(Luận văn thạc sĩ hcmute) tìm hiểu ảnh hưởng của đặc tính biên độ tần số và góc pha tần số lên phổ tần của thiết bị đo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THỊ MỸ HUYỀN

TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH BIÊN ĐỘ TẦN SỐ
VÀ GÓC PHA – TẦN SỐ LÊN PHỔ TẦN THIẾT BỊ ĐO

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202

S K C0 0 4 6 6 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THỊ MỸ HUYỀN

TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH BIÊN ĐỘ TẦN SỐ
VÀ GÓC PHA – TẦN SỐ LÊN PHỔ TẦN THIẾT BỊ ĐO

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

i

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THỊ MỸ HUYỀN

TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH BIÊN ĐỘ TẦN SỐ
VÀ GÓC PHA – TẦN SỐ LÊN PHỔ TẦN THIẾT BỊ ĐO

NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

Tp.
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

Hồ Chí Minh, tháng
2015 PGS. TS

i 10 nămGVHD:

Luan van

Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGUYỄN THỊ MỸ HUYỀN

Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 19/03/1982

Nơi sinh: Sóc Trăng

Quê quán: Kế Sách – Sóc Trăng.

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 95/2, Ấp Phong Thới, Xã Phong Nẫm, Huyện Kế
Sách, Tỉnh Sóc Trăng
Điện thoại cơ quan: 07103.821.327

Điện thoại nhà riêng: 0985.064.555

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: tại chức

Thời gian đào tạo từ 09/2002 đến 2007.

Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thi tốt nghiệp
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 10/2015
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện.
Tên luận văn:
Tìm hiểu ảnh hưởng của đặc tính biên độ tần số và góc pha tần số lên phổ tần
thiết bị đo.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10 năm 2015, Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

i

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương

Luận văn thạc sĩ

III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác

Thời gian
Từ 12/2008
đến nay

Công việc đảm nhiệm

Trường Cao đẳng Nghề Cần Thơ

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

ii

Luan van

Giảng viên

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

iii

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô,
giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa
Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức q báu cho tơi
trong tồn khóa học.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp và
giúp tơi hồn thành luận văn đúng thời hạn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các anh chị học viên cùng lớp cao học
Kỹ thuật điện 2013 – 2015 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tơi trong suốt q
trình học và thực hiện luận văn này.
Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong nhận được sự quan tâm và đóng góp ý kiến quý báu của Quý Thầy, Cô

và các bạn để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
Người thực hiện

Nguyễn Thị Mỹ Huyền

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

iv

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

TÓM TẮT
Đo lường cao áp là một q trình khó khăn, phức tạp tốn kém về thời gian
cũng như tài chính. Các giá trị cao áp thường được đo gián tiếp qua các thiết bị.
Trong thực tế, vấn đề đo lường chính xác là vấn đề cần tập trung nghiên cứu để đưa
ra kết quả chính xác nhất. Dựa theo một số tiêu chuẩn đo lường cao áp, từ đó tìm
được các giá trị phổ tần số để từ đó đưa ra được các thơng số nhằm giúp cải tiến
chất lượng đo lường và giúp cho nhà sản xuất sử dụng các thông số này để chế tạo
các thiết bị đo lường xung cao áp càng chính xác hơn.
Trong phần luận văn này nghiên cứu các dạng phân áp tiêu biểu trong đo
lường điện áp cao, nghiên cứu đặc tính tần số và phân tích ảnh hưởng của biên độ tần số và pha – tần số lên phép đo xung sóng sét chuẩn tồn sóng nhằm mục đích
nghiên cứu ảnh hưởng hai thơng số này đến phổ tín hiệu ra của xung sóng sét tồn
sóng.

