Bài tập lớn môn học đo lường và thông tin công nghiệp

Bài tập lớn môn học đo lường và thông tin công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ

Bộ môn: ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC

ĐO LƯỜNG VÀ THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn PHẠM VĂN THIÊM

Thái Nguyên – 2011

TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC: ĐO LƯỜNG VÀ THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP

BỘ MÔN : ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

Ngành: KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Giáo viên hướng dẫn: PHẠM VĂN THIÊM

Ngày giao đề: 30/10/2011 Ngày hoàn thành: 5/12/2011

Tên đề tài

Yêu cầu

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Cho một trạm biến áp có các tham số như bảng 1, bảng 2.

Bảng 1: Tham số của trạm biến áp

cosφ=0.75

0.9

Câu 1: Vẽ sơ đồ đo dòng, áp, cosφ, tần số, năng lượng tác dụng, năng lượng

phản kháng cho trạm phía cao áp

Sơ đồ mắc như sau

Sơ đồ IV: công tơ tác dụng 3 pha 2 phần tử, công tơ phản kháng 3 pha 3 phần tử

 Công tơ đo năng lượng tác dụng

Xét công suất tức thời trong mạch ba pha là:

 Công tơ đo năng lượng phản khảng

Điểm đo đếm thường là đầu nguồn nên ta coi mạch ba pha có nguồn đốixứng, phụ tải mang tính chất cảm

Ta có mômen quay tổng của công tơ là:

Mq=K(IAUBCcos ψ 1 + IBUCA cos ψ 2+ ICUAB cos ψ 3)

= K [IAUAcos(900-φA) + IBUB cos(900-φB) + ICUC

cos(900-φC)]

= K (IAUAsinφA + IBUB sin φB + ICUC sin φC) = K Q3pha

Ta thấy mômen quay tỷ lệ với công suất phản kháng trong

mạch ba pha cho nên số chỉ của công tơ sẽ tỷ lệ với năng lượng

phản kháng tiêu thụ trong mạch ba pha

Hình 1.1

Câu 2:chọn thang đo cho các thiết bị đo trên sơ đồ

1, Chọn thang đo biến dòng điện

Dòng điện định mức phía sơ cấp là:

 A

U

S I

dm

dm

10 3

1000



Vậy ta chọn biến dòng điện có hệ số biến dòng : Iscđm 57 735 (A)

Itcđm= 5 (A)

Vậy chọn BI có : KI =

5 75

2, Chọn thang đo cho biến điện áp

Điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp là: UdmBA=10 (KV)

Cho nên chọn BU có hệ số biến điện áp: KU=010,1

3, Chọn thang đo cho ampekế

Vì dòng điện phía thứ cấp của BI định mức là 5(A) nên chọn ampeke có thang đolà: DA=5(A)

Dùng ampe kế điện từ:

Ampe kế điện từ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ.Ampe kế này

đo được cả dòng một chiều và dòng xoay chiều

Bộ phận chính là một cuộn dây dẫn, có thể quay quanh một trục, nằm trong từtrường của một nam châm vĩnh cửu Cuộn dây được gắn với một kim chỉ góc quaytrên một thước hình cung Một lò xo xoắn kéo cuộn và kim về vị trí số không khikhông có dòng điện

Nguyên lý hoạt động

Khi dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây, dòng điện chịu lực tác động của từtrường (do các điện tích chuyển động bên trong dây dẫn chịu lực Lorentz) và bịkéo quay về một phía, xoắn lò xo, và quay kim Vị trí của đầu kim trên thước đotương ứng với cường độ dòng điện qua cuộn dây

Đây là một thiết bị thực tế đo dòng điện có bán ngoài thị trường

=> DA=5(A)

2, Chọn thang đo cho volkế

Vì điện áp phía thứ cấp của BU định mức là 100(V) nên chọn volke có thang đolà: DV=100(V)

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 vĩnhcửu, 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 vàobảng điện.

