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

Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices Nghiên cứu thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 của hãng analog devices 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 Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS Ngun Lan H−¬ng Hµ Néi - 2009 -1- Luận văn thạc sỹ khoa học LỜI NĨI ĐẦU Điện phần khơng thể thiếu sản xuất công nghiệp đời sống xã hội Những năm gần đây, với phát triển khoa học kỹ thuật phát triển lớn mạnh kinh tế đất nước, ngành Điện khơng ngừng phát triển, song chưa đáp ứng nhu cầu sử dụng điện xã hội Một vấn đề đặt cho nhà quản lý điện là: Làm mà nâng cao độ xác phép đo điện năng, đại lượng có ý nghĩa to lớn kinh tế quốc dân, liên quan đến việc tiêu thụ điện năng, đến việc tổn thất điện Trong đối tượng sử dụng điện điện sử dụng sinh hoạt chiếm tỉ lệ tương đối cao, việc quản lý điện thông qua cơng tơ điện Một cơng tơ muốn đo xác cơng suất điện tiêu thụ thơng số cơng tơ địi hỏi phải có độ xác đáng tin cậy Một công tơ sản xuất tuân thao tiêu chuẩn nhà nước tiêu chuẩn nhà sản xuất hàng năm cần phải kiểm định lại để đảm bảo cho thông số ban đầu công tơ nhằm quản lý điện cho hiệu Thiết bị kiểm định công tơ sử dụng Chi cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng, đơn vị uỷ quyền nhà nước kiểm định công tơ điện Hầu hết thiết bị cũ, lạc hậu khơng có khả ứng dụng công nghệ vào phục vụ công tác kiểm định Do vậy, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật công nghệ mới, việc thay thiết bị cũ, lạc hậu nhu cầu tất yếu Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, với đời chip đo lượng, đặc biệt dòng ADE 775x hãng Analog Devices chế tạo, chip đo lượng pha pha có độ xác cao, làm việc điều kiện khác Xuất phát từ nhu cầu thực tế chọn đề tài: ”Nghiên cứu, thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 hãng Analog Devices” Nội dung luận văn bao gồm: Chương I: Tổng quan phương pháp đo công suất điện Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -2- Chương II: Bàn kiểm tra công tơ linh kiện sử dụng ADE 7751 thiết kế công tơ Chương III: Thiết kế bàn kiểm tra công tơ Chương IV: Đánh giá sai số thực nghiệm Chương V: Kết luận Do thời gian có hạn nhận thức vấn đề cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót cần phải hồn thiện thêm Tơi mong nhận nhiều góp ý thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới cô giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Lan Hương, người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Nhân cho phép gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đặc biệt thầy cô giáo môn Kỹ thuật lường & Tin học công nghiệp tận tâm truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu đến học viên Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -3CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG Trong lĩnh vực đo lường điện hai đại lượng công suất điện đại lượng chiếm ưu phạm trù ứng dụng kỹ thuật sản xuất đời sống thực tiễn Hầu nơi có sử dụng điện, cho dù điện chiều hay điện xoay chiều ta đo trực tiếp gián tiếp hai đại lượng Điện nguồn từ nơi sản xuất, phải qua hệ thống phân phối đến nơi sử dụng tiêu thụ điện Trên giới có nhiều kiểu phân phối hệ thống điện: Hệ hai pha, ba dây, bốn dây năm