đồ án kỹ thuật cầu đường Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phương pháp sigma-delta ứng dụng để đo sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh

Luận văn thạc sĩ khoa học
Lời cam đoan
Đề tài luận văn của tôi là Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng
pháp sigma-delta ứng dụng để đo sai số tần số của hệ điều chế số đơn
kênh. Luận văn bao gồm các vấn đề sau:
- Nghiên cứu cấu trúc khối chức năng cho đo lỗi tần số
- Nghiên cứu ảnh hởng của kiến trúc ADC đối với đo lỗi tần số
- Nghiên cứu về bộ chuyển đổi ADC sigma-delta
- Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp sigma- delta để đo
sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh.
Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tôi làm dới sự hớng dẫn của
PGS.TS Phm Th Ngc Yn

H ni, ngy thỏng nm 2007
Hc viờn
Phạm Văn Tiến
MC LC
Trang
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
1
Luận văn thạc sĩ khoa học
Li cam oan 1
Mc lc 2
Danh mc cỏc hỡnh v v th 4
M U 6
CHNG 1: Tổng quan Về Hệ thống 9
1.1 Kiến trúc hệ thống truyền thông 9
1.2 Các bớc để đo sai số truyền tần số 11
CHNG 2: Kiến trúc khối chức năng 20
2.1 Lý thuyết cơ bản của phơng pháp đo lỗi tần số 20
2.2 Cấu trúc khối chức năng 26

CHNG 3: ảnh hởng của kiến trúc adc 39
3.1 đặc trng thiết kế của kiến trúc adc 39
3.1.1 Kiến trúc ADC song song 39
3.1.2 Bộ điều chế lặp lợng tử hoá Sigma-delta 41
3.1.3 Bộ điều chế ép nhiễu (MASH) 46
3.2 Hớng đo lỗi 47
CHNG 4: tổng kết 65
KT LUN 79
TI LIU THAM KHO 81
PH LC
Danh mc cỏc hỡnh v v th
Trang
Hỡnh 1.1: S cu trỳc ca h thng 10
Hỡnh 1.2: Sơ đồ của bộ điều chế thứ nhất 15
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
2
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hỡnh 1.3: Cỏc dng ngn mch 16
Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh chia in ỏp tớnh toỏn st ỏp

21
Hỡnh 2.2: Sỏu kiu ca dng st ỏp 3 pha khụng i xng 24
Hỡnh 2.3: Dng in ỏp khi s c st ỏp trờn mt pha 25
Hỡnh 2.4: Dng in ỏp khi s c st ỏp 3 pha i xng 25
Hỡnh 2.5: Dng súng in ỏp khi s c 3 pha khụng i xng 25
Hỡnh 2.6: Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha 26
Hỡnh 2.7: ng cong t hoỏ v Vũng tr ca lừi bin ỏp 27
Hỡnh 2.8:Dng súng in ỏp quỏ khi úng in vo trm t c lp 29
Hỡnh 2.9: Dng súng dũng in quỏ khi úng in vo trm t c lp 30
Hỡnh 2.10: Dng súng in ỏp trờn t khi quỏ úng trm t song song 30

Hỡnh 2.11: Dng súng dũng in chy qua t khi úng vo trm t
song song

30
Hỡnh 2.12: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in trc 31
Hỡnh 2.13: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng
phúng in trc

31
Hỡnh 2.14: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in lp li 32
Hỡnh 2.15: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng phúng in lp li 32
Hỡnh 2.16: Th vin linh kin ca chng trỡnh ATP 35
Hỡnh 2.17: Cu trỳc cỏc mụ un ca chng trỡnh ATP-EMTP 35
Hỡnh 2.18: a) S nguyờn lý mch chnh lu, b) s mch thc hin
bi ATP Draw 36
Hỡnh 2.19: Minh ho quỏ trỡnh v mch trờn ATP 37
Hỡnh 2.20: a) S nguyờn lý, b) Mch mụ phng bng ATP 37
Hỡnh 3.1: Mt s dng hm wavelet c bn 45
Hỡnh 3.2: Hỡnh nh mụ phng s bin i tớn hiu s dng hm wavelet 45
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
3
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hỡnh 3.3: Mt vi dng mother wavelet h Daubechies 46
Hỡnh 3.4: Vũng quay liờn tc ca b lc Kalman ri rc 51
Hỡnh 3.5: Hot ng ca lc Kalman 53
Hỡnh 4.1: Mch thc hin mụ phng hin tng st ỏp mt pha 66
Hỡnh 4.2: Dng súng dũng in khi xy ra hin tng st ỏp 66
Hỡnh 4.3: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 1
st ỏp mt pha vi 6 thnh phn iu hobc l 67
Hỡnh 4.4: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 1

st ỏp mt pha vi 12 thnh phn iu ho bc l 68
Hỡnh 4.5: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 2
st ỏp mt pha, phõn tớch vi 6 thnh phn súng hi bc l 69
Hỡnh 4.6: Mch thc hin mụ phng hin tng st ỏp ba pha i xng 70
Hỡnh 4.7: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng st ỏp trờn ba
pha i xng

70
Hỡnh 4.8: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 2 - st
ỏp ba pha i xng

71
Hỡnh 4.9: Mch thc hin mụ phng hin tng st ỏp ba pha
khụng i xng

72
Hỡnh 4.10: Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng st ỏp ba pha
khụng i xng

73
Hỡnh 4.11: c lng biờn in ỏp s dng lc Kalman 2 - st
ỏp ba pha i xng

73
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
4
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hỡnh 4.12: Mch thc hin mụ phng hin tng ngt

