bài tập dài đo lường thông tin công nghiệp

- Đo năng lượng tỏc dụng: cụng tơ tỏc dụng 3 pha 3 phần tử Cuộn tĩnh của Cosϕ điện động được mắc nối tiếp với mạch cần đo Cosϕ hoặc nối với thứ cấp của mỏy biến dũng, hai cuộn dõy động đ

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

1 Vẽ sơ đồ đo dũng, ỏp, Cosϕ, tần số, năng lượng tỏc dụng, năng lượng phản khỏng cho trạm phớa cao ỏp.

- Đo dũng điện: 3 dũng cần đo: IA, IB, IC

- Đo diện ỏp: cú 6 điện ỏp: UA, UB, UC, và UAB, UAC, UBC

- Đo năng lượng tỏc dụng: cụng tơ tỏc dụng 3 pha 3 phần tử

Cuộn tĩnh của Cosϕ điện động được mắc nối tiếp với mạch cần đo Cosϕ

(hoặc nối với thứ cấp của mỏy biến dũng), hai cuộn dõy động được mắc nối tiếp với R, L và được đặt lờn điện ỏp trờn tải (hoặc nối với thứ cấp của biến điện ỏp đo lường)

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 lượng tác dụng,

năng lượng phản kháng cho trạm phía cao áp

2.1 Chọn thang đo cho Ampemet.

- Ta chế tạo ampemet dựa trờn cơ cấu chỉ thị điện từ

- Nguyờn lý làm việc của cơ cấu chỉ thị điện từ

Ở đõy ta dựng cơ cấu chỉ thị điện từ loại hỳt (cơ cấu cuộn dõy dẹt) Cơ cấu cuộn dõy dẹt cú phần tĩnh là cuộn dõy dẹt cho dũng điện cuộn dõy đi qua, cũn phần động là một lỏ thộp đặt lệch tõm cú thể quay trong khe hở cuộn dõy tĩnh Ngoài ra cũn cú bộ phận cản dịu, lũ so phản, kim chỉ thị

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 điện chạy vào cuộn dõy tĩnh, trong lũng cuộn dõy sẽ cú một từ trường Từ trường này hỳt lỏ thộp vào trong lũng cuộn dõy tĩnh làm cho phần động quay đi một gúc α

Khi cú dũng điện một chiều chạy vào cuộn dõy ta cú mụmen quay

W

;

e q

d M

2 2 ax

1 ( ) 2

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 BU định mức là 100(V) nên chọn volke có thang đo: DV=100(V)

- Chọn đồng hồ đo vol DT96

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 cosϕ.

- Ta sử dụng cơ cấu chỉ thị logomet điện động để chế tạo dụng cụ cosϕ

+ 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, i1, i2, 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 Mq1, Mq1:

1

2

os( , ) os( , )

M q

M q

d

d d

d

α α

= × × ×

= × × ×Với M1, M2 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

2

M M

d

I c f

I c

α α

β α

Với I1, I2, là các giá trị hiệu dụng của các dòng điện i1, i2

β1, β2 là các góc lệch pha giữa các dòng điện i, i1 và i, i2

Sử dụng cơ cấu chỉ thị logomet điện động để chế tạo dụng cụ đo cosϕ trong mạch 1 pha

u.

i.20

Dòng I1 trùng pha với điện áp U, dòng I2 vuông pha với điện áp U.

Theo công thức của cơ cấu logomet điện động ta có

sin

os os

o

I c f

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

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 BI, BU 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( )

dm dm

2.6 Chọn thang đo cho biến điện áp.

Ta có điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp là Uđm=35(KV)

Điện áp định mức phía thứ cấp của máy biến áp là Utcđm=100(V)

Vậy ta chọn BU cú hệ số biến điện ỏp K U = 0,135 .

