Bài tập lớn môn đo lường và thông tin công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ
Bộ môn:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC

ĐO LƯỜNG VÀ THÔNG TIN
CÔNG NGHIỆP

Lớp :K44KMT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Giáo viên hướng dẫn . :Phạm Văn Thiêm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

1


Thái Nguyên – 2011…

TRƯỜNG ĐHKTCN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC:Đo lường và thông tin công nghiệp........

BỘ MÔN :ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN.................................................................

Ngành......................................................................................................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn : Phạm Văn Thiêm........
Ngày giao đề 30/10/2011............. Ngày hoàn thành 5/12/2011...........
Tên đề tài..................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................

Yêu cầu.........................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................................................

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

2


Biểu mẫu: 05

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 200..
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM
.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................................................

Thái Nguyên, ngày….tháng…..năm 200..
GIÁO VIÊN CHẤM

(Ký ghi rõ họ tên)

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

3


MỤC LỤC
PHẦN I
I :Vẽ sơ đồ đo dòng, áp, cosφ, tần số, năng lượng tác dụng, năng lượng phản
kháng cho trạm phía cao áp…………………………………………………..5
II :
Chọn

thang
đo
cho
các
thiết
bị
trên
sơ
đồ………………………………….7
II :
Tính
số
chỉ
của
mỗi
công
tơ……………………………………………….16
IV : Tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối của các phép đo trong hai
trường
hợp
phụ
tải…………………………………………………………………….21

PHẦN II……………………………………………………………..29

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

4

BÀI TẬP DÀI ĐO LƯỜNG
Phần I:
I: Vẽ sơ đồ đo dòng, áp, cosφ, tần số, năng lượng tác dụng, năng lượng phản
kháng cho trạm phía cao áp.
Sơ đồ III: công tơ tác dụng 3 pha 3 phần tử, công tơ phản kháng 3 pha 2
phần tử tạo góc lệch pha 60o.
+ Công tơ tác dụng:
IA, UA
IB, UB
IC, UC
+ Công tơ phản kháng:
IA ,UBA
IB ,UCA
a) Hình vẽ mô tả cách mắc : Trang trước
b) Chứng minh:
+Công tơ đo năng lượng tác dụng
PW = PWA + PWB + PWC
.

.

.

.

.

.

= UAIAcos( U A , IA ) + UBIB cos( U B , IB ) + UCIC cos( UC , IC )

=P3 Pha
+Công tơ đo năng lượng phản kháng
Mq1=KΦAΦBA sinψ1
Mq2=KΦBΦCA sinψ2
Trong đó:
ΦA=C1IA
ΦB=C1IB
ΦBA=C2UBA
ΦCA=C2UCA
GVHD: Phạm Văn Thiêm.

ψ1=(ΦA ,ΦBA)= 210o-φ
ψ2=(ΦB ,ΦCA)= 150o-φ

5


Thay vào phương trình Mq1,Mq2 :
Mq1=K1 IAUBA sin(210o-φ)
Mq2=K1 IBUCA sin(150o-φ)
Vậy momen quay tổng là:
Mq= Mq1 + Mq2
=K1 IdUd[sin(210o-φ) + sin(150o-φ)]
=K1

IdUdsinφ=K1 Q3fa

Giản đồ vecto cho phần chứng minh cách mắc:

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

6


II-Chọn thang đo cho các thiết bị trên sơ đồ.
1, Chọn thang đo biến dòng điện .
Dòng điện định mức phía sơ cấp là:
S dm

I dm =

3.U dm

=

8000
3.35

= 131,97( A)

Vậy ta chọn biến dòng điện có hệ số biến dòng : Iscđm≥ 131,97 (A)
Itcđm= 5 (A)

Vậy chọn BI có : KI =

200
5

2, Chọn thang đo cho biến điện áp.
Điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp là: UdmBA=35 (KV)

35
Cho nên chọn BU có hệ số biến điện áp: KU=
0,1
3, Chọn thang đo cho ampekế
Vì dòng điện phía thứ cấp của BI định mức là 5(A) nên chọn ampeke có thang đo
là: DA=5(A)
Dùng ampe kế điện từ:
Ampe kế điện từ được chế tạo dựa trên cơ cấu chỉ thị điện từ.Ampe kế này
đo được cả dòng một chiều và dòng xoay chiều
Bộ phận chính là một cuộn dây dẫn, có thể quay quanh một trục, nằm trong từ
trường của một nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây được gắn với một kim chỉ góc quay
trên một thước hình cung. Một lò xo xoắn kéo cuộn và kim về vị trí số không khi
không có dòng điện
Nguyên lý hoạt động
Khi dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây, dòng điện chịu lực tác động của từ
trường (do các điện tích chuyển động bên trong dây dẫn chịu lực Lorentz) và bị
kéo quay về một phía, xoắn lò xo, và quay kim. Vị trí của đầu kim trên thước đo
tương ứng với cường độ dòng điện qua cuộn dây
GVHD: Phạm Văn Thiêm.