74

Hỡnh 4.13: Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha 75
Hỡnh 4.14: c lng ngt trờn mt pha s dng mụ hỡnh lc Kalman 2 75
Hỡnh 4.15: Mch thc hin mụ phng hin tng quỏ ỏp 75
Hỡnh 4.16: Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha 76
Hỡnh 4.17: c lng trng thỏi quỏ ỏp trờn mt pha s dng
mụ hỡnh lc Kalman 2 vi 6 thnh phn súng hi bc l 77
Mở đầu
Những thành tựu đạt đợc trong lịch sử phát triển của ngành đo lờng
cũng nh công nghiệp âm thanh, đặc biệt trong những năm gần đây đã có
những gắn bó mật thiết với nhau. Xử lý tín hiệu cũng nh việc truyền tín hiệu
để sao cho chất lợng tốt cần một công cụ, phơng pháp chuyển đổi tín hiệu là
ổn định nhất và sai số cũng nh lỗi là thấp nhất.
Trong tất cả các ngành công nghiệp có liên quan đến tín hiệu hay tần số
đều biết đến tầm quan trọng của phơng pháp này. Sự sai số của tần số quyết
định thông tin mà chúng ta truyền tải có đúng nh chúng ta mong muốn hay
không ?
Và hiện nay phơng pháp hiện đang đợc sử dụng phổ biến trên thế giới,
nhất là trong lĩnh vực xử lý âm thanh, đó là sử dụng bộ điều chế ADC delta-
sigma để đo lỗi tần số truyền trong bộ điều chế số đơn kênh, phơng pháp này
đợc đánh giá cao và coi nó một công cụ mới cho ngành thiết bị đo lờng tiên
tiến. Phơng pháp này đã đợc đề cập tới trong bài báo có nhan đề : ADC-
Based Frequency-Eror Measuarement in Single-Carrier Digital Modulations.
VOL.55 NO.5 OCTOBER 2006, trên tạp chí IEEE.
Từ những phân tích và ý nghĩa khoa học cũng nh thực tiễn của phơng
pháp này, tôi quyết định lựa chọn đề tài luận văn nghiên cứu.
Lun vn bao gm 4 chng :
Chơng 1: Tổng quan hệ thống
Chơng 2: Kiến trúc khối chức năng
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
5

Luận văn thạc sĩ khoa học
Chơng 3: ảnh hởng của kiến trúc ADC trong đo lỗi tần số
Chơng 4: Tổng kết
Vi s c gng ca bn thõn, v s hng dn ca PGS TS Phm Th
Ngc Yn tụi ó hon thnh c lun vn, m bo thc hin c cỏc yờu
cu ó t ra.
Tuy nhiờn, do nhng hn ch v kin thc cng nh thi gian thc
hin, lun vn ny chc chn cũn nhiu thiu sút. Tụi rt mong nhn c s
phờ bỡnh úng gúp ý kin ca cỏc thy cụ, v cỏc bn.
Tụi xin chõn thnh cm n.
CHNG 1
TNG QUAN H THNG
1.1 Kiến trúc hệ thống truyền thông
Vài năm trớc, những chức năng của hệ thống radio đợc thực hiện bằng phần
mềm, sự đi đầu là hớng tới phần mềm radio (SR). Trong quá trình nhận của
SR, tín hiệu đến đợc chuyển sang dạng số bởi bộ chuyển đổi tơng tự sang số
(ADC) và sử dụng kỹ thuật phần mềm để giải điều chế [1]. Những lợi ích của
phơng pháp này chứa đựng công dụng đơn lẻ để thực hiện những chức khác
bằng chạy chơng trình đơn giản khác. Kết quả chính là có đợc kiến trúc phần
cứng có thể ứng dụng SR [2] bằng hệ thống truyền thông.
Kiến trúc chung của SR đã đợc lấy làm tài liệu và có lợi ích phổ biến trong
Hỡnh 1.1 : S cu trỳc ca h thng.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
6
Luận văn thạc sĩ khoa học
công nghiệp truyền thông [1], [2] đợc cấu thành bởi 3 khối chức năng chính
nh trong hình 1.
Chúng bao gồm:
1) Khối phát tần số radio (RF) thực hiện bởi Module phần cứng tơng tự.
2) Khối trung tần (IF) thực hiện bởi các tầng của ADC và bộ chuyển đổi đầu