Nội dung của luận văn được chia thành 6 chương:
· Chương 1: Giới thiệu tổng quan
· Chương 2: Các dạng bộ phân áp cao thế tiêu biểu
· Chương 3: Đặc tính tần số
· Chương 4: Phân tích ảnh hưởng biên độ – tần số và pha – tần số lên phép đo
xung sóng sét chuẩn tồn sóng
· Chương 5: Nghiên cứu phổ tần của bộ phân áp điện trở
· Chương 6: Chương trình code tính tốn phục vụ luận văn
· Chương 7: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

v

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

ABSTRACT
High voltage measurement is a difficult complex process, and expensive in
terms of time as well as financial. The high-voltage values is usually measured
indirectly through the equipments .In reality, accurate measurement problems are
issues that need intensive research to give the most accurate results. Based on highvoltage measurement standard, to find the value of the frequency spectrum to
provide parameters to help improve measurement quality and to help manufacturers
to use these parameters to manufacture impulse high-voltage measurement devices
more accurately.
This essay researches types of typical voltage divider in high voltage

measuring, studying frequency characteristic and analysis effect of amplitude
frequency and phase frequency in measuring for standard full lightning waves
impulse is to analize the effect of parameters on output signal spectrum of standard
full lightning waves impulse.
The content of this thesis is includes six chapters:
· Chapter 1: Overview
· Chapter 2: The typical high voltage dividers
· Chapter 3: Frequency characteristic
· Chapter 4: Analysis effect of amplitude frequency and phase frequency in
measuring for standard full lightning waves impulse
· Chapter 5: Research the frequency spectrum of resister high voltage divider
· Chapter 6: The code program calculate for thesis
· Chapter 7: Conclusions and further development topics

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

vi

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iv
TÓM TẮT ................................................................................................................... v

MỤC LỤC ................................................................................................................ vii
MỘT SỐ THUẬT NGỮ ............................................................................................. x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................ xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ..................................................................................... xv
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN................................................................ 1
1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ....................................................... 1
1.2 Mục tiêu của đề tài................................................................................................ 2
1.3 Nhiệm vụ của đề tài .............................................................................................. 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.5 Giới hạn của đề tài ................................................................................................ 3
1.6 Điểm mới của đề tài .............................................................................................. 3
CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG BỘ PHÂN ÁP CAO THẾ .............................................. 4
2.1 Bộ phân áp điện trở............................................................................................... 4
2.2 Bộ phân áp điện dung ........................................................................................... 7
2.3 Bộ phân áp điện dung – trở ................................................................................. 11
2.4 Bộ phân áp loại khác. ......................................................................................... 13
CHƯƠNG 3: ĐẶC TÍNH TẦN SỐ ......................................................................... 15
3.1 Giới thiệu về phép biến đổi Fourier .................................................................... 15
3.1.1 Biến đổi Fourier ............................................................................................... 15
3.1.1.1 Biến đổi Fourier liên tục ............................................................................... 16
3.1.1.2 Chuỗi Fourier ................................................................................................ 17
3.1.1.3 Biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc DTFT.................................................. 17
3.1.1.4 Chuỗi Fourier rời rạc .................................................................................... 18

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

vii

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

3.1.1.5 Biến đổi Fourier hữu hạn .............................................................................. 19
3.1.2 Tìm hiểu biến đổi Fourier thuận ...................................................................... 20
3.1.3 Tìm hiểu biến đổi Fourier ngược ..................................................................... 25
3.1.4 Biến đổi của một số dạng điện áp cao thế tiêu biểu ........................................ 25
3.1.4.1 Xung dạng hàm mũ....................................................................................... 25
3.1.4.2 Xung vuông .................................................................................................. 26
3.1.4.3 Xung tăng tuyến tính và cắt ở thời gian Tc .................................................. 27
3.2 Đặc tính biên độ – tần số, pha – tần số ............................................................... 27
3.3 Ứng dụng đặc tính tần số .................................................................................... 30
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẶC TÍNH BIÊN ĐỘ - TẦN SỐ
VÀ PHA - TẦN SỐ LÊN PHÉP ĐO XUNG SĨNG SÉT CHUẨN TỒN SĨNG
.................................................................................................................................. 32
4.1 Biến đổi Fourier xung điện áp sét ....................................................................... 32
4.1.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 32
4.1.2 Biến đổi Fourier thuận ..................................................................................... 33
4.1.3 Biến đổi Fourier nghịch ................................................................................... 34
4.2 Xây dựng hàm u2*(t) của xung tồn sóng........................................................... 36
4.3 Phổ của tín hiệu ra khi H(x) = const, φ(x) = var ................................................ 39
4.4 Phổ của tín hiệu ra khi H(x) = var, φ(x) = 0 ....................................................... 47
4.5 Phổ của tín hiệu ra khi H(x) = var, φ(x) = var .................................................... 53
4.5.1 Phổ của tín hiệu ra khi -20% ≤ H(x) ≤ 20% và -200 ≤ φ ≤ 200 ........................ 53
4.5.2 Phổ của tín hiệu ra khi H(x) = min, φ(x) = max ............................................. 59
4.5.3 Phổ của tín hiệu ra khi H(x) = max, φ(x) = min ............................................. 62
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU PHỔ TẦN CỦA BỘ PHÂN ÁP ĐIỆN TRỞ ........... 67
5.1 Xây dựng biểu thức hàm phổ biên độ tần số và phổ pha tần số của bộ phân áp