7


Đây là một thiết bị thực tế đo dòng điện có bán ngoài thị trường

=> DA=5(A)
4, Chọn thang đo cho volkế.
Vì điện áp phía thứ cấp của BU định mức là 100(V) nên chọn volke có thang đo
là: DV=100(V)
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
GVHD: Phạm Văn Thiêm.

8


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.

=>DV=100(V)
5, Chọn thang đo cho cosϕkế.

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

9


Nguyên lý hoạt động:
Cuộn tĩnh được mắc nối tiếp vào pha A ,hai cuộn dây động được mắc với hai
điện trở R và được đặt vào các điện áp UAB và UAC

Góc quay của cơ cấu là:

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

10


Vì cosϕ có cuộn dòng mắc vào thứ cấp BI , cuộn áp mắc vào thứ cấp BU nên ta

chọn:

Idmcosϕ = 5(A)

Udmcosϕ = 100(V)

Do góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện không phụ thuộc vào hệ số biến đổi
của BU và BI nên ta chọn thang đo cho Cosφ với Cosφ € [-1÷1] .

6, Thiết bị đo tần số :
Do tần số giữa điện áp và dòng điện không phụ thuộc vào hệ số biến đổi của BU
và BI nên ta chọn thang đo cho thiết bị đo tần số có thang đo 0≤ f ≤ 60 (Hz)
Đồng hồ đo tần số met cộng hưởng

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

11


Nguyên lý hoạt động

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

12


Nhà Cung Cấp : Munhean được nhập từ Singapre.
Công Dụng :Đồng hồ đo tần số
Cat.No Type
Mã số Phân loại

Range
Thang đo

CP-96
FQP

100V ; 45 – 55Hz

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

Kim

13


7, Công tơ đo năng lượng

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

14


7,1, Công tơ đo năng lượng tác dụng.
Vì cho thời gian làm việc trong một tháng t=720h
Ta có Wtd = .Utcdm.Itcdm.Cosφ.t
Với dòng điện áp thứ cấp cuả BU là:
Utcdm =0,1 (KV) = 100 (V)
Dòng điện thứ cấp của BI là :5 (A)
Nếu Wtdmax  Cosφmax = 1

=>Wtdmax = .0,1.5.1.720=623,54 (KWh)
Vậy chọn công tơ đo năng lượng tác dụng có thang đo là 650 (KWh)

7,2, Công tơ đo năng lượng phản kháng.
Vì cho thời gian làm việc trong một tháng t=720h
Wpk = .Utcdm.Itcdm.Sinφ.t
Với dòng điện áp thứ cấp cuả BU là:
GVHD: Phạm Văn Thiêm.

15


Utcdm =0,1 (KV) = 100 (V)
Dòng điện thứ cấp của BI là :5 (A)
Nếu Wpkmax  Sinφmax = 1
=>Wpkmax = .0,1.5.1.720=623,54 (KVArh)
Vậy chọn công tơ đo năng lượng phản kháng có thang đo là 650 (KVArh)
III-Tính số chỉ của mỗi công tơ trong thời gian một tháng, biết rằng có 80% thời
gian máy biến áp làm việc ở chế độ định mức , 20% thời gian máy biến áp làm
việc ở chế độ non tải. Xác định cosϕtb của phụ tải.
1, Tính số chỉ của công tơ đo năng lượng tác dụng.
a, Số chỉ của công tơ tác dụng trong chế độ định mức.
Thời gian định mức:
Tdm = 0,8.24.30 = 576(h)
Idm = IAdm = IBdm = ICdm = 131,97(A)
Udm= 35(KV)
cosϕdm = 0,89 → φdm = 27,13o
Ta có:
Wcttddm = 3.

U dm I dm
35.0,1 131,97.5
.
. cos ϕ dm .Tdm = 3.
.
.0,89.576 = 292,95( KWh )
KU K I
35
200

b, Số chỉ của công tơ tác dụng trong chế độ non tải.
Thời gian non tải:
Tnt = 0,2.24.30 = 144(h)
Int = IAnt = IBnt = ICnt = 0,6.Idm =0,6.131,97 = 79,18(A)
Unt = Udm = 35(KV)
cosϕnt = 0,6→ ϕnt = 53,13o
Ta có:

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

16


Wcttdnt = 3.

