THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BỘ ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN

Họ và tên sinh viên: HUỲNH NGỌC TUẤN
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2008 – 2012

Tháng 05 năm 2012


THIẾT KẾ - CHẾ TẠO BỘ ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN

Tác giả

HUỲNH NGỌC TUẤN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S TRẦN KHÁNH NINH
PHÂN VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ - TIN HỌC - TỰ ĐỘNG HÓA TP.HCM

Tháng 05 năm 2012

i

LỜI CẢM ƠN
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên con xin cảm ơn cha mẹ đã sinh
ra, nuôi dưỡng, chăm sóc, động viên, thương yêu và là chỗ dựa vững chắc cho con
trong suốt những năm học vừa qua.
Sau đó, em xin được gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường đại học Nông Lâm
TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là toàn thể thầy cô khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tận tình
dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong suốt 4 năm theo học ở
trường.
Em xin chân thành cảm ơn Th.S Trần Khánh Ninh – Phó phân viện trưởng phân
viện nghiên cứu điện tử, tin học, tự động hóa TP.HCM cùng các anh chị trong phân
viện đã tận tình hỗ trợ cho em rất nhiều để hoàn thành đề tài này.
Em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths. Lê Văn Bạn – trưởng bộ môn
Điều Khiển Tự Động đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực
hiện đề tài.
Cuối cùng, mình xin cảm ơn tập thể các bạn trong lớp DH08TD, các bạn trong
Đội Công Tác Xã Hội nói riêng và các bạn nói chung đã động viên, giúp đỡ mình
trong suốt những năm học vừa qua và trong thời gian thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện:
Huỳnh Ngọc Tuấn

ii


TÓM TẮT
Nước ta đang trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa. Điện là

một thành phần không thể thiếu trong sản xuất công, nông nghiệp. Các doanh nghiệp
luôn muốn giảm chi phí sản xuất để tăng lợi nhuận mà vẫn đảm bảo được chất lượng
sản phẩm và điện là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến việc giảm chi
phí sản xuất, quan trọng hơn nữa là tiết kiệm năng lượng. Trong các nhà máy xí nghiệp
luôn luôn lắp các thiết bị đo để theo dõi các thông số điện năng. Hiện nay trên thị
trường có rất nhiều thiết bị đo cho kết quả chính xác và ổn định nhưng hầu hết là ngoại
nhập, giá thành cao, chỉ đo được một hoặc hai thông số. Vì vậy đề tài “ Thiết kế, chế
tạo bộ đo các thông số điện” có thể đo được nhiều đại lượng như dòng điện, điện áp,
công suất, hệ số công suất…. nhằm mục đích ứng dụng kiến thức được trang bị trên
ghế nhà trường vào thực tiễn sản xuất và có một thiết bị đo với giá thành hợp lý, đo
được nhiều thông số mà kết quả đo vẫn chính xác và ổn định. Đề tài có thể sử dụng
rộng rãi, dễ dàng lắp đặt để theo dõi các thông số trong mạng lưới điện nhà máy hoặc
mạng điện gia đình và có thể phát triển để giám sát và điều khiển.
Đề tài “Thiết kế, chế tạo bộ đo các thông số điện” được tiến hành tại Phân viện
nghiên cứu Điện tử - Tin học – Tự động hóa TP.HCM và bộ môn Điều Khiển Tự
Động, từ ngày 15 – 03 – 2012 đến ngày 07 – 06 – 2012.
Kết quả đạt được:
 Chế tạo thành công bộ đo các thông số điện với độ chính xác ±3%:
 Đo điện áp, dòng điện
 Độ công suất biểu kiến, công suất phản kháng, hệ số công suất
 Bằng việc sử dụng IC chuyên dụng ADE7758 và vi xử lý P89V51RD2 để
thiết kế mạch đo với tốc độ xử lý nhanh và kết quả đo được hiển thị lên màn
hình LCD 16x2.
 Các mạch đo thông số và mạch điều khiển truyền và nhận dữ liệu ổn định.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Th.S Trần Khánh Ninh

HUỲNH NGỌC TUẤN
iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa.......................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... ii
Tóm Tắt ......................................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................................v
Danh sách các hình ...................................................................................................... viii
Danh sách các bảng ....................................................................................................... ix

 
Chương 1 .........................................................................................................................1 
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 
1.1. 

