CHƯƠNG 4 ĐO CÔNG SUẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

Chng o cụng sut v nng lng in Bi ging: THIT K THIT B O GV TS.Nguyn th Lan Hng B mụn: K thut o v tin hc Cụng nghip H ni 8/2012 Ni dung 4.1 Cỏc chung ca o cụng sut v nng lng in Lý lun chung Wattmet in ng Wattmet bng b nhõn ờn t Cụng t m nng lng o cụng sut tn s cao o cụng sut phn khỏng Gii thiu v Tranducer o cụng sut nng Cụng sut tc thi p=u(t).i(t) Cụng sut trung bỡnh mt chu k: T P= 1 N u.i.dt = u j i j ũ T N j= i vi hm hỡnh sin: p=u.i = U.I [cos + cos(2t+)] P= U.I.cos Nng lng tiờu th c tớnh theo cụng thc T W= ũ u.i.dt Kt lun: Phn t c bn l cỏc b nhõn 4.2 Wattmột in ng c im ca c cu in ng Cu to ca c cu in ng Cun dõy tnh phõn thnh phõn on (cun dũng) Cun ng nm gia cun tnh i vi cun h cm We= M12i1i2 Mụ men quay : dM 12 Mq = i 1i d Cõn bng vi Mụmen phn khỏng MC=D = L mt khõu nhõn nhy thp vỡ M12 thng nh chớnh xỏc cao vỡ khụng cú tn hao lừi thộp, sai lch v pha Chu nh hng nhiu ca t trng ngoi ớt kh nng chu quỏ ti C cu cú tớnh cc tớnh dM12 i 1i Dd 4.3.S mc mch * * * * RV a) Zt RV Zt b) mch a phự hp cho ti nh cũn b phự hp cho ti ln xỏc nh c chiu cụng sut cn ỏnh du u cui ca cun dõy 4.4 Wattmột bng b nhõn ờn t 4.4.1.Cm bin Hall Mch bỏn dn cú dũng ờn chy qua Cú tỏc dng ca t trng lờn b mt ca tm Hall xut hin sc in ng Hall: EH= KH.B.I.sin Cảm biến Hall Nhân logarithm anti-logarithm Nhân phần tử bình phơng Nhân điều chế độ rộng xung Nhân phần tử D/A A/D Nhân tức thời vi xử lý -gúc gia B v I Nu I ~ u v B ~ I EH ~ P Mch o s dng cm bin Hall 10 4.4.2.Nhõn bng phn t bỡnh phng UX + U1 U12 BP I ~UY U2 - Ura=KUxUY BP U22 U3= (Ux +Uy)2 - (Ux - Uy)2 = 4UX.Uy 11 12 Vớ d 4.4.3 Nhõn bng Logarithm v Anti-logarithm Sức điện động nhiệt ngẫu : ET = Log KTI2 KT Hệ số biến đổi cặp nhiệt ngẫu I - Dòng điện chạy qua dây đốt nóng biến đổi Ux Uy cặp nhiệt ngẫu mắc đối Era = ET1-ET2 Era = KT(IU +II)2 KT(IU - II)2 = 4KTIUII Do biến đổi nhiệt ngẫu có quán tính nhiệt cao nên thành phần xoay chiều bị loại ra: Era = KUI cos = KP Ngời ta chế tạo đợc Wattmet loại với sai số 1%, thang điện áp dòng điện 10mV 300mV; 100 àA-3mA, cos = 0.1 tần số 20 Hz-100Hz 13 4.4.3 Nhõn bng Logarithm v Antilogarithm U1=LnUx A-Log- + Log Ura U2=LnUy Hai đại lợng Ux Uy đợc đa vào hai loga: U1 = LnUX ; U2 = LnUY U1 ,U2 đợc cho vào cộng: U3 = U1+U2 =Ln(Ux.Ux) Ura = antilog(LnUXUY) = UXUY 14 4.4.4 Nhõn bng phn t A/D v D/A UX đa vào A/D biến Ux~I thành NX: NX=K1UX x NX lại đa vào D/A đợc chế tạo đặc biệt có điện áp cung cấp UY Ura=K2NxUY K1 K2 K1K2UyUx A/D Nx D/A Uy Ura =K1K2UXUY Để đảm bảo biến đổi đợc Công suất tức thời, thời gian biến đổi A/D D/A phải đủ nhanh (cỡ 100às) Ngời ta chế tạo D/A đặc biệt cho nhân, phân áp có điều khiển, biến đổi mã dòng - điện Ví dụ ADC 7107 thuộc họ Intersil 15 16 4.4.5 Mch nhõn tc thi dựng vi x lý (2) 4.4.5 Mch nhõn tc thi dựng vi x lý Ux Uxt S&H