ra số (DDC)
3) khối xử lý dải tần cơ sở đợc thực hiện bởi bộ xử lý tín hiệu số (DSP).
Hớng nghiên cứu hiện tại là thực thi việc chuyển đổi số tới antenna [3].
1.2 Các bớc để đo sai số tần số
Tính khả thi và sự thích nghi làm cho kiến trúc này có tính hiệu quả, phơng
pháp để đo sự truyền sai số tần số của bộ điều chế số đơn kênh cho hệ thống
truyền thông [4].
Phơng pháp này đòi hỏi việc xử lý tín hiệu đến theo tuần tự các bớc sau:
1) chuyển đổi đầu ra của các tín hiệu dải tần cơ sở.
2) ớc lợng của cả hai trong pha (I) và góc lệnh pha (Q).
Cả 3 bớc này phối hợp tốt với khối chức năng của kiến trúc SR.
Tầm quan trọng trong phơng pháp này đã đợc minh chứng bởi thống nhất tiến
gần tới
1) Tín hiệu khuyếch đại, điều chế khuyếch đại góc lệch pha M-ary (M-
QAM), và khuyếch đại pha M-ary (M-ASK)
2) Tách biệt ra Góc tín hiệu và chuyển pha M-ary (M-PSK).
Ngoài ra nó thể hiện việc thực thi với giải pháp có thể thục hiện trong tài liệu
[5] -[10]. Thực vậy, tuỳ tín hiệu hay tỉ số nhiễu (SNR) giá trị tới 10dB, chiều
hớng lỗi lớn nhất của bộ điều chế ASK, PSK và QAM [4].
Lu ý đến sự thực hiện của phơng pháp, thiết kế của cả 2 kiến trúc ADC và
DDC là một sự cân bằng giữa tính lợi ích của công nghệ và cả độ chính xác,
độ nhạy của đo lỗi tần số. Những điều này là khía cạnh quan trọng để đa vào
bản báo cáo và nghiên cứu trớc khi thực hiện bởi tính khả thi của công nghệ.
Trong trờng hợp này, bài báo đề cập tới tác động của kiến trúc ADC
trong việc đo lỗi truyền tấn số. Thực vậy, dựa vào chi phí cao của mẫu ADC
mới, kết quả rút ra đơc từ những kiến trúc mô phỏng khác là một giải pháp
thực tế cho việc lựa chọn đúng kiến trúc.
Chú ý sự giới hạn của kiến trúc ADC trong SR[11] [7] và khả năng
l m việc của công nghệ hiện nay. Trong tr ờng hợp này, chúng là pipeline ADC
Đo lờng và các hệ thống điều khiển

7
Luận văn thạc sĩ khoa học
và băng thông Sigma-delta. Giữa chúng, ADC băng thông dựa trên sự lặp lợng
tử hoá đơn SQL và nén nhiễu đa trạng thái (MASH) là đa vào bản thống kê. Cả
hay loại có tác dụng trong các cách khác nhau để đo lỗi truyền tần số đơn
kênh bởi vì bộ lợng tử hoá nhiễu và nén nhiễu khác nhau theo kiến trúc khác
nhau.
Trong phần tiếp theo, sự mô tả của phơng pháp cho đo lỗi tần số là gắn gọn
căn cứ vào lợi ích toàn vẹn. Kế tiếp, sơ đồ khối của thiết kế kiến trúc ADC để
thực hiện tầng IF của SR. Và cuối cùng, kết quả đợc kiểm tra số học tiến hành
nghiên cứu tỉ mỉ ảnh hởng của kiến trúc ADC trong việc đo lỗi truyền
CHNG 2
Kiến trúc khối chức năng
2.1 Lý thuyết cơ bản của phơng pháp đo lỗi tần số
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
8
Luận văn thạc sĩ khoa học
Chế độ hoạt động bình thờng của chuyển đổi, module tín hiệu ở bộ tần số
RF đợc tăng gấp bội bởi chế độ hình sin cùng với tần số f. Trong chế độ này,
phổ của module tín hiệu đợc chuyển đổi cân bằng lợng tần số f. Nếu tần số
này là cân bằng khi truyền, tín hiệu đợc lọc để loại trừ ảnh hởng phản chiếu
đối với tần số Nyquist . Tín hiệu thu đợc từ đầu ra bộ lọc chuyển đổi chính xác
trong việc truyền tần số, độ chênh lệch f
sh
= f
c
-f
o
có thể là thuộc tính của tình
trạng lỗi truyền tần số.

Lỗi này có thể đợc đánh giá bằng đờng dốc của đờng thẳng miêu tả pha điều
chế tín hiệu sau chuyển đổi trong dải tần cơ bản.
Khi lỗi tần số mang f
sh
xuất hiện, tín hiệu s
d
(t) đáp ứng cho bộ điều chế số đơn
kênh M-ASK, M-PSK, và M-QAM đợc phân tích thành:
s
d
(t) =

k
A
k
e
j(2

fsh +

)
g(t-kT
s
)
A
k
là giá trị phức trong công thức ký hiệu chuyển đổi, là độ dịch pha truyền,
T
s
là ký hiệu cho thời gian, g(t) là tín hiệu năng lợng hạn chế với khoảng thời

gian. Biểu thức của A
k
cho bộ điều chế M-ASK, M-PSK, và M-QAM căn cứ
vào [4]. Đối số của s
d
(t) là
arg(s
d
(t)) = 2f
sh
t + +
i


Đo lờng và các hệ thống điều khiển
9
Luận văn thạc sĩ khoa học

i
là góc thứ i của ký hiệu bộ truyền và có thể có giá trị
i
= hằng số cho M-
ASK,
i
= 2i/M cho M-PSK, và
i
= atan(b
k
/a
k

) cho M-QAM. Bám theo hình
dạnh của arg(s
d
(t)), nó có
thể phân biệt ảnh hởng
s
d
(t) giữa nguyên nhân thay
đổi
i
và lỗi mang tần số
f
sh
. Hình 2 thể hiện theo ph-
ơng của arg(s
d
(t)) của hai
tín hiệu điều chế khác
nhau theo thời gian trích
mẫu, trong trờng hợp xảy ra
lỗi tần số giữa tần số của
dải cơ bản sau bộ chuyển
đổi và tần số truyền của tín
hiệu. Cụ thể theo phơng
của arg(s
d
(t)) trong
hình 2 đợc mô tả bởi đờng
thẳng với các bớc thêm vào nguyên nhân bởi sự thay đổi. Đờng dốc của đờng
thẳng cho thấy lỗi của tần số [4].

