Bài tập lớn môn học đo lường và thông tin công nghiệp



Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
Bộ môn:

ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN

BÀI TẬP LỚN

MÔN HỌC
ĐO LƯỜNG VÀ THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn . PHẠM VĂN THIÊM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
..

Thái Nguyên – 2011

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-1-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

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:
KỸ
THUẬT
MÁY
TÍNH
..........................................................................................................................................
.................................
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-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

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

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

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-3-



Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

Cho một trạm biến áp có các tham số như bảng 1, bảng 2.
Bảng 1: Tham số của trạm biến áp
Phụ tải

Loại sơ đồ Chế độ non tải

10000KVA-10/4KV

IV

U=Uđm;
cosφ=0.75

cosφ
I=0.7Iđm; 0.9

Câu 1: Vẽ sơ đồ đo dòng, áp, cosφ, tần số, năng lượng tác dụng, năng lượng
phản kháng cho trạm phía cao áp
Sơ đồ mắc như sau
Sơ đồ IV: công tơ tác dụng 3 pha 2 phần tử, công tơ phản kháng 3 pha 3
phần tử
+ Công tơ tác dụng:
.

.

I a ( U AC)
.

.

I B ( U BC)

+ Công tơ phản kháng:
.

.

.

.

I A ( U BC)
I B ( U CA)
.

.

I C( U AB)

Chứng minh:
GVHD: Phạm Văn Thiêm

-4-



Bài tập lớn Đo Lường TTCN
•

Khoa điện tử

Công tơ đo năng lượng tác dụng
Xét công suất tức thời trong mạch ba pha là:
P3f = uAiA + uBiB + uCiC.
Đối với mạnh ba pha ba dây,vì không có dây trung tính lên dòng điện
trung tính bằng không nghĩa là:
iA+ iB+ iC=0 => iC= -(iA+ iB).
Vậy:
P3pha= uAiA + uBiB- uC(iA+ iB)
= uAiA + uBiB- uCiA – uCiB
=iA (uA - uC) + iB (uB - uC)
=iAuAC + iBuBC
Vậy công suất tác dụng của ba pha là:
.

.

.

.

P3pha = UACIA cos ( U AC, I A)+ UBCIBcos( U BC, I B)

Công tơ đo năng lượng phản khảng
Điểm đo đếm thường là đầu nguồn nên ta coi mạch ba pha có nguồn đối
xứng, phụ tải mang tính chất cảm.
Ta có mômen quay tổng của công tơ là:
•

Mq=K(IAUBCcos ψ 1 + IBUCA cos ψ2+ ICUAB cos ψ 3)
= K [IAUAcos(900-φA) + IBUB cos(900-φB) + ICUC
cos(900-φC)]
=K

(IAUAsinφA + IBUB sin φB + ICUC sin φC)

= K Q3pha.
Ta thấy mômen quay tỷ lệ với công suất phản kháng trong
mạch ba pha cho nên số chỉ của công tơ sẽ tỷ lệ với năng lượng
phản kháng tiêu thụ trong mạch ba pha.

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-5-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

Hình 1.1

Câu 2:chọn thang đo cho các thiết bị đo trên sơ đồ
1, Chọn thang đo biến dòng điện .
Dòng điện định mức phía sơ cấp là:

I dm =

S dm
3.U dm

=

1000
3.10

= 57.735( A)

Vậy ta chọn biến dòng điện có hệ số biến dòng : Iscđm≥ 57.735 (A)
Itcđm= 5 (A)

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-6-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN
Vậy chọn BI có : KI =

Khoa điện tử

75
5

2, Chọn thang đo cho biến điện áp.
Điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp là: UdmBA=10 (KV)
Cho nên chọn BU có hệ số biến điện áp: KU=

10
0,1

3, Chọn thang đo cho ampekế
Vì dòng điện phía thứ cấp của B I 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
Đây là một thiết bị thực tế đo dòng điện có bán ngoài thị trường

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-7-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

=> DA=5(A)
2, Chọn thang đo cho volkế.
Vì điện áp phía thứ cấp của B U 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 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.
GVHD: Phạm Văn Thiêm

-8-




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

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

GVHD: Phạm Văn Thiêm

-9-

Khoa điện tử


Bài tập lớn Đo Lường TTCN



Khoa điện tử

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]
Nguyên lý hoạt động

Góc quay của cơ cấu là:

GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 10 -


Bài tập lớn Đo Lường TTCN



Khoa điện tử

4,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)

Nhà Cung Cấp
CôngDụng

GVHD: Phạm Văn Thiêm

Munhean được nhập từ Singapre.
Đồng hồ đo tần số

- 11 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN
Photo
Hình ảnh

Cat.No
Mã số

Type
Phân loại

Khoa điện tử

Range

Thang đo

ĐỒNG HỒ ĐO TẦN SỐ - HIỆU MUNHEAN – SINGAPORE Mặt 96 x96 mm

CP-96
FQP

Kim

220V ; 45 – 55Hz

Đồng hồ đo tần số met cộng hưởng

Nguyên lý hoạt động:

GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 12 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

Tần số mét cộng hưởng gồm một nam châm điện,tạo ra bởi cuộn
dây quấn trên lõi sắt từ hình chữ U,một miếng thép nằm trong từ trường của nam
châm điện,gắn chặt vào thanh là cáo 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 là 0,25 hoặc

0,5Hz.Điện áp của tín hiệu cần do 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 các thanh khác không cộng hưởng thì không dao động cực đại.Như vậy
ta sẽ đọc kết quả tại trị số tương ứng với thanh rung cực đại.