dây, hay hệ ba pha ba dây bốn dây Cơ sơ lý thuyết để đo công suất điện mạch điện nhiều pha nguyên tắc tương tự mạch điện pha Nhưng đặc thù phức tạp phụ tải mạch nhiều pha nên việc sử dụng phương pháp phương tiện để đo lường xác công suất điện đa dạng phức tạp nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng điện phát sinh từ thực tiễn Để đo công suất người ta sử dụng phương tiện đo Watmet Số lượng Watmet số phân tử đo tùy thuộc vào số pha ngồi cịn quan tâm đến yếu tố hệ số công suất, phạm vi đo tần số Trong lĩnh vực đo đếm điện cơng tơ điện phương tiện đo sử dụng chủ yếu mạch điện pha có đơn vị đo kW.h, mạch điện nhiều pha điện cịn phụ thuộc vào thành phần chậm pha vượt pha dòng điện trường hợp cần thiết cịn đo qua cơng suất biểu kiến đo đơn vị kVA.h Hệ thống điện có nhiều pha xem tập hợp hệ pha làm việc chế độ đồng độ lệch pha với theo giá trị xác định Điện tổng đo hệ nhiều pha tập hợp điện công tơ pha đo pha Tuy nhiên, để tiện cho việc sử dụng, người ta thường sử dụng loại cơng tơ có nhiều phần tử đo Trong Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -4- hệ thống phân phối điện có nhiều pha, theo thông lệ mạch điện sử dụng cho phụ tải đo lường thường dây cho pha có dây trở chung cho tất pha Ở nước ta công suất điện phân bố chủ yếu thông qua hệ thống phân phối điện ba pha, toàn hệ thống phân phối truyền tải cao trung chủ yếu ba pha ba dây, hệ thống điện hạ phổ cập điện hệ ba pha ba dây cho hệ mạch có phụ tải sử dụng cơng suất cịn hệ ba pha bốn dây có phụ tải sử dụng nguồn công suất nhu cầu phụ khác Trên thực tế sử dụng hệ thống điện ba pha có hai cách đấu tải theo kiểu hình đấu tải theo kiểu tam giác, đấu theo kiểu tam giác phổ cập hệ ba pha ba dây, kiểu đấu phổ biến hệ ba pha bốn dây 1.1 Các phương pháp đo công suất lượng lĩnh vực điện 1.1.1 Đo công suất, lượng Watmet Đối với mạch điện chiều, công suất xác định gián thị vonmet ampemet sau tính theo công thức là: P = U.I Đối với mạch điện xoay chiều pha cơng suất tác dụng tính T theo cơng thức: P = u (t ).i (t )dt = U.I cosϕ T ∫0 Trong đó: u(t) i(t) giá trị tức thời điện áp dòng điện U, I giá trị điện áp dòng điện hiệu dụng T chu kỳ biến thiên ϕ góc lệch pha điện áp dịng điện Để đo cơng suất ta thường sử dụng loại oatmet sau : - Watmet kiểu điện động loại oatmet có độ xác cao, đo cơng suất dịng chiều xoay chiều, giải tần số đo đến 2000Hz Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - -5- Watmet kiểu sắt điện động thường sử dụng nơi tĩnh tại, cấp xác thấp, đo công suất điện xoay chiều tần số công nghiệp, dùng loại oatmet để đo cơng suất điện chiều có sai số lớn tượng trễ từ - Watmet kiểu cảm ứng loại chủ sử dụng mạch điện xoay chiều, cấp xác thấp nên khơng cịn sử dụng Ngồi cịn có Watmet kiểu điện tử Watmet kiểu nhiệt điện thường sử dụng để đo công suất dải rộng tần số từ thấp đến cao Cách mắc Watmet mạch điện : Hình 1 Cách mắc Watmet mạch điện Cấu tạo Watmet điện động: Được thể hình vẽ bao gồm cuộn dây: cuộn dịng điện (cố định) có số vòng nhỏ, tiết diện lớn mắc nối tiếp với phụ tải RL, cuộn (cuộn di động) C2 có nhiều vịng hơn, tiết diện dây nhỏ nối song song với điện áp lưới qua điện trở phụ Rp Hình Cấu tạo Watmet điện động Đo lường hệ thống điều khiển -6- Luận văn thạc sỹ khoa học Nguyên lý làm việc Watmet: Nguyên lý làm việc