Đo lờng và các hệ thống điều khiển
10
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hình 1.2: Sơ đồ của bộ điều chế thứ nhất
2.2 Cấu trúc khối chức năng
Trớc tiên theo theo lý thuyết cơ bản, sự thực hiện của phơng pháp trên yêu cầu
của thiết bị đo thực hiện lần lợt theo các bớc sau:
1. Chuyển đổi xuống trong băng thông cơ bản của đầu vào tín hiệu;
2. Ước lợng giá trị các thành phần của I và Q điều chỉnh tín hiệu để cho phép
tính toán góc của băng thông tín hiệu;
3. Ước lợng của đờng dốc hớng pha để xác định lỗi tần số.
Trớc 3 bớc thực hiện với nguyên tắc cơ bản thực thi trong kiến trúc SR. Nh là
hệ quả, hình 3 các tầng của ADC, DDC, DSP đợc rút ra từ kiến trúc SR tới
thực thi phơng pháp đo lỗi tần số đơn kênh.
Từ ấy tín hiệu đợc xử lý đơn giản hơn và dễ thực thi ở băng thông cơ bản, tín
hiệu số sau chuyển đổi lần thứ nhất. Chuẩn sau DDC sau ADC[1], so sánh với
tín hiệu tơng tự trớc ADC, là giá trị đầy đủ IQ dễ dàng thực hiện. Thành phần
IQ ở đầu ra DDC, đợc xác định nghĩa của trộn lẫn số và tín hiệu đầu vào phụ
thuộc chủ yếu vào:
1. Ký hiệu chuyển đổi ;
2. Kênh nhiễu;
3. Lỗi kênh truyền tần số.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
11
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hình 3. Tỉ số nhiễu SNR qua các mức ADC
Thành phần IQ thứ hai là đầu vào khối tiếp theo dành cho tính toán của pha.
Nếu khối này là thực hiện bởi DSP, DDC có thể thực hiện bằng phần mềm vì
vậy điều chế có thể dễ dàng phỏng theo yêu cầu mới. Phần cứng thực thi có
thể thích nghi sử dụng khi ở mứu cao cho sự thực hiện. Việc số hoá bởi DDC

có thể thực hiện bằng phần cứng theo công nghệ hiện nay.
Trớc kia, kiến trúc DDC có thể cung cấp cả hai giải động cao và đờng thẳng
cao bị giới hạn bởi đầu vào băng thông thấp. Ngày nay, sự tích hợp các thành
phần của công nghệ mới làm tăng tốc độ của chu kỳ chuyển đổi lên vài triệu
mẫu mỗi giây. Tuy nhiên, trạng thái hiện nay của công nghệ khó thể hiện để
cung cấp cho băng thông RF [3]. Thực tế, truyền tần số của điều chế tín hiệu
là tỉ Hezt, và do vậy, ADC phải sử dụng rất tần số mẫu rất lớn, hàng trăm hoặc
hàng nghìn lần truyền tần số. Với sự giới hạn này, chức năng tới hạn của kiến
trúc khối trong hình 3 đợc kiểm tra. Đặc biệt hiệu quả của ADC trong việc đo
lỗi truyền tần số đã đợc phân tích, và kiến trúc của ADC là đa ra giả thuyết
rằng nó có thể thực hiện đợc với công nghệ đang tồn tại.
Bên ngoài của tín hiệu đầu vào s(t) trong hình.3 là: 1. Truyền tần số từ dải của
IF theo công nghệ ở thời điểm đó.
2. Điều chế số theo sơ đồ M-ASK, M-QAM và M-PSK.
Theo nghiên cứu gần đây dựa vào tài liệu [11]-[14], ba kiến trúc khác nhau
của ADC có thể gắn vào bộ đếm. Thứ nhất là thể hiện kiến trúc ống ở hình
4(a) [15].
Thứ 2 là kiến trúc cơ bản BP trên bộ điều chế SQL hình 4(b) [16]. Đây là
bộ điều chế có kiến trúc đa phản hồi (MFB) với số lợng bít đơn. Sự cộng hởng
trong bộ lọc lặp lại đợc thực hiện bởi giao thức trễ kép (DD). Sự cộng hởng
DD chứa đựng của sự trễ kép trong dải với một phần phản hồi.
Kiến trúc thứ 3 là BP cơ bản trên bộ điều chế MASH [17] hình 4(c). Hoạt
động với hai Module . Kiến trúc MASH chứa đựng trạng thái trong các
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
12
Luận văn thạc sĩ khoa học
tầng, mỗi một phần tạo thành một SQL. Mỗi một trạng thái là phần bởi số l-
ợng lỗi xuất hiện từ một u tiên. Cấu hình này tăng khả năng thực hiện trong
băng thông của bộ chuyển đổi và sự cho phép của chúng tăng số lợng ảnh h-
ởng của bít (ENOB). Nh là một kết quả, tăng độ phân giải của bít làm tăng độ

chính xác đánh giá lỗi tần số. Cả kiến trúc BP bộ điều chế có tần số trung
[16] giá trị f
s
/4 với f
s
là tần số mẫu.
Kiến trúc chung của DDC đợc thể hiện trên sơ đồ khối hình 5. Nó đợc
nhân bởi sử dụng tín hiệu hình sin với tần số f
0
. Trong trờng hợp của bộ điều
chế BP tín hiệu phải đợc chuyển vào bộ đếm với tần số dải trung (f
W
). Bởi
vì điều này quan hệ tới fs bởi quan hệ f
W
= f
S
/4, quan hệ f
0
= f
S
/4 đợc thể hiện
trong kiến truc hình 3. Mặc dù vậy, nó có thể không phải lỗi truyền tần số đợc
đánh giá bằng khoảng cách giữa tần số trung tâm của bộ điều chế BP và
tần số thực của tín hiệu điều chế.
Để đạt đợc thành phần IQ của băng thông cơ bản tín hiệu đầu vào chuyển
đổi, đầu ra của cả bộ điều chế và ADC ống dẫn là bộ nhân bởi chuỗi 1, 0, -1,
0, 1,, cho thành phần I và bởi chuỗi 0, 1, 0, -1, 0, 1,, cho thành phần Q.
1. Chuỗi 1, 0, -1, 0, 1,, tạo từ cos(n/2), n= 0,1,,N, và tơng ứng với mẫu ở
tần số f