điện trở ...................................................................................................................... 67
5.2 Phổ tín hiệu ra u2*(t) của bộ biến đổi điện áp của xung tồn sóng qua bộ phân áp
điện trở ...................................................................................................................... 74
5.2.1 Xây dựng biểu thức ......................................................................................... 74
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

viii

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

5.2.2 Phổ tín hiệu ra u2*(t) với dạng sóng 1.2/50 ( ms )............................................. 76
5.2.3 Phổ tín hiệu ra u2*(t) với dạng sóng 250/2500 ( ms )........................................ 80
5.2.4 Phổ tín hiệu ra u2*(t) với dạng sóng 4000/7500 ( ms )...................................... 85
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................... 91
6.1 Các kết quả đạt được của đề tài .......................................................................... 91
6.2 Hướng phát triển của đề tài ................................................................................ 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 92
PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH CODE TÍNH TỐN PHỤC VỤ LUẬN VĂN...... 94
1.1 Chương trình phân tích phổ fourier thuận và nghịch của xung sét .................... 94
1.1.1 Chương trình phân tích fourier thuận .............................................................. 94
1.1.2 Chương trình phân tích phổ fourier nghịch ..................................................... 95
1.2 Chương trình code phân tích phổ tần số qua bộ phân áp của xung sét .............. 96
1.1.1 Chương trình code vẽ u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.2/50 ms ........................ 96
1.1.2 Chương trình code vẽ u2* (t ) theo tần số khi H(x) = const, φ(x) = var ............. 97
1.3 Chương trình tốn tìm giá trị sai số u2* (t ) theo giá trị tần số f ........................... 99

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

ix

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

MỘT SỐ THUẬT NGỮ
ω

: Tần số góc (rad/s)

f

: Tần số (Hz)

fgh,tb

: Tần số giới hạn của thiết bị

∆f

: dải thông của thiết bị đo (Hz)

T

: Chu kỳ (s)

C

: Điện dung dọc của Bộ biến đổi điện cao áp điện trở

C1

: Điện dung ký sinh đối với đất của Bộ biến đổi điện cao áp điện trở

C2

: Điện dung ký sinh đối với cực cao áp của Bộ biến đổi điện cao áp
điện trở

R

: Điện trở của Bộ biến đổi điện cao áp điện trở

n

: Số phần tử của Bộ biến đổi điện cao áp điện trở

z

:Tổng trở của bộ phân áp trên một đơn vị chiều dài

y1,2

:Điện dẫn của bộ phân áp trên một đơn vị chiều dài

h

:Chiều cao của bộ phân áp

x

: Chiều cao tính từ điểm khảo sát của phần tử cao thế đến mặt đất

dux

: Vi phân điện áp tại điểm x

U

: Điện áp đặt vào bộ phân áp

ux

: Điện áp tại điểm x đang khảo sát

p

: Toán tử

Umax

: Giá trị cực đại của U(t)

Ts

: Độ dài xung

Tds

: Độ dài đầu sóng

t

: Thời gian tăng của xung điện áp đo

φ(ω)

: Phổ pha – tần số

H ( jw ) = H (w ) : Phổ biên độ – tần số
H 0 (w ) =

H ( jw )
: Phổ biên độ – tần số tương đối
H (0 )