Đặt vấn đề .........................................................................................................1 

1.2. 

Tầm quan trọng của đề tài ................................................................................2 

1.3. 

Mục đích của đề tài ...........................................................................................2 

1.3.1 

Mục đích chung .........................................................................................2 

1.3.2 

Mục đích cụ thể .........................................................................................2 

1.4. 

Giới hạn của đề tài ............................................................................................3 

Chương 2 .........................................................................................................................4 
TỔNG QUAN – TRA CỨU TÀI LIỆU ..........................................................................4 
2.1. 

Tổng quan .........................................................................................................4 

2.2. 

Tham khảo các mẫu máy khác..........................................................................8 

2.3. 

Giới thiệu IC ADE7758 ..................................................................................11 

2.4. 

Tìm hiểu vi điều khiển P89V51RD2 ..............................................................17 

2.5. 

Nghiên cứu bộ hiển thị LCD 16x2 .................................................................22 

2.6. 

Tìm hiểu phần mềm KEIL – µVISION3 lập trình cho P89V51RD2 .............23 

2.7. 

Nghiên cứu mạch nạp chương trình cho vi điều khiển ...................................25 

2.8. 

Tìm hiểu về chuẩn truyền thông SPI: .............................................................26 

2.8.1 

Giới thiệu chung ......................................................................................26 
iv


2.8.2 

Hoạt động: ...............................................................................................27 

Chương 3 .......................................................................................................................29 
PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ..............................................29 
3.1. 

Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài ............................................................29 

3.1.1 

Địa điểm ..................................................................................................29 

3.1.2 

Thời gian .................................................................................................29 

3.2. 

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................29 

3.2.1 

Chọn phương pháp thiết kế bộ đo ...........................................................29 

3.2.2 

Chọn phương pháp thiết kế phần vỏ bên ngoài của bộ đo ......................30 

3.2.3 

Chọn phương pháp thiết kế phần điện tử ................................................30 

3.3. 

Phương tiện thực hiện .....................................................................................31 

Chương 4 .......................................................................................................................32 
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ...................................................................................................32 

4.1. 

Thiết kế bộ đo .................................................................................................32 

4.1.1 

Thiết kế vỏ bên ngoài của bộ đo .............................................................32 

4.1.2 

Chọn vật liệu chế tạo vỏ bên ngoài bộ đo ...............................................33 

4.2. 

Thực hiện phần cơ khí ....................................................................................33 

4.3. 

Thực hiện phần điện tử ...................................................................................34 

4.3.1 

Làm mạch nguồn .....................................................................................34 

4.3.2 

Mạch cảm biến ngõ vào cho dòng điện sử dụng biến dòng ....................34 

4.3.3 

Mạch đo thông số sử dụng ADE7758 .....................................................35 

4.3.4 

Mạch điều khiển và hiển thị LCD ...........................................................36 

4.3.5 

Mạch điều khiển tổng hợp .......................................................................37 

4.4. 

Thực hiện phần mềm ......................................................................................39 

4.4.1 

Sơ đồ xử lý tín hiệu trong IC ADE7758 .................................................39 

4.4.2 

Lưu đồ giải thuật đọc tín hiệu từ ADE7758 về vi điều khiển .................40 

4.4.3 

Lưu đồ giải thuật của vi điều khiển .........................................................41 

4.4.4 

Chương trình cho vi điều khiển ...............................................................42 

Chương 5 .......................................................................................................................43 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................................43 
5.1. 

Kiểm tra và chạy thử.......................................................................................43 
v


5.1.1 

Kiểm tra thiết bị đo..................................................................................43 

5.1.2 

Chạy thử nghiệm bộ đo ...........................................................................43 

5.2. 

Khảo nghiệm ...................................................................................................44 

5.2.1 

Mục đích khảo nghiệm ............................................................................44 

5.2.2 

Phương pháp bố trí khảo nghiệm ............................................................44 

5.2.3 

Xử lý số liệu ............................................................................................45 

5.3. 