S
của hàm đơn vị cos(.) , nó đợc định nghĩa trong miền thời gian ở tần
số f
S
/4 tới dải tần số trung của bộ điều chế.
2. Chuỗi 0, 1, 0, -1, 0, 1,, tạo ra từ sin(n/2), với n = 0, 1, , N, và tơng ứng
với mẫu ở tần số f
S
của hàm đơn vị sin(.), nó đợc định nghĩa trong miền thời
gian ở tần số f
S
/4.
Bởi vì đầu ra của hai bộ điều chế BP trong bảng thống kê chỉ đợc thể hiện
duy nhất là 1 bit, nh hình 6, bộ nhân đơn giản đặc biệt với ADC ống. Quả
thực, điều cuối cùng đợc mô tả bởi đầu ra với độ phân giải đa bit.
Ngoài ra, bộ lọc xung hữu hạn trong DDC [18] đợc sử dụng truyền thành
phần cao tần và thay đổi độ phân giải đầu ra số.
Cỏc phộp o t cỏc h thng phõn phi ging nh vic mụ phng c s
dng ch ra cỏc kiu s c khỏc nhau. Xỏc nh biờn in ỏp ca thnh
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
13
Luận văn thạc sĩ khoa học
phn tn s c bn v cỏc thnh phn súng hi ca in ỏp v quan h gia 3
pha. Cỏc s c cú th chia thnh cỏc nhúm sau:
Cỏc s c liờn quan ti h hng:
Cỏc st ỏp
Quỏ ỏp
Cỏc ngt
Cỏc s c liờn quan ti úng ct:
S khi ng ca ng c in cm ng

S bóo ho mỏy bin ỏp
úng ct t bự
2.1 CC S C V IN P LIấN QUAN TI H HNG
2.1.1 St ỏp
a) nh ngha:
S st ỏp c ỏnh giỏ da trờn c s cỏc phộp o giỏ tr hiu dng
(RMS) na chu k (U
rms1/2
). Khong thi gian st ỏp tng ng vi chu k m
ú giỏ tr RMS nh hn 90% giỏ tr in ỏp thụng thng. ln ca st ỏp
c xỏc nh bng s khỏc nhau (tớnh bng % giỏ tr in ỏp bỡnh thng)
gia in ỏp RMS nh nht trờn c quỏ trỡnh st ỏp v giỏ tr in ỏp bỡnh
thng.
Cỏc st ỏp l cỏc bin i khong thi gian ngn v in ỏp RMS do ngn
mch, quỏ ti, v s khi ng cỏc ng c ln. Cỏc vn liờn quan ti st
ỏp ang ngy cng c quan tõm nhiu hn bi chỳng l nguyờn nhõn gõy ra
cỏc tỏc ng khụng mong mun lờn cỏc thit b nhy cm nh: thit b cú kh
nng thay i tc , thit b iu khin quỏ trỡnh, mỏy tớnh Mt vi phn
ca thit b s ngt khi in ỏp rms gim xung di 90% v kộo di ti 1
hoc 2 chu k. Mc dự st ỏp khụng gõy nhiu thit hi cho phớa ngi tiờu
dựng nh s c ngt, nhng nhng ỏnh giỏ v thit hi do cỏc st ỏp gõy ra
vn c quan tõm nhiu hn do cỏc st ỏp trong thc t thng xy ra nhiu
hn so vi cỏc ngt. Do ú, vic ỏnh giỏ chớnh xỏc cỏc tỏc ng ca cỏc st
ỏp l rt quan trng.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
14
Luận văn thạc sĩ khoa học
b)Cỏc c im ca st ỏp gõy ra do s h hng:
ln st ỏp:
ln ca st ỏp gõy ra do h hng ti mt im c th no ú trong h

thng ph thuc ch yu vo:
Kiu h hng (cỏc kiu ngn mch, h hng cỏch ly,).
in tr ca s h hng.
Khong cỏch ti im h hng.
Cu trỳc h thng.
Tớnh toỏn ln ca st ỏp do h hng ti mt im no ú trong h thng
phõn phi yờu cu im ni chung gia im h hng v ti (PCC) phi c
tỡm ra.
Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh chia in ỏp tớnh toỏn st ỏp
Trong ú:
Zo: l in tr ngun
Z1: l in tr gia PCC v s h hng (bao gm c in
tr h hng
E
ZZ
Z
V
dip
10
1
+
=
(2.1)
Vi E l in ỏp ngun.
Ta thy cỏc h hng gn vi PCC st ỏp s ln hn (Z
1
nh hn). in ỏp
st nh vi cỏc ngun cung cp yu hn (Z
0
ln hn).