Watmet tượng tự nguyên lý làm việc cấu điện động Dựa nguyên tắc tác động tương hỗ lực điện từ cuộn dây tĩnh động Khi mắc dụng cụ vào mạch điện chiều: Khi có dịng điện chạy cuộn dây tĩnh lịng xuất từ trường B1 Từ trường tác động với dòng điện qua cuộn dây động tạo nên momen quay làm phần động quay góc α Có lượng tích lũy cuộn dây là: 2 Wd,t = L1I12 + L2 I 2 + M 12i1i2 Với L1, L2 điện cảm cuộn dây tĩnh động i1, i2 dòng chiều chạy cuộn dây tĩnh động M12 hỗ cảm hai cuộn dây Do L1, L2 dịng I1, I2 khơng phụ thuộc vào vị trí tương đối hai cuộn dây nên biểu thức momen có dạng: Mα = dWd ,t dM 12 = i1.i2 dα dα Cân mômen với momen phản kháng: kp.α = i1i2 dM 12 = i1i2f(α) dα Phương trình cân bằng: α= f (α ) i1i2 kp với Kp: hệ số momen phản f(α) hàm góc quay α Khi mắc dụng cụ vào mạch điện xoay chiều, giả sử dòng tức thời qua cuộn tĩnh cuộn dịng lệch pha góc Ψ biểu thức mơmen quay tức thời có dạng: mq = dM 12 i1 (t )i2 (t ) = i1 (t )i2 (t ) f (α ) dα Giá trị trung bình mơmen quay chu kì là: T 1 Mqtb = ∫ mq dt = I I m sin ωt.I m2 sin(ωt + ψ ) f (α ) T0 T Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -7- Tích phân biểu thị Mqtb qua trị số hiệu dụng dịng điện ta có: Mqtb = f(α).I1 I2.cosΨ Từ biểu thức ta thấy góc lệch α tỷ lệ với tích hai dịng điện cosin góc chúng nên dùng để đo dịng điện, điện áp, đại lượng tỉ lệ với tích dịng áp (cơng suất) chiều xoay chiều đo góc lệch pha đại lượng liên quan đến góc lệch pha Khi sử dụng Watmet kiểu điện động để đo công suất tác dụng mạch điện xoay chiều, sai số đo điện tiêu thụ mạch dòng mạch áp phải kể tới sai số góc lệch pha điện áp U dòng điện qua cuộn áp IU ký hiệu ϕu Thành phần sai số góc biểu thụ công thức sau: δϕu = 0.0291.ϕu.tgϕ Điều cho thấy ta sử dụng Watmet để đo công suất mạch điện có hệ số cơng suất thấp phạm phải sai số lớn có khả tải mạch dòng điện, đo ta phải chọn loại Watmet có hệ số cơng suất danh định phù hợp với đối tượng đo Để loại trừ khả tải cuộn dòng cuộn áp đo nên sử dụng thêm ampemet vonmet để theo dõi dòng điện điện áp mạch Do đặc thù cấu tạo oatmet nên cặp cực dòng điện điện áp người ta đánh dấu * để phân biệt cực tính, cực có dấu thường cực phát, đấu dây thường đấu phía nguồn điện, ta đấu sai cực tính Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -8- cuộn áp có tượng chênh lệch điện áp cuộn động cuộn tĩnh Watmet làm suất lực tĩnh điện gây sai số phép đo Ngoài sai số Watmet làm việc điều kiện không tiêu chuẩn, đại lượng ảnh hưởng nằm phạm vi giá trị tiêu chuẩn quy định, xuất thêm sai số đại lượng ảnh hưởng gây nên Đối với Watmet đại lượng gây ảnh hưởng nhiều nhiệt độ tần số nhiệt độ môi trường thay đổi chi tiết linh kiện mạch áp cuộn động, cuộn dây điện trở cuộn cảm thay đổi giá trị điện trở làm thay đổi giá trị dòng điện mạch áp gây sai số phụ khác Còn tần số lưới điện thay đổi gây nên sai số chi tiết dụng cụ đo thường chế tạo kim loại, chúng lại nằm từ trường biến thiên cuộn tĩnh gây nên xuất dòng điện cảm ứng gây nên tổn thất điện Đối với dụng cụ đo dùng cho mạch điện xoay chiều, để loại trừ sai số phụ, người ta hạn chế tối đa việc sử dụng chi tiết vật liệu sắt từ loại ốc vít giữ cuộn dây thay đồng, chiều cuộn dây, cách đặt xếp cuộn dây theo hướng phải lưu ý cẩn thận Thơng thường loại Watmet chế tạo theo giới hạn đo tiêu chuẩn