Tài liệu luận văn Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính, chương 9 ppt

Chương 9: TRÌNH BÀY CHI TIẾT CÁC KHỐI
1) Khối cảm biến các đại lượng điện thành phần:
Sơ đồ mạch :
Theo công thức tính công suất điện năng tiêu thụ:
P = U. I. cos 
Ta phải có ba đại lượng thành phần : U, I, và cos. Như vậy,
cần thiết kế cảm biến dòng và áp còn riêng đại lượng cos
 sẽ
được suy ra bằng phần mềm.
Thiết kế cảm biến dòng tải:
Trong sơ đồ trên, CBDT là cảm biến dòng tải có nhiệm vụ
cảm nhận độ lớn của dòng điện tiêu thụ của tải, dựa trên
nguyên lí của máy biến áp:
 Khi có sự biến thiên về dòng điện trên cuộn sơ cấp sẽ sinh ra
trên cuộn thứ cấp một điện áp cảm ứng và nếu thứ cấp kín
mạch thì sẽ có dòng điện cảm ứng chạy qua.
 Độ lớn của điện áp thứ cấp phụ thuộc vào dòng điện chạy
trên cuộn sơ cấp và tỉ lệ số vòng dây quấn.
Cảm biến trên chính là một biến dòng vì nó cảm nhận được
sự biến thiên về dòng điện trên phần sơ cấp để tạo ra một điện
áp trên phần thứ cấp.
Phải có sự cân bằng của lực từ động phần sơ cấp và phần thứ
cấp của biến dòng :

n1.i1 = n2.i2
Trong đó : n1 là số vòng dây quấn trên cuộn sơ cấp.
n2 là số vòng dây quấn trên cuộn thứ cấp.
i1 là dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp.
i2 là dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp.
Do vậy cần lưu ý khi sử dụng biến dòng là không được để hở
phần thứ cấp khi phần sơ cấp đã có điện.

Khi thiết kế nhất thiết phải chọn một số giá trò ban đầu. Giá
trò thích hợp được chọn căn cứ vào độ phân giải của bộ chuyển
đổi ADC.
Do điều kiện thực tế, đề tài đã chọn ADC8089 làm bộ chuyển
đổi tương tự sang số.
Các tính toán được trình bày như sau:
Trong sơ đồ trên, cuộn sơ cấp được thiết kế để chòu được dòng
tải cực đại là: 30 A
và được quấn 3 vòng trên lõi sắt từ phần sơ cấp:
Như vậy theo công thức trên ta có:
3 vòng x 30A = n2.i2
D
o ta cần chuyển đổi dòng điện phần thứ cấp thành điện áp
cho nên có một điện trở R1 được mắc vào mạch thứ cấp. Giá trò
điện trở này được chọn nhỏ khoảng 50
.
Ta chọn dòng chạy qua mạch thứ cấp là 100mA ứng với lúc
dòng điện bên sơ cấp đạt giá trò max, số vòng dây thứ cấp phải
là:
n2 = 30 x 3 / 100 x 10
-3
= 900 vòng.
C
ông suất mà R1 phải chòu khi có dòng hiệu dụng cực đại
chạy qua là :
P
R1
= 50 x I
2
max / 2 = 50 x 10

-2
/ 2 = 0.25 W
Đ
ể có thể hoạt động lâu dài, ta chọn công suất của điện trở
R1 = 1W
Điện áp xoay chiều trên điện trở R1 cần qua một bộ nắn điện
là một cầu chỉnh lưu gồm 4 diode 1N4007.
Sau khi qua cầu chỉnh lưu dạng sóng điện áp đã thành một
chiều thích hợp cho bộ biến đổi ADC, nhưng trước khi đưa vào
ngõ analog của ADC thì điện áp này cần qua một bộ phân áp
gồm 3 điện trở mắc nối tiếp nhau nhằm điều chỉnh điện áp cho
thích hợp.
Vì 3 điện trở này chỉ có tác dụng phân áp cho nên ta có thể
chọn giá trò tương đối dễ dàng và chỉ quan tâm đến tỉ lệ giữa
chúng.
Cụ thể như sau:
R2 = 1K , R3 = 3K , VR1 = 0.5K
Tỉ lệ này có ảnh hưởng đến sai số của điện kế, nên chọn sao
cho giá trò max của điện áp ngõ vào càng gần giới hạn của ADC
thì càng chính xác.
Thiết kế cảm biến dòng điện rò:
Cấu tạo:
N
gười ta dùng một vòng xuyến mạch từ loại sắt Ferrit có độ từ
thẩm cao. Trên đó có quấn hai cuộn dây có số vòng bằng nhau
sao cho khi có dòng điện đi qua thì từ thông tổng của hai từ
thông sinh ra bởi hai dòng điện đi và về qua hai cuộn dây này có
trò số
 = 0. Một cuộn dây cảm biến quấn nhiều vòng có tiết
diện bé để tiếp nhận dòng cảm ứng nếu như có xuất hiện.

Khi xảy ra sự cố rò điện (chạm mass) trên đường dây của hộ
tiêu thụ thì do dòng điện đi và về trên dây pha và dây trung tính
không bằng nhau dẫn đến dòng tổng bằng của hai dòng điện
trên dây pha và dây trung tính
 0.
Dòng điện này tạo ra từ thông 
t
trong vòng xuyến sắt từ
Ferrit làm phát sinh sức điện động cảm ứng trên cuộn dây cảm
ứng.
 Phương pháp quấn hai dây pha và dây trung tính: Quấn
đồng thời hai dây quanh lõi sắt từ, trong đề tài này ta thực
hiện quấn khoảng 5 vòng.
 Cuộn dây cảm ứng cũng được quấn trên cùng một lõi Ferrit
nhưng được quấn riêng thành một cuộn và số vòng thực tế
cần quấn khoảng 300 vòng. Khi đó ta có thể phát hiện ra
dòng rò khoảng 20 mA.
Trong thiết kế thực tế nếu như dòng điện cảm ứng quá bé thì
có thể tăng số vòng dây của cuộn dây cảm ứng hoặc lắp một bộ
khuyếch đại bằng Op-amp tại đầu ra của cuộn dây cảm ứng.
Tín hiệu tại ngõ ra này được đưa vào một bộ phân áp có cách
mắc và trò số như bộ phân áp của cảm biến dòng.