Kết quả ............................................................................................................45 

5.4. 

Thảo luận ........................................................................................................51 

Chương 6 .......................................................................................................................52 
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................................52 
6.1. 

Kết luận ...........................................................................................................52 

6.2. 

Đề nghị ............................................................................................................52 

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1. Vai trò điện năng
Hình 2.2. Biểu đồ công suất

Hình 2.3. Đồng hồ đo hệ sô công suất cosφ M4W – P
Hình 2.4. Thông tin và sơ đồ kết nối đồng hồ M4W
Hình 2.5. Ampe kìm Wellink HL - 3398
Hình 2.6. Đồng hồ tủ điện đa năng MFM383
Hình 2.7. Bộ đo BPM – 10
Hình 2.8. IC ADE7758
Hình 2.9. Sơ đồ khối ADE7758
Hình 2.10. Sơ đồ chân ADE775
Hình 2.11. Vi điều khiển P89V51RD28

Hình 2.12. Sơ đồ chân vi điều khiển P89V51RD2
Hình 2.13. Hình dạng LCD 16x2
Hình 2.14. Sơ đồ chần LCD16x2
Hình 2.15. Giao diện KEIL – µVISION3
Hình 2.16. Cửa sổ hộp thoại Options
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý mạch nạp cho P89V51RD2
Hình 2.18. Giao diện phần mêm Flash Magic
Hình 2.19. Kết nối giao tiếp SPI
Hình 2.20. Quá trình truyền dữ liệu
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống bộ đo các thông số điện
Hình 4.1 Mặt trước của bộ đo
Hình 4.2 Mặt sau của bộ đo
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +5V
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý mạch đo dùng IC ADE7758
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và hiển thị LCD
vii


Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chung cho bộ đo
Hình 4.7. Sơ đồ xử lý dòng điện trong ADE7758

Hình 4.8. Sơ đồ xử lý điện áp trong ADE7758
Hình 4.9. Chương trình KEIL – µVISION3 cho vi điều khiển
Hình 5.1. Bộ đo thông số điện hoàn thành
Hình 5.2. Màn hình hiển thị

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1: Bảng chức năng của các chân ADE7758
Bảng 2. Chức năng các thanh ghi ADE7758
Bảng 3. Chức năng riêng Port3 của vi điều khiển P89V51RD2
Bảng 4. Kết quả đo dòng điện và điện áp lần khảo nghiệm 1
Bảng 5. Kết quả đo công suất và hệ số công suất lần khảo nghiệm 1
Bảng 6. Kết quả đo dòng điện và điện áp lần khảo nghiệm 2
Bảng 7 . Kết quả đo công suất và hệ số công suất lần khảo nghiệm 2

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong giại đoạn phát triển hiện nay của đất nước, các ngành công nghiệp sản
xuất đang phát triển mạnh mẽ. Việc đòi hỏi doanh nghiệp và sản phẩm có tính cạnh
tranh cao cũng tạo ra áp lực mạnh cho các doanh nghiệp. Do vậy, các doanh nghiệp
phải sử dụng nhiều giải pháp nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh sản phẩm, cung ứng
cho thị trường, từ đó duy trì và phát triển sản xuất, Một trong những giải pháp đó
chính là tiết kiệm chi phí sản xuất để tăng lợi nhuận, giảm giá thành sản phẩm, tăng

sức cạnh tranh của sản phẩm. Vấn đề tiết kiệm năng lượng đã và đang được các công
ty rất quan tâm và chú trọng thực hiện gắt gao.
Trên thực tế nhiều doanh nghiệp ở nước ta, việc tiết kiệm năng lượng điện chưa
được chú trọng. Các doanh nghiệp chỉ chú trọng vào chi phí ban đầu mà chưa coi trọng
chi phí thường xuyên. Việc sử dụng năng lượng điện không hiệu quả phụ thuộc vào
nhiều nguyên nhân: Công nghệ lạc hậu, các thiết bị sản xuất cũ kỹ, tỷ lệ hao hụt trong
khâu truyền tải quá nhiều. Công tác quản lý theo dõi chưa đúng mức.
Để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng điện cần phải xây dựng các giải
pháp sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả, theo dõi và giám sát các thông số điện từ đó
đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả như bố trí kế hoạch sản xuất hợp lý, sử
dụng đúng công suất, hạn chế tối đa các thiết bị tiêu thụ công suất điện lớn vào giờ cao
điểm…
Hiện nay các nhà máy xí nghiệp đều lắp đặt các thiết bị đo và theo dõi các
thông số điện từ đó đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng hầu hết các thiết
bị này đều là thiết bị ngoại nhập có giá thành cao và chỉ có chức năng riêng biệt. Xuất
phát từ các vấn đề nêu trên và được sự cho phép của Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí –
Công Nghệ, sự giúp đỡ của các thầy cô và các anh chị tại Phân viện nghiên cứu Điện
tử - Tin học - Tự động hóa TP.HCM, đề tài “ Thiết kế, chế tạo bộ đo các thông số
điện” đã được triển khai thực hiện.

1


1.2. Tầm quan trọng của đề tài
Các thiết bị đo thông số điện trên thị trường hiện nay đều là các thiết bị ngoại
nhập có giá thành cao, tính năng riêng lẻ và công nghệ chế tạo được giữ bí mật. Việc
chế tạo được một thiết bị đo các thông số điện ứng dụng vào mạng điện công nghiệp
hoặc mạng điện gia đình với giá thành thấp và tích hợp đo được nhiều thông số hơn
góp phần đưa ra các giải pháp sử dụng và tiết kiệm năng lượng.
1.3. Mục đích của đề tài

1.3.1 Mục đích chung
 Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bộ đo dòng điện và điện áp.
 Khảo sát nguyên lý hoạt động của các thiết bị đo hệ số công suất.
 Khảo sát nguyên lý về các thiết bị đo công suất .
 Tìm hiểu nhu cầu và sự cần thiết của các thiết bị trên trong sinh hoạt, sản xuất.
 Từ đó tiến hành thiết kế, chế tạo bộ đo các thông số điện gồm điện áp, dòng
điện, công suất biểu kiến, công suất phản kháng, hệ số công suất.
1.3.2 Mục đích cụ thể
 Trên cơ sở khảo sát các mẫu máy khác để từ đó tìm hiểu cấu tạo, kết cấu, mạch
điều khiển, chương trình điều khiển bộ đo.
 Làm chủ được việc thiết kế, giá thành thiết bị hợp lý.
 Thiết bị được nhắm đến sử dụng trong các xí nghiệp, nhà máy và phát triển
thêm để điều khiển tối ưu mạng điện trong nhà máy.
 Thiết kế, chế tạo mạch đo các thông số dùng IC chuyên dụng ADE7758.
 Thiết kế, chế tạo mạch nguồn.
 Thiết kế, chế tạo mạch vi xử lý giao tiếp SPI với mạch đo để đọc và nhận dữ
liệu
 Thiết kế, chế tạo cấu trúc của bộ đo.
 Thiết kế mạch điều khiển chung cho bộ đo, hiển thị kết quả đo được lên màn
hình LCD.
 Viết chương trình KEIL - C để điều khiển, xử lý số liệu và hiển thị trên màn
hình.

2


1.4. Giới hạn của đề tài
 Bộ thiết bị đo sử dụng cảm biến dòng đo tối đa là 10A, chưa sử dụng các biến
dòng chuyên dụng.
 Sai số còn lớn – độ chính xác ±3%

 Xử lý nhiễu chưa tốt nên giá trị chưa đạt độ chính xác cao.
 Không thể làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao.
 Chưa tích hợp được cổng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi như PLC hay giao
tiếp máy tính.