=>DV=100(V)

3, Chọn thang đo cho cos  kế

Do góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện không phụ thuộc vào hệ số biến đổicủa BU và BI nên ta chọn thang đo cho Cosφ với Cosφ € [-1÷1]

Nguyên lý hoạt động

Góc quay của cơ cấu là:

4,Đo tần số

Do tần số giữa điện áp và dòng điện không phụ thuộc vào hệ số biến đổi của BU

và BI nên ta chọn thang đo cho thiết bị đo tần số có thang đo 0≤ f ≤ 60 (Hz)

Nhà Cung Cấp Munhean được nhập từ Singapre.

CôngDụng

Đồng hồ đo tần số

Hình ảnh Cat.No Mã số Type Phân loại Range Thang đo

ĐỒNG HỒ ĐO TẦN SỐ - HIỆU MUNHEAN – SINGAPORE Mặt 96 x96 mm

châm điện,gắn chặt vào thanh là cáo lá thép rung có tần số dao động riêng khácnhau Tần số dao động riêng của hai lá thép kề nhau hơn kém nhau là 0,25 hoặc0,5Hz.Điện áp của tín hiệu cần do tần số sẽ được đưa vào cuộn dây của namchâm điện sẽ tạo ra sự dao động của tất cả các lá thép.Tuy nhiên lá thép nào cótần số dao động riêng bằng tần số f thì sẽ dao động cực đại do cộng hưởngriêng,còn các thanh khác không cộng hưởng thì không dao động cực đại.Như vậy

ta sẽ đọc kết quả tại trị số tương ứng với thanh rung cực đại

5,Công tơ đo năng lượng

A, Công tơ đo năng lượng tác dụng

Vì cho thời gian làm việc trong một tháng t=720h

Ta có Wtd = .Utcdm.Itcdm.Cosφ.t

Với dòng điện áp thứ cấp cuả BU là:

Utcdm =0,1 (KV) = 100 (V)

Dòng điện thứ cấp của BI là :5 (A)

Nếu Wtdmax  Cosφmax = 1

=>Wtdmax = 0,1.5.1.720=623,54 (KWh)

Vậy chọn công tơ đo năng lượng tác dụng có thang đo là 650 (KWh)

B, Công tơ đo năng lượng phản kháng

Tương tự ta có t=720h

Wpk = .Utcdm.Itcdm.Sinφ.t

Với dòng điện áp thứ cấp cuả BU là:

Utcdm =0,1 (KV) = 100 (V)

Dòng điện thứ cấp của BI là :5 (A)

Nếu Wpkmax  Sinφmax = 1

=>Wpkmax = 0,1.5.1.720=623,54 (KVArh)

Vậy chọn công tơ đo năng lượng phản kháng có thang đo là 650 (KVArh)

8 Thiết bị đo tần số

III-Tính số chỉ của mỗi công tơ trong thời gian một tháng, biết rằng có 80% thờigian máy biến áp làm việc ở chế độ định mức , 20% thời gian máy biến áp làmviệc ở chế độ non tải Xác định cos  tb của phụ tải

1, Tính số chỉ của công tơ đo năng lượng tác dụng.mắc 3pha 2 phần tử

a, Số chỉ của công tơ tác dụng trong chế độ định mức

Bdm U

BC Adm

AC I

Adm U

K

I K

U I

U K

I K

U

,

cos cos

.

K

I K

U

,

cos ,

cos

= .cos30 25 , 84  cos30 25 , 84   576

75

5 735 57 10

1 , 0

Hình 1.1

b, Số chỉ của công tơ tác dụng trong chế độ non tải

Thời gian non tải:

BC Ant

AC I

Ant U

K

I K

U I

U K

I K

U

,

cos ,

cos

K

I K

U

,

cos ,

cos

1 , 0

2, Tính số chỉ của công tơ đo năng lượng phản kháng.

a, Số chỉ của công tơ phản kháng trong chế độ định mức

Thời gian định mức:

I K

U

dm dm I

dm U

75

5 735 , 57 10

1 , 0 10 3

sin 3

b,Số chỉ của công tơ phản kháng trong chế độ non tải

Thời gian non tải:

K

I K

U

nt nt I

1 , 0 10 3

sin 3

cttddm tbdm

W W

cttdnt tbnt

W W

1, Sai số của các phép đo ở chế độ định mức

**Cơ sở lý thuyết tính sai số tương đối , tuyệt đối

Độ chính xác là là tiêu chuẩn quan trong nhất của thiết bị đo

x

xi d



Trong đó :xi là kết quả đo của lần đo thứ i

xd là giá trị đúng của đại lượng đo  i là sai lệch của lần đo thứ iSai số phép đo là độ sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được , sai sốphép đo chỉ có thể xác định 1 cách tương đối vì ta không thể biết được giá trịthực của đại lượng cần đo

Sai số của phép đó có thể biểu diễn làm 2 dạng

+Sai số tuyệt đối

+Sai số tương đối

Sai số tuyệt đối của một thiết bị đo được định nghĩa là giá trị lớn nhất của sailệch gây nên bởi thiết bị trong khi đo.

đo được đánh giá bằng sai số tương đối

Sai số tương đối được tính với một phép đo

Theo quy định hiện hành của nhà nước, các dụng cụ đo cơ điện có cấp chínhxác :0,05;0,1;0,2;0,5;1;1,5;2;2,5 và 4

Giả sử có 1 phép đo gián tiếp đại lượng y thông các phép đo trực tiếp x1,x2,

Δy= x1,x2, xn: Sai số tuyệt đối của phép đo các đại lượng trực tiếp x1,x2, xn

- Sai số tương đối của phép đo gián tiếp được đánh giá:

a, Sai số của phép đo dòng điện.

Dòng điện qua các pha A,B,C ( ba pha như nhau ) được xác định

5 , 1

075 , 0 15 849

, 3 225 ,

37 , 1

% 100

dm

dm I

I

I

dm

b, Sai số của phép đo điện áp

Sai số tuyệt đối của biến điện áp:

K U KU K U 1 V

1 , 0

10 100

   

 V

84 , 142

2 100 100

c, Sai số của phép đo năng lượng tác dụng

Năng lượng tác dụng của phụ tải ở chế độ định mức là:

365 , 605 548407 , 5 Wh

5

75 1 , 0

10 W

.

18 , 17653

% 100

d, Sai số của phép đo năng lượng phản kháng

Năng lượng phản kháng của phụ tải ở chế độ định mức là :

Wpkdm K U.K I Wctpkdm  100 15 167 , 424  251136KVarh

Sai số tuyệt đối của công tơ phản kháng :

% 100

pkdm

pkdm

pkdm W

W



2, Sai số của các phép đo ở chế độ non tải

a, Sai số của phép đo dòng điện

Dòng điện ở chế độ non tải được xác định :

Int = KI.IAnt

Có : IAnt = 0,7.IAdm = 0,7.3,849 = 2,694(A)

Int = 15.2,694 = 40,41(A)

Sai số tuyệt đối của ampekế :

075 , 0 15 649

, 2 225 ,

28 , 1

% 100

nt

nt I

I

I

nt



b, Sai số của phép đo năng lượng tác dụng

Năng lương tác dụng của phụ tải ở chế độ non tải là:

5

75 1 , 0

10 W

.



Vậy sai số tuyệt đối của phép đo năng lượng tác dụng ở chế độ non tải là

% 100

c, Sai số của phép đo năng lượng phản kháng

Năng lượng phản kháng của phụ tải ở chế độ non tải là :

% 100

pknt

pknt

pknt W

Sử dụng mô hình nối tiếp song song để thu thập tín hiệu

*Số lượng kênh 12 tương ứng:S1,S2, S12

*Chọn các Mux: Chọn Mux CD4051B

Thiết kế bộ Mux chọn tín hiệu dòng điện trên các pha

+ S1=D0 : Dòng điện qua pha A

S2=D1: Dòng điện qua pha B

S3=D2: Dòng điện qua pha C

Sử dụng bộ Mux 1 có 2 chân địa chỉ để mã hóa 3 chân dữ liệu vào

Thiết kế bộ mux chọn tín hiệu cosφ, tần số, công tơ do năng lượng

+1 tín hiệu cosφ do năng lượng một pha: S10=D9

+ 1 tín hiệu tần số 3 pha: S11=D10

+ 1 công tơ do năng lượng: S12=D11