Nghiên cứu, thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học NGHIÊN CứU, THIếT Kế CÔNG TƠ MẫU Sử DụNG Ade 7751 hng analog devices Ngành : Đo lờng hệ thống điều khiển M số : Lê thị mai Ngời hớng dẫn khoa học: TS Nguyễn Lan Hơng Hà Nội - 2009 -1- Lun thc s khoa hc LI NểI U in nng l mt phn khụng th thiu c ca nn sn xut cụng nghip cng nh i sng xó hi Nhng nm gn õy, cựng vi s phỏt trin ca khoa hc k thut v s phỏt trin ln mnh v kinh t ca t nc, thỡ ngnh in ó khụng ngng phỏt trin, song cha ỏp ng c nhu cu s dng in nng ca xó hi Mt t cho cỏc nh qun lý in ú l: Lm m nõng cao chớnh xỏc ca phộp o in nng, bi i lng ny cú ý ngha to ln nn kinh t quc dõn, nú liờn quan n vic tiờu th in nng, n vic tn tht in nng Trong cỏc i tng s dng in nng thỡ in nng s dng sinh hot chim t l tng i cao, vic qun lý in nng thụng qua cụng t in Mt cụng t mun o chớnh xỏc cụng sut in tiờu th thỡ cỏc thụng s ca cụng t ũi hi phi cú chớnh xỏc v ỏng tin cy Mt cụng t c sn xut mc dự ó tuõn thao tiờu chun ca nh nc v tiờu chun ca nh sn xut nhng hng nm cn phi kim nh li m bo cho cỏc thụng s ban u ca cụng t nhm qun lý in nng cho hiu qu nht Thit b kim nh cụng t hin ang s dng ti cỏc Chi cc tiờu chun o lng cht lng, cỏc n v u quyn nh nc v kim nh cụng t in Hu ht cỏc thit b ny quỏ c, lc hu khụng cú kh nng ng dng cỏc cụng ngh mi vo phc v cụng tỏc kim nh Do vy, vi s phỏt trin vt bc v khoa hc k thut v cụng ngh mi, vic thay th cỏc thit b c, lc hu l nhu cu tt yu Ngy nay, vi s phỏt trin khụng ngng ca khoa hc k thut, cựng vi s i ca chip o nng lng, c bit l dũng ADE 775x hóng Analog Devices ch to, l chip o nng lng pha hoc pha cú chớnh xỏc cao, lm vic nhng iu kin khỏc Xut phỏt t nhu cu thc t tụi ó chn ti: Nghiờn cu, thit k cụng t mu s dng ADE 7751 ca hóng Analog Devices Ni dung ca lun bao gm: Chng I: Tng quan v cỏc phng phỏp o cụng sut v in nng o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -2- Chng II: Bn kim tra cụng t v linh kin s dng ADE 7751 thit k cụng t Chng III: Thit k bn kim tra cụng t Chng IV: ỏnh giỏ sai s v thc nghim Chng V: Kt lun Do thi gian cú hn v nhn thc cũn hn ch nờn bn lun khụng trỏnh nhng sai sút cn phi hon thin thờm Tụi rt mong nhn c nhiu s gúp ý cỏc thy cụ giỏo, ca bn bố, ng nghip Tụi xin chõn thnh gi li cm n ti cụ giỏo hng dn: TS Nguyn Lan Hng, ngi ó tn tỡnh hng dn tụi hon thnh lun Nhõn õy cho phộp tụi gi li cm n n cỏc thy cụ giỏo ca Trng i hc Bỏch khoa H Ni v c bit cỏc thy cụ giỏo b mụn K thut lng & Tin hc cụng nghip ó tn tõm truyn t nhng kin thc v kinh nghim quý bỏu n cỏc hc viờn o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -3CHNG I TNG QUAN V CC PHNG PHP O CễNG SUT V IN NNG Trong lnh vc o lng in thỡ hai i lng cụng sut v in nng l nhng i lng chim u th v phm trự ng dng cng nh k thut v sn xut i sng thc tin Hu nh ni no cú s dng in, cho dự bt k in mt chiu hay in xoay chiu thỡ ta u cú th o trc tip hoc giỏn tip hai i lng ny in ngun t ni sn xut, phi qua h thng phõn phi mi n ni s dng v tiờu th in Trờn th gii cú nhiu kiu phõn phi h thng in: H hai pha, ba dõy, bn dõy hoc nm dõy, hay h ba pha ba dõy hoc bn dõy C s lý thuyt o cụng sut v in nng ca mch in nhiu pha v nguyờn tc cng tng t nh mch in mt pha Nhng c thự phc ca ph ti mch