U nt I nt
35.0,1 79,18.5
. . cos ϕ nt .Tnt = 3.
.
.0,6.144 = 29,62( KWh )

KU K I
35
200

c, Số chỉ của công tơ tác dụng trong một tháng.
Wcttd = Wcttddm + Wcttdnt = 292,95 + 29,62 = 322,57( KWh )

2, Tính số chỉ của công tơ đo năng lượng phản kháng.
a, Số chỉ của công tơ phản kháng trong chế độ định mức.
Thời gian định mức:
Tdm = 0,8.24.30 = 576(h)
Idm = IAdm = IBdm = ICdm = 131,97(A)
Udm= 35(KV)
cosϕdm = 0,89 → φdm= 27,130

Ta có: Giản đồ vecto chế độ định mức ở trang sau.
.
.
U
I
I
 .
 U
 .

Wctpkdm =  BA . Adm . sin U BA , I Adm  + CA . Bdm . sin  U CA , I Bdm .Tdm

 KU K I



 KU K I

.
.
U dm I dm   .

 .

.
.sin U BA , I Adm  + sin U CA , I Bdm .Tdm
=
KU K I  




=

[ (

)

(

)]

35.0,1 131,97.5
.
. sin 150 0 − 27,130 + sin 90 0 − 27,130 .576
35

200

= 328,74( KVArh )

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

17


UA

A

UC
B

UCA

UBA

b,Số chỉ của công tơ phản kháng trong chế độ non tải.
Thời gian non tải:
Tnt = 0,2.24.30 = 144h

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

UB

18

Int = 0,61Idm = 0,6.131,97 = 79,18(A)
Unt = Udm = 35(KV)
Cosφnt = 0,6 => φnt = 53,130
Ta có: Giản đồ vecto ở chế độ non tải.

UA

A

UC
UB
B

UCA

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

UBA

19


.
.
U
I
I
 .
 U

 .

Wctpknt =  BA . Ant . sin U BA , I Ant  + CA . Bnt . sin U CA , I Bnt .Tnt

 KU K I


 KU K I

U nt I nt
.
=
KU K I

=

.
.
  .

 .

.sin U BA , I Ant  + sin U CA , I Bnt .Tnt



 

[ (

)

)]

(

35.0,1 79,18.5
.
. sin 150 0 − 53,130 + sin 90 0 − 53,130 .144
35
200

= 75,67( KVArh )

c,Số chỉ của công tơ pkản kháng trong một tháng.

Wctpk = Wctpkdm + Wctpknt = 328,74 + 75,67 = 404,41( KVarh )
3, Xác định cosφtb của phụ tải.
Ta có :ở chế độ định mức

cos ϕ tbdm =

Wcttddm
2

Wcttddm + Wctpkdm

2

=

292,95

( 292,95)

2

+ (328,74 )

Ta có :ở chế độ non tải

cos ϕ tbnt =

Wcttdnt
2

Wcttdnt + Wctpknt

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

2

=

29,62

( 29,62)

20

2

+ (75,67 )

2

= 0,

2

= 0,67


IV-Tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối của các phép đo trong hai trường
hợp phụ tải.
1, Sai số của các phép đo ở chế độ định mức.
**Cơ sở lý thuyết tính sai số tương đối , tuyệt đối
Độ chính xác là là tiêu chuẩn quan trong nhất của thiết bị đo

δ =x −x
i

i

d

Trong đó :xi là kết quả đo của lần đo thứ i
xd là giá trị đúng của đại lượng đo
δ i là sai lệch của lần đo thứ i
Sai số phép đo là độ sai lệch giữa giá trị thực và giá trị đo được , sai số

phép đo chỉ có thể xác định 1 cách tương đối vì ta không thể biết được giá trị
thực của đại lượng cần đo
Sai số của phép đó có thể biểu diễn làm 2 dạng
+Sai số tuyệt đối
+Sai số tương đối
Sai số tuyệt đối của một thiết bị đo được định nghĩa là giá trị lớn nhất của sai
lệch gây nên bởi thiết bị trong khi đo.

∆

Χ

= max[δi ]

Tuy nhiên sai số tuyệt đối chưa đánh giá được chính xác và yêu cầu của công
nghệ 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
Sai số tương đối được tính với một phép đo
β=

∆

Χ

Χ

với x là giá trị đại lượng đo

Sai số tương đối được tính với một thiết bị đo
γ = ∆Χ

D

với D là khoảng giá trị nhở nhất tới giá trị lớn nhất
Giá trị γ % gọi là sai số tương đối quy đổi dùng để xắp xếp các thiết bị đo thành
cấp chính xác

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

21


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 và 4
Thiết bị đo số có cấp chính xác: 0,005;0,01;0,02;0,05;0,1;0,2;0,5;1
Vậy khi biết cấp chính xác của một thiết bị đo ta có thể xác định được sai số
tương đối quy đổi và suy ra sai số tương đối của thiết bị trong phép đo cụ thể
β =γ

D
X

*Tính toán sai số của phép đo gián tiếp:
Giả sử có 1 phép đo gián tiếp đại lượng y thông các phép đo trực tiếp

xn .

x1 , x2 ,..

y=f( x1 , x2 ,.. xn ).