2.7 Chọn thang đo cho cụng tơ đo năng lượng tỏc dụng.

Vỡ cụng tơ mắc vào phớa thứ cấp nờn: Uđm=100(V); Iđm=5(A); Tmax=720(h).Vậy

- Chứng minh cỏch mắc cụng tơ đo năng lượng tỏc dụng là đỳng

Hình 9: Sơ đồ công suất tác dụng bằng ba Wattmet

B B B

C C C

2.8 Chọn thang đo cho cụng tơ đo năng lượng phản khỏng.

Vỡ cụng tơ mắc vào phớa thứ cấp nờn:

- Chứng minh cỏch mắc cụng tơ đo năng lượng phản khỏng là đỳng

Ta cú cụng tơ phản khỏng 3 pha 2 phần tử cú cuộn dõy nối tiếp phụ ở pha C

H×nh 11:

a b c

T¶i 3 pha bÊt kú

Do có sự tương hỗ giữa từ thông φ1 và φ2 với các dòng điện ix1 và ix2 mà sinh

ra các lực F1 và F2 và các mômen tương ứng làm quay đĩa nhôm

Ta xét các mômen thành phần như sau:

M11 là mômen sinh ra do φ1 tác động lên ix1

M12 là mômen sinh ra do φ1 tác động lên ix2

M21 là mômen sinh ra do φ2 tác động lên ix1

M22 là mômen sinh ra do φ2 tác động lên ix2

Giá trị tức thời của mômen quay M1t do sự tác động tương hỗ giữa φ1 và dòng tức thời ix1 là:

M1t = C φ1 ix1 (với C là hệ số tỉ lệ)Giả sử: Φ1= φ1m.sinωt

ix1 = Ix1m sin(ωt-ϕ)Với ϕ là góc lệch pha giữa Φ1 và ix1, ta có:

3.1 Tính số chỉ của mỗi công tơ trong thời gian một tháng

3.1.1 Tính số chỉ của công tơ đo năng lượng tác dụng

a) Ta có:

35( ) 82.4786( ) 0,8 24 30 576( )

0,1 100 5

dm dm dm

b) Số chỉ của công tơ tác dụng ở chế độ non tải.

41,41°

c) Số chỉ của công tông tơ tác dụng trong một tháng:

Wcttd = Wcttddm + Wcttdnt

⇒ Wcttd = 357,94 + 46,285 = 404,225 (KWh)

⇒ Số chỉ của công tơ tác dụng trong một tháng là: Wcttd = 404,225 (KWh)

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

a) Số chỉ của công tơ phản kháng ở chế độ định mức.

Udm = 35(KV)

Idm = 82,4786(A)

Tdm = 0,8.24.30 = 576(h)cosϕdm = 0,87 ⇒ϕdm = 29,54o

c) Số chỉ của công tơ phản kháng trong một tháng.

td TB

td pk

P t P

tddm U I cttddm tddm

pkdm U I ctpkdm pkdm

KWh

KV h K

K M

tddm pkdm TBdm

ϕ ϕ

W 46, 285( )

35 0,1 100 5 à

tdnt U I cttdnt tdnt

pknt U I ctpknt pknt

KWh

KV h K

K M

tdnt pknt TBnt

ϕ ϕ

td U I cttd td

pk U I ctpk pk

KWh

KV h K

K M

td pk TB

ϕ ϕ

4 Tính sai số.

4.1 Đưa ra công thức để đánh giá sai số.

- Sai số tuyệt đối của một thiết bị đo được định nghĩa là giá trị lớn nhất của các sai lệch gây nên của thiết bị trong khi đo: ∆X = max[δi]

- 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 đánh giá bằng sai số tương đối.

+ Với một phép đo, sai số tương đối được tính:

X X

β ∆ = Với X là giá trị đại lượng đo.

+ Với một thiết bị đo, sai số tương đối được tính:

X D

γ ∆ =Giá trị γ% gọi là sai số tương đối quy đổi dùng để sắp xếp các thiết bị đo thành các cấp chính xác

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

β γ = ×Trong đó γ là sai số tương đối của thiết bị đo, phụ thuộc cấp chính xác và không đổi nên sai số tương đối của phép đo càng nhỏ nếu D/X dần đến 1 Vì vậy khi đo một đại lượng nào đó cố gắng cho D ≈ X

- Tính toán sai số gián tiếp

Trong thực tế có nhiều phương pháp đo mà kết quả được tính từ phép đo trực tiếp khác, người ta gọi phép đo đó là phép đo gián tiếp

Giả sử có một phép đo gián tiếp đại lượng y thông qua các phép đo trực tiếp

β = ∆

4.2 Tính sai số ở trường hợp định mức.

a) Sai số của phép đo dòng điện.

