đầu vào tương tự biến đổi ADC 14 2.1.3.1 - Lấy mẫu kênh 15 2.1.3.2 - LÊy mÉu kªnh 16 2.1.4 - Các ghi chế độ hoạt động ADE7753 17 2.1.5 - Bộ biến đổi lượng sang tần số (DFC) 21 2.1.6 - Phát điện áp lưới bị sụt giá trị đỉnh 22 2.1.7 - Phát qua điểm không (zero crossing) 22 2.1.8 - Một số ghi đặc biệt 23 2.1.8.1 - Thanh ghi chế độ hoạt động (MODE, 0x09) 23 2.1.8.2 - Thanh ghi trạng thái 24 2.1.8.3 - Thanh ghi CH1OS (0x0D) 25 2.1.8.4 - Thanh ghi trun th«ng 26 2.2 - Giíi thiƯu vi hƯ thèng trun tin Bluetooth 26 2.3 - Giíi thiƯu vi ®iỊu khiĨn PIC18F2320 27 2.4 - Kết hợp ADE7753 - PIC18F2320 - Bluetooth 28 Chương - Các thuật toán đo đại lượng điện 31 ADE7753 3.1 - Một số phương pháp xử lý tín hiệu trước 31 3.2 - Đo giá trị hiệu dụng dòng điện I RMS 33 3.3 - Đo giá trị hiệu dụng điện áp U RMS 34 3.4 - Đo công suất tác dụng P 35 3.5 - Đo công suất phản kháng Q 36 3.6 - Đo công suất biểu kiến S (công suất toàn phần) 39 3.7 - Đo lượng 40 3.8 - Các đại lượng cần hiệu chỉnh ADE7753 41 R R 3.8.1 - Hiệu chỉnh hệ số lượng Wh 42 3.8.2 - HiƯu chØnh offset c«ng st 43 3.8.3 - HiƯu chØnh pha 44 3.8.4 - HiƯu chØnh gi¸ trÞ hiƯu dơng VRMS, IRMS 44 3.8.5 - HiƯu chØnh hệ số đo lượng toàn phần VAh 45 3.8.6 - Hiệu chỉnh lượng phản kháng 46 3.8.7 - Một số lưu đồ thuật toán hiệu chỉnh 46 Chương - tính toán ghép nối phần cứng 50 4.1 - Ghép nối ADE7753 với mạch đo cao áp 50 4.1.1 - Mạch đo dòng điện vào kênh 50 4.1.2 - Mạch đo điện áp vào kênh 52 4.3 - GhÐp nèi ADE7753 víi PIC18F2320 54 4.4 - Ghép nối PIC18F2320 với mạch điều khiển 54 4.4.1 - PIC18F2320 điều khiển mạch phân áp bên 54 4.4.2 - PIC18F2320 điều khiển mạch truyền tin Bluetooth 54 4.5 - M¹ch nguån cung cÊp 55 4.6 - Sơ đồ mạch nguyên lý nối dây 55 Chương - tổ chức chương trình phần mềm 58 5.1 - NhiƯm vơ chung 58 0B 1B 2B 3B 5.1.1 - Xác định mhiệm vụ chung 58 5.1.2 - Tổ chức chương trình biểu 59 5.2 - Nhiệm vụ phối hợp vi điều khiẻn PIC18F2320 4B 5B 6B 7B 8B 60 5.2.1 - Đo dòng điện hiệu dụng Irms , I= 62 5.2.2 - Đo điện áp hiệu dụng Urms, U= 66 5.2.3 - Đo công suất tác dụng P 73 5.2.4 - Tính số lượng Wh 75 5.2.5 - Đo hệ số công suất 10B 5.2.6 - Đo tần số (f) chu kỳ (T) 5.2.7 - Ngắt truyền tin ADE Bluetooth 9B 78 11B 79 81 5.3 - Phần mềm máy tÝnh giao tiÕp víi Bluetooth qua cỉng USB 82 Ch­¬ng - thực nghiệm 84 6.1 - Xác định mục ®Ých vµ néi dung thùc nghiƯm 84 6.1.1 - Mơc ®Ých thùc nghiÖm 84 6.1.2 - Néi dung thùc nghiÖm 84 6.2 - Tỉ chøc phÇn cøng 84 6.3 - Tổ chức phần mềm 86 6.4 - Kết 91 6.5 - KÕt luËn 91 Ch­¬ng - kÕt luËn chung hướng phát triển 92 7.1 - Kết luận chung 92 7.2 - Phương hướng phát triển 92 tài liệu tham khảo - Chương - phương hướng đề tài 1.1 - Vai trò kỹ thuật đo điện Nước ta trình thực công nghiệp hoá đại hóa ngành sản xuất kinh tế quốc dân Do ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng tiến trình Trong ngành đo lường ngành đứng vị trí quan träng Tr¶i qua nhiỊu thËp kû, cïng víi sù phát triển khoa học kỹ thuật, ngành đo lường điều khiển đà đạt thành tựu đáng kể, việc đổi trình công nghệ sản xuất công nghiệp lĩnh vực khác liên quan đến phát triển kỹ thuật đo Kỹ thuật đo lĩnh vực khoa học thực nghiệm với hai hướng nghiên cứu phương pháp đo thiết bị đo Phương pháp đo thiết bị đo hai mặt có liên hệ mật thiết bỉ xung cho cđa kü tht ®o Mét thiÕt bị đo xây dựng phương pháp đo xác định Nhưng ngược lại phát triển công nghệ chế tạo dụng cụ đo lại thúc đẩy việc tìm phương pháp đo Cho tới nay, ngành kỹ thuật đo điện đà trải qua giai đoạn sau: ã Giai đoạn dụng cụ thị tự ghi điện: - Với dụng cụ thị điện: Chỉ đánh giá định lượng đại lượng Con người phải thực nhiệm vụ đọc kết đo, ghi kết đo, xử lý kết đưa lệnh điều khiển đối tượng theo yêu cầu Các dụng cụ đo thường lớn kích thước, dải đo hẹp, thời gian đo chậm - Với dụng cụ tự ghi điện: Con người giảm nhẹ việc đọc, giá trị đo ghi theo thời gian ã Giai đoạn dụng cụ đo điện tử tương tự điện tử số đơn giản: giai đoạn này, chủ yếu cải thiện đặc tính dụng cụ đo cải thiện phần việc tự động hoá trình đo lường - điều khiển - Nhìn chung thiết bị đo số có độ xác cao thiết bị đo tương tự, dải đo rộng, thời gian đo nhanh hơn, kết đo truyền xa, mà chịu tác động nhiễu, sử dụng algorithm đo khác để xây dựng mạch đo trình xử lý kết Các dụng cụ đo lắp từ mạch rời nên kích thước lớn, độ xác thường đạt 0,5%; 1%, ã Giai đoạn đời vi xử lý (àP) vi điều khiển (àC): Mở giai đoạn kỹ thuật đo, giúp tạo thiết bị đo giảm đáng kể kích thước, trọng lượng chức tăng lên gấp bội Tuy nhiên với phát triển vượt bậc công nghệ chế tạo đời họ vi xử lý chuyên dụng sử dụng lĩnh vực đo lường đà đem lại cho ngành kỹ thuật đo nói chung kỹ thuật đo lường điện nói riêng phát triển mạnh mẽ Sự phát triển đem lại ưu điểm sau: - Thời gian đo nhanh, độ xác độ nhạy cao - Dễ dàng thực tự động hoá trình đo - Các thiết bị đo điện chế tạo nhỏ gọn, đơn giản - Giá thành sản phẩm thấp - Có thể tích hợp đo nhiều đại lượng thiết bị - Các phương pháp đo điện dùng thuận tiện để đo đại lượng không điện (như nhiệt độ, trọng lượng, áp suất, lưu lượng, di chuyển ) Bằng cách dùng chuyển đổi sơ cấp, ta biến đổi đại lượng không điện thành đại lượng điện, từ thực phép đo đại lượng điện Và đo đại lượng điện cao áp, trung áp hay hạ áp - 1.2 - Sơ đồ hệ đo lường lộ cao áp - Đối với hệ đo cao áp này, đo đại lượng sau: U A , U B , U C , R R R R R R I A , I B , I C , P, Q, S, E a , E r , f, cos Nhưng hệ cần phải cã nhiỊu dơng cơ, R R R R R R R R R R thiết bị riêng rẽ, biến áp biến dòng phải cách điện dày nên kÝch th­íng kång kỊnh vµ tèn kÐm Sai sè thiÕt bị lớn: sai số (V) 1,5%; (A) 1,5%; (W) lµ 2,5%; (E) lµ 2% 1.3 - Mét sè phương pháp đo không tiếp xúc đà dùng Từ năm 1976, người ta đà đưa thực nghiệm hai phương pháp đo không tiếp xúc hiệu ứng Kerr-Pokense hiệu ứng Faraday: Hiệu ứng dùng để đo dòng điện dựa vào việc đo góc lệch pha chùm tia lazer chiếu từ trường dòng điện cần đo tạo ra: = C B B.l R R Trong đó: C B số R R B cảm ứng từ l chiều dài vùng từ trường tác dụng Hai phương pháp dừng lại nghiên cứu, độ xác phương pháp đo không cao 1.4 - Phương hướng đề tài - Dùng phương pháp không tiếp xúc - Các thông số lưới điện đo cao áp truyền tin trung tâm phương tiện không dây - Sử dụng vi hệ thống vi điều khiển: + Vi hệ thống biến đổi đại lượng điện + Vi hệ thống truyền tin không dây + Vi điều khiển để tổ chức thu thËp sè liƯu, tỉ chøc b¶o vƯ