Tu theo cỏc kiu h hng ta chia lm hai kiu st ỏp:
St ỏp i xng (vi ngn mch ba pha hoc ba pha chm t)
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
Zo
PCC
Load
Z1
15
Luận văn thạc sĩ khoa học
c im st ỏp gõy ra bi h hng 3 pha: tt c 3 pha a ra cựng c tớnh.
in ỏp tr li giỏ tr bỡnh thng sau khi hot ng loi b h hng c
thc hin. Vic phc hi in ỏp nhanh.
St ỏp khụng i xng (vi mt pha chm t hoc hai pha chm t, ngn
mch hai pha)
Khong thi gian st ỏp:
Khong thi gian st ỏp do h hng ph thuc vo h thng bo v. Nú
bng thi gian yờu cu cho thit b loi b h hng hot ng sau khi nhn
mt tớn hiu ngt t rle bo v. Mc ớch ca h thng bo v l cỏch ly
phn h thng ú xy ra h hng.
NHN XẫT: Qua phõn tớch trờn cỏc st ỏp gõy ra do li h thng bao
gm.
St ỏp cú dng i xng hoc khụng i xng: Ph thuc vo kiu li h
thng hay nguyờn nhõn li.
2.1.2 S quỏ ỏp liờn quan ti h hng
a) nh ngha:
S quỏ ỏp c ỏnh giỏ da trờn c s cỏc phộp o RMS na chu k.
Khong thi gian quỏ ỏp tng ng vi chu k m ú giỏ tr RMS ln hn
110% giỏ tr in ỏp thụng thng. ln ca quỏ ỏp c xỏc nh bng t
s (tớnh theo %) gia in ỏp RMS ln nht trờn c quỏ trỡnh quỏ ỏp v giỏ tr
in ỏp bỡnh thng.

b)c im:
Khi chm t mt pha:
im trung tớnh ca mng 3 pha mang in ỏp pha so vi t cỏc pha
khụng b chm s mang in ỏp dõy so vi t.
Dao ng ca dũng in chm t cú th gõy quỏ in ỏp quỏ trờn
cỏc pha khụng b chm (cú th t n 3.5 Upha) lm phúng in trờn
cỏc pha ny v dn n ngn mch nhiu pha.
S quỏ ỏp ny s cú th tn ti v tip tc kộo di ngay c khi ó loi
b s c.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
16
Luận văn thạc sĩ khoa học
Ph thuc vo s ni t ca h thng
Vi mt h thng hon ton khụng ni t, s quỏ in ỏp bng in
ỏp dõy ca h thng (cú th tng lờn n 173%)
2.1.3 Cỏc li t phc hi
Cỏc h hng ni t cú th khụng xut hin trc khi h thng bo v hot
ng do s t phc hi ca hin tng h quang trong quỏ trỡnh dũng in s
c qua khụng. Ging vi hin tng xy ra vi h thng ni t qua in
khỏng do dũng in thp gõy ra bi s c. S c mt pha gõy ra st ỏp trong
thi gian ngn, cỏc pha cũn li s xy ra hin tng quỏ ỏp, dũng s c nh,
quỏ trỡnh phc hi in ỏp chm v xy ra s chp chn v in ỏp. Quỏ trỡnh
phc hi in ỏp chm ny tng kh nng t tt ca dũng h quang.
2.1.4 Cỏc st ỏp a bc.
Cỏc st ỏp a bc do cỏc h hng gõy ra, nhng chỳng a ra ln v
in ỏp cỏc mc khỏc nhau trc khi in ỏp tr v giỏ tr bỡnh thng. Cỏc
bc ny trong ln st ỏp cú th do cỏc thay i trong cu trỳc h thng khi
h thng bo v c gng cỏch ly s h hng, hoc cỏc thay i do h hng t
nhiờn.
Phõn tớch mt s lng ln cỏc phộp o ch ra rng khong 20% cỏc st ỏp

gõy ra do h hng l nhiu bc
Phng phỏp xỏc nh c tớnh st ỏp.
Cỏc st ỏp lan truyn trong h thng v cỏc c tớnh ca chỳng thay i
nh khi chỳng chuyn i qua mỏy bin ỏp. Theo nh phng phỏp ny thỡ s
khỏc bit c bn gia cỏc loi st ỏp c phõn thnh 3 kiu: A, C v D:
Kiu A: s ri in ỏp cõn bng trờn c 3 pha.
Kiu C: ri ỏp trờn 2 pha
Kiu D: s st ỏp ln trờn mt pha v st ỏp nh hn trờn cỏc pha cũn li.
Cn mt s phõn chia nh hn vi kiu C v D bao gm mt pha i xng
(Pha cú s st ỏp ln hn trong kiu D, v pha khụng cú st ỏp trong kiu C).
Kt qu l cú 6 kiu st ỏp khụng i xng ba pha c ch ra trong hỡnh sau:
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
17
Luận văn thạc sĩ khoa học
Hỡnh 2.2: Sỏu kiu ca dng st ỏp 3 pha khụng i xng.
xut phỏt t biờn in ỏp v gúc pha in ỏp ca 3 pha, ngi ta phõn chia
thnh cỏc loi st ỏp khỏc nhau, cú 7 loi st ỏp nh trong hỡnh trờn, st ỏp
i xng c gi l st ỏp loi A, st ỏp trờn c 3 pha l bng nhau.
St ỏp loi C biu din s ri in ỏp gia 2 pha.
Kiu C
a
l khi st ỏp gia hai pha b v c.
Kiu C
b
l khi st ỏp gia hai pha a v c.
Kiu C
c
l khi st ỏp gia hai pha a v b.
St ỏp loi D biu din s ri in ỏp trong mt pha.
Kiu D

a
l khi st ỏp trờn pha a.
Kiu D
b
l khi st ỏp trờn pha b.
Kiu D
c
l khi st ỏp trờn pha c.
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
18
Luận văn thạc sĩ khoa học
(file sa1p.pl4; x-var t) v:XX0025
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
[V]
Hỡnh 2.3 Dng in ỏp khi s c st ỏp trờn mt pha
(file sa3pdx.pl4; x-var t) v:X0015A v:X0015B v:X0015C
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-20
-15

