bài tập dài đo lường thông tin công nghiệp

Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Lêi nãi ®Çu Trên thế giới nói chung và nước Việt Nam nói riêng, nghành công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống xã hội. Với tốc độ phát triển như vũ bão của các nghành công nghiệp, đo lường và thông tin công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển đó. Với tốc độ phát triển đó, các trường đại học hiện nay cũng đẩy mạnh phát triển các nghành đào tạo. Đối với môn đo lường và thông tin công nghiệp, thầy cô hướng dẫn tận tình giúp sinh viên nắm vững kiến thức. Vì vậy để ứng dụng thực tế nhiều hơn, thầy cô hướng dẫn sinh viên làm bài tập lớn môn học. Qua bài tập lớn, sinh viên sẽ nắm vững hơn kiến thức của môn học và ứng dụng kiến thức môn học vào thực tế. PHẦN I Trang 1 Trng i hc K Thut Cụng Nghip Thỏi Nguyờn 1. V s o dũng, ỏp, Cos , tn s, nng lng tỏc dng, nng lng phn khỏng cho trm phớa cao ỏp. - o dũng in: 3 dũng cn o: I A , I B , I C . - o din ỏp: cú 6 in ỏp: U A , U B , U C , v U AB , U AC , U BC . - o nng lng tỏc dng: cụng t tỏc dng 3 pha 3 phn t I A , (U AO ) I B , (U BO ) I C , (U CO ) - o nng lng phn khỏng: cụng t phn khỏng 3 pha 2 phn t cú cun dõy ni tip ph pha C I A , (U BC ) I B , (U CA ) - o Cos theo phng phỏp o Cos trc tip: dựng phng phỏp Cos một in ng 1 pha. Cun tnh ca Cos in ng c mc ni tip vi mch cn o Cos (hoc ni vi th cp ca mỏy bin dũng), hai cun dõy ng c mc ni tip vi R, L v c t lờn in ỏp trờn ti (hoc ni vi th cp ca bin in ỏp o lng). - o tn s: s dng tn s một cng hng Vỡ ta cn o cỏc thụng s trờn phớa cao ỏp ca trm bin ỏp nờn ta phi dựng bin dũng (B I ) v bin ỏp (B U ) S o nh hỡnh 1 Trạm biến áp a b c b I a 1 a 2 a 3 b U a b c o v A v B v C v AB v AC v BC l r l r l r hz 1 hz 2 hz 3 Hình 1: Sơ đồ đo dòng, áp, cos ,tần số, năng l)ợng tác dụng, năng l)ợng phản kháng cho trạm phía cao áp * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2. Chn thang o cho cỏc thit b trờn s . Trang 2 Trng i hc K Thut Cụng Nghip Thỏi Nguyờn 2.1. Chn thang o cho Ampemet. - Ta ch to ampemet da trờn c cu ch th in t. - Nguyờn lý lm vic ca c cu ch th in t. õy ta dựng c cu ch th in t loi hỳt (c cu cun dõy dt). C cu cun dõy dt cú phn tnh l cun dõy dt cho dũng in cun dõy i qua, cũn phn ng l mt lỏ thộp t lch tõm cú th quay trong khe h cun dõy tnh. Ngoi ra cũn cú b phn cn du, lũ so phn, kim ch th. Khung dây Kim chỉ thị Lò so phản kháng Cơ cấu cản dịu Trục quay Lá thép di động Hình 2: Cơ cấu điện từ loại hút. Khi dũng in chy vo cun dõy tnh, trong lũng cun dõy s cú mt t trng. T trng ny hỳt lỏ thộp vo trong lũng cun dõy tnh lm cho phn ng quay i mt gúc . Khi cú dũng in mt chiu chy vo cun dõy ta cú mụmen quay W ; e q d M d = W e l nng lng in t trng tớch ly cun dõy 2 1 W ; 2 e LI= Trong ú L ph thuc Vy mụmen quay: ` 2 1 ; 2 q dL M I d = ì ì + Khi cho dũng in xoay chiu vo cun dõy gi s i=I max .Sint. Lỳc ú mụmen quay M q theo t s l: Trang 3 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên 2 2 ax 1 ( ) 2 q m dL M t I Sin t d α ω = × × × Mômen quay trung bình: 2 2 ax 0 0 2 1 1 1 ( ) ( ) 2 1 2 T T qtb q m qtb dL M M t dt I Sin t dt T d T dL M I d α α ω = × × = × × × = × × ∫ ∫ Với I là trị hiệu