~i ~ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỖ THANH TUẤN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ĐO NĂNG LƢỢNG ĐIỆN BẰNG HỆ THU THẬP DỮ LIỆU 16 KÊNH DEWE – 5000 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN- 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~ii ~ LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đỗ Thanh Tuấn Học viên lớp cao học khóa K14 – Kỹ thuật điều khiển Tự động hóaTrƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trƣờng Cao đẳng nghề số 1- Bộ quốc phòng Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi.Các số liệu nêu luận văn trung thực.Những kết luận khoa học luận văn chƣa đƣợc công bố cơng trình Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Ngƣời thực Đỗ Thanh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~3 ~ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, tác giả nhận đƣợc quan tâm lớn nhà trƣờng, khoa, phòng ban chức năng, thầy cô giáo đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, giảng viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Quân Nhu– Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tận tình hƣớng dẫn trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đến thầy giáo phòng thí nghiệm giúp đỡ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm điều kiện tốt Mặc dù cố gắng, song trình độ kinh nghiệm hạn chế nên luận văn thiếu sót.Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ thầy giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Xin chân thành cảm ơn! NGƢỜI THỰC HIỆN Đỗ Thanh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~4 ~ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu Ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn đề tài Nội dung thực CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐO NĂNG LƢỢNG ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung đo lƣợng điện .3 1.2 Đo lƣợng điện công tơ cảm ứng pha 1.3 Đo lƣợng điện công tơ điện tử CHƢƠNG 2HỆ THU THẬP DỮ LIỆU DEWE-5000 .15 2.1 Giới thiệu sơ lƣợc hãng DEWETRON 15 2.2 Thiết bị DEWE – 5000 PC TT thí nghiệm- ĐHKT Công nghiệp TN .17 2.2.1 Khái quát chung 17 2.2.2 Các thông số kỹ thuật hệ thống 19 2.2.4 Các cổng kết .20 nối 2.2.5 Tổng quan loại module DAQ .21 2.2.6 Giao diện 28 thông minh 2.2.7 Kết nối nguồn cung cấp 29 2.2.8 Phần mềm DEWE (DEWESoft) 36 2.2.9 Khe cắm 16 kênh DEWE-MOTHERBOARD DAQ-MOTH-16-DE-x 36 2.2.10 Khe cắm 16 kênh DEWE-MOTHERBOARD DAQ-MOTH-16-NI-x-U 38 2.3.Cách tạo hàm thời gian DEWE-5000 .39 2.4 Xử lý hiệutâm 40 Số hóa bởitín Trung Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~5 ~ 2.5 Các bƣớc thực hiện: 41 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.6 Hƣớng dẫn an toàn 41 CHƢƠNG 3SỬ DỤNG HỆ THỐNG DEWE - 5000ĐO NĂNG LƢỢNG ĐIỆN 45 3.1 Chức đo công suất pha DEWESoft 45 3.2 Cài đặt kênh đo 47 3.3 Phép đo công suất số thiết bị điện .50 3.4 Cảm biến hiệu chỉnh 54 3.5 Đo lƣợng pha pha 59 3.5.1 Đo lƣợng pha 59 3.5.2 Đo lƣợng ba pha 60 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 ~vi ~ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo cơng tơ cảm ứng pha Hình 1.2 Đồ thị véc tơ Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc cơng tơ điện tử analog Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc cơng tơ điện tử số 11 Hình1.5 Sơ đồ nguyên lý đo lƣợng tác dụng 12 Hình 1.6 Chu kỳ tích lũy lƣợng ADE 7753 13 Hình 2.1 Các lĩnh vực ứng dụng DEWETRON 15 Hình 2.2 Tính năng, tác dụng thiết bị hãng DEWETRON 16 Hình 2.3 Các trình kiểm tra chất lƣợng 17 Hình 2.4 Mơ hình DEWE-5000 PC 18 Hình 2.5 Kích thƣớc DEWE-5000 20 Hình 2.6 Sơ đồ kết nối DEWE-5000 20 Hình 2.7 K nguồn công tắc