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

x

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương

Luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Bộ phân áp điện trở.................................................................................... 4
Hình 2.2: Dạng chung của bộ phân áp điện trở ......................................................... 6
Hình 2.3: Bộ phân áp điện dung ................................................................................ 7
Hình 2.4: Bộ phân áp điện dung ................................................................................ 8
Hình 2.5: Sơ đồ tương đương của bộ phân áp điện dung .......................................... 8
Hình 2.6: Sơ đồ tương đương của bộ phân áp điện dung đệm ................................ 10
Hình 2.7a: Bộ phân áp dung – trở ........................................................................... 11
Hình 2.7b: Sơ đồ bộ phân áp dung – trở.................................................................. 12
Hình 2.7c: Sự méo dạng của xung đo qua bộ phân áp dung – trở ........................... 13
Hình 2.8a: Bộ phân áp điện cảm ............................................................................. 13
Hình 2.8b: Bộ phân áp tổng trở ............................................................................... 14
Hình 4.1: Dạng sóng của xung điện áp chuẩn ......................................................... 33
Hình 4.2: Phổ Fourier thuận sóng 1.2/50 ms ........................................................... 34
Hình 4.3: Phổ Fourier nghịch sóng 1.2/50 ms ......................................................... 36
Hình 4.4: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.2/50 ms ............................ 38
Hình 4.5: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = + 50 ............... 39
Hình 4.6: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = + 100 ............. 40
Hình 4.7: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = + 150 ............. 41
Hình 4.8: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = + 200 ............. 41
Hình 4.9: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = -50 ................. 42
Hình 4.10: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = -100 ............. 43
Hình 4.11: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = -150 ............. 43
Hình 4.12: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = const, φ(x) = -200 ............. 44
Hình 4.13: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp -200 ≤ φ(x) ≤ 200, H(x) = const ............ 44
Hình 4.14: Giá trị sai số u2* (t ) theo f với -200 ≤ φ(x) ≤ 200, H(x) = const .............. 45

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

xi

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

Hình 4.15: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +5%, φ(x) = 0................... 47
Hình 4.16: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +10%, φ(x) = 0................. 48
Hình 4.17: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +15%, φ(x) = 0................. 48
Hình 4.18: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +20%, φ(x) = 0................. 49
Hình 4.19: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -5%, φ(x) = 0 ................... 49
Hình 4.20: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -10%, φ(x) = 0 ................. 50
Hình 4.21: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -15%, φ(x) = 0 ................. 50
Hình 4.22: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -20%, φ(x) = 0 ................. 51
Hình 4.23: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp -20% ≤ H(x) ≤ 20%, φ(x) = 0 ............... 51
Hình 4.24: Giá trị sai số của u2* (t ) theo f với -20% ≤ H(x) ≤ 20%, φ(x) = 0 .......... 52
Hình 4.25: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -5%, φ(x) = +50 ................ 54
Hình 4.26: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -10%, φ(x) = +100 ............ 54
Hình 4.27: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -15%, φ(x) = +150 ............ 55
Hình 4.28: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -20%, φ(x) = +200 ............ 55
Hình 4.29: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +5%, φ(x) = -50 ................ 56
Hình 4.30: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +10%, φ(x) = -100 ............ 56
Hình 4.31: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +15%, φ(x) = -150 ............ 57
Hình 4.32: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +20%, φ(x) = -200 ............ 57

Hình 4.33: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp H(x) = var, φ(x) = var .......................... 58
Hình 4.34: Giá trị sai số của u2* (t ) theo f với H(x) = var, φ(x) = var ..................... 59
Hình 4.35: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -80%, φ(x) = 900 .............. 60
Hình 4.36: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = -90%, φ(x) = 1800 ............ 60
Hình 4.37: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = min, φ(x) = max ............... 61
Hình 4.38: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = bé, φ(x) = lớn ................... 61
Hình 4.39: Giá trị sai số của u2* (t ) theo f với H(x) = bé, φ(x) = lớn........................ 62

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

xii

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

Hình 4.40: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +80%, φ(x) = 100 ............. 63
Hình 4.41: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = +90%, φ(x) = 10 ............... 63
Hình 4.42: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = max, φ(x) = min ............... 64
Hình 4.43: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số với H(x) = lớn, φ(x) = bé ................... 64
Hình 4.44: Giá trị sai số của u2* (t ) theo f với H(x) = lớn, φ(x) = bé........................ 65
Hình 5.1: Sơ đồ biểu diễn tổng quát bộ biến đổi cao áp có xét đến ảnh hưởng của
điện dung ký sinh đối với cực cao áp, đất và điện dung dọc .................................... 68
Hình 5.2: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng1.2/50 ms với H(x) là hàm phổ
biên độ – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở và φ(x) = 0 ................................... 76
Hình 5.3: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng1.2/50 ms với H(x) = const,
φ(x) hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở ...................................... 77