dụng của dòng hình sin Tại vị trí cân bằng M q =M p ; 2 1 2 q dL M D I D d α α α ⇒ = ⇒ = × × - Vì dòng điện phía thứ cấp của B I định mức là 5(A) nên chọn ampeke có thang đo là D A =5(A). - Chọn đồng hồ đo ampe DT96. Hình 3: Đồng hồ đo ampe mét loại DT96 Ampemet loại DT96 có đặc tính và độ tin cậy cao, được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại theo tiêu chuẩn quốc tế IEC51-2, dùng để đo trực tiếp hoặc gián tiếp (qua biến dòng đo lường) đấu nối trực tiếp với phụ tải xoay chiều. Ampemet loại DT96 là loại đồng hồ có cơ cấu điện từ loại kim chỉ. Mạch từ gồm lõi từ bằng tôn silic có đặc tính từ tốt và cuộn dây cách điện cao. Cơ cấu chỉnh Kim về 0 bằng cơ khí. Cản dịu ổn định kim bằng nam châm vĩnh cửu, đế bằng nhựa bakêlit có độ cách điện cao. Vỏ bằng nhựa ABS. Cửa sổ bằng nhựa PC trong suốt (hạn chế cháy). 2 cài vỏ dễ cho việc lắp đặt Vôn mét vào bảng điện. 2.2. Chọn thang đo cho volmet. - Chế tạo đồng hồ đo volmet dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ. - Nguyên lý làm việc của cơ cấu như phần chọn thang đo cho ampemet. - Volmet điện từ có cuộn dây bố trí ở phần tĩnh nên có thể quấn nhiều vòng dây để tạo nên điện trở lớn khá dễ, tuy nhiên nếu quấn nhiều vòng dây quá mà đo ở mạch xoay chiều thì dòng xuất hiện dòng điện cảm hứng sinh ra bởi tần số của dòng điện, do đó sẽ ảnh hưởng đến trị số trên thang đo của volmet. Khắc phục điều này bằng cách mắc song song với cuộn dây một tụ điện bù. - Chọn thang đo: Vì điện áp phía thứ cấp của B U định mức là 100(V) nên chọn volke có thang đo: D V =100(V). - Chọn đồng hồ đo vol DT96 Trang 4 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Hình 4: Đồng hồ đo Vol mét loại DT96 Vôn mét loại DT96 có đặc tính và độ tin cậy cao, được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại theo tiêu chuẩn quốc tế IEC51-2, dùng để đo trực tiếp hoặc gián tiếp (qua biến áp đo lường) điện áp (đấu song song với phụ tải) xoay chiều. Vôn mét loại DT96 là loại đồng hồ có cơ cấu điện từ loại kim chỉ. Mạch từ gồm lõi từ bằng tôn silic có đặc tính từ tốt và cuộn dây cách điện cao. Cơ cấu chỉnh Kim về 0 bằng cơ khí. Cản dịu ổn định kim bằng nam châm vĩnh cửu, đế bằng nhựa bakêlit có độ cách điện cao. Vỏ bằng nhựa ABS. Cửa sổ bằng nhựa PC trong suốt (hạn chế cháy). 2 cài vỏ dễ cho việc lắp đặt Vôn mét vào bảng điện. 2.3. Chọn thang đo cho đồng hồ đo cos ϕ . - Ta sử dụng cơ cấu chỉ thị logomet điện động để chế tạo dụng cụ cosϕ H×nh 5: Logomet ®iÖn ®éng. i Khung d©y ®éng Cuén d©y tÜnh i 2 i 1 Trang 5 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên + Cấu tạo: phần tình gồm 1 cuộn dây được chi làm hai nửa. Trong lòng cuộn dây tĩnh có hai cuộn dây động gắn trên trục quay cùng với kim chỉ thị, không có lò so phản. + Nguyên lý: Khi cho hai dòng điện xoay chiều i, i 1 , i 2 , lần lượt chạy vào cuộn dây tĩnh và các cuộn dây động trong lòng cuộn dây tĩnh sẽ có 1 từ trường, từ trường này sẽ tác động nên dòng điện chạy trong các cuộn dây động sinh ra các mômen M q1 , M q1 : . . 1 1 1 1 . . 2 2 2 2 os( , ) os( , ) M q M q d M I I c I I d d M I I c I I d α α = × × × = × × × Với M 1 , M 2 là hệ số hỗ cảm giữa cuộn dây tĩnh và lần lượt các cuộn dây động. Các mômen này ngược chiều nhau, khi cân bằng động ta có 1 2 . . . . 