Ta có:
dy=

∂y
∂y
∂y
.dx1 + .dx2 + ... + .dxn
∂x
∂x
∂x

- Sai số tuyệt đối của phép đo gián tiếp được đánh giá:
Δy= (

∂y
∂y
∂y
.∆x1 ) 2 + (
.∆x2 ) 2 + ... + (
.∆xn ) 2 =
∂x1
∂x2
∂xn

n

∂y

∑ ( ∂x
k =1

.∆xk ) 2

k

Δ x1 , x2 ,.. xn : Sai số tuyệt đối của phép đo các đại lượng trực tiếp

x1 , x2 ,.. xn .

- Sai số tương đối của phép đo gián tiếp được đánh giá:

γ y = ∆yy
Δ γ x1 , γ

= (

∆x
∆x1 2 ∂y 2 ∆x2 2 ∂y 2
∂y
) .( ) + (
) .( ) + ... + ( n ) 2 .( ) 2 = γ x12 + γ x2 2 + ... + γ xn 2
y
∂x1
y
∂x2
y
∂xn

x2 ,.. γ xn : Sai số tương đối của phép đo trực tiếp các đại lượng x1 , x2

,.. xn .
-Bảng tính sai số của hàm y= x1 . x2
Hàm y

Sai số tuyệt đối Δy

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

Sai số tương đối γ y = Δy/y

22


x1 . x2

± x12 (∆x2 ) 2 + x22 (∆x1 )2

± (

∆x1 2 ∆x2 2
) +(
)
x1
x2

a, Sai số của phép đo dòng điện.
Dòng điện qua các pha A,B,C ( ba pha như nhau ) được xác định.
Idm = KI.IAdm
Với IAđm là dòng mà ampekế đo được ở chế độ định mức.

I Adm =

I dm 131,97
=
.5 = 3,3( A)
KI
200

Ta có:
Sai số tuyệt đối của ampekế là:

∆I Adm = γ A .D A =

2
.5 = 0,1( A)
100

Sai số tuyệt đối của biến dòng điện là:

∆K I = γ KI .K I =

1 200
.
= 0,4( A)
100 5

Vậy sai số tuyệt đối của phép đo dòng điện ở chế độ định mức là :

∆I dm = ±

( ∆K I .I Adm ) 2 + ( K I .∆I Adm ) 2

( 0,4.3,3) 2 + ( 40.0,1) 2
= ±4,21( A)
=±

Sai số tương đối của phép đo dòng điện ở chế độ định mức là:

γ I dm % =

∆I dm
± 4,21
.100% =
.100% = ±3,19%
I dm
131,97

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

23


b, Sai số của phép đo điện áp.
Sai số tuyệt đối của biến điện áp:

∆K U = γ KU .K U =

1 35
. = 7( V )
100 0,1

Sai số tuyệt đối của volkế :

∆U V = γ V .DV =

2
.100 = 2(V )
100

Kết quả đo điện áp dây :

U d = K U .U V =

35
.100 = 35( KV )
0,1

Vậy sai số tuyệt đối của phép đo điện áp dây là:

∆U d = ±

( ∆KU .U V ) 2 + ( K U .∆U V ) 2

( 7.100) 2 + ( 350.2) 2
= ±989,95(V )
=±

Sai số tương đối của phép đo điện áp dây:

γU

d%

=

∆U d
± 989,95
.100% =
.100% = ±2,83%
Ud
35000

Sai số tuyệt đối của phép đo điện áp pha:

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

24


2

U 

2
∆U f = ±  ∆K U . V  + ( K U .∆U V )
3

2

 100 

2
= ±  7.
 + ( 350.2 )
3

= ±808,29(V )
Sai số tương đối của phép đo điện áp pha :

γU

f

%

=

∆U f
Uf

.100% =

± 808.29
. 3.100% = ±4%
35000

c, Sai số của phép đo năng lượng tác dụng.
Năng lượng tác dụng của phụ tải ở chế độ định mức là:

Wtddm = KU .K I .Wcttddm =

35 200
.
.292,95 = 4101300( KWh )
0,1 5

Sai số tuyệt đối của công tơ tác dụng ở chế độ định mức:

∆Wcttddm = γ cttd .Dcttddm
Chọn công tơ đo năng lượng tác dụng có thang đo là 650 (KWh)
Ta có :

Dcttddm = Dcttdnt = 650( KWh )

⇒ ∆W

cttddm

=

1
.650 = 6,5( KWh )
100

Vậy sai số tuyệt đối của phép đo năng lượng tác dụng ở chế độ định mức là :

GVHD: Phạm Văn Thiêm.

25