hóa dịng điện thường khoảng 10A, điện áp 600V Để đo công suất mạch điện xoay chiều có cường độ 10A điện áp 600V người ta thường sử dụng thêm thiết bị phụ máy biến dòng đo lường (TI) máy biến áp đo lường (TU) 1.1.2 Đo công suất lượng phương pháp đo điện áp dịng điện (một chiều) Để dùng phương pháp mạch điện mạch chiều đo công suất lượng tải trở Điện áp đo Vơnmet cịn dịng điện đo Ampemet, sau ta nhân hai đại lượng cơng suất Có hai cách đo mắc theo sơ đồ sau: Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học -9- P = U*I- I2RA J = P*t Với U, I điện áp dịng điện mạch Hình 1.4 RA điện trở ampemet P công suất J lượng P= P=U*I-U2/RV J= P*T RV điện trở Vonmet Hình 1.5 1.2 Đo lượng cách sử dụng nhân điện tử ( Wattmet điện tử) 1.2.1 Cảm biến Hall đo công suất Cảm biến phần tử nhân bao gồm mạch bán dẫn cao dịng điện chạy qua Khi có từ trường tác dụng lên mặt mảnh bán dẫn xuất sức điện động Hall: E=KH B.I.Sinψ Với ψ góc B I Nếu dịng điện điện áp có pha vng góc với ta có EH = KU.I EH nhân giá trị tức thời u i: EH = KP p công suất tiêu thụ tức thời tải, u i hàm hình sin công suất tức thời bao gồm thành phần cố định thành phần biến thiên Nếu dụng cụ đầu có qn tính nhỏ ta có cơng suất tức thời biến thiên theo thời gian Nếu đầu cảm biến Hall mắc vào cấu điện có qn tính lớn hay khâu tích phân cơng suất trung bình: P = U.I.cosφ Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 34 - Có nhiều hãng giới nghiên cứu phát triển IC đo lượng (energy metering) lên chip đo lượng hãng Analog Devices với họ ADE775X Họ ADE775X có loại: - IC pha bao gồm: ADE7751, ADE 7753, ADE7755, ADE7756 - IC pha: ADE7752, ADE7754, ADE7757, ADE7758 Với - ADE7751, ADE7752, ADE7757: có đầu xung - ADE7756, ADE7753, ADE7754, ADE7758: có ghi bên Họ ADE 775X hãng Analog Devices thiết kế để đo công suất lượng điện xoay chiều Chúng có nhiều tính thích hợp cho việc đo lượng Sau tổng quan họ ADE 775X chuyên dùng để đo lượng điện xoay chiều pha (7751, 7753, 7755, 7756, 7757, 7759) Với họ ADE chia làm hai nhóm: Nhóm phổ thơng (ADE 7751, 7755, 7757) nhóm nâng cao (ADE 7753, 7756, 7759) Nhóm phổ thơng: Nhóm có cấu tạo đơn giản, có tính để phục vụ mục đích đo lượng, cơng suất, khơng có giao diện nối tiếp với thiết bị khác Các ADE nhóm thường sử dụng để thiết kế watmet, công tơ điện tử đơn giản, giá rẻ Nhóm nâng cao: ngồi tính nhóm phổ thơng ADE cịn tích hợp thêm nhiều tính khác có giao diện nối tiếp để kết nối giao tiếp với thiết bị khác, thơng qua hệ thống ghi bên trong, ngồi việc đo cơng suất, lượng cịn đo giá trị điện áp, dòng điện, tần số, quản lý cố, cung cấp khả chỉnh định trực tiếp qua ADE Các ADE nhóm thường sử dụng để chế tạo thiết bị đo điện đa năng, công tơ số đại, thông minh, có nhiều biểu giá 2.3.2 ADE 7751 2.3.2.1 Đặc điểm: Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 35 - ADE 7751 IC đo lượng điện có độ xác cao, dung sai lỗi Được thiết kế để sử dụng hệ thống điện hai dây phân tán Đặc điểm kỹ thuật vượt trội yêu cầu tiêu chuẩn IEC1036 Mạch tương tự sử dụng ADE 7751 ADC mạch tham khảo Các q trình tín hiệu khác đưa qua cổng logic Đây phương pháp cung cấp việc quản lý tĩnh xác điều kiện mơi trường bên ngồi theo thời gian ADE 7751 cịn tích hợp phương pháp phát lỗi cho phép cảnh báo tình trạng lỗi cho phép ADE 7751 tiếp tục hoạt động sửa lỗi có lỗi xảy ADE 7751 làm việc cách liên tục theo dõi dịng pha dịng trung tính Lỗi dịng biến đổi q 12.5%, q trình sửa lỗi sử dụng dòng lớn ADE 7751 cung cấp thơng tin cơng suất thực trung bình qua hai đầu tần số thấp F1 F2 Các đầu logic sử dụng để điều khiển trực tiếp đếm điện hay giao diện với MCU Chân đầu CF cung cấp thông tin công suất thực tức thời Chân thiết kế để chỉnh độ ADE 7751 cung cấp mạch theo dõi nguồn cấp chân AVDD ADE 7751 đặt tình trạng Reset điện áp chân AVDD đạt giá trị 4V Nếu điện áp nguồn cung cấp giảm xuống mức 4V ADE Reset khơng có tần số đầu F1, F2 CF Mạch hợp pha bên đảm bảo kênh điện áp dòng điện phù hợp kể HPF kênh bật hay tắt, ADE 7751 cung cấp đồng thời có chế độ bảo vệ sụt áp ADE 7751 đóng gói dạng 24 chân DIP SSOP Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 36 - Hình Sơ đồ khối chức ADE7751 2.3.1.2 Các tính - Độ xác cao, tần số dịng điện 50/60Hz phù hợp với tiêu chuẩn IEC 687/1036 - Lỗi nhỏ khoảng động 500 đến - Cung cấp cơng suất trung bình theo tần số đầu F1 F2 - Đầu tần số cao CF cho chuẩn độ công suất thực tức thời cung cấp - Chế độ giám sát thường xuyên pha trung tính - Phát lỗi dịng điện hai dây - Hệ thống phân tán - ADE 7751 sử dụng phần lớn hai dòng điện (pha trung tính) để định q trình xảy lỗi - Hai đầu logic (FAULT REVP) sử dụng để đỉnh tín hiệu lỗi - Cung cấp đầu điều khiển trực tiếp cho đếm điện động bước hai pha (F1 F2) - Một PGA kênh dòng cho phép sử dụng điện trở Sun giá trị nhỏ điện trở thường Đo lường hệ thống điều khiển - 37 - Luận văn thạc sỹ khoa học - Có ADC DSP cung cấp độ xác cao điều kiện môi trường thời gian biến đổi mạnh - Quản lý nguồn cung cấp chip - Có chế độ bảo vệ tải (ngưỡng không tải) - Điện áp so sánh chip 2,5±8% (30%/oC) với tụ điện chống tải bên - Nguồn cung cấp pha 5V, công suất thấp (15mW) - Công nghệ CMOS giá rẻ 2.3.2.3 Đặc trưng kỹ thuật ADE 7751 Nguồn cung cấp cho ADE hoạt động: 5V DC AVDD so với AGND - 0,3V đến +7V AVDD so với DGND - 0,3V đến +7V DVDD so với AVDD - 0,3V đến +0,3V Đầu vào tương tự so với AGND V1P, V1N, V2P, V2N Điện áp so sánh với AGND - 6V đến +6V - 0,3V đến AVDD +0,3V Điện áp số vào so với DGND - 0,3V đến DVDD +0,3V Điện áp số so với DGND - 0,3V đến DVDD +0,3V Khoảng nhiệt độ làm việc: - Công nghiệp: - 40oC đến +85oC Khoảng nhiệt độ lưu trữ: -65oC đến +150oC Nhiệt độ đầu nối: +150oC Công suất tiêu phí: 450 mW 2.3.2.4 Sơ đồ chân ADE 7751 Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 38 - Hình 2.5 Sơ đồ chân ADE7751 Chân Tên Mô tả DVDD Chân cấp nguồn số Chân cung cấp điện áp nguồn cho mạch số ADE 7751 Nguồn cung cấp có điện áp 5V±5% Chân nên cách điện với chân DGND tụ điện 10µF mắc song song với tụ gốm 100nF AC/ DC Chân chọn lọc thơng cao Tín hiệu vào logic dùng để kích hoạt HPF kênh Đáp ứng tần số pha kết hợp bù bên với dải tần số 45Hz tới 1kHz HPF nên kích hoạt ứng dụng đo lượng AVDD Chân cấp nguồn tương tự Chân cung cấp nguồn điện áp cho mạch điện tương tự ADE 7751 Nguồn cung cấp nguồn 5V±5% Tất tác động phải đảm bảo thay đổi nhỏ nguồn cung cấp Chân cách điện với AGND tụ điện 10µF mắc song song với tụ gốm 100nF 4,5 V1A,V1B Đầu vào tương tự cho kênh Tín hiệu vào chênh Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Chân - 39 - Tên Mô tả lệch điện áp đầu vào với mức tín hiệu max ±660mV so với chân V1N; ±1V so với AGND Cả hai tín hiệu vào có mạch điện bảo vệ bên chịu điện áp lên tới ±6V mà không bị phá hỏng V1N Chân đầu vào đảo, chân điện áp chênh lệch V1A V1B mức tín hiệu lớn chân ±1V so với AGND Tín hiệu vào có mạch điện bảo vệ bên chịu điện áp lên tới ±6V mà không bị phá hỏng Tín hiệu vào nối trực tiếp với điện trở đất 7,8 V2N, V2P Đầu vào âm dương cho kênh Điện áp vào chênh lệch lớn ±660mV Mức tín hiệu lớn tất chân ± 1V Cả hai tín hiệu có mạch điện bảo vệ bên chịu điện áp lên tới ±6V mà khơng bị phá hỏng R ESET Chân Reset cho ADE 7751 Mức logic chân giữ mạch ADC mạch số điều kiện reset.Và xóa ghi bên 10 REFIN/OUT Chân cung cấp đường vào cho điện áp chuẩn Giá trị bình thường 2.5V ±8% hệ số nhiệt độ 30ppm/0C Nguồn chuẩn ngồi nối với chân Trong trường hợp khác, chân nên nối GND với tụ sứ 1µF 100nF 11 AGND Chân cung cấp điện áp so sánh cho mạch tương tự ADE 7751, ADC, chuẩn mẫu Chân nối với với cực đất tương tự hay nguồn đất chuẩn tĩnh hệ thống (sử dụng cho toàn mạch tương tự) Để đảm bảo tính tĩnh hệ nối đất tương tự này, hệ nên nối với nối đất số điểm Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Chân 12 Tên SCF - 40 Mô tả Chọn tần số điều chỉnh Tín hiệu vào logic sử dụng để chọn tần số cho đầu CF Xem bảng 13,14 S1, S0 Tín hiệu vào logic sử dụng để chọn tần số cho việc biến đổi số thành tần số Kiểu đưa có tính linh hoạt lớn thiết kế cơng tơ điện 15,16 G1, G0 Tín hiệu vào logic sử dụng để chọn hệ số khuếch đại cho tín hiệu vào tương tự V1A V1B Các hệ số khuếch đại 1, 2, 16 17 CLKIN Mạch Clock cung cấp tín hiệu vào Bộ dao động thạch anh nối qua chân CLKIN CLKOUT để cung cấp tín hiệu nguồn clock cho ADE 7751 Tần số clock 5.579545MHz Mạch dao động thạch anh làm tụ sứ có giá trị 22pF 33pF 18 CLKOUT Bộ dao động thạch anh nối chân chân CLKIN để cung cấp mạch nguồn Clock cho ADE 7751 Chân CLKOUT điều khiển nguồn CMOS mà nguồn cung cấp chân CLKIN 19 FAULT Chân đầu logic mức cao lỗi xảy Lỗi xảy tín hiệu chân V1A V1B chênh lệch lớn 12.5% Tín hiệu logic bị reset chế lỗi không phát dài 20 REVP Tín hiệu logic đầu mức cao nguồn âm phát ví dụ pha điện áp dịng điện 900 tín hiệu khơng giữ bị reset nguồn dương phát Tín hiệu mức thấp mức cao phụ thuộc vào xung phát chân CF 21 DGND Chân nối đất cho mạch số ADE 7751, ví dụ mạch nhân, mạch lọc, mạch biến đổi số thành tần số 22 CF Chân điều chỉnh tần số logic Tín hiệu CF đưa thơng tin Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học Chân Tên - 41 Mô tả nguồn tức thời Đầu sử dụng cho mục đích điều chỉnh 23,24 F2, F1 Đầu tần số logic F1 F2 cung cấp công suất thực trung bình Tín hiệu logic sử dụng để điều khiển trực tiếp đếm điện động bước pha 2.3.2.5 Sai số độ lệch ADC Tín hiệu vào tương tự nối với AGND, ADC tồn tín hiệu tương tự từ 1mV đến 10mV Tuy nhiên, HPF đóng mạch, độ lệch gỡ bỏ từ kênh dịng điện việc tính cơng suất khơng bị ảnh hưởng độ lệch 2.3.2.6 Sai số độ khuếch đại Lỗi độ khuếch đại ADE 7751 định nghĩa sai khác tần số đo tần số lý tưởng Nó đo với hệ số khuếch đại 1ở kênh V1A Sự sai khác biểu thị phần tần số lý tưởng 2.3.2.7 Sai số phép đo Sai số tìm thấy phép đo điện tính cơng thức: Năng lượng điện ghi ADE 7751 – Năng lượng điện h x 100% Năng lượng điện thực 2.3.2.8 Sai số pha kênh HPF kênh có pha đáp ứng đầu Độ lệch đáp ứng pha đáp ứng pha cân kênh, hệ thống pha hiệu chỉnh bố trí kênh Độ hiệu chỉnh ± 0.10 dải 45Hz đến 65Hz ±0.20 dải 40Hz đến 1kHz 2.3.2.9 Nguyên lý hoạt động Hai ADC số hóa tín hiệu điện áp dòng điện từ biến đổi dòng điện điện áp.ADC 16 bít biến đổi với tần số lấy mẫu 900kHz Tín hiệu vào tương tự đơn giản hóa cách lắp dây động vào biến đổi đơn giản thiết kế lọc Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 42 - Việc tính cơng suất thức tính từ tín hiệu cơng suất tức thời Tín hiệu cơng suất tức thời đưa cách nhân trực tiếp dòng điện điện áp Hình 2.6 Biểu diễn phương pháp xử lý tín hiệu Đầu số thấp ADE 7751 đưa cách cộng cơng suất thực Bản thân tần số thấp thời gian tính dài xung Tần số tỷ lệ với tổng cơng suất thực Cơng suất trung bình thực tính thành lượng điện a Khảo sát hệ số cơng suất: Phương pháp sử dụng tính cơng suất thực từ tín hiệu cơng suất tức thời hợp lệ chí dịng điện điện áp không pha Nếu chắn điện áp dịng điện hình sin, giá trị cơng suất thực tín hiệu cơng suất tức thời tính (với độ lệch pha dòng điện điện áp 600): V *I *cos(600) (2-1) b Dạng sóng khơng hình sin điện áp dịng điện Đo lường hệ thống điều khiển - 43 - Luận văn thạc sỹ khoa học Phương pháp tính cơng suất thực giữ dạng sóng điện áp dịng điện khơng hình sin.Tất dạng sóng điện áp dòng điện ứng dụng thực tế có vài sóng điều hịa Sử dụng hàm Fourier, dịng điện điện áp tức thời biểu thị ∞ v(t ) = V + * ∑ Vh * sin(hωt + α h ) (2-2) h #0 đó: v(t): điện áp tức thời V0: điện áp trung bình Vh: giá trị điện áp sóng điều hịa αh: pha điện áp sóng điều hịa ∞ i (t ) = I + * ∑ I h * sin( hωt + β h ) ( 2-3 ) h #0 đó: i(t): dịng điện tức thời I0: dịng điện trung bình Vh: giá trị dịng điện sóng điều hịa βh: pha dịng điện sóng điều hịa Sử dụng cơng thức (2-2) (2-3) ta tính cơng suất P P= P1 + P2 đó: P1 = V1.I1.cos(φ1) φ1=α1 - β1 ∞ PH = ∑ V H I H cos(φh) h≠ φh=αh - βh 2.3.2.10 Tín hiệu vào tương tự: Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 44 - Kênh V2 ( kênh điện áp) Đầu biến đổi điện áp nối với ADE 7751 đầu vào tương tự Kênh điện áp có đầu vào điện áp chênh lệch hồn tồn Tín hiệu đỉnh chênh lệch lớn kênh ±660mV Hình 2.7 Mức tín hiệu lớn kênh Hình 2.7 biểu diễn mức tín hiệu lớn nối với ADE 7751 kênh Kênh điều khiển từ điện áp chế độ thơng thường, ví dụ: tín hiệu chênh lệch điện áp thường so sánh với AGND Tín hiệu vào tương tự ADE 7751 điều khiển với điện áp chế độ thông thường 100mV so với AGND Tuy nhiên, kết tốt đạt sử dụng chế độ bình thường AGND Kênh V1 (Kênh dòng điện) Đầu điện áp từ biến đổi dòng điện nối với ADE 7751 Kênh có đầu vào điện áp, V1A V1B Các đầu vào có độ chênh lệch so với V1N Tuy nhiên, vài thời điểm, có đầu vào chọn để thực tính cơng suất Tín hiệu vào V1A, V1B V1N có mức tín hiệu lớn giống giới hạn V2P V2N Tuy nhiên, kênh có chương trình hệ số khuếch đại bảng 2.I Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 45 - Bảng 2.I Hình 2.8 biểu diễn mức tín hiệu điện áp lớn V1A, V1B V1N Độ chênh lệch điện áp lớn ± 660mV Tín hiệu chênh lệch điện áp lớn đầu vào quy chuẩn chế độ bình thường, AGDN Hình 2.8: Mức tín hiệu hiệu lớn Hướng dẫn sơ đồ đấu dây: Hình 2.9 biểu diễn cách đấu nối cho kênh Đây tín hiệu vào tương tự sử dụng để điều chỉnh pha dịng điện trung tính Hai máy biến áp đo lường (CT) dùng