Khi có sự biến thiên về dòng điện trên cuộn sơ cấp sẽ sinh ra trên cuộn thứ cấp một điện áp cảm ứng và nếu thứ cấp kín mạch thì sẽ có dòng điện cảm ứng chạy qua.. Độ lớn của điện áp
Trang 1Chương 9: TRÌNH BÀY CHI TIẾT CÁC KHỐI
1) Khối cảm biến các đại lượng điện thành phần:
Sơ đồ mạch :
Theo công thức tính công suất điện năng tiêu thụ:
P = U I cos
Ta phải có ba đại lượng thành phần : U, I, và cos Như vậy, cần thiết kế cảm biến dòng và áp còn riêng đại lượng cos sẽ được suy ra bằng phần mềm
Thiết kế cảm biến dòng tải:
Trong sơ đồ trên, CBDT là cảm biến dòng tải có nhiệm vụ
cảm nhận độ lớn của dòng điện tiêu thụ của tải, dựa trên nguyên lí của máy biến áp:
Trang 2 Khi có sự biến thiên về dòng điện trên cuộn sơ cấp sẽ sinh ra
trên cuộn thứ cấp một điện áp cảm ứng và nếu thứ cấp kín mạch thì sẽ có dòng điện cảm ứng chạy qua
Độ lớn của điện áp thứ cấp phụ thuộc vào dòng điện chạy
trên cuộn sơ cấp và tỉ lệ số vòng dây quấn
Cảm biến trên chính là một biến dòng vì nó cảm nhận được
sự biến thiên về dòng điện trên phần sơ cấp để tạo ra một điện áp trên phần thứ cấp
Phải có sự cân bằng của lực từ động phần sơ cấp và phần thứ
cấp của biến dòng :
n1.i1 = n2.i2
Trong đó : n1 là số vòng dây quấn trên cuộn sơ cấp.
n2 là số vòng dây quấn trên cuộn thứ cấp
i1 là dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp
i2 là dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp
Do vậy cần lưu ý khi sử dụng biến dòng là không được để hở
phần thứ cấp khi phần sơ cấp đã có điện
Khi thiết kế nhất thiết phải chọn một số giá trị ban đầu Giá
trị thích hợp được chọn căn cứ vào độ phân giải của bộ chuyển đổi ADC
Do điều kiện thực tế, đề tài đã chọn ADC8089 làm bộ chuyển
đổi tương tự sang số
Các tính toán được trình bày như sau:
Trong sơ đồ trên, cuộn sơ cấp được thiết kế để chịu được dòng
tải cực đại là: 30 A
và được quấn 3 vòng trên lõi sắt từ phần sơ cấp:
Trang 3Như vậy theo công thức trên ta có:
3 vòng x 30A = n2.i2
Do ta cần chuyển đổi dòng điện phần thứ cấp thành điện áp
cho nên có một điện trở R1 được mắc vào mạch thứ cấp Giá trị điện trở này được chọn nhỏ khoảng 50
Ta chọn dòng chạy qua mạch thứ cấp là 100mA ứng với lúc
dòng điện bên sơ cấp đạt giá trị max, số vòng dây thứ cấp phải là:
n2 = 30 x 3 / 100 x 10 -3 = 900 vòng.
Công suất mà R1 phải chịu khi có dòng hiệu dụng cực đại
chạy qua là :
P R1 = 50 x I 2 max / 2 = 50 x 10 -2 / 2 = 0.25 W
Để có thể hoạt động lâu dài, ta chọn công suất của điện trở
R1 = 1W
Điện áp xoay chiều trên điện trở R1 cần qua một bộ nắn điện
là một cầu chỉnh lưu gồm 4 diode 1N4007
Sau khi qua cầu chỉnh lưu dạng sóng điện áp đã thành một
chiều thích hợp cho bộ biến đổi ADC, nhưng trước khi đưa vào ngõ analog của ADC thì điện áp này cần qua một bộ phân áp gồm 3 điện trở mắc nối tiếp nhau nhằm điều chỉnh điện áp cho thích hợp
Vì 3 điện trở này chỉ có tác dụng phân áp cho nên ta có thể
chọn giá trị tương đối dễ dàng và chỉ quan tâm đến tỉ lệ giữa chúng
Cụ thể như sau:
R2 = 1K , R3 = 3K , VR1 = 0.5K
Trang 4Tỉ lệ này có ảnh hưởng đến sai số của điện kế, nên chọn sao
cho giá trị max của điện áp ngõ vào càng gần giới hạn của ADC thì càng chính xác
Thiết kế cảm biến dòng điện rò:
Cấu tạo:
Người ta dùng một vòng xuyến mạch từ loại sắt Ferrit có độ từ
thẩm cao Trên đó có quấn hai cuộn dây có số vòng bằng nhau sao cho khi có dòng điện đi qua thì từ thông tổng của hai từ thông sinh ra bởi hai dòng điện đi và về qua hai cuộn dây này có trị số = 0 Một cuộn dây cảm biến quấn nhiều vòng có tiết diện bé để tiếp nhận dòng cảm ứng nếu như có xuất hiện
Khi xảy ra sự cố rò điện (chạm mass) trên đường dây của hộ
tiêu thụ thì do dòng điện đi và về trên dây pha và dây trung tính không bằng nhau dẫn đến dòng tổng bằng của hai dòng điện trên dây pha và dây trung tính 0
Dòng điện này tạo ra từ thông t trong vòng xuyến sắt từ Ferrit làm phát sinh sức điện động cảm ứng trên cuộn dây cảm ứng
Phương pháp quấn hai dây pha và dây trung tính: Quấn
đồng thời hai dây quanh lõi sắt từ, trong đề tài này ta thực hiện quấn khoảng 5 vòng
Cuộn dây cảm ứng cũng được quấn trên cùng một lõi Ferrit
nhưng được quấn riêng thành một cuộn và số vòng thực tế cần quấn khoảng 300 vòng Khi đó ta có thể phát hiện ra dòng rò khoảng 20 mA
Trang 5Trong thiết kế thực tế nếu như dòng điện cảm ứng quá bé thì
có thể tăng số vòng dây của cuộn dây cảm ứng hoặc lắp một bộ khuyếch đại bằng Op-amp tại đầu ra của cuộn dây cảm ứng
Tín hiệu tại ngõ ra này được đưa vào một bộ phân áp có cách
mắc và trị số như bộ phân áp của cảm biến dòng