3


Chương 2
TỔNG QUAN – TRA CỨU TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan

Hình 2.1. Vai trò điện năng
Năng lượng nói chung, điện năng nói riêng có vai trò rất quan trọng đối với sự
nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Điện năng là dạng năng lượng có
nhiều ưu điểm vì nó dễ dàng được chuyển hóa từ các dạng năng lượng khác; đồng thời
khi sử dụng điện năng cũng dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như
cơ năng, nhiệt năng, quang năng,…vì vậy việc sản xuất điện năng có ý nghĩa rất quan
trọng trong chiến lược năng lượng của mỗi quốc gia.
Trong thực tế, nguồn cung cấp công suất luôn đòi hỏi cao hơn so với công suất tiêu thụ
của thiết bị. Ví dụ một động cơ tiêu thụ công suất 15kW lại phải cần một nguồn công
suất ít nhất là 17,65kVA. Như vậy, dù chỉ cần một công suất nhất định nhưng chúng ta
phải yêu cầu nhà cung cấp điện cung cấp một công suất lớn hơn và tất nhiên phải trả
tiền cho sự lãng phí.
Lý thuyết cơ sở cho thấy thiết bị ngoài tiêu tốn công suất hữu ích còn tạo ra
công suất phản kháng, là một thành phần tham gia vào quá trình từ hóa các thiết bị
điện và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng. Ngoài ra các thiết bị biến đổi
AC-DC-AC thường gây ra sự lệch pha về dòng và thế dẫn tới giảm giá trị cosφ. Việc
giảm giá trị này dẫn tới công suất sử dụng thật sự cho thiết bị chỉ là một phần của công
suất cung cấp, phần còn lại là tổn hao vô ích. Nếu tăng cosφ tới =1, ta sẽ giảm tổn hao

này tới zero.
4


Vì vậy điện năng có vai trò rất quan trọng trong sản xuất và đời sống. Việc đo,
giám sát và theo dõi các thông số sẽ giúp ta quản lý và đưa ra các phương pháp nhằm
tiết kiệm năng lượng.
2.1.1. Dòng điện và điện thế
 Dòng điện
Trong điện học và điện từ học, dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các
điện tích. Vì đại lượng đặc trưng cho dòng điện là cường độ dòng điện, từ "dòng điện"
thường được hiểu là cường độ dòng điện.
Cường độ dòng điện qua một bề mặt được định nghĩa là lượng điện tích di
chuyển qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian. Nó thường được ký hiệu bằng chữ I,
từ chữ tiếng Đức Intensität, nghĩa là cường độ. Trong hệ SI, cường độ dòng điện có
đơn vị ampe.

Cường độ dòng điện trung bình trong một khoảng thời gian được định nghĩa bằng
thương số giữa điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian đó và
khoảng thời gian đang xét.

Trong đó,


I tb là cường độ dòng điện trung bình, đơn vị là A (ampe)



ΔQ là điện lượng chuyển qua bề mặt được xét trong khoảng thời gian Δt, đơn vị
là C (coulomb)



Δt là khoảng thời gian được xét, đơn vị là s (giây)

Khi khoảng thời gian được xét vô cùng nhỏ, ta có cường độ dòng điện tức thời:

 Điện thế và hiệu điện thế
Trong điện học, điện thế là trường thế vô hướng của điện trường; tức là građiên
của điện thế là véctơ ngược hướng và cùng độ lớn với điện trường.

VM = AM∞/q
5


Cũng như mọi trường thế vô hướng, điện thế có giá trị tùy theo quy ước điện
thế của điểm lấy mốc. Trong kỹ thuật điện và điện tử học, khái niệm hiệu điện thế hay
điện áp thường được dùng khi so sánh điện thế giữa hai điểm, hoặc nói về điện thế của
một điểm khi lấy điểm kia là mốc có điện thế bằng 0.
Hiệu điện thế UMN giữa hai điểm M và N là đại lượng đặc trưng cho khả năng
sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ M đến N

UMN = VM – VN
Định luật Ohm nói rằng cường độ dòng điện chạy qua một điện trở (hoặc các
thiết bị Ohm) tuân theo:

với

I là cường độ dòng điện, đo bằng ampe
U là hiệu điện thế giữa 2 đầu điện trở, đo bằng vôn

R là điện trở, đo bằng ohm

2.1.2. Công suất dòng điện xoay chiều
Công suất được định nghĩa như là phần năng lượng được chuyển qua một bề mặt
trong một đơn vị thời gian. Đối với mạch điện một chiều, công suất, năng lượng mà
mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện trong một đơn vị thời gian, được
tính bằng công thức:

P = U.I.COSφ
Với:


P là công suất



U là điện áp



I là độ lớn dòng điện đi qua



Φ là góc lệch pha giữa U và I
Trong mạch điện xoay chiều, các thành phần tích lũy năng lượng như cuộn cảm

và tụ điện có thể tạo ra sự lệch pha của dòng điện so với hiệu điện thế. Có thể được
biểu diễn về mặt toá học hiệu điện thế và dòng điện bằng số phức để thể hiện pha của
các đại lượng này cho điện xoay chiều. Lúc này công suất cũng có thể biểu diễn qua số

phức, kết quả của phép nhân hai số phức là hiệu điện thế và dòng điện.
6


Giá trị tuyệt đối của công suất phức là công suất biểu kiến. Phần thực của công
suất phức được gọi là công suất thực. Nó là công suất tính trung bình theo toàn chu kỳ
của dòng điện xoay chiều, tạo ra sự chuyển giao thực năng lượng theo một hướng.
Phần ảo của công suất phức được gọi là công suất phản kháng; do nó là công suất
chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng
lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng.

Hình 2.2. Biểu đồ công suất
Ta có :

S = P + iQ

S: công suất biểu kiến tính bằng VA
P: cống suất tiêu thụ thực tế tính bằng W
Q: công suất phản kháng tính bằng VAr
i: là đơn vị số ảo, căn bậc hai của -1.

7


2.2. Tham khảo các mẫu máy khác

Hình 2.3. Đồng hồ đo hệ sô công suất cosφ M4W - P
Chi tiết :
* Hiển thị hệ số công suất
* Ngõ vào: 4-20mADC (Thông số ngõ ra của Transducer hệ số công suất)

* Hiển thị : -0.50~1.00~+0.50

Hình 2.4. Thông tin và sơ đồ kết nối đồng hồ M4W
8


 Nguyên lý hoạt động : khi cấp nguồn va mắc tải vào bộ đo thông qua các biến
dòng và biến áp thì Transducer hệ số công suất sẽ tính được góc lệch giữa U và
I từ đó tính được hệ số công suất.
 Ưu điểm: tốc độ nhanh chỉ trong vài giây là có thể đọc được.
 Nhược điểm: chỉ đo được hệ số công suất, không đo được các đại lượng khác.

1

2
3
4
5
Hình 2.5. Ampe kìm Wellink HL - 3398
1 Gọng kìm

4 Màn hình hiển thị

2 Các nút chế độ

5 Nơi cắm 2 que đo

3 Nút nguồn và chọn thang đo
 Nguyên lý hoạt động: Dựa trên hiện tượng từ trường biến thiên sinh ra bởi dòng
điện xoay chiều có thể gây cảm ứng điện từ lên một cuộn cảm nằm gần dòng

điện đó.
 Ưu điểm: cho kết quả nhanh chỉ sau vài giây, đo được dòng lớn tới 500A
 Nhược điểm: dùng để đo kiểm tra, chỉ đo được dòng điện và điện áp.

9


Hình 2.6. Đồng hồ tủ điện đa năng MFM383
 Nguyên lí hoạt động:

Đồng hồ được mắc vào tủ điện, sau đó bất nút power màn hình sẽ hiển thị các
thông số đo được như Volt, Ampe, công suất, cosφ, tần số. Nhấn các nút lên
xuống để đọc được hết các giá trị cần xem.
 Ưu điểm: nhanh cho kết quả với độ chính xác cao, nhỏ gọn, đo được nhiều
thông số.
 Nhược điểm: Giá thành cao
1

4
5

Hình 2.7. Bộ đo BPM – 10
1. Màn hình Led 7 đoạn hiển thị
2. Các nút nhấn chức năng
3. Cổng kết nối RS – 485
4. Domino kết nối nguồn cho bộ đo
5. Domino kết nối ngỏ vào của dòng điện và điện á
10

2

3


 Nguyên lý hoạt động: Dòng điện, điện áp được kết nối với domino ngỏ vào của
bộ đo. Bên trong bộ đo có cầu phân áp để chia nhỏ điện áp và biến dòng để
nhận tín hiệu đo dòng điện. Sau đó các tín hiệu được đưa vào vi điều khiển để
xử lý và tính toán. Cuối cùng dữ liệu sẽ được hiển thị trên màn hình Led 7 đoạn.
 Ưu điểm: nhanh cho kết quả với độ chính xác cao, nhỏ gọn, đo được nhiều
thông số.
 Nhược điểm: Giá thành cao, màn hình hiển thị hay bị lỗi.
2.3. Giới thiệu IC ADE7758

Hình 2.8. IC ADE7758
IC ADE 7758 được thiết kế tích hợp công nghệ ADCs và DSP trên cùng một vi
mạch, chứa 6 bộ ADC làm nhiệm vụ số hóa các tín hiệu đầu vào I, U. Mỗi bộ ADC
này có độ phân giải 20 bit, tốc độ lẫy mẫu 57.6kSPS ứng với 7.3728 MHz clock in. Bộ
DSP thực hiện chức năng xử lý tính toán các tín hiệu số lấy ra ở đầu của các ADC.
Đầu ra của ADE7758 là các xung tần số của dòng điện, điện áp, công suất điện năng
tác dụng, công suất điện năng phản kháng, công suất điện năng biểu kiến tải tiêu thụ
cùng với giao diện nối tiếp SPI chứa các thanh ghi tỉ lệ sẽ dễ dàng ghép nối với các
loại vi điều khiển, qua đó có thể đọc được các đại lượng mà ADE7758 đó được. Ngoài
ra, thông qua giao tiếp SPI quá trình hiệu chỉnh ADE7758 cũng được thực hiện.

11


Hình 2.9. Sơ đồ khối ADE7758
IC ADE7758 sử dụng để xử lí các tín hiệu có các ưu điểm: độ chính xác cao
được sử dụng nhiều trong đo lường. ADE7758 có 6 bộ chuyển đổi ADC có thể sử

dụng được nhiều mục đích như đo nhiệt độ hay đo lường được tất cả các đại lượng
điện. ADE7758 có các thanh ghi Waveform và thanh ghi Active Energy có thể thay
đổi tụ giữ điện được ít nhất là 5 giây trong các trường hợp bị mất nguồn điện cấp vào.
Dữ liệu đọc ra của ADE7758 là dạng nối tiếp SPI hoặc tần số thông qua tín hiệu xung.
ADE7758 có thể được lập trình thay đổi các thông số hiệu chỉnh để phù hợp với các
tín hiệu vào và ra. Thông số thay đổi có thể là chỉnh dạng offset hoặc chặn ngưỡng bão
hòa.
ADE7758 có chân báo ngắt IRQ khi đã tính xong công suất ngõ vào, tín hiệu
này sẽ được sử dụng kết hợp với vi điều khiển để đọc dữ liệu từ ADE7758. ADE7758
có dạng chân là SSOP20.

12


Hình 2.10. Sơ đồ chân ADE7758
Thứ tự

Tên

Tính năng

chân
1

APCF

Active Power Calibration Frequency Logic Output. Chân tín
hiệu ngõ ra với tần số công suất. Hiệu chỉnh Gain thông qua
thanh ghi APCFNUM và thanh ghi APCFDEN

2

DGND

Chân tín hiệu đất cho ngõ ra digital sử dụng cho các tín hiệu
số ADE7758. Chân này được sử dụng làm tín hiệu đất cho tất
cả các tín hiệu số như SPI

3

DVDD

Digital power supply. Chân cấp nguồn cho các chân tín hiệu
số của ADE7758 như các chân SPI và chân ngõ ra khác,
nguồn cung cấp khoảng 5V±5%.

4

AVDD

Analog power supply. Chân cấp nguồn cho các chân tín hiệu
tương tự của ADE7758 như các chân ngõ vào dòng áp,
nguồn cung cấp khoảng 5V±5%.

5,6

IAP, IAN

Analog input, kênh dòng A. Chân ngõ vào ADC kênh A,
kênh này sử dụng cho ngõ vào tín hiệu dòng điện pha A, tín

hiệu ngõ vào hiệu chỉnh từ ±1V, ± 0.5V, ± 0.25V tùy tỉ lệ.

7,8

IBP, IBN

Analog input, kênh dòng B. Chân ngõ vào ADC kênh B,
13


kênh này sử dụng cho ngõ vào tín hiệu dòng điện pha B, tín
hiệu ngõ vào hiệu chỉnh từ ±1V, ± 0.5V, ± 0.25V tùy tỉ lệ.
9,10

ICP, ICN

Analog input, kênh dòng C. Chân ngõ vào ADC kênh C,
kênh này sử dụng cho ngõ vào tín hiệu dòng điện pha C, tín
hiệu ngõ vào hiệu chỉnh từ ±1V, ± 0.5V, ± 0.25V tùy tỉ lệ.

11

AGND

Chân tín hiệu đất cho ngõ vào analog sử dụng cho bộ biến
đổi ADC. Chân này được sử dụng làm tín hiệu đất cho tất cả
các tín hiệu analog như các mạch lọc, cảm biến dòng điện,
cảm biến điện áp.

12

REFIN/OUT Chân chỉnh áp ngõ vào. ADE7758 có tín hiệu áp trên chân
này là 2.4V± 8%. Nếu chọn áp ngoài thì áp sẽ nối đến chân
REF, còn nếu chọn áp trong ADE7758 thì chon nối chân này
với chân AGND qua tụ 1µF.

13,

14, VN,

Analog input, kênh áp. Chân ngõ vào ADC cho 3 pha A, B,

VCP,

C. Kênh này sử dụng cho tín hiệu ngõ vào điện áp 3 pha A,

VBP,

B, C. Tín hiệu ngõ vào hiệu chỉnh từ ±1V, ± 0.5V, ± 0.25V

VAP

tùy theo tầm scale.

17

RESET

Reset lại cho ADE7758. Reset là tín hiệu mức thấp

18

IRQ

Interrupt request output

19

CLKIN

Chọn tần số lấy mẫu

20

CLKOUT Chọn tần số lấy mẫu

21

CS

Chọn chip chế độ SPI

22

DIN

Data in SPI

23

SCLK

Xung nhịp SPI

24

DOUT

Data out SPI

15, 16

Bảng 1. Chức năng các chân của ADE7758

14


 Giới thiệu các thanh ghi lưu trữ dữ liệu các thông số trong ADE7758: liệu sau
khi được tính toán xong sẽ được lưu vào các thanh ghi này. Nhờ giao tiếp SPI vi
điều khiển sẽ lấy được dữ liệu từ các thanh ghi này về sau đó tính toán, hiệu chỉnh
và hiển thị.

Địa chỉ
0x01

Tên thanh ghi
AWATTHR

Chức năng
Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất tiêu thụ của pha

A. Thanh ghi này chỉ cho phép đọc giá trị về và nó có thể
giữ được dữ liệu tối đa là 0.52 giây trước khi bị tràn bit.

0x02

BWATTHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất tiêu thụ của pha
B.

0x03

CWATTHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất tiêu thụ của pha
C.

0x04

AVARHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất phản kháng của
pha A. Thanh ghi này chỉ cho phép đọc giá trị về và nó
có thể giữ được dữ liệu tối đa là 0.52 giây trước khi bị
tràn bit.

0x05

BVARHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất phản kháng của
pha B.

0x06

CVARHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất phản kháng của
pha C.

0x07

AVAHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất biểu kiến của
pha A. Thanh ghi này chỉ cho phép đọc giá trị về và nó
có thể giữ được dữ liệu tối đa là 0.52 giây trước khi bị
tràn bit.

0x08

BVAHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất biểu kiến của
pha B.

0x09

CVAHR

Thanh ghi lưu trữ thông số cho công suất biểu kiến của
pha C.

0x0A

AIRMS

Thanh ghi lưu trữ thông số dòng điện cho pha A. Dữ liệu
được đưa vào
15 và tính toán ở kênh dòng pha A sau đó lưu