nguồn cung cấp cho thiết bị 30 Hình 2.8 Chân nối đất nguồn cung cấp DC 31 Hình 2.9 Nguồn kết nối chân LEMO EGJ.2B.302 32 Hình 2.10 DEWE – 5000 với chức PS-BAT nguồn ngồi 34 Hình 2.11: Bộ điều khiển pin thông minh 34 Hình 2.12 Bộ pin nguồn ngồi 35 Hình 2.13: giao diện phần mềm DEWE Soft 36 Hình 2.14 Khe cắm 16 kênh DEWE-MOTHERBOARD DAQ-MOTH-16-DE-x 37 Hình 2.15.Khe cắm 16 kênh DEWE-MOTHERBOARD DAQ-MOTH-16-NI-x-U38 Hình 2.16 Cách tạo hàm thời gian DEWE – 5000 39 Hình 2.17 Sơ đồ khối xử lý tín hiệu 40 Hình 3.1 Giao diện đo cơng suất 45 Hình 3.2 Khả phân tích phổ tần xác định biên độ sóng hài 46 Hình 3.3 Thực nghiệm đo cơng suất sử dụng DEWE - 5000 47 Hình 3.4 Cài đặt kênh dòng điện điện áp 48 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~vii ~ Hình 3.5 Đo công suất DEWE – 5000 48 Hình 3.6 Cài đặt thơng số cho kênh dòng 49 Hình 3.7 Các đặt thơng số khác đo công suất 50 Hình 3.8 Giao diện tổng quan sử dụng tải máy sấy tóc hoạt động với nửa công suất 51 Hình 3.9 Giao diện tổng quan sử dụng tải máy sấy tóc hoạt động đủ CS 52 Hình 3.10 Giao diện tổng quan sử dụng tải bóng đèn 11W 53 Hình 11 Giao diện tổng quan sử dụng tải bóng đèn 40W 54 Hình 3.12 Lực chọn cảm biến thông số cảm biến 55 Hình 3.13 Sự thay đổi góc pha có cảm biến 56 Hình 3.14 Cài đặt thơng số cảm biến 57 Hình 3.15 Hình ảnh tổng quan có cảm biến 58 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý đo lƣợng tác dụng DEWE- 5000 59 Hình 3.17 Đo lƣợng pha DEWE - 5000 60 Hình 4.18 Cài đặt kênh dòng, kênh áp pha 61 Hình 3.19 Sơ đồ đo cơng suất pha DEWE – 5000 61 Hình 3.20 Đo lƣợng pha DEWE – 5000 62 Hình 3.21 Sơ đồ khối lƣợng pha 63 Hình 3.22 Hình ảnh sơ đồ đấu nối thiết bị đo lƣợng pha TTTN 64 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~viii ~ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DSP Digital Signal Processing CPU Central Processing Unit µP Microprocessor ADE Analog Devices Energy PLC Power Line Communication GPS Global Positioning System ARINC Aeronautical Radio Incorporation SISO Single input Single output PF Hệ số cơng suất Ccx Cấp xác LP Lọc thông thấp HP Lọc thông cao IOS Cách ly OP Bảo vệ áp BW Băng thông LP Low pass HP High pass Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ~1 ~ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong loại lƣợng mà ngƣời biết đến sử dụng chúng lƣợng điện lƣợng đƣợc đƣợc sử dụng phổ biến tiện lợi Tất lĩnh vực đời sống ngƣời thấy góp mặt điện Kết hiển thị công tơ đo lƣợng điện đƣợc dùng để toán hợp đồng mua bán điện.Việc sử dụng cơng tơ có độ xác cao yêu cấu thích đáng cấp thiết cho bên có điện bán bên mua điện Tuỳ thuộc vào phạm vi, lĩnh vực sử dụng điện mà ngƣời ta sử dụng loại công tơ cho phù hợp nhƣ công tơ pha ba pha, trực tiếp, gián tiếp, vô công, hữu công, biểu giá, nhiều biểu giá v.v Công tơ kỹ thuật số(công tơ điện tử) bắt đầu xuất từ năm 1970 với nhiều tính ƣu việt nhƣ: Có khả tạo sản phẩm nhỏ gọn, nhiều dải đo; nâng cao độ xác tin cậy; đo đƣợc nhiều đại lƣợng khác nhau; thu thập liệu, lập trình cho cơng tơ từ xa; đo đƣợc góc ¼… nên ngày việc sử dụng công tơ kỹ thuật số đƣợc ứng dụng để dần thay công tơ điện Qua trình nghiên cứu hệ thu thập liệu 16 kênh thấy khả đo lƣợng điện xác vậy, để đáp ứng thêm yêu cầu đo điện định nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả đo lượng điện hệ thu thập liệu 16 kênh Dewe – 5000”, nhằm đƣa phƣơng pháp đo lƣợng điện sử dụng hệ thu thập liệu đo lƣờng 16 kênh Dewe - 5000 Áo chế tạo; thiết bị đại, có độ xác khả lƣu động cao phát triển việc kiểm định công tơ đo lƣợng điện Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chung: Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Sensor