Ta có: IA = IB = IC

Ta có dòng điện thực của tải qua các pha A, B, C được xác định: Idm = KI

IAdm

dm Adm

I

I I K

Ta có:

100

; 82, 4786 5

dm Adm

I

D D I

K

γ γ

dm dm

dm

I I

- Tính sai số của phép đo điện áp dây: UAB = UAC = UBC = Ud.

Ta có giá trị thực điện áp dây theo phép đo:

35

100 3500( ) 0,1

; 100( ); 0,5( )

d

U U

U

- Tính sai số của phép đo điện áp pha: UA = UB = UC = Uf

Ta có giá trị điện áp pha thực của tải:

35000 ( )

à

d f

35000 100 100

( ) 35000

0,5

100 0,5( ) 100

f Vf

2 2

5, 25

0,1 3

f

Vf U

f

U Vf

f

U U

U

Vậy:

Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp dây là: ∆U d = ± 553,3986( )V

Sai số tương đối của phép đo điện áp dây là: βU d% = ± 1,5811%

Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp pha là: ∆U f = ± 350( )V

Sai số tương đối của phép đo điện áp pha là: βU f% = ± 1,732%

c) Sai số của phép đo năng lượng tác dụng.

Vì công tơ mắc vào pha phía thứ cấp nên:

W 9,353( ); W 357,94( )

35

5, 25;

0,1 100

tddm

U cttddm I

tddm

U I cttddm

tddm

K K

K K

2505580

tddm tddm

tddm tddm

D

KVARh KVARh

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

pkdm

U ctpkdm I

pkdm

U I ctpkdm

pkdm

K K

K K

pkdm pkdm

tddm TBdm

tddm pkdm TBdm

tddm

tddm pkdm pkdm

TBdm tddm

tddm pkdm tddm pkdm TBdm

os

os 8,3766 10

0,87

TBdm TBdm

TBdm TBdm

TBdm

c c

c c

Sai số tuyệt đối của phép đo cosϕTBdm là: ∆cos ϕTBdm = ± 8,3766 10 × − 3

Sai số tương đối của phép đo cosϕTBdm là: βcos ϕTBdm% = ± 0,9628%

4.3 Tính sai số ở trường hợp non tải.

a) Sai số của phép đo dòng điện.

Ta có:

0, 6 0,6 82, 4786 49, 487( )

49, 487

5 2, 47435( ) 100

nt Ant

49, 487

nt nt

nt

I I

I

Vậy:

Sai số tuyệt đối của phép đo dòng điện ở chế độ non tải: ∆ = ±I nt 0,7035( )A

Sai số tương đối của phép đo dòng điện ở chế độ non tải: βI nt% = ± 1, 4216%

b) Sai số của phép đo điện áp.

Vì Unt = Udm nên theo kết quả sai số của phép đo điện áp ở chế độ định mức

ta có sai số của phép đo điện áp dây và điện áp pha ở chế độ non tải:

Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp dây: ∆U d = ± 553,3986( )V

Sai số tương đối của phép đo điện áp dây: βU d% = ± 1,5811%

Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp pha: ∆U f = ± 350( )V

Sai số tương đối của phép đo điện áp pha: βU f% = ± 1,732%

c) Sai số của phép đo năng lượng tác dụng.

623,538( )

ct cttd

U cttdnt I

tdnt

U I cttdnt

tdnt

K K

K K

pknt

U ctpknt I

pknt

U I ctpknt

pknt

K K

K K

pknt

e) Đánh giá sai số của phép đo cosϕTB

2 2

W os

tdnt TBnt

tdnt pknt

+Sai số tuyệt đối của phép đo cosϕTBnt là:

2 2

tdnt pknt TBnt

tdnt

tdnt pknt pknt

TBnt tdnt

tdnt pknt tdnt pknt TBnt

pknt tdnt tdnt pknt pknt TBnt

TBnt

c c

Sai số tuyệt đối của phép đo cosϕTBnt là: ∆cos ϕTBnt = ± 0,07136

Sai số tương đối của phép đo cosϕTBnt là: βcos ϕTBnt% = ± 9,514%

4.4 Tính sai số của phép đo cosϕTB trung bình trong 1 tháng.

Ta có:

W os

td TB

td pk

c ϕ =

+

cttd ctpk cttd ctpk TB

404, 2

ctpk cttd cttd ctpk ctpk TB

TB

c c

+ Kênh S1 (S1): là tín hiệu dòng pha A.