1 2 1 1 2 2 . . 1 2 2 . . 2 1 1 2 2 1 1 os( , ) os( , ) os( , ) os( , ) os os q q M M M M M M d d I I c I I I I c I I d d d I c I I d d I c I I d I c f I c α α α α β α β = ⇔ × × × = × × × × ⇒ = ×   × ⇒ =  ÷ ×   Với I 1 , I 2 , là các giá trị hiệu dụng của các dòng điện i 1 , i 2 β 1 , β 2 là các góc lệch pha giữa các dòng điện i, i 1 và i, i 2 . Sử dụng cơ cấu chỉ thị logomet điện động để chế tạo dụng cụ đo cosϕ trong mạch 1 pha. r t¶i r i 1 i 2 l i u u . i . 2 0 i . 1 i . ϕ 90°-ϕ H×nh 6: S¬ ®å m¾c cos ®iÖn ®éng vµ ®å thÞ dßng ®iÖn * * * Trang 6 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Dòng I 1 trùng pha với điện áp U, dòng I 2 vuông pha với điện áp U. Theo công thức của cơ cấu logomet điện động ta có 2 2 1 1 . . . . 1 2 2 , 2 2 1 1 os os óc : ( , ) , ( , ) 90 sin os os o I c f I c g I I I I I I f f tg f c I c I ϕ α ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ α ϕ ϕ ϕ   × =  ÷ ×   Ψ = = = = −     × ⇒ = = × = ×  ÷  ÷ ×     - Ta có cosϕ kế có cuộn dòng mắc vào thứ cấp biến dòng, cuộn áp mắc vào thứ cấp biến điện áp: I đm cosϕ=5A, U đm cosϕ=100V Vậy thang đo cosϕ kế từ (0,5÷1) - Chọn đồng hồ đo cosϕ Hình 7: Đồng hồ đo cosϕ loại DT96 2.4. Chọn thang đo cho tần số. - Để đo tần số ta chọn tần số met cộng hưởng H×nh 8: TÇn sè mÐt céng h)ëng. U, f x Thanh rung Lâi s¾t tõ Cuén d©y 50 Hz 51 52 53 5446 47 48 49 MÆt chØ thÞ Trang 7 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Nguyên lý hoạt động: Tần số met cộng hưởng gồm một nam châm điện, tạo ra bởi cuộn dây điện quấn trên lõi sắt từ hình chữ U, một miếng thép nằm trong từ trường của nam châm điện, gắn chặt vào thanh là lá thép rung có tần số dao động riêng khác nhau. Tần số dao động riêng của hai lá thép kề nhau hơn kém nhau 0,25 hoặc 0,5Hz. Điện áp của tín hiệu cần đo tần số sẽ được đưa vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra sự dao động của tất cả các lá thép. Tuy nhiên, lá thép nào có tần số dao động riêng bằng tần số f thì sẽ dao động cực đại do cộng hưởng riêng, còn thanh khác không cộng hưởng thì không dao động cực đại. Như vậy chúng ta sẽ đọc kết quả tại trị số tương ứng với thanh rung cực đại. - Vì tần số không phụ thuộc vào B I , B U nên ta chọn thang đo cho tần số. với tần số của mạng điện là 50Hz và ít dao động nên ta chọn thang đo trong khoảng (45÷55)Hz. - Chọn đồng hồ đo tần số - hiệu Munhean. Hình 9: Đồng hồ đo hồ đo tần số - hiệu Munhean mặt 96x96mm 2.5. Chọn thang đo cho biến dòng điện. Ta có dòng điện định mức ở phía sơ cấp là: 5000 82,4786( ) 3 3 35 dm dm dm S I A U = = = × × Vậy ta chọn biến dòng điện có hệ số biến dòng: I đm ≥82.4786(A), I tcđm =5(A) Vậy ta chọn B I có 100 5 I K = . 2.6. Chọn thang đo cho biến điện áp. Ta có điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp là U đm =35(KV) Điện áp định mức phía thứ cấp của máy biến áp là U tcđm =100(V) Trang 8 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Vậy ta chọn B U có hệ số biến điện áp 35 0,1 U K = . 