type(chọn loại cảm biến)và Serial number(chọn số sê ri cảm biến) Chọn Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ thẻGENERAL, vào phần Physical (input) unit, A(amperes), vàophần Electrical (output) unit, trƣờng hợp V (volts) nhƣ hình 3.11 Tiếp theo vào phần SCALING Khi cảm biến tuyến tính, cần nhập vào phần Scale Nhƣ trƣờng hợp ta nhập 1(1A=1V) nhƣ hình vẽ bên Tích chọn vào mục Additional scale factor can be defined in channel set up để đảo cực cảm biến Hình 3.12 Lực chọn cảm biến thơng số cảm biến Đến phần quan trọng – xác định rõ transfer curve Trong bảng dƣới cột TRANSFER CURVE chọn Yes để báo hiệu transfer curve đƣợc Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ xác định Tiếp theo vào points phần curve Cần nhập vào phầna[dB] – biên độ đơn vị dB phần fi[deg] – góc pha có đơn vị deg(độ) Câu hỏi đặt là: đạt đƣợc transfer curvenày đâu? Có nhiều transfer curves cho cảm biến phổ biến nhất, sẵn sàng đo, giá trị u cầu tồn Một lựa chọn thứ để copy từ bảng hiệu chỉnh cảm biến, bảng trợ giúp máy tính bao gồm transfer curve Sự lựa chọn thứ để đo với DeweFRF,nhƣng điều đòi hỏi vài thiết bị Khi đạt đƣợc chuyển đổi này, cần nhập vào bảng Nhận thấy tần số 50 Hz, góc pha khoảng 10 độ, giải thích thay đổi pha quan sát phép đo Hình 3.13 Sự thay đổi góc pha có cảm biến Lƣu cảm biến với nút Save file tắt cửa sổ Sensor iditorbằng nút Exittrên cửa sổ Bây quay trở lại việc cài đặt tín hiệu tƣơng tự chọn cảm biến cho kênh đo dòng điện Mở phần Sensors chọn serial number cảm biến đƣợc vào từ trƣớc thẻ Sensor.Khơng có khác biệt nhiều, nhƣng ý chúng vào the normal scaling or sensitivitynữa Chỉ có lựa chọn để vào mục Transducer scale, Có thể sử sụng choviệc đảo cực tính cảm biến cách nhập giá trị “ -1” vào nhƣ hình 3.13 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.14 Cài đặt thơng số cảm biến Bƣớc cài đặt không cần phải định nghĩa cho cảm biến nào, thay vào lựa chọn tùy ý từ danh sách cảm biến Bây quan sát yếu tố ảnh hƣởng tới trình đo lƣờng Kết tốt nhiều Góc pha gần nhƣ đƣợc loại bỏ cơng suất đƣợc tính cách xác (hình vẽ 3.14) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.15 Hình ảnh tổng quan có cảm biến Bảng tổng kết số liệu thu đƣợc: Th Đi Dò Gó Cơ Cơ Cơ ơn ện ng c ng ng ng Gi 22 0, 1, 41 41 9, 17 V W V Từ ví dụ nhận thấy đặc tính cảm biến khơng đƣợc đƣa vào việc đo cơng suất gặp sai số lớn Bằng cách này, biên độ thẻ AD đƣợc kết hợp có thay đổi pha Nhƣng DEWESofl tự động điều chỉnh góc pha Với thủ thuật hữu ích giảm sai số việc tính tốn cơng suất xuống dƣới 0.1% Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.5 Đo lƣợng pha pha 3.5.1 Đo lƣợng pha Sơ đồ khối: Hình3.16 Sơ đồ nguyên lý đo lượng tác dụng DEWE- 5000 Sơ đồ khối đƣợc biểudiễn dƣới dạng toán học nhƣ sau: nT WE p t dt U RMS I RMS nT = prev(UA* IA*cosφ) [MWh] Việc nâng cao độ xác kết tính tốn đƣợc thực cách thay đổi độ rộng T, cụ thể thay đổi chu kỳ lấy mẫu thiết bị Thực thiết bị DEWE - 5000 - Vào New setup – cài đặt kênh tín hiệu tƣơng tự cho dòng điện điện áp (tƣơng tự nhƣ phần đo cơng suất) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Vào phần Math → Formula→ cửa sổ giao diện sau Hình3.17 Đo lượng pha DEWE - 5000 Năng lƣợng tích lũy cơng suất theo thời gian Sử dụng hàm tích lũy Prev sau quan sát thấy lƣợng đƣợc tích lũy theo thời gian nhƣ cửa sổ giao diện 3.5.2 Đo lƣợng ba pha Việc đo lƣợng ba pha đƣợc thực trƣớc hết đo lƣợng pha thơng qua điện áp pha dòng điện pha tƣơng ứng, lƣợng ba pha tổng lƣợng pha (với sơ đồ đo thơng thƣờng gọi phép đo ba pha ba phần tử) Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Các bƣớc tiến hành