Hình 5.4: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng1.2/50 ms với H(x), φ(x) là
hàm phổ biên độ – tần số và hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở
.................................................................................................................................. 78
Hình 5.5: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp theo tần số dạng sóng 1.2/50 ms ............. 79
Hình 5.6: Giá trị sai số của u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.2/50 ms ........................ 80
Hình 5.7: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 250/2500 ms với H(x) là hàm
phổ biên độ – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở và φ(x) = 0 ............................ 81
Hình 5.8: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 250/2500 ms với H(x) = const,
φ(x) hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở ...................................... 82
Hình 5.9: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 250/2500 ms với H(x), φ(x) là
hàm phổ biên độ – tần số và hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở
.................................................................................................................................. 83
Hình 5.10: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp theo tần số dạng sóng 250/2500 ms ...... 84
Hình 5.11: Giá trị sai số của u2* (t ) theo tần số dạng sóng 250/2500 ms ................. 85
Hình 5.12: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 4000/7500 ms với H(x) là
hàm phổ biên độ – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở và φ(x) = 0 .................... 86
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

xiii

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

Hình 5.13: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 4000/7500 ms với H(x) =
const, φ(x) hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở ........................... 87
Hình 5.14: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 4000/7500 ms với H(x), φ(x)

là hàm phổ biên độ – tần số và hàm phổ pha – tần số của bộ biến đổi cao áp điện trở
.................................................................................................................................. 88
Hình 5.15: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp theo tần số dạng sóng 4000/7500 ms .... 88
Hình 5.16: Giá trị sai số của u2* (t ) theo tần số dạng sóng 4000/7500 ms ............... 90

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

xiv

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Một số biến đổi Fourier các hàm thông dụng......................................... 24

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

xv

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Chương 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Bước vào thế kỷ 21, ngành điện Việt Nam đang có những bước phát triển
đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng của nền kinh tế Việt Nam. Nhiều nhà máy
nhiệt điện, thủy điện, năng lượng tái tạo… cùng hệ thống truyền tải, phân phối điện
trung và cao áp được quy hoạch, thiết kế và xây dựng trên toàn đất nước để xây
dựng một hệ thống lưới điện quốc gia ổn định đảm bảo cho nhu cầu điện năng của
các ngành kinh tế và phục vụ đời sống sinh hoạt cộng đồng.
Vì thế việc sử dụng điện áp cao trong truyền tải điện đi xa là một điều tất yếu.
Tuy nhiên, việc truyền tải điện đi xa sẽ xuất hiện hàng loạt vấn đề về khoa học kỹ
thuật mà ngành năng lượng cần phải giải quyết. Một trong những vấn đề trên là đo
lường các thông số điện trong lĩnh vực điện áp cao. Đặc biệt là trong hệ thống điện
điện áp cao, cần phải tiến hành nghiên cứu việc xác định chính xác các thơng số
điện. Trong các phịng thí nghiệm điện áp cao, để đo lường các thơng số điện áp
hoặc dịng điện người ta chế tạo các thiết bị đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Đối với điện
áp cao, dòng điện lớn thực hiện việc đo trực tiếp các thông số điện thường gặp khó
khăn và tốn kém. Cho nên, trong thực tế người ta thường dùng các loại thiết bị đo
gián tiếp có nghĩa là tín hiệu ghi nhận được thơng qua các bộ phân áp hoặc phân
dòng. Tuy nhiên việc ghi nhận các tín hiệu càng gần với giá trị thực càng tốt, nhưng
việc làm này không phải lúc nào cũng thực hiện được do cịn tùy thuộc vào mục
đích, u cầu sử dụng mà phép đo thực hiện với cấp độ chính xác cho trước.
Việc ghi nhận tín hiệu của các thiết bị đo thông qua việc thử nghiệm điện áp
xung. Việc đo biên độ của xung điện áp phóng điện cần phải thực hiện với sai số
không quá 1,5%-2%, nhưng trong thực tế để nhận được độ chính xác của phép đo
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