nhiu pha nờn vic s dng phng phỏp v phng tin o lng chớnh xỏc cụng sut v in nng rt a dng v phc nhm ỏp ng c mi yờu cu s dng in phỏt sinh t thc tin o cụng sut ngi ta s dng phng tin o l Watmet S lng Watmet hoc s phõn t o tựy thuc vo s pha ngoi cũn quan tõm n cỏc yu t nh h s cụng sut, phm vi o v tn s Trong lnh vc o m in nng thỡ cụng t in l phng tin o c s dng ch yu cỏc mch in mt pha v cú n v o l kW.h, nhng mch in nhiu pha thỡ in nng cũn ph thuc vo thnh phn chm pha v vt pha ca dũng in v trng hp cn thit thỡ cũn o qua cụng sut biu kin v o bng n v l kVA.h H thng in cú nhiu pha cú th c xem nh l hp ca cỏc h mt pha lm vic mt ch ng b v lch gia cỏc pha vi theo mt giỏ tr xỏc nh in nng tng o c ca c h nhiu pha s hp tng in nng mi cụng t mt pha o tng pha Tuy nhiờn, tin cho vic s dng, ngi ta thng s dng loi cụng t cú nhiu phn t o Trong o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -4- h thng phõn phi in cú nhiu pha, theo thụng l mch in s dng cho ph ti v o lng thỡ thng l mi dõy cho mt pha v cú th cú mt dõy tr v chung cho tt c cỏc pha nc ta hin cụng sut v in nng c phõn b ch yu thụng qua h thng phõn phi in ba pha, ton b h thng phõn phi v truyn ti cao th v trung th ch yu l ba pha ba dõy, cũn h thng in h th ph cp l in h ba pha ba dõy cho h mch cú ph ti ch s dng cụng sut cũn h ba pha bn dõy cú ph ti s dng ngun cụng sut v cỏc nhu cu ph khỏc Trờn thc t thỡ s dng h thng in ba pha cú hai cỏch l u ti theo kiu hỡnh hoc u ti theo kiu tam giỏc, u theo kiu tam giỏc ph cp h ba pha ba dõy, cũn kiu u ph bin h ba pha bn dõy 1.1 Cỏc phng phỏp o cụng sut v nng lng lnh vc in nng 1.1.1 o cụng sut, nng lng bng Watmet i vi mch in mt chiu, cụng sut c xỏc nh giỏn tip theo ch th ca vonmet v ampemet sau ú c tớnh theo cụng thc l: P = U.I i vi mch in xoay chiu mt pha thỡ cụng sut tỏc dng c tớnh T theo cụng thc: P = u (t ).i (t )dt = U.I cos T Trong ú: u(t) v i(t) l giỏ tr tc thi ca in ỏp v dũng in U, I l giỏ tr in ỏp v dũng in hiu dng T l chu k bin thiờn l gúc lch pha gia in ỏp v dũng in o cụng sut ta thng s dng cỏc loi oatmet sau õy : - Watmet kiu in ng l loi oatmet cú chớnh xỏc cao, o c c cụng sut ca dũng mt chiu v xoay chiu, gii tn s o n 2000Hz o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - -5- Watmet kiu st in ng thng s dng nhng ni tnh ti, cp chớnh xỏc thp, o c cụng sut in xoay chiu tn s cụng nghip, nu dựng loi oatmet ny o cụng sut in mt chiu s cú sai s ln hin tng tr t - Watmet kiu cm ng loi ny ch s dng mch in xoay chiu, cp chớnh xỏc ca nú rt thp nờn hin nú hu nh khụng cũn c s dng Ngoi hin cũn cú Watmet kiu in t v Watmet kiu nhit in thng c s dng o cụng sut di rng tn s t thp n cao Cỏch mc Watmet mch in : Hỡnh 1 Cỏch mc Watmet mch in Cu to ca Watmet in ng: c th hin trờn hỡnh v trờn bao gm cun dõy: cun dũng in (c nh) cú s vũng nh, tit din ln c mc ni tip vi ph ti RL, cun th (cun di ng) C2 cú nhiu vũng hn, tit din dõy nh hn v ni song song vi in ỏp li qua in tr ph Rp Hỡnh Cu to ca Watmet in ng o lng v cỏc h thng iu khin -6- Lun thc s khoa hc Nguyờn lý lm vic ca Watmet: Nguyờn lý lm vic ca Watmet cng tng t nh nguyờn lý lm vic ca c cu in ng Da trờn nguyờn tc tỏc ng tng h gia cỏc lc in t ca cun dõy tnh v ng Khi mc dng c ny vo mch in chiu: Khi cú dũng in chy cun dõy tnh thỡ lũng nú s xut hin t trng B1 T trng ny tỏc ng vi dũng in qua cun dõy ng to nờn momen quay lm phn ng quay mt gúc Cú nng lng tớch ly cỏc cun dõy l: 2 Wd,t = L1I12 + L2 I 2 + M 12i1i2 Vi L1, L2 l in cm ca cun dõy tnh v ng i1, i2 l dũng mt chiu chy cun dõy tnh v ng M12 l h cm gia hai cun dõy Do L1, L2 v dũng I1, I2 khụng ph thuc vo v trớ tng i gia hai cun dõy nờn biu thc momen cú dng: M = dWd ,t dM 12 = i1.i2 d d Cõn bng mụmen ny vi momen phn khỏng: kp. = i1i2 dM 12 = i1i2f() d Phng trỡnh cõn bng: = f ( ) i1i2 kp vi Kp: h s momen phn f() l hm ca gúc quay Khi mc dng c vo mch in xoay chiu, gi s dũng tc thi qua cun tnh v cun dũng lch pha gúc l thỡ biu thc mụmen quay tc thi cú dng: mq = dM 12 i1 (t )i2 (t ) = i1 (t )i2 (t ) f ( ) d Giỏ tr trung bỡnh ca mụmen quay mt chu kỡ l: T 1 Mqtb = mq dt = I I m sin t.I m2 sin(t + ) f ( ) T0 T o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -7- Tớch phõn biu th Mqtb qua tr s hiu dng ca dũng in ta cú: Mqtb = f().I1 I2.cos T biu thc trờn ta thy rng gúc lch t l vi tớch hai dũng in v cosin ca gúc gia chỳng nờn cú th dựng o dũng in, in ỏp, hoc l i lng t l vi tớch dũng v ỏp (cụng sut) mt chiu v xoay chiu cng nh o gúc lch pha v cỏc i lng liờn quan n gúc lch pha Khi s dng Watmet kiu in ng o cụng sut tỏc dng mch in xoay chiu, ngoi sai s o in nng tiờu th mch dũng v mch ỏp cũn phi k ti sai s gúc lch pha gia in ỏp U v dũng in qua cun ỏp IU ký hiu l u Thnh phn sai s gúc ny biu th bng cụng thc sau: u = 0.0291.u.tg iu ny cho thy ta s dng Watmet o cụng sut mch in cú h s cụng sut thp thỡ s phm phi sai s ln v cú kh nng quỏ ti mch dũng in, vy o ta phi chn loi Watmet cú h s cụng sut danh nh phự hp vi i tng o loi tr kh nng quỏ ti cun dũng v cun ỏp o nờn s dng thờm c ampemet v vonmet theo dừi dũng in v in ỏp mch Do c thự cu to ca oatmet nờn mi cp cc ca dũng in v in ỏp ngi ta u ỏnh du * phõn bit cc tớnh, cc cú du thng l cc phỏt, u dõy nú thng c u v phớa ngun in, nu ta u sai cc tớnh ca o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -8- cun ỏp thỡ cú hin tng chờnh lch in ỏp cun ng v cun tnh ca Watmet lm sut hin lc tnh in gõy sai s ca phộp o Ngoi cỏc sai s c bn Watmet lm vic iu kin khụng tiờu chun, cỏc i lng nh hng s nm ngoi phm vi giỏ tr tiờu chun quy nh, ú s xut hin thờm sai s cỏc i lng nh hng gõy nờn i vi Watmet i lng gõy nh hng nhiu nht l nhit v tn s vỡ nhit mụi trng thay i cỏc chi tit v linh kin mch ỏp nh cun ng, cỏc cun dõy in tr v cun cm s thay i giỏ tr in tr lm thay i giỏ tr ca dũng in mch ỏp gõy nhng sai s ph khỏc Cũn tn s li in thay i cng gõy nờn sai s vỡ cỏc chi tit dng c o thng c ch to bng kim loi, chỳng li nm t trng bin thiờn cỏc cun tnh gõy nờn s xut hin cỏc dũng in cm ng gõy nờn tn tht in nng i vi cỏc dng c o dựng cho mch in xoay chiu, loi tr cỏc sai s ph, ngi ta hn ch ti a vic s dng cỏc chi tit bng vt liu st t nh cỏc loi c vớt gi cun dõy c thay th bng ng, chiu cun cun dõy, cỏch t v sp xp cỏc cun dõy theo ỳng hng cng phi c lu ý cn thn Thụng thng thỡ cỏc loi Watmet c ch to theo nhng gii hn o ó c tiờu chun húa nh dũng in thng khong 10A, in ỏp 600V o cụng sut mch in xoay chiu cú cng trờn 10A v in ỏp trờn 600V thỡ ngi ta thng s dng thờm cỏc thit b ph nh mỏy bin dũng o lng (TI) hoc mỏy bin ỏp o lng (TU) 1.1.2 o cụng sut nng lng bng phng phỏp o in ỏp v dũng in (mt chiu) dựng phng phỏp ny thỡ mch in l mch chiu hoc o cụng sut nng lng ca ti thun tr in ỏp c o bng Vụnmet cũn dũng in c o bng mt Ampemet, sau ú ta nhõn hai i lng ny thỡ c cụng sut Cú hai cỏch o c mc theo s sau: o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -9- P = U*I- I2RA J = P*t Vi U, I l in ỏp v dũng in mch Hỡnh 1.4 RA l in tr ca ampemet P l cụng sut J l nng lng P= P=U*I-U2/RV J= P*T RV l in tr ca Vonmet Hỡnh 1.5 1.2 o nng lng bng cỏch s dng b nhõn in t ( Wattmet in t) 1.2.1 Cm bin Hall o cụng sut Cm bin ny l mt phn t nhõn bao gm mt mch bỏn dn cao dũng in chy qua Khi cú t trng tỏc dng lờn mt ca mnh bỏn dn ú xut hin sc in ng Hall: E=KH B.I.Sin Vi l gúc gia B v I Nu dũng in v in ỏp cú pha vuụng gúc vi thỡ ta cú EH = KU.I EH l mt b nhõn giỏ tr tc thi ca u v i: EH = KP p l cụng sut tiờu th tc thi trờn ti, nu u v i l nhng hm hỡnh sin thỡ cụng sut tc thi bao gm thnh phn c nh v thnh phn bin thiờn Nu dng c u cú quỏn tớnh nh thỡ ta cú cụng sut tc thi bin thiờn theo thi gian Nu u ca cm bin Hall mc vo c cu c in cú quỏn tớnh ln hay mt khõu tớch phõn thỡ nú s ch cụng sut trung bỡnh: P = U.I.cos o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 34 - Cú rt nhiu hóng trờn th gii nghiờn cu v phỏt trin IC o nng lng (energy metering) nhng ni lờn l cỏc chip o nng lng ca hóng Analog Devices vi h ADE775X H ADE775X cú loi: - IC pha bao gm: ADE7751, ADE 7753, ADE7755, ADE7756 - IC pha: ADE7752, ADE7754, ADE7757, ADE7758 Vi - ADE7751, ADE7752, ADE7757: ch cú u xung - ADE7756, ADE7753, ADE7754, ADE7758: cú cỏc ghi bờn H ADE 775X ca hóng Analog Devices c thit k o cụng sut v nng lng in xoay chiu Chỳng cú khỏ nhiu tớnh nng thớch hp cho vic o nng lng Sau õy l tng quan v h ADE 775X chuyờn dựng o nng lng in xoay chiu mt pha (7751, 7753, 7755, 7756, 7757, 7759) Vi h ADE ny cú th chia lm hai nhúm: Nhúm ph thụng (ADE 7751, 7755, 7757) v nhúm nõng cao (ADE 7753, 7756, 7759) Nhúm ph thụng: Nhúm ny cú cu to n gin, ch cú tớnh nng c bn phc v mc ớch o nng lng, cụng sut, khụng cú giao din ni tip vi cỏc thit b khỏc Cỏc ADE nhúm ny thng c s dng thit k cỏc watmet, cụng t in t n gin, giỏ r Nhúm nõng cao: ngoi cỏc tớnh nng ca nhúm ph thụng cỏc ADE ny cũn c tớch hp thờm nhiu cỏc tớnh nng khỏc nh cú giao din ni tip kt ni giao tip vi cỏc thit b khỏc, thụng qua h thng cỏc ghi bờn trong, ngoi vic o cụng sut, nng lng cũn cú th o giỏ tr in ỏp, dũng in, tn s, qun lý s c, cung cp kh nng chnh nh trc tip qua ADE Cỏc ADE nhúm ny thng c s dng ch to cỏc thit b o in a nng, cỏc cụng t s hin i, thụng minh, cú nhiu biu giỏ 2.3.2 ADE 7751 2.3.2.1 c im: o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 35 - ADE 7751 l mt IC o nng lng in cú chớnh xỏc cao, dung sai li c thit k s dng h thng in hai dõy phõn tỏn c im k thut vt tri hn yờu cu ca tiờu chun IEC1036 Mch tng t nht c s dng ADE 7751 l cỏc ADC v cỏc mch tham kho Cỏc quỏ trỡnh tớn hiu khỏc u c a ngoi qua cng logic õy l phng phỏp cung cp vic qun lý tnh v chớnh xỏc iu kin mụi trng bờn ngoi v theo thi gian ADE 7751 cũn tớch hp mt phng phỏp