MUX Uy A/D Nx àP Ny S&H Uyt ĐK Vi x lý thc hin vic nhõn cỏc giỏ tr tc thi ux(t) v uy(t) Chỳ ý: Giỏ tr ux(t) v uy(t) phi c ly cựng thi im UX đợc A/D biến thành NX = K1UX Uy đợc A/D biến thành Ny = K2Uy NX Ny đợc đa vào vi xử lý để làm phép nhân NZ=NXNY = K1K2UXUY Nếu UX =KX.u ; u điện áp tức thời Uy =Ky.i ; i dòng tức thời Nz giá trị tức thời p, có giá trị khác thời điểm khác 17 4.4.5 Mch nhõn tc thi dựng vi x lý (3) T 18 4.4.6 B nhõn bng iu ch rng xung Da trờn nguyờn lý ca b bin i ỏp tn Từ công thức tính công suất tức thời p, công suất trung bình hay lợng truyền cho tải: P = uidt T0 Để xét biến thiên p theo thời gian NZ đợc lu giữ lại thành bảng số liệu giá trị tức thời thời điểm khác vẽ hình giá trị biến thiên theo t, in Để công suất tức thời p=ui, giá trị tức thời u i phải đợc lấy thời gian Bộ lấy mẫu S&H đợc dùng để ghim giữ giá trị u i vào thời điểm Cũng sử dụng A/D cho hai biến u i Để giảm sai số lợng tử hoá p, số lần lấy mẫu cho chu kỳ phải đủ lớn, chu kỳ lấy mẫu đủ nhỏ, tốc độ biến thiên A/D phải đủ lớn Tốc độ tính toán xử lý phải đủ nhanh để tính toán theo thời gian thực t t Utb = U X = U X t1 + t t W = uidt Có thể tính lợng cao điểm thấp điểm, tính hệ số cos =P/UI thời điểm khác Bằng cách công ty ARDETEM Pháp chế tạo biến đổi (P,U,I) số PECA-2000 dùng biến đổi tơng tự số 12 bit tốc độ lớn để băm tín hiệu điện, điện áp thành 300 điểm rời rạc hoá chu kỳ Vi xử lý dùng để xử lý thuật toán vi xử lý 32 bit tốc độ nhanh 19 Ux Ux ĐN T -Ux ĐC ĐRX Nu ta chn c = KUy thỡ ta s cú c Utb =KUX.UY S dng mch iu ch rng xung nh sau: t1 = 5U U0 +U U0 = t1 ( T t1 ) 2U Y = T U0 Y t1 t1+t2 -Ux T U0 U0/2+Uy t1 T 20 Vớ d b nhõn in t 4.5 Cụng t m nng lng Cụng t tng t (cm ng) Cụng t s 21 22 4.5.1 C cu cm ng A: Cuộn dây áp B: Cuộn dây dòng điện 1: Đĩa nhôm 2: Nam châm tạo momen cản 3: Bộ số học 4: Lõi từ cuộn dây điện áp Giản đồ véc tơ Mq = kf uisin u A i B I Cun dõy ờn ỏp cú lừi thộp to t thụng u xuyờn qua a nhụm xoay c xung quanh trc C cu cú mt cun dũng in to t thụng I Hai t thụng ny cm ng lờn dũng ờn xoỏy trờn b mt ca a Dũng in cm ng b t thụng ca dũng ờn, v ờn ỏp tỏc dng lc 23 U - u lệch pha với u góc >900 - góc tổn hao - i lệch pha với i góc < 900 - = - - ; góc lệch pha u i - u =C1U; i = C2I - Chế tạo cho - = 900 sin = cos Mq = kfC1UC2I cos = kUIcos =kP Mụmen quay t l vi cụng sut 24 a Tạo mụmen quay t l vi nng lng 4.5.2 Cỏc cn gii quyt ca cụng t Để cho Mq =K.P phải bố trí U t t l l u ; I t l vi i ; sin =cos Mch cun dõy ỏp dựng mch cú lừi thộp ln (thnh phn in cm ln hn in tr nhiu), u t l v vuụng gúc U Cn b trớ thờm mch hiu chnh m bo iu kin v gi l chnh gúc pha Dựng vớt vụ tn lm khõu tớch phõn, truyn s vũng quay ca a nhụm sang kộo b s Mụmen quay t l vi nng lng To mụmen cn Chng ma sỏt 25 26 c Chng ma sỏt b To mụmen cn Dựng nam chõm v nh c mnh cú t trng xuyờn qua a nhụm Mụmen cn sinh trờn a: Mc= Kc 0.n n l tc quay ca a nhụm õy l bự ma sỏt ca phn quay ca cụng t, nu cụng sut thp cụng t khụng quay Mụmen bự c to bng cỏch gõy mt t thụng lch khụng gian v thi gian Mk=K u i.sin k Thay i mụmen bự bng cỏch thay i v trớ ca lỏ st t 27 28 e Quy trỡnh kim tra cụng t LVN111:2002 (TCVN5411-IEC1036) d.Hiu chnh hng s cụng t Kim tra cụng t vi ý ngha đảm bảo mụmen bự ma sỏt ln hn mụmen ma sỏt mt ớt Chnh gúc pha Chnh hng s cụng t Xỏc nh sai s tng i quy i vi cỏc ti khỏc v cos khỏc Thay i v trớ hoc t thụng ca nam chõm vnh cu dựng to mụmen cn Hng s cụng t c tớnh nh sau: K= N P.t N- s vũng quay ca cụng t P- Cụng sut tiờu th t- thi gian quay 29 Bi Sai s chớnh ca cụng t = 30 Kdm Ktt 100% Kdm Kdm- giỏ tr hng s cụng t Giỏ tr ny c trờn mt ca cụng t Ktt(hay C) giỏ tr hng s cụng t theo tớnh toỏn vi cỏc giỏ tr o ti mt vớ trớ mi mt v trớ ti Trong sơ đồ KT công tơ có thông số sau: 5A -220V; số công tơ 1100 vòng/kWh Voltmet có khoảng đo 0-250V 100 vạch Ampemet có khoảng đo 0-5A 100vạch chia Wattmet có khoảng đo 300V-5A 150 vạch chia Tính toán giá trị I,U,P bảng kết thí nghiệm sau: Uvạch Ivạch Pvạch Nvòng t giây 88 20 22 68,1 88 40 44 34 88 60 66 10 45,2 88 80 88 10 34 88 100 110 10 27,2 Tính sai số giá trị khác P Lập quan hệ =F(P) đồ thị 31 32 S ni dõy cụng t Cu to chi tit cụng t 33 34 Vớ d v thit b hiu chnh cụng t 1-Vớt chnh ti nh 2- Cm chi tit iu chnh ti nh 3- Nam chõm vnh cu iu chnh ch ti ln 4- Chi tit iu chnh ti ln 5- Cm chi tit iu chnh h s cụng sut 6- Chi tit iu chnh gúc lch pha 8-9- Lừi v lừi ngoi cun in ỏp bng vt liu st t 10- Lừi cun dũng in bng vt liu st t 11- Cun dõy in ỏp 12- Thanh i cc bng vt liu t 13- Cun dõy dũng in 14- Chi tit chng t quay 15- Thanh tn t 7- a nhụm 35 36 37 Vớ d v bn kim tra cụng t 38 Kim tra cụng t in t (kim tra EMC) 39 40 4.4.2 Vi mch ADE 775x dựng cho o cụng sut Loi ny u l tn s t l vi tớch ca dũng in vo Cu trỳc chung ca h ny nh sau: 41 42 4.6 o cụng sut li in pha S dõy: dùng công tơ đơn S dõy: dùng công tơ Lý thuyết mạch học 43 44 4.7 o cụng sut phn khỏng Cụng sut phn khỏng: Q = S P2 Q = (UI ) (UI cos ) = UI sin Ni thờm cun cm L vo mch in ỏp Tại sao??? Các Wattmet đợc thiết kế điện áp thấp 220V 100V dòng 5A Khi nối lới điện qua biến điện áp biến dòng Tại mc song song vi khung quay phn ng ờn tr R ??? 45 Vớ d Phải làm quay dòng điện cuộn dây động1 góc /2 m bo U v IU lch mt gúc 900 46 Cụng t 47 48 Cụng t 49 4.8 o cụng sut tn s cao 50 Vớ d v Transducer nng Phơng pháp bolomet dựa thay đổi điện trở nhiệt điện trở tiêu thụ lợng Phơng trình cân nhiệt lợng: 0.24 P = kC Trong đó: P- Công suất tiêu thụ đợc mạch cao tần C- Nhiệt dung nhiệt điện trở -Hiệu số nhiệt độ nhiệt điện trở môi trờng k- Hệ số phụ thuộc hình dáng điều kiện toả nhiệt Khi công suất cao tải truyền qua tụ C vào nhiệt điện trở làm cho điện trở thay đổi, làm lệch cấu Đo U đờng chéo cầu suy công suất tiêu thụ 51 52