hoàn toàn tƣơng tự nhƣ đo lƣợng pha Đầu tiên vào New setup sau cài đặt kênh cho điện áp dây AB, BC, CA dòng điện pha A, B, C Hình 4.18 Cài đặt kênh dòng, kênh áp pha Tính cơng suất ba pha, lựa chọn thơng số giao điện nhƣ sau Hình 3.19 Sơ đồ đo công suất pha DEWE - 5000 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tính lƣợng pha Ta có biểu thức tính tốn lƣợng ba pha nhƣ hình vẽ: WE = prev(UA* IA*cosφ) + prev(UB* IB*cosφ) +prev(UC* IC*cosφ) [MWh] Hình 3.20 Đo lượng pha DEWE - 5000 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Sơ đồ khối phép đo: Hình 3.21 Sơ đồ khối đo lượng pha Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.22 Hình ảnh đấu nối thiết bị đo lượng ba phatại TT Thí nghiệm KẾT LUẬN : Khi sử dụng hệ thu thập liệu DEWE 5000 để đo công suất lượng điện có số ưu, nhược điểm sau: - Ưu điểm: + Có thể đo cơng suất góc ¼ + Đo cơng suất lượng với độ xác cao + Có thể mơ được, lưu trữ dạng tín hiệu suốt q trình đo Mơ thời điểm nhiều tín hiệu khác + Tính tốn thơng số thu thập - Nhược điểm: +Là thiết bị đại nên khơng có tài liệu tiếng việt dẫn đến khó khăn việc sử dụng + Giá thành cao Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Qua thời gian làm luận văn, với hƣớng dẫn tận tình TS Nguyễn Qn Nhu q trình tìm tòi, nghiên cứu thân, luận văn tốt nghiệm em hoàn thành Qua luận văn em đạt đƣợc số kết sau nghiên cứu làm đề tài “Nghiên cứu khả đo lượng điện hệ thu thập liệu 16 kênh Dewe – 5000”: - Bƣớc đầu sử dụng kiến thức tiếng anh chuyên ngành để dịch tài liệu liên quan đến DEWE -5000 hãng cung cấp kèm theo thiết bị - Tìm hiểu cơng tơ đo lƣợng ngồi thực tế - Tìm hiểu nguyên lý làm việc, thành phần DEWE - 5000 - Sử dụng DEWE – 5000 để đo công suất, lƣợng pha pha Hƣớng phát triển đề tài: - Do đặc điểm tính đo lƣợng điện có độ xác cao nên sau đƣợc kiểm định đƣợc công nhận mặt pháp lý thiết bị đƣợc dùng để kiểm định công tơ khác - Sử dụng DEWE – 5000 để thu thập liệu, lƣu trữ để phân tích, khảo sát thiết bị điện hệ truyền động điện Đề tài “Nghiên cứu khả đo lượng điện hệ thu thập liệu 16 kênh Dewe – 5000” đề tài thiết thực thực tế Bản thân em có nhiều cố gắng, nhiên nhiều hạn chế mặt kiến thức, thời gian có hạn, báo cáo có nhiều thiều sót Em mong nhận đƣợc đánh giá, bảo thầy cô giáo, đồng nghiệp, bạn bè để em hồn thành tốt báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Nam (2011), Thiết bị hệ thống đo thông minh,Đại học Bách KhoaHà Nội, Hà Nội [2] Lý Tú Nga (2011),Lý thuyết đo điện – điện tử, Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh [3] Đỗ Lƣơng Hùng, Phạm Thanh Huyền, Đào Thanh Toản (2008), Kỹ thuật đo lường, Trƣờng ĐH thông Vận tải Hà Nội, Hà Nội [4] Các tài liệu liên quan đến thiết bị Dewe – 5000 nhà chế tạo cung cấp [5] Phòng đo lƣờng, Viện đo lƣờng Việt Nam (2010),Tài liệu khóa đào tạo kiểm định viên cơng tơ điện cảm ứng công tơ điện kiểu điện tử tháng 3/2010, Hà Nội [6] Vũ Đăng Quang (2003), Kỹ thuật đo đếm điện năng, Hà Nội [7] Training Course on Electricity Meter Measurement, Canada ... lƣợng điện xác vậy, để đáp ứng thêm yêu cầu đo điện định nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu khả đo lượng điện hệ thu thập liệu 16 kênh Dewe – 5000 , nhằm đƣa phƣơng pháp đo lƣợng điện sử dụng hệ thu thập. .. lý thuyết - Nghiên cứu tổng quan đo lƣợng điện - Nghiên cứu quy trình đo lƣợng - Nghiên cứu chức hệ thu thập liệu đo lƣờng Dewe – 5000 * Về mặt thực tế - Sử dụng hệ thu thập liệu đo lƣờng Dewe. .. lƣợng điện Chƣơng 2: Nghiên cứu chức hệ thu thập liệu đo lƣờng Dewe – 5000 Chƣơng 3: Thực nghiệm mô hình DEWE 5000 Trung tâm thí nghiệm – Trƣờng Đại học Kỹ thu t Công nghiệp để đo lƣợng điện CHƢƠNG