-10
-5
0
5
10
15
20
[kV]
Hỡnh 2.4 Dng in ỏp khi s c st ỏp 3 pha i xng
(file sutap3phakdx.pl4; x-var t) v:X0011A v:X0011B v:X0011C
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-25.00
-18.75
-12.50
-6.25
0.00
6.25
12.50
18.75
25.00
[kV]
Hỡnh 2.5 Dng súng in ỏp khi s c 3 pha khụng i xng
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
19
Luận văn thạc sĩ khoa học
2.1.5 Cỏc h hng v cỏc ngt:
Khong thi gian xy ra ngt tng ng vi chu k trong ú giỏ tr RMS
thng nh hn 1% giỏ tr in ỏp thụng thng.
Cỏc h hng l nguyờn nhõn ca cỏc st ỏp truyn i trong h thng.

Mch mụ phng v dng súng in ỏp khi xy ra s c ngt :
(f ile ngat.pl4; x-v ar t) v :XX0023
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
[V]
Hỡnh 2.6 Dng súng in ỏp khi s c ngt trờn mt pha
2.2 CC S C IN P LIấN QUAN N ểNG CT THIT B
IN.
2.2.1 Khi ng ng c in cm ng.
Khi ng ng c in cm ng ln l mt nguyờn nhõn dn n cỏc st
ỏp. õy l mt vn ỏng quan tõm khi thit k h thng cung cp in
trong cụng nghip. Trong quỏ trỡnh khi ng ng c in cm ng, s to ra
mt dũng in ln gp 5-6 ln dũng in thụng thng. Dũng in ny duy trỡ
cho n khi ng c t n tc thụng thng. Quỏ trỡnh ny s tn ti t
vi giõy n mt phỳt. Cỏc c tớnh ca st ỏp tng ng ph thuc vo c
im ca ng c in cm ng (kớch thc, phng phỏp khi ng, ti, )
v kh nng ca h thng ti im m ú ng c in c ni vo.
ln st ỏp ph thuc vo cỏc thụng s ca h thng.
ln ca st ỏp do khi ng ng c in thng nh hn 0.85%pu
Khong thi gian ca st ỏp do khi ng ng c ph thuc vo mt s
cỏc thụng s ca ng c. Quan trng nht l quỏn tớnh ng c. Khong thi

Đo lờng và các hệ thống điều khiển
20
Luận văn thạc sĩ khoa học
gian st ỏp b kộo di nu cỏc ti ng c khỏc c ni trong cựng mt bus,
khi ú chỳng s gi in ỏp thp lõu hn na.
St ỏp l i xng: ba pha st ỏp bng nhau v phc hi chm theo cựng
mt cỏch bi vỡ dũng khi ng ca ng c l nh nhau vi tt c cỏc pha.
2.2.2 S bóo ho mỏy bin ỏp.
S bóo ho mỏy bin ỏp cng l mt nguyờn nhõn gõy st ỏp. iu cn chỳ
ý nht õy l cỏc tỏc ng ca dũng a vo cỏc r le bo v ca bin ỏp ú.
St ỏp l nguyờn nhõn dũng in t hoỏ a vo cú th trong mt khong thi
gian v dn n s bóo ho in ỏp nhiu hn. ln ca cỏc st ỏp ny ph
thuc vo cỏc thnh phn: im trờn súng ti ú xy ra s chuyn i, ln
ca ngun, t thụng d trong li st v s suy gim ca mng.
Hỡnh 2.7: ng cong t hoỏ v Vũng tr ca lừi bin ỏp
Khi mỏy bin ỏp hot ng ch khụng ti, dũng in t hoỏ cn thit
duy trỡ t thụng trong lừi st thng ch l mt vi phn trm giỏ tr bỡnh
thng ca dũng ti. Trong cỏc iu kin trng thỏi xỏc lp, dũng in dao
ng trong khong
axIm
, khi ú t thụng thay i gia
max


.
Trong quỏ trỡnh hot ng, khi cú mt s thay i v in ỏp gia cỏc u
dõy ca mỏy bin ỏp, thỡ mt quỏ trỡnh quỏ s xy ra lm thay i t thụng
trong lừi st, dn ti trng thỏi xỏc lp mi. Thụng thng s quỏ ny l
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
21