1

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

xung điện áp phóng điện như thế thật khơng dễ, độ chính xác của thiết bị phụ thuộc
vào loại xung đo, các yêu cầu đo xung điện áp theo IEC 60-3: giá trị biên độ của
xung toàn sóng và xung cắt gần giá trị biên độ hoặc ở đi sóng cần phải đo với sai
số khơng vượt q 3%.
Chính vì sự địi hỏi độ chính xác trong đo lường xung điện áp cao nên các
nhà nghiên cứu về lĩnh vực xung điện áp cao đã nghiên cứu rất nhiều phương pháp
đo lường, và một trong những phương pháp đo xung điện áp cao cũng mang lại độ
chính xác cao cần nghiên cứu đó là phương pháp phổ tần số hiệu dụng của thiết bị
đo, phương pháp này có hai thơng số quan trọng là biên độ và góc pha, vì vậy khảo
sát đặc tính tần số là khảo sát ảnh hưởng của biên độ và góc pha tác động lên độ
chính xác của bộ biến đổi của thiết bị đo. Đó chính là lý do để tơi chọn đề tài ˝Tìm
hiểu ảnh hưởng của đặc tính biên độ tần số và góc pha – tần số lên phổ tần của
thiết bị đo ˝.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu ảnh hưởng của đặc tính phổ biên độ – tần số, và phổ pha – tần số
của bộ phân áp điện trở lên phép đo xung sóng xét chuẩn.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài
Tìm hiểu về các dạng bộ biến đổi cao áp.
Nghiên cứu về biến đổi Fourier từ đó ứng dụng biến đổi Fourier xác định đặc
tính tần số của các bộ biến đổi cao áp.
Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc tính biên độ – tần số và pha – tần số lên phép
đo xung sóng xét chuẩn.
Khảo sát ảnh hưởng biên độ – tần số và pha – tần số của bộ phân áp điện trở
lên phép đo xung sóng xét chuẩn nhằm tìm ra giá trị sai số nhỏ nhất tăng độ chính

xác cho phép đo.
Dùng phần mềm Matlab mơ phỏng các đường đặc tính.

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

2

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Để đáp ứng được mục tiêu đề ra, đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên
cứu sau:
Thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan trong và ngoài nước.
Khảo sát và tham khảo các đề tài trước làm cơ sở thực hiện cho đề tài.
Tham khảo các trang web và bài báo nghiên cứu trong và ngoài nước.
Sử dụng phần mềm Matlab để làm công cụ thực hiện các kết quả mô phỏng
của luận văn .
1.5 Giới hạn của đề tài
Với thời gian nghiên cứu hạn hẹp đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cho bộ biến
đổi cao áp điện trở có xét đến ảnh hưởng của điện dung ký sinh đối với cực cao áp,
đất và điện dung dọc
1.6 Điểm mới của đề tài
Xác định phổ của điện áp ra của bộ biến đổi điện áp xung tồn sóng có xét
đến ảnh hưởng của đặc tính biên độ – tần số và pha – tần số.
Xác định giá trị sai số và đề nghị lựa chọn các thông số cho mạch.

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

3

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

Chương 2

CÁC DẠNG BỘ PHÂN ÁP CAO THẾ

Hiện nay trong đo lường điện áp cao người ta thường sử dụng các bộ phân áp
như: Bộ phân áp điện trở, bộ phân áp điện dung, bộ phân áp dung – trở, bộ phân áp
điện cảm, bộ phân áp tổng trở. Tùy từng yêu cầu cụ thể mà ta chọn bộ phân áp thích
hợp. Sau đây sẽ đi vào phân tích các ưu, khuyết điểm của các bộ phân áp nói trên.
2.1 Bộ phân áp điện trở
Mơ hình của bộ phân áp điện trở như hình 2.1

R1
U1(t)
R2

U2(t)