để cách ly Chú ý, hai CT quy chuẩn so với AGND, chế độ điện áp bình thường 0V Chỉ số vòng dây điện trở Rb chọn cho nhận đỉnh độ chênh lệch điện áp ±660mV/gain Đo lường hệ thống điều khiển - 46 - Luận văn thạc sỹ khoa học Hình 2.9 Hướng dẫn đấu nối cho kênh Hình 2.10 biểu diễn cách đấu nối cho kênh Cách thứ nhất, sử dụng biến đổi điện áp, cách thứ hai ADE 7751 định thiên dây trung tính phân điện trở Điều chỉnh Ra Rb thích hợp Hình 2.10 Cách đấu nối cho kênh 2.3.2.11 Điều chỉnh nguồn cung cấp ADE 7751 chứa chip điều chỉnh nguồn cung cấp AVDD điều chỉnh ADE 7751 Nếu nguồn cung cấp nhỏ 4V± 5%, ADE bị reset Điều thuận lợi cho việc bắt đầu khởi động chế độ cấp điện chế độ ngắt điện 2.3.2.11 Tần số chân F1 F2 ADE 7751 tính kết hai tín hiệu điện áp (Chanel chanel 2), sau qua lọc thơng thấp để tạo cơng suất Cơng suất biến đổi thành tần số Đo lường hệ thống điều khiển Luận văn thạc sỹ khoa học - 47 - Tần số đưa F1 F2 dạng xung.Tốc độ xung phụ thuộc vào S0 S1 (bảng 2.2) Bảng 2.2 Tần số tính theo công thức sau: ( 2.4 ) Freq: Tần số kênh F1 F2 V1: điện áp hiệu dụng kênh V2: điện áp hiệu dụng kênh Gain: hệ số khuếch đại (bảng 2.1) VREF: điện áp chuẩn (2.5V± 8%) F1-4 lựa chọn theo bảng 2.2 2.3.2.11 Chọn tần số cho công tơ điện : Ở bảng 2.2, người dùng chọn tần số Tần số chọn xác định tần số lớn chân F1 F2 Tín hiệu sử dụng để điều khiển đếm lượng Trong trường hợp, số công tơ 100 imp/kWh Đo lường hệ thống điều khiển - 48 - Luận văn thạc sỹ khoa học CHƯƠNG III THIẾT KẾ BÀN KIỂM TRA CÔNG TƠ Hiện số trạm kiểm định công tơ điện sử dụng thiết bị kiểm hầu hết thiết bị q cũ lạc hậu khơng có khả ứng dụng công nghệ Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, đặc biệt phát triển thiết bị đo công suất lượng, đặt nhu cầu thay bàn kiểm trước tất yếu Qua trình tìm hiểu quy trình kiểm tra thơng số cơng tơ tìm hiểu chip đo lượng ADE 7751, em xây dựng bàn kiểm tra cơng tơ để làm cơng tơ chuẩn có cấp xác cao cơng tơ cần kiểm Việc kiểm tra cơng tơ có nhiều phần Tuy nhiên, thời gian có hạn nên luận văn em nghiên cứu kiểm tra phần đo lường: Kiểm tra ngưỡng độ nhạy: Được thực cách đặt lên công tơ kiểm định điện áp cố định, giá trị điện áp định mức, từ từ tăng dịng điện qua cơng tơ Ghi lại giá trị dịng điện nhỏ cơng tơ quay vịng Tính sai số: Dựa vào phương pháp so sánh với công tơ chuẩn Sau cấp nguồn cho cơng tơ khoảng thời gian t đó, ta đọc giá trị lượng công tơ kiểm cơng tơ mẫu Sai số tính là: δ= W − W0 x100 W0 % Trong đó: W : số điện tính hiệu số số cuối số đầu công tơ kiểm chế độ đóng tải dài hạn, số điện ứng với số vịng quay cơng tơ chế độ đóng tải ngắn hạn W0: ch Đo lường hệ thống điều khiển ... IC pha: ADE7 752, ADE7 754, ADE7 757, ADE7 758 Với - ADE7 751, ADE7 752, ADE7 757: có đầu xung - ADE7 756, ADE7 753, ADE7 754, ADE7 758: có ghi bên Họ ADE 775X hãng Analog Devices thiết kế để đo công suất... Chương II: Bàn kiểm tra công tơ linh kiện sử dụng ADE 7751 thiết kế công tơ Chương III: Thiết kế bàn kiểm tra công tơ Chương IV: Đánh giá sai số thực nghiệm Chương V: Kết luận Do thời gian có... nhu cầu thực tế chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu, thiết kế công tơ mẫu sử dụng ADE 7751 hãng Analog Devices? ?? Nội dung luận văn bao gồm: Chương I: Tổng quan phương pháp đo công suất điện Đo lường hệ thống