5,Công tơ đo năng lượng
A, 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)

GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 13 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

B, Công tơ đo năng lượng phản kháng
Tương tự ta có t=720h
Wpk =

.Utcdm.Itcdm.Sinφ.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 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)

GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 14 -


Bài tập lớn Đo Lường TTCN

GVHD: Phạm Văn Thiêm



- 15 -

Khoa điện tử

Bài tập lớn Đo Lường TTCN

GVHD: Phạm Văn Thiêm



- 16 -

Khoa điện tử


Bài tập lớn Đo Lường TTCN

GVHD: Phạm Văn Thiêm



- 17 -

Khoa điện tử


Bài tập lớn Đo Lường TTCN

GVHD: Phạm Văn Thiêm



- 18 -

Khoa điện tử


Bài tập lớn Đo Lường TTCN

GVHD: Phạm Văn Thiêm



- 19 -

Khoa điện tử


Bài tập lớn Đo Lường TTCN



Khoa điện tử

8 Thiết bị đo tần số

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.mắc 3pha 2 phần tử
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 = 57.735 (A)

Udm= 10(KV)
cosϕdm = 0,9→ φdm = 25.84o
Ta có:

Wcttddm

.
.
U AC I Adm
 .
 U BC I Bdm
 .

=
.
. cosU AC , I Adm  +
.
. cosU BC , I Bdm .Tdm

 KU K I


 KU K I

=

.
.
U dm I dm   .


 .

.
.cosU AC , I Adm  + cosU BC , I Bdm .Tdm
KU K I  




GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 20 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN
=

[ (

)

Khoa điện tử

)]

(

10.0,1 57.735.5

.
. cos 30 0 − 25,84 0 + cos 30 0 + 25,84 0 .576
10
75

= 345,605( KWh )

UAC

UA

IA

UBC

UC

GVHD: Phạm Văn Thiêm

IB

- 21 -

UB




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

Hình 1.1
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 = 0,7.Idm =0,7.57,735 = 40,41(A)
Unt = Udm = 10(KV)
cosϕnt = 0,75→ ϕnt = 41,4o
Ta có:

Wcttdnt

.
.
U AC I Ant
 .
 U BC I Bnt
 .

=
.
. cosU AC , I Ant  +
.
. cosU BC , I Bnt .Tnt

 KU K I


 KU K I

U dm I nt
.
=
KU K I

=

.
.
  .

 .

.cosU AC , I Ant  + cosU BC , I Bnt .Tnt



 

[ (

)

(

)]

10.0,1 40,41.5
.

. cos 30 0 − 41.4 0 + cos 30 0 + 41.4 0 .144
10
75

= 50,4( KWh )

GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 22 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

UAC

UA

IA

UBC

UC

IB

Hình 1.2

c, Số chỉ của công tơ tác dụng trong một tháng.

Wcttd = Wcttddm + Wcttdnt = 345,605 + 50,4 = 396,005( 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.
GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 23 -

UB




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

Thời gian định mức:
Tdm = 0,8.24.30 = 576(h)
Idm = IAdm = IBdm = ICdm = 57,735(A)
Udm= 10(KV)
cosϕdm = 0,9→ sinφdm= sin(arccosϕdm) = 0,436
Ta

có:

Wctpkdm = 3.

U dm I dm
10.0,1 57,735.5
.
. sin ϕ dm .Tdm = 3.
.
.0,436.576h = 167,424( KVArh )
KU K I
10
75

b,Số chỉ của công tơ phản kháng trong chế độ non tải.
Thời gian non tải:
Tnt = 0,2.24.30 = 144h
Int = 0,7Idm = 0,7.57,735 = 40,41(A)
Unt = Udm = 10(KV)
Cosφnt = 0,75→ sinφdm= sin(arccosϕdm) = 0,661
Ta có:

Wctpknt = 3.

U nt I nt
10.0,1 40,41.5
. .sin ϕ nt .Tnt = 3.
.
.0,661.144h = 44,41( KVarh )
KU K I
10
75

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

Wctpk = Wctpkdm + Wctpknt = 167,424 + 44,41 = 211,834( KVarh )
GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 24 -




Bài tập lớn Đo Lường TTCN

Khoa điện tử

3, Xác định cosφtb của phụ tải.
Ta có :

Wcttddm

cos ϕ tbdm =

2

Wcttddm + Wctpkdm
Wcttdnt

cos ϕ tbnt =

2

Wcttdnt + Wctpknt

2

2

345,605

=

=

( 345,605)

2

+ (167,424 )

50,4

( 50,4)

2

+ (44,41)

2

2

= 0,9

= 0,75

IV-Tính sai số tuyệt đối và sai số tương đối của các phép đo trong hai trường
hợp phụ tải.
Chưa sửa
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
GVHD: Phạm Văn Thiêm

- 25 -