phỏt hin li mi cho phộp cnh bỏo v tỡnh trng li v cho phộp ADE 7751 tip tc hot ng sa li cú li ny xy ADE 7751 lm vic ny bng cỏch liờn tc theo dừi c dũng pha v dũng trung tớnh Li c ch dũng bin i quỏ 12.5%, quỏ trỡnh sa li s s dng dũng ln hn ADE 7751 cung cp thụng tin v cụng sut thc trung bỡnh qua hai u tn s thp F1 v F2 Cỏc u logic ny cú th c s dng iu khin trc tip mt b m c in hay giao din vi mt MCU Chõn u CF cung cp thụng tin v cụng sut thc tc thi Chõn ny cng c thit k chnh ADE 7751 cung cp mch theo dừi ngun cp trờn chõn AVDD ADE 7751 s t tỡnh trng Reset cho n in ỏp trờn chõn AVDD t giỏ tr 4V Nu in ỏp ngun cung cp gim xung di mc 4V thỡ ADE s Reset v khụng cú tn s trờn u F1, F2 v CF Mch hp pha bờn m bo kờnh in ỏp v dũng in c phự hp k c HPF trờn kờnh bt hay tt, ADE 7751 cung cp ng thi cú ch bo v st ỏp ADE 7751 c úng gúi dng 24 chõn DIP v SSOP o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 36 - Hỡnh S chc nng ca ADE7751 2.3.1.2 Cỏc tớnh nng chớnh - chớnh xỏc cao, tn s dũng in 50/60Hz phự hp vi tiờu chun IEC 687/1036 - Li nh hn khong ng 500 n - Cung cp cụng sut trung bỡnh theo tn s trờn u F1 v F2 - u tn s cao CF cho chun v cụng sut thc tc thi cung cp - Ch giỏm sỏt thng xuyờn pha v trung tớnh - Phỏt hin li dũng in hai dõy - H thng phõn tỏn - ADE 7751 s dng phn ln hn ca hai dũng in (pha v trung tớnh) quyt nh quỏ trỡnh xy li - Hai u logic (FAULT v REVP) cú th c s dng ch nh mt tớn hiu hoc cỏc li - Cung cp u iu khin trc tip cho b m c in v ng c bc hai pha (F1 v F2) - Mt b PGA kờnh dũng cho phộp s dng in tr Sun giỏ tr nh v in tr thng o lng v cỏc h thng iu khin - 37 - Lun thc s khoa hc - Cú cỏc ADC v cỏc DSP cung cp chớnh xỏc cao iu kin mụi trng v thi gian bin i mnh - Qun lý ngun cung cp trờn chip - Cú ch bo v mt ti (ngng khụng ti) - in ỏp so sỏnh trờn chip 2,58% (30%/oC) vi t in chng quỏ ti bờn ngoi - Ngun cung cp mt pha 5V, cụng sut thp (15mW) - Cụng ngh CMOS giỏ r 2.3.2.3 c trng k thut ca ADE 7751 Ngun cung cp cho ADE hot ng: 5V DC AVDD so vi AGND - 0,3V n +7V AVDD so vi DGND - 0,3V n +7V DVDD so vi AVDD - 0,3V n +0,3V u vo tng t so vi AGND V1P, V1N, V2P, V2N in ỏp so sỏnh vi AGND - 6V n +6V - 0,3V n AVDD +0,3V in ỏp s vo so vi DGND - 0,3V n DVDD +0,3V in ỏp s so vi DGND - 0,3V n DVDD +0,3V Khong nhit lm vic: - Cụng nghip: - 40oC n +85oC Khong nhit lu tr: -65oC n +150oC Nhit u ni: +150oC Cụng sut tiờu phớ: 450 mW 2.3.2.4 S chõn ca ADE 7751 o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 38 - Hỡnh 2.5 S chõn ca ADE7751 Chõn Tờn Mụ t DVDD Chõn cp ngun s Chõn ny cung cp in ỏp ngun cho cỏc mch s ca ADE 7751 Ngun cung cp cú in ỏp 5V5% Chõn ny nờn c cỏch in vi chõn DGND bng t in 10àF mc song song vi t gm 100nF AC/ DC Chõn chn lc thụng cao Tớn hiu vo logic ny c dựng kớch hot HPF trờn kờnh ỏp ng tn s ca pha kt hp c bự bờn vi di tn s 45Hz ti 1kHz HPF nờn c kớch hot ng dng o nng lng AVDD Chõn cp ngun tng t Chõn ny cung cp ngun in ỏp cho mch in tng t ADE 7751 Ngun cung cp l ngun 5V5% Tt c cỏc tỏc ng phi m bo s thay i nh nht ca ngun cung cp Chõn ny c cỏch in vi AGND bng t in 10àF mc song song vi t gm 100nF 4,5 V1A,V1B u vo tng t cho kờnh Tớn hiu vo ny l s chờnh o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc Chõn - 39 - Tờn Mụ t lch gia in ỏp u vo vi mc tớn hiu max ca 660mV so vi chõn V1N; 1V so vi AGND C hai tớn hiu vo ny cú mch in bo v bờn v cú th chu in ỏp lờn ti 6V m khụng b phỏ hng V1N Chõn u vo o, l chõn in ỏp chờnh lch gia V1A v V1B mc tớn hiu ln nht ti chõn ny l 1V so vi AGND Tớn hiu vo ny cú mch in bo v bờn v cú th chu in ỏp lờn ti 6V m khụng b phỏ hng Tớn hiu vo ny s c ni trc tip vi in tr t 7,8 V2N, V2P u vo õm v dng cho kờnh in ỏp vo chờnh lch ln nht l 660mV Mc tớn hiu ln nht tt c cỏc chõn l 1V C hai tớn hiu ny cú mch in bo v bờn v cú th chu in ỏp lờn ti 6V m khụng b phỏ hng R ESET Chõn Reset cho ADE 7751 Mc logic chõn ny s gi cỏc mch ADC v mch s iu kin reset.V s xúa cỏc ghi bờn 10 REFIN/OUT Chõn ny cung cp ng vo cho in ỏp chun Giỏ tr bỡnh thng l 2.5V 8% v h s nhit l 30ppm/0C Ngun chun ngoi cng cú th c ni vi chõn ny Trong trng hp khỏc, cỏc chõn ny nờn c ni GND cựng vi t s 1àF v 100nF 11 AGND Chõn ny cung cp in ỏp so sỏnh cho cỏc mch tng t ca ADE 7751, nh cỏc ADC, cỏc chun mu Chõn ny c ni vi vi bn cc t tng t hay ngun t chun tnh nht ca h thng (s dng cho ton b mch tng t) m bo tớnh tnh ca h ni t tng t ny, h ch nờn ni vi ni t ti mt s im o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc Chõn 12 Tờn SCF - 40 Mụ t Chn tn s iu chnh Tớn hiu vo logic c s dng chn tn s cho u CF Xem bng 13,14 S1, S0 Tớn hiu vo logic ny c s dng chn mt tn s cú th cho vic bin i s thnh tn s Kiu a ny cú tớnh linh hot ln hn thit k cụng t in 15,16 G1, G0 Tớn hiu vo logic c s dng chn h s khuch i cho tớn hiu vo tng t V1A v V1B Cỏc h s khuch i l 1, 2, v 16 17 CLKIN Mch Clock ngoi c cung cp bi tớn hiu vo ny B dao ng thch anh s c ni qua chõn CLKIN v CLKOUT cung cp tớn hiu ngun clock cho ADE 7751 Tn s clock l 5.579545MHz Mch dao ng thch anh lm bng t s cú giỏ tr 22pF v 33pF 18 CLKOUT B dao ng thch anh cú th c ni gia chõn ny v chõn CLKIN cung cp mch ngun Clock cho ADE 7751 Chõn CLKOUT cú th iu khin mt ngun CMOS m mt ngun ngoi c cung cp v chõn CLKIN 19 FAULT Chõn u logic s mc cao li xy Li xy tớn hiu gia chõn V1A v V1B chờnh lch ln hn 12.5% Tớn hiu logic s b reset v ch li khụng c phỏt hin di hn 20 REVP Tớn hiu logic u s mc cao ngun õm c phỏt hin vớ d pha gia in ỏp v dũng in l 900 tớn hiu ny khụng c gi v s b reset ngun dng c phỏt hin Tớn hiu mc thp hoc mc cao ph thuc vo xung phỏt chõn CF 21 DGND Chõn ni t cho cỏc mch s ca ADE 7751, vớ d nh mch nhõn, mch lc, mch bin i s thnh tn s 22 CF Chõn iu chnh tn s logic Tớn hiu CF a thụng tin o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc Chõn Tờn - 41 Mụ t ngun tc thi u ny c s dng cho mc ớch iu chnh 23,24 F2, F1 u tn s logic F1 v F2 cung cp cụng sut thc trung bỡnh Tớn hiu logic cú th c s dng iu khin trc tip b m c in ng c bc pha 2.3.2.5 Sai s lch ADC Tớn hiu vo tng t c ni vi AGND, ADC tn ti tớn hiu tng t t 1mV n 10mV Tuy nhiờn, HPF úng mch, lch c g b t kờnh dũng in v vic tớnh cụng sut khụng b nh hng bi lch ú 2.3.2.6 Sai s khuch i Li khuch i ca ADE 7751 c nh ngha l s sai khỏc gia tn s o c v tn s lý tng Nú c o vi h s khuch i l kờnh V1A S sai khỏc ú c biu th bng phn tn s lý tng 2.3.2.7 Sai s phộp o Sai s c tỡm thy phộp o in c tớnh bng cụng thc: Nng lng in trờn