2.7. Chọn thang đo cho công tơ đo năng lượng tác dụng. Vì công tơ mắc vào phía thứ cấp nên: U đm =100(V); I đm =5(A); T max =720(h). Vậy ax 3 os 3 100 5 1 720 623,538( W ) ctotd dm dm m ctotd D U I c T D K h ϕ = × × × × = × × × × = - Chứng minh cách mắc công tơ đo năng lượng tác dụng là đúng. H×nh 9: S¬ ®å c«ng suÊt t¸c dông b»ng ba Wattmet. a b c o T¶i 3 pha bÊt kú * * * * * * Với mạch 3 pha không đối xứng, ta có: 3 . . . . . . os( , ) os( , ) os( , ) pha A B C A B C A B C A A B B C C P P P P U I c U I U I c U I U I c U I = + + = × × + × × + × × Vậy ta có: W W W W 3 os os os A B C A A A B B B C C C pha P P P P U I c U I c U I c P ϕ ϕ ϕ = + + = × × + × × + × × = Trong đó: . . . . . . ( , ) ( , ) ( , ) A A A B B B C C C U I U I U I ϕ ϕ ϕ = = = 2.8. Chọn thang đo cho công tơ đo năng lượng phản kháng. Vì công tơ mắc vào phía thứ cấp nên: U đm =100(V) I đm =5(A) T max =720(h) ax 3 sin 3 100 5 1 720 623.538( ) ctpk dm dm m D U I T kwh ϕ ⇒ = × × × × = × × × × = - Chứng minh cách mắc công tơ đo năng lượng phản kháng là đúng. Ta có công tơ phản kháng 3 pha 2 phần tử có cuộn dây nối tiếp phụ ở pha C. Trang 9 Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên H×nh 11: a b c T¶i 3 pha bÊt kú * * * * * * u . a u . bc 0 u . b u . c u . ca i . a i . b i . c ϕ 30° a ϕ b 30° ϕ c Ta có: . . . . 1 . . . . 2 os( , ) os( , ) os( , ) os( , ) A C BC BC q BC A C B C CA CA q CA B C M K U I c U I I c U I M K U I c U I I c U I   = × × × − ×       = × × × − ×     Ta lại có: 1 2 . . . . . . . . os( , ) os( , ) os( , ) os( , ) os(90 ) os(150 ) os(90 ) os(30 ) 3 1 sin os s 2 2 q q q A C B C BC BC CA CA q d A C B C o o o o q d A A C C B B C C q d A A C C C M M M M K U I c U I I c U I I c U I I c U I M K U I c I c I c I c M K U I c I I ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ = +   ⇒ = × × × − × + × − ×       ⇒ = × × × − − × + + × − − × +   ⇒ = × × × + × + × ( ) 3 3 1 in sin os sin 2 2 3 sin sin sin 3 C B B C C C C q A A B B B B C C C q pha I c I I M K I U I U I U M K Q ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ   + × − × × + ×     ⇒ = × × × × + × × + × × ⇒ = × × Ta có Mômen quay tỉ lệ với công suất phản kháng trong mạch 3 pha. Vậy số chỉ của công tơ tỉ lệ với năng lượng phản kháng trong mạch 3 pha. Ta chọn cơ cấu đo cảm ứng để chế tạo công tơ đo năng lượng tác dụng và phản kháng trong lưới điện xoay chiều. Cấu tạo cơ cấu cảm ứng như hình: Trang 10 [...]... Nguyờn Trang 35 Trng i hc K Thut Cụng Nghip Thỏi Nguyờn KT LUN Qua bi tp di, em ó hiu hn v kin thc ca mụn hc Bi tp di giỳp em hiu thờm v cỏc c cu, cỏc thit b o trong o lng Giỳp em hiu th no l h thng thụng tin cụng nghip V bit ng dng kin thc mụn hc vo thc t Em xin chõn thnh cm n s hng dn tn tỡnh ca thy Trang 36 . trọng trong đời sống xã hội. Với tốc độ phát triển như vũ bão của các nghành công nghiệp, đo lường và thông tin công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển đó. Với tốc độ phát. Đối với môn đo lường và thông tin công nghiệp, thầy cô hướng dẫn tận tình giúp sinh viên nắm vững kiến thức. Vì vậy để ứng dụng thực tế nhiều hơn, thầy cô hướng dẫn sinh viên làm bài tập lớn môn. Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Sai số tuyệt đối chưa đánh giá được tính chính xác và yêu cầu công nghệ của thiết bị đo. Thông thường độ chính xác của một phép đo hoặc một thiết bị đo được