Luận văn thạc sĩ khoa học
nguyờn nhõn khin cho t thụng vt quỏ giỏ tr bóo ho trong mt chu k,
cho ti khi giỏ tr trung bỡnh ca t thụng () trờn mt chu k gim ti gn
khụng. S tng tm thi t thụng ca lừi bin ỏp l nguyờn nhõn gõy ra s
tng cao giỏ tr ca dũng t hoỏ. S tng ny cú tớnh khụng i xng cao v
gim theo hm m.
Cỏc trng hp bóo ho mỏy bin ỏp:
Tỏch riờng cỏc trng hp bóo ho mỏy bin ỏp trong quỏ trỡnh hot ng,
ta cú th thy rừ hn cỏc nguyờn nhõn gõy ra bóo ho mỏy bin ỏp:
Khi bin ỏp khỏc gn bóo ho. Hin tng ú c gi l s tng h v
nú l nguyờn nhõn ca cỏc quỏ ỏp tm thi trong thi gian kộo di.
Do sột. Sột cú th kộo bin ỏp vo trng thỏi bóo ho do xung in ỏp gõy
ra. Trong trng hp ny cỏc dũng t hoỏ cao c to ra cú th lm n cu
chỡ mc dự nú khụng phi mt tỡnh hung h hng
St ti, trng hp thc t ch ra nhng ni cỏc s quỏ ỏp cỏc thnh phn
súng hi cao c to ra do bóo ho mỏy bin ỏp sau khi st ti ph thuc vo
s cng hng ca h thng.
T tớnh trỏi t cm ng ra cỏc dũng in
Cỏc phộp o bóo ho mỏy bin ỏp
Cỏc phộp o phõn tớch st ỏp do bóo ho mỏy bin ỏp c thc hin
tng i ph bin trong sut quỏ trỡnh hot ng ca mỏy bin ỏp, ngay c
sau khi hot ng loi b li ó kt thỳc. Cỏc phộp o ny ch ra rng quỏ
trỡnh phc hi in ỏp hu ht l theo quy lut hm m (s suy gim theo hm
m ca dũng t hoỏ). Tuy nhiờn, mt hng s thi gian khụng mụ t
hin tng ny bi vỡ t cm kộo theo l khụng tuyn tớnh.
2.2.3 úng ct trm t bự.
Ngy nay, cỏc trm t bự vi cụng ngh khụng dựng cu chỡ dn c a
vo lp t rng rói trong mng li in truyn ti, phõn phi ti nhiu nc,
trong ú cú Vit Nam. Trong quỏ trỡnh vn hnh, hin tng quỏ vi cỏc
xung dũng in, cựng cỏc quỏ in ỏp xy ra khi thc hin cỏc thao tỏc úng

ct trm t bự gõy ra tỏc ng rt xu i vi bn thõn trm t, ng thi gõy
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
22
Luận văn thạc sĩ khoa học
tỏc ng khụng tt n cht lng in nng cung cp cho cỏc ph ti cụng
nghip.
a) Quỏ khi úng in trm t lm vic c lp:
Khi úng in vo trm t bự , chờnh lch gia in ỏp tc thi ca li
in v ca t s lm xut hin mt xung dũng v xung in ỏp cú biờn cú
th rt ln, ph thuc vo thi im úng in. Giỏ tr ca xung dũng v tn
s dao ng c tớnh theo biu thc:
LCUcUsI
pl
/=
(2.2)
LC
f

2
1
=
(2.3)
Trong ú
U
S
: in ỏp (pha) tc thi ca h thng (kV)
U
C
: in ỏp (pha) tc thi trờn gin t (kV)
C : in dung trm t (F)

L : in cm ca ngun (H)
(f ile tramtudoclap.pl4; x-v ar t) v :XX0011-XX0019 v :XX0013
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-200
-110
-20
70
160
250
[kV]
Hỡnh 2.8Dng súng in ỏp quỏ khi úng in vo trm t c lp
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
23
Luận văn thạc sĩ khoa học
(f ile tram tudoclap.pl4; x-v ar t) c:XX0011-XX0019
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-3000
-2000
-1000
0
1000
2000
3000
[A]
Hỡnh 2.9 Dng súng dũng in quỏ khi úng in vo trm t c lp
b)Quỏ khi úng in vo trm t song song.
Khi úng mt trm t vo li cú nhng trm t khỏc nhau ang lm vic.
(f ile tramtusongsong.pl4; x-v ar t) v :XX0029-XX0027 v:XX0017

0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-150
-100
-50
0
50
100
150
[kV]
Hỡnh 2.10 Dng súng in ỏp trờn t khi quỏ úng trm t song song
(f ile tramtusongsong.pl4; x-v ar t) c:XX0029-XX0027
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-1200
-800
-400
0
400
800
1200
[A]
Hỡnh 2.11 Dng súng dũng in chy qua t khi úng vo trm
t song song
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
24
Luận văn thạc sĩ khoa học
c) Quỏ vi hin tng phúng in trc (prestrike):
Trong quỏ trỡnh úng ca cỏc tip im, in trng gia 2 tip im s
tng rt mnh v khi bn cỏch in ca lp in mụi trong mỏy ct khụng

chu ni, dn n khi mỏy ct úng in trm t, hin tng phúng in trc
cú th xut hin trong bung ct, h quang phỏt sinh ngay c trc khi hai
tip im tip xỳc vi nhau. Dũng in h quang cú tn s rt cao nờn khi i
qua giỏ tr zero, nú s b tt v in ỏp trờn t vn gi nguyờn giỏ tr m nú
nhn c ln phúng in u tiờn. n khi tip im úng li hon ton,
in ỏp trờn t mi bt u dao ng.
(f ile pdtrc. pl4; x-v ar t) v :XX0027-XX0039 v :XX0019
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
[kV]
Hỡnh 2.12 Dng súng in ỏp khi xy ra hin tng phúng in trc
(f ile pdtrc.pl4; x-v ar t) c:XX0027-XX0039
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
[s]
-8000
-5000
-2000
1000
4000
7000
[A]
Hỡnh 2.13 Dng súng dũng in khi xy ra hin tng

phúng in trc
Đo lờng và các hệ thống điều khiển
25