+ Kênh S2 (S2): là tín hiệu dòng pha B

+ Kênh S3 (S3): là tín hiệu dòng pha C

- Tín hiệu điện áp

+ Kênh S4 (S4): là tín hiệu điện áp pha A

+ Kênh S5 (S5): là tín hiệu điện áp pha B

+ Kênh S6 (S6): là tín hiệu điện áp pha C

+ Kênh S7 (S7): là tín hiệu điện áp dây AB

+ Kênh S8 (S8): là tín hiệu điện áp dây BC

+ Kênh S9 (S9): là tín hiệu điện áp dây AC

- Các tín hiệu khác

+ Kênh S10 (S10): là tín hiệu đo cosϕA.+ Kênh S11 (S11): là tín hiệu đo cosϕB.+ Kênh S12 (S12): là tín hiệu đo cosϕC.+ Kênh S13 (S13): là tín hiệu đo tần số dây AB

+ Kênh S14 (S14): là tín hiệu đo tần số dây BC

+ Kênh S15 (S15): là tín hiệu công tơ tác dụng

+ Kênh S15 (S15): là tín hiệu công tơ phản kháng

1.2 Lập bảng trạng thái cho từng MUX.

1.2.1 Lựa chọn bộ MUX cho các tín hiệu.

- Cấu tạo: Bộ MUX – Bộ dồn kênh

q

mux

+ Đầu vào địa chỉ (A): Adress

+ Đầu vào dữ liệu (D): Data

+ Đầu vào cho phép (C): Clock

+ Xung đồng bộ

+ Đầu ra: Q (Q− là đầu ra đảo của Q), Q sẽ được đóng vào các tín hiệu đầu vào theo 2 phương án:

+ Theo một chương trình quét cho trước: D0, D1, D2, …, Dn-1

+ Đầu ra Q được đóng vào chân dữ liệu đầu vào Di nào đó nếu như tương ứng với địa chỉ của nó

+ Một MUX có n chân địa chỉ bao giờ cúng có 2n chân dữ liệu

1.2.2 Lập bảng trạng thái cho từng MUX cho các tín hiệu

- Với tín hiệu đầu vào là tín hiệu dòng điện: có 3 tín hiệu vào ta có quy định như sau:

+ Dòng pha A: có chân dữ liệu là D01

+ Dòng pha B: có chân dữ liệu là D11

+ Dòng pha C: có chân dữ liệu là D21

+ Dữ liệu địa chỉ là các chân A1 và A2

+ Điện áp pha A: có chân dữ liệu là D02.

+ Điện áp pha B: có chân dữ liệu là D12

+ Điện áp pha C: có chân dữ liệu là D22

+ Điện áp dây AB: có chân dữ liệu là D32

+ Điện áp dây BC: có chân dữ liệu là D42

+ Điện áp dây AC: có chân dữ liệu là D52

- Với tín hiệu đầu vào là tín hiệu khác: có 7 tín hiệu vào ta quy định như sau:

+ Đo cosϕA: có chân dữ liệu là D03

+ Đo cosϕB: có chân dữ liệu là D13

+ Đo cosϕC: có chân dữ liệu là D23

+ Đo tần số dây AB: có chân dữ liệu là D33

+ Đo tần số dây BC: có chân dữ liệu là D43

+ Đo công tơ tác dụng: có chân dữ liệu là D53

+ Đo công tơ tác dụng: có chân dữ liệu là D63

- Dữ liệu vào MUX ∑ là các Q1, Q2, Q3 ta cúng có bảng trạng thái sau:

2 Vẽ sơ đồ hệ thống truyền dẫn cho trạm.

2.1 Các bộ chuyển đổi chuẩn hoá.

KẾT LUẬN

Qua bài tập dài, em đã hiểu hơn về kiến thức của môn học Bài tập dài giúp

em hiểu thêm về các cơ cấu, các thiết bị đo trong đo lường Giúp em hiểu thế nào

là hệ thống thông tin công nghiệp Và biết ứng dụng kiến thức môn học vào thực tế.

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy.