Đề tài Nghiên cứu, thiết kế máy đo công suất tác dụng và công suất phản kháng chỉ thị kim dùng IC MCP3905 (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu, thiết kế máy đo công suất tác dụng và công suất phản kháng chỉ thị kim dùng IC MCP3905 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHỈ THỊ KIM DÙNGS K C 0 0 0 2 IC8 1 MCP3905 MÃ SỐ: SV 2009 - 71 S K C 0 0 2 8 0 7 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2009
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÁY ĐO CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHỈ THỊ KIM DÙNG IC MCP3905 MÃ SỐ: SV2009-71 GVHD : TS. TRƯƠNG VIỆT ANH CNĐT : NGUYỄN LƯƠNG VĂN MINH - 05102067 NTG : AN VĂN HÀ - 05102031 TP. HỒ CHÍ MINH – 04/2010
3. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS. Trƣơng Việt Anh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM o0o KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Họ và tên sinh viên: AN VĂN HÀ MSSV: 05102031 NGUYỄN LƢƠNG VĂN MINH MSSV: 05102067 Lớp : 051022C Ngành: Điện Công Nghiệp 1. Tên Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học: “ Nghiên Cứu, Thiết Kế Máy Đo Công Suất Tác Dụng Và Công Suất Phản Kháng Dùng IC MCP3905 Chỉ Thị Kim” 2. Nội dung phần lý thuyết  Tính cần thiết của đề tài.  Các phương pháp đo công suất tác dụng và công suất phản kháng.  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của IC MCP3905.  Ứng dụng phương pháp vòng khóa pha vào đề tài.  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch đơn ổn dùng LM331. 3. Nội dung phần thực hành :  Thiết kế lại sơ đồ nguyên lý mạch đo công suất P dùng IC MCP3905.  Vẽ sơ đồ mạch in và thi công mạch.  Tiến hành thí nghiệm và đối chứng với đồng hồ đo trên phòng thực tập 4. Ngày hoàn thành đề tài: 30/05/2010 Giáo viên hướng dẫn TS. Trương Việt Anh SVTH: An Văn Hà – Nguyễn Lƣơng Văn Minh Page i
4. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS. Trƣơng Việt Anh  Hầu hết các thiết bị đo điện năng ở nước ta hiện nay là các thiết bị cơ, thời gian sử dụng đã lâu, nên nhu cầu thay thế bằng các thiết bị đo kỹ thuật số với những tính năng vượt trội là một xu thế tất yếu. Tuy nhiên, chủ yếu chúng ta vẫn nhập ngoại các thiết bị số này với giá thành rất cao. Do đó việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị đo điện hiện đại trong nước là cần thiết, có ý nghĩ về cả mặt khoa học và kinh tế. Áp dụng những công nghệ tiên tiến là IC đo điện năng chuyên dụng của Analog Device chúng em đã thực hiện đề tài nghiên cứu‘‘ Nghiên cứu, thiết kế máy đo công suất tác dụng và công suất phản kháng dùng IC MCP3905 chỉ thị kim ’’ với độ chính xác phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật trong phòng thực tập và với giá thành thấp. Với những yêu cầu đặt ra là phù hợp với các yêu cầu về mặt kỹ thuật và kinh tế thì việc sử dụng bộ chỉ thị kim là rất thuận lợi. Bởi vì bộ hiện thị kim mang lại tính trực quan cho học sinh, sinh viên thực hành trong các phòng thực tập của trường và có giá thành thấp so với bổ chỉ thị số. Chúng em hy vong đề tài này được phát triển tốt hơn, để có thể sử dụng rộng rãi trên thị trường với những tinh năng mới và có độ chính xác cao hơn, đem lại những lợi ích về mặt kinh tế cho xã hội. Nhóm thực hiện đề tài An Văn Hà – Nguyễn Lương Văn Minh SVTH: An Văn Hà – Nguyễn Lƣơng Văn Minh Page ii
5. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS. Trƣơng Việt Anh  Qua 6 tháng thực hiện đề tài, với những sự lỗ lực của bản thân. Chúng em đã nghiên cứu tài liệu và tiến hành thi công để tạo ra sản phẩm cùng với sự giúp đỡ rất nhiệt tình và tận tâm của TS. Trương việt Anh. Thầy đã chỉ dạy rất nhiều điều và cho chúng em rất nhiều ý tưởng mới. Trong quá trình làm đề tài chúng em thấy mình học hỏi được rất nhiều thứ từ việc giải quyết vấn đề, làm việc nhóm, biết chịu trách nhiệm với chính mình trong công việc, làm việc hết mình để hoàn thành đúng công việc trong thời hạn cho phép. Một lần nửa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trương Việt Anh là thầy hướng dẫn đề tài này với tất cả sự chân thành của chúng em. Thầy đã cho chúng em những kinh nghiệm thực tế trong việc thiết kế, thi công mạch. Nhóm thực hiện đề tài An Văn Hà – Nguyễn Lương Văn Minh SVTH: An Văn Hà – Nguyễn Lƣơng Văn Minh Page iii
6. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS. Trƣơng Việt Anh Nội dung Trang Phần A : GIỚI THIỆU Lời mở đầu iv Lời cảm ơn v Phần B : NỘI DUNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP I. Lịch sử của kỹ thuật đo lường: 1 II. Sự cần thiết của đề tài 3 III. Vấn đề cần giải quyết trong đề tài 5 IV. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 6 V. Phương pháp nghiên cứu 6 VI. Dàn ý nội dung đề tài. 7 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN I. Tính cần thiết của việc đo công suất P, Q: 9 II. Các phương pháp đo P, Q đang dùng hiện nay: 10 A. Phương pháp đo trực tiếp: 13 B. Phương pháp đo gián tiếp: 15 SVTH: An Văn Hà – Nguyễn Lƣơng Văn Minh Page iv
7. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD: TS. Trƣơng Việt Anh III. Các loại máy đo công suất trên thị trường: 29 IV. Phương pháp đề xuất (đo công suất P, Q dùng IC MCP 3905): 30 CHƯƠNG III: THỰC HIỆN I. Phương pháp vòng khóa pha: 35 II. Nguyên lý mạch đo công suất tác dụng P: 37 III. Nguyên lý mạch đo công suất phản kháng Q: 41 IV. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IC MCP3905: 42 CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH I.Vẽ sơ đồ nguyên lý, sơ dồ mạch in và giải thích từng khối: 51 II. Thí nghiệm và kiểm chứng: 60 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN. Những vấn đề đã làm được và hướng pháp triển 61 Tài Liệu Tham Khảo 62 SVTH: An Văn Hà – Nguyễn Lƣơng Văn Minh Page v
8. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD:TS. Trương Việt Anh Chương I: Dẫn Nhập Trong hệ thống điện có rất nhiều các đại lượng mà chúng ta cần phải xác định, để đưa ra được các biện pháp vận hành, bảo trì, sửa chữa hệ thống điện theo đúng các tiêu chuẩn về kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện đó. Các đại lượng điện (điện áp, dòng điện, công suất tác dụng, công suất phản kháng) là rất quan trọng trong hệ thống điện. Để xác định được các đại lượng này ta phải dùng các phương pháp đo lường phù hợp với các yêu cầu về kỹ thuật mà từng phép đo yêu cầu. Các yêu cầu trong đo lường các đại lượng điện là: Độ nhạy phải thích hợp Tiêu thụ năng lượng ít Tốc độ đáp ứng phải nhanh Dễ tương thích truyền tín hiệu đi xa Độ tin cậy cao Độ linh hoạt cao phù hợp với các vấn đề đo lường I. Lịch sử của đo lường các đại lượng điện Trong vật lý và công nghệ, đo lường được thực hiện bằng cách so sánh giữa đại lượng vật lý cần đo với đại lượng vật lý cùng thể loại, nhưng ở những điều kiện tiêu chuẩn (thường là không thay đổi theo thời gian) gọi là đơn vị đo. Việc đo này đem lại một con số thể hiện mối liên hệ về độ lớn giữa đại lượng cần đo và đơn vị đo. Đồng thời, nếu có thể, đo lường cũng cho biết sai số của con số trên (sai số phép đo). Trong hệ thống đo lường hiện nay thì có 2 hệ thống đo lường chính đó là hệ thống đo lường dạng tương tự và hệ thống đo lường dạng số SVTH: An Văn Hà, Nguyễn Lương Văn Minh Page 1
9. Đề Tài Nghiên Cứu Khoa Học GVHD:TS. Trương Việt Anh a. Hệ thống đo lường dạng tương tự Đại Cảm Mạch điều chế Hiện thị kết lượng biến tín hiệu quả đo và điều khiển Thiết bị điều Mạch Cảm khiển so sánh biến Hình 1:Sơ đồ khối hệ thống đo lường tương tự Với hệ thống đo lường dạng tương tự thì vẫn còn một số nhược điểm như là độ nhạy thấp, tiêu thụ năng lượng lớn, tốc độ đáp ứng chậm và sai số của phép đo cao. Để khắc phục những nhược điểm trên thì ngày nay ta thường dùng hệ thống đo lường dạng số b. Hệ thống đo lường dạng số Bộ Đại Cảm MBộạ chđi ềđiu ềkhiu chểnế Bộ xử lý chỉ lượng biến logictín (ADC,S/H) hiệu số thị đo và số điều khiển Thiết bị điều µP CChươngảm khiển bitrìnhến Hình 2:Sơ đồ khối hệ thống đo lường dạng số Với sự phát triển của máy tính cá nhân, hệ thống đo lường dùng kỹ thuật số dùng PC để tự động hóa hệ thống đo lường ở mức độ cao hơn và thuận lợi hơn khi sử dụng. Do đó chúng ta bước sang một giai đoạn mới ‘ máy tính hóa thiết bị đo lường’ SVTH: An Văn Hà, Nguyễn Lương Văn Minh Page 2