Hình 2.1: Bộ phân áp điện trở

Các bộ phân áp điện trở có thể được chế tạo từ các điện trở làm bằng chất lỏng,
chẳng hạn như các dung dịch CuSO4, HCl, NaCl, hoặc các chất lỏng đặc biệt với
điện trở suất cao. Trong thực tế điện trở loại này rất dễ chế tạo, nhưng thường ít
được sử dụng vì điện trở của chất lỏng thay đổi nhiều theo nhiệt độ, theo điện áp đặt
vào chúng… Thơng thường thì người ta sử dụng điện trở dây quấn với điện trở suất
cao (chẳng hạn Crom, Constantan…). Khuyết điểm của các loại dây quấn là tồn tại
giá trị điện cảm đáng kể. Để giảm giá trị điện cảm này, người ta sử dụng các cách
quấn dây khác nhau (kiểu quấn dây Wener, kiểu quấn dây kép…). Tuỳ theo cấp
điện áp của bộ phân áp mà các điện trở này có thể chế tạo theo dạng khô hoặc
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

4

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

nhúng trong một ống cách điện chứa dầu. Lúc đó, điện áp vầng quang ban đầu sẽ
tăng, đồng thời làm tốt hơn điều kiện làm mát của dây điện trở.
Trong hình 2.2 vẽ dạng chung của bộ phân áp điện trở với các điện dung kí
sinh đối với đất C1 và điện dung kí sinh đối với đầu cao thế C2.
Trong bộ phân áp, dưới tác dụng của xung điện áp, sẽ phát sinh một quá trình
quá độ phức tạp, q trình này khơng những chỉ phụ thuộc vào dạng sóng, biên độ
xung và thơng số của chính bộ phân áp mà cịn phụ thuộc vào từ trường ngoài. Ảnh
hưởng của từ trường ngoài phát sinh bởi khoảng cách giữa bộ phân áp và máy phát
xung, vật thử nghiệm, các bức tường của phịng thí nghiệm và các trang thiết bị
khác. Ảnh hưởng của trường này có thể được giảm thấp nếu vị trí đặt bộ phân áp

khá xa so với các thiết bị khác và có tính tốn đến các điện dung kí sinh C1, C2 hoặc
bố trí màn che đặc biệt trong các bộ phân áp điện trở.

C2

C1

C2

C1

C1

n điện trở

C2

h

R = r.n
C2

C1
C2
C1

a
Hình 2.2: Dạng chung của bộ phân áp điện trở

HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

5

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

Ưu điểm của bộ phân áp này là đơn giản, hệ số phân chia áp của bộ phân áp
hình 2.1 như sau:
K=

R1 + R2
R2

(2.1)

Khuyết điểm: Bộ phân áp điện trở cao có đặc tính hàm q độ xấu, chẳng hạn
như thời gian truyền lớn. Với đặc tính như thế thì khơng cho phép sử dụng nó để ghi
lại những xung có đầu sóng dốc và đo điện áp phóng điện ở đầu sóng của xung. Để
làm tốt hơn các đặc tính của hàm truyền, người ta cần phải thêm vào bộ phân áp
điện trở những màn che khác nhau.
Màn che được sử dụng bằng cách nối chúng với đầu trên cao thế của bộ phân
áp. Chúng làm tăng điện dung C2 và thực hiện việc bù dòng điện dung chạy qua
điện dung kí sinh C1. Nhờ đó, làm san bằng điện áp dọc theo bộ phân áp và giảm độ
méo dạng của sóng ghi lại được trên dao động ký.
2.2 Bộ phân áp điện dung
Mơ hình của bộ phân áp điện dung như hình 2.3

C1
U1(t)
C2

U2(t)

Hình 2.3: Bộ phân áp điện dung

Hệ số phân chia áp: K =

C1 + C2
C1

(2.2)

Bộ phân áp điện dung được sử dụng rộng rãi bởi vì chế tạo đơn giản và có độ tin
cậy cao trong vận hành. Đối với điện áp không cao lắm (đến 1,5MV) thông thường
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

6

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sĩ

người ta sử dụng bộ phân áp điện dung như trong hình 2.4

A
C1

màn che
r

C2
R

DĐK

C3

Hình 2.4: Bộ phân áp điện dung
Sơ đồ tương đương được vẽ trong hình 2.5.

C1
r

L

U1(t)

C2

R

C3

U2(t)

Hình 2.5: Sơ đồ tương đương của bộ phân áp điện dung
HVTH: Nguyễn Thị Mỹ Huyền

7

Luan van

GVHD: PGS. TS Hồ Văn Nhật Chương