ghi ADE 7751 Nng lng in h x 100% Nng lng in thc 2.3.2.8 Sai s pha gia cỏc kờnh HPF kờnh cú mt pha ỏp ng u lch ca ỏp ng pha ú v ỏp ng pha cõn bng gia cỏc kờnh, h thng pha hiu chnh c b trớ kờnh hiu chnh l 0.10 di 45Hz n 65Hz v 0.20 di 40Hz n 1kHz 2.3.2.9 Nguyờn lý hot ng Hai ADC s húa tớn hiu in ỏp v dũng in t b bin i dũng in v in ỏp.ADC 16 bớt bin i vi tn s ly mu l 900kHz Tớn hiu vo tng t ny c n gin húa bng cỏch lp mt dõy ng vo b bin i v n gin thit k b lc o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 42 - Vic tớnh cụng sut thc c tớnh t tớn hiu cụng sut tc thi Tớn hiu cụng sut tc thi c a bng cỏch nhõn trc tip dũng in v in ỏp Hỡnh 2.6 Biu din phng phỏp x lý tớn hiu u tn s thp ca ADE 7751 c a bng cỏch cng cỏc cụng sut thc ú Bn thõn tn s thp ú l thi gian tớnh di gia cỏc xung Tn s t l vi tng cụng sut thc Cụng sut trung bỡnh thc ny cú th c tớnh thnh nng lng in a Kho sỏt h s cụng sut: Phng phỏp s dng tớnh cụng sut thc t tớn hiu cụng sut tc thi hp l thm c dũng in v in ỏp khụng cựng pha Nu chc chn in ỏp v dũng in l hỡnh sin, thỡ giỏ tr cụng sut thc ca tớn hiu cụng sut tc thi c tớnh bi (vi lch pha dũng in v in ỏp l 600): V *I *cos(600) (2-1) b Dng súng khụng hỡnh sin ca in ỏp v dũng in o lng v cỏc h thng iu khin - 43 - Lun thc s khoa hc Phng phỏp tớnh cụng sut thc ó gi ỳng dng súng in ỏp v dũng in khụng hỡnh sin.Tt c dng súng in ỏp v dũng in cỏc ng dng thc t s cú vi súng iu hũa S dng hm Fourier, dũng in v in ỏp tc thi cú th c biu th v(t ) = V + * Vh * sin(ht + h ) (2-2) h #0 ú: v(t): in ỏp tc thi V0: in ỏp trung bỡnh Vh: giỏ tr in ỏp súng iu hũa h: pha ca in ỏp súng iu hũa i (t ) = I + * I h * sin( ht + h ) ( 2-3 ) h #0 ú: i(t): dũng in tc thi I0: dũng in trung bỡnh Vh: giỏ tr dũng in súng iu hũa h: pha ca dũng in súng iu hũa S dng cụng thc (2-2) v (2-3) ta tớnh c cụng sut P P= P1 + P2 ú: P1 = V1.I1.cos(1) 1=1 - PH = V H I H cos(h) h h=h - h 2.3.2.10 Tớn hiu vo tng t: o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 44 - Kờnh V2 ( kờnh in ỏp) u ca b bin i in ỏp c ni vi ADE 7751 ti u vo tng t ny Kờnh in ỏp cú u vo in ỏp chờnh lch hon ton Tớn hiu nh chờnh lch ln nht kờnh l 660mV Hỡnh 2.7 Mc tớn hiu ln nht kờnh Hỡnh 2.7 biu din mc tớn hiu ln nht cú th c ni vi ADE 7751 kờnh Kờnh c iu khin t in ỏp ch thụng thng, vớ d: tớn hiu chờnh lch in ỏp thng c so sỏnh vi AGND Tớn hiu vo tng t ca ADE 7751 cú th c iu khin cựng vi in ỏp ch thụng thng l 100mV so vi AGND Tuy nhiờn, kt qu tt nht t c l s dng ch bỡnh thng bng AGND Kờnh V1 (Kờnh dũng in) u in ỏp t b bin i dũng in c ni vi ADE 7751 Kờnh cú u vo in ỏp, V1A v V1B Cỏc u vo ny cú chờnh lch so vi V1N Tuy nhiờn, ti mt vi thi im, ch cú u vo c chn thc hin tớnh cụng sut Tớn hiu vo V1A, V1B v V1N cú mc tớn hiu ln nht ging gii hn bi V2P v V2N Tuy nhiờn, kờnh cú chng trỡnh h s khuch i nh bng 2.I o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 45 - Bng 2.I Hỡnh 2.8 biu din mc tớn hiu in ỏp ln nht trờn V1A, V1B v V1N chờnh lch in ỏp ln nht l 660mV Tớn hiu chờnh lch in ỏp ln nht u vo s c quy chun ch bỡnh thng, nh AGDN Hỡnh 2.8: Mc tớn hiu hiu ln nht Hng dn s u dõy: Hỡnh 2.9 biu din cỏch u ni cho kờnh õy l tớn hiu vo tng t c s dng iu chnh c pha v dũng in trung tớnh Hai mỏy bin ỏp o lng (CT) c dựng cỏch ly Chỳ ý, c hai CT u c quy chun so vi AGND, vỡ vy ch in ỏp bỡnh thng l 0V Ch s vũng dõy v in tr Rb c chn cho nhn c nh chờnh lch in ỏp l 660mV/gain o lng v cỏc h thng iu khin - 46 - Lun thc s khoa hc Hỡnh 2.9 Hng dn u ni cho kờnh Hỡnh 2.10 biu din cỏch u ni cho kờnh Cỏch th nht, s dng b bin i in ỏp, cỏch th hai ADE 7751 c nh thiờn bi dõy trung tớnh v b phõn in tr iu chnh Ra v Rb thớch hp Hỡnh 2.10 Cỏch u ni cho kờnh 2.3.2.11 iu chnh ngun cung cp ADE 7751 cha chip iu chnh ngun cung cp AVDD c iu chnh bi ADE 7751 Nu ngun cung cp nh hn 4V 5%, ADE s b reset iu ú thun li cho vic bt u ng ch cp in v ch ngt in 2.3.2.11 Tn s ti chõn F1 v F2 ADE 7751 tớnh kt qu ca hai tớn hiu in ỏp (Chanel v chanel 2), sau ú qua b lc thụng thp to cụng sut Cụng sut ú bin i thnh tn s o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc - 47 - Tn s ú c a trờn F1 v F2 di dng xung.Tc xung ph thuc vo S0 v S1 (bng 2.2) Bng 2.2 Tn s c tớnh theo cụng thc sau: ( 2.4 ) Freq: Tn s trờn kờnh F1 v F2 V1: in ỏp hiu dng trờn kờnh V2: in ỏp hiu dng trờn kờnh Gain: h s khuch i (bng 2.1) VREF: in ỏp chun (2.5V 8%) F1-4 la chn theo bng 2.2 2.3.2.11 Chn tn s cho cụng t in : bng 2.2, ngi dựng cú th chn tn s Tn s chn ú xỏc nh tn s ln nht trờn chõn F1 v F2 Tớn hiu ú c s dng iu khin b m nng lng Trong mi trng hp, hng s cụng t l 100 imp/kWh o lng v cỏc h thng iu khin - 48 - Lun thc s khoa hc CHNG III THIT K BN KIM TRA CễNG T Hin mt s trm kim nh cụng t in ang s dng thit b kim hu ht l cỏc thit b ó quỏ c v lc hu khụng cú kh nng ng dng cỏc cụng ngh mi Cựng vi s phỏt trin ca khoa hc k thut, c bit l s phỏt trin cỏc thit b o cụng sut v nng lng, t nhu cu thay th cỏc bn kim trc õy l tt yu Qua quỏ trỡnh tỡm hiu v quy trỡnh kim tra cỏc thụng s ca cụng t v tỡm hiu v chip o nng lng ADE 7751, em ó xõy dng mt bn kim tra cụng t lm cụng t chun cú cp chớnh xỏc cao hn cụng t cn kim Vic kim tra cụng t cú nhiu phn Tuy nhiờn, thi gian cú hn nờn lun ny em ch nghiờn cu kim tra phn o lng: Kim tra ngng nhy: c thc hin bng cỏch t lờn cụng t kim nh mt in ỏp c nh, bng giỏ tr in ỏp nh mc, ri t t tng dũng in qua cụng t Ghi li giỏ tr dũng in nh nht ti ú cụng t quay c hn mt vũng Tớnh sai s: Da vo phng phỏp so sỏnh vi cụng t chun Sau cp ngun cho cụng t mt khong thi gian t no ú, ta c giỏ tr nng lng trờn cụng t kim v cụng t mu Sai s c tớnh l: = W W0 x100 W0 % Trong ú: W : l ch s in nng tớnh bng hiu s gia ch s cui v ch s u ca cụng t kim ch úng ti di hn, hoc ch s in nng ng vi s vũng quay ca cụng t ch úng ti ngn hn W0: l ch o lng v cỏc h thng iu khin ... dũng ADE 775x hóng Analog Devices ch to, l chip o nng lng pha hoc pha cú chớnh xỏc cao, lm vic nhng iu kin khỏc Xut phỏt t nhu cu thc t tụi ó chn ti: Nghiờn cu, thit k cụng t mu s dng ADE 7751. .. hóng Analog Devices Ni dung ca lun bao gm: Chng I: Tng quan v cỏc phng phỏp o cụng sut v in nng o lng v cỏc h thng iu khin Lun thc s khoa hc -2- Chng II: Bn kim tra cụng t v linh kin s dng ADE 7751. .. th hoc lu vo b nh ngoi hoc truyn lờn mỏy tớnh 1.5 Quy trỡnh kim tra cụng t Hình 1.14 Sơ đồ mắc công tơ vào bàn kiểm t o lng v cỏc h thng iu khin - 18 - Lun thc s khoa hc S mc cụng t vo bn kim