Vì sao biến dòng mắc nối tiếp
|
Máy biến dòng là gì? Thiết bị cảm biến dòng điện hay còn gọi là CT dòng, biến dòng sơ cấp,…Chức năng của máy biến dòng là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến dòng như thế nào? Cách kết nối biến dòng với đồng hồ ampe hoặc PLC như thế nào? Show
Vì sao phải sử dụng máy biến dòng, mà không dùng thiết bị đo dòng trực tiếp? Trả lời : Đối với các hệ thống điện nguồn thường có giá trị điện áp khá lớn từ 50A, 100A, 150A, 300A….1000A. Nếu ta dùng thiết bị điều khiển trực tiếp dòng điện này sẽ rất nguy hiểm. Vì vậy đối với các dòng điện này ta dùng máy biến dòng; có tác dụng hạ dòng điện xuống mức thấp theo tiêu chuẩn 5A, 10A để thuận tiện cho việc giám sát và bảo vệ thiết bị.  Các loại máy biến dòng thường dùng Máy biến dòng hay còn gọi là cảm biến dòng điện hoặc CT dòng (viết tắt cụm từ Current Transformer). Chức năng của máy biến dòng là chuyển đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện có điện áp nhỏ trị số dòng điện tiêu chuẩn 5A hoặc 10A. Dòng điện áp này an toàn cho hệ thống hiển thị và đo lường bảo vệ thiết bị khác. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy biến dòng :Biến dòng có cấu tạo gồm một lõi thép được quấn dây đồng xung quanh hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi có dòng điện xoay chiều đi qua một dây dẫn, xung quanh nó sẽ xuất hiện điện trường. Cuộn dây sẽ cảm ứng điện trường này và xuất hiện dòng điện trong đó. Tỉ lệ này sẽ được căn cứ vào số vòng dây quấn bên trong cuộn dây biến dòng. Các loại máy biến dòng thường được sự dụng :
Cách chọn biến dòng như thế nào?Để chọn biến dòng sơ cấp cho đúng, cần đảm bảo các yếu tố sau :
Hướng dẫn sử dụng máy biến dòngBiến dòng sơ cấp chỉ có 2 dây ngõ ra loại dòng 5A, 10A. Cách đấu dây biến dòng với đồng hồ hiển thị khá đơn giản. Nhưng có một điều cần lưu ý, là phải chọn loại đồng hồ hiển thị ampe tương đương với biến dòng đang sử dụng nhé các bạn. Nếu chọn loại đồng hồ hiển thị giá trị ampe lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị của biến dòng thì giá trị hiển thị sẽ sai. Trên đồng hồ hiển thị ampe dạng cơ (xem hình bên dưới) sẽ có 2 dây phía sau đồng hồ đánh dấu (+) và (-). Ngõ ra của CT dòng cũng có 2 đầu dây. Cách đấu dây rất đơn giản, chỉ cần đấu song song 2 đầu dây này với nhau (không cần phân biệt “+” và “-“). Và cũng không cần cấp nguồn gì cho đồng hồ hiển thị ampe luôn nhé. Cách đấu biến dòng với đồng hồ ampe cơ Để đọc và điều khiển tải của động cơ thông qua PLC thì sẽ kết nối như thế nào? Như đã trình bày ở các bài viết trước. Các loại PLC, Biến Tần, hệ thống giám sát tự động Scada,…không nhận trực tiếp các tín hiệu từ biến dòng truyền về được, mà phải thông qua bộ chuyển đổi đưa tín hiệu về 4-20mA hoặc 0-10v. Cách kết nối CT dòng với PLC (sử dụng biến dòng sơ cấp)Xin giới thiệu đến các bạn bộ chuyển đổi tín hiệu 0-5A/0-10A ra tín hiệu 4-20mA, 0-10v. Khi sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu này, sẽ đảm bảo tín hiệu ngõ ra luôn ổn định. Do bộ chuyển đổi có tích hợp khả năng chống nhiễu cho tín hiệu 4-20mA, 0-10V. Ứng dụng bộ chuyển đổi 0-5A sang 4-20mA Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi tín hiệu Z201 hãng Seneca.
Ngày nay với sự cải tiến không ngừng của các hãng sản xuất thiết bị công nghiệp. Để việc sử dụng biến dòng trở nên dễ dàng và thuận tiện. Biến dòng analog 4-20mA là sự lựa chọn tối ưu nhất về chi phí, cũng như thi công lắp đặt. Biến dòng Analog 4-20mA là gì?CT dòng analog là loại biến dòng có khả năng chuyển đổi trực tiếp dòng điện đi qua biến dòng thành tín hiệu analog 4-20mA, 0-10v, hoặc Modbus mà không cần phải qua biến dòng sơ cấp kết hợp với bộ chuyển đổi tín hiệu Z201 như ở phần trên. Áp dụng cho các dòng (Ac/dc) 300A trở xuống. Ứng dụng biến dòng analog 4-20mA Ưu điểm của biến dòng analog là khả năng tùy chọn các dãy dòng điện (ampe) rất đơn giản thông qua các công tắc gạt trên thiết bị. Tuỳ chọn thang đo dòng khác nhau : 5A , 10A , 15 A , 20A , 25A , 30A , 35A , 40A trên cùng một biến dòng. Các dãy đo khác thông thường 50A; 100A, 150A; 300A,… Cám ơn các bạn đã ghé website của chúng tôi. Nguyễn Long Hội Mobi: 0939.266.845 Email: Web:cambiendoapsuat.vn
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cảm biến dòng điện, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của cảm biến. Cách để đo dòng điện xoay chiều và xác định công suất của mạch bằng cảm biến dòng điện Hall SCT013 100A cùng với Arduino. Mục lục: Cảm biến dòng điện là gì? Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT-013 100A với Arduino 1. Cảm biến dòng điện là gì?Cảm biến dòng điện thường được gọi là máy biến dòng hoặc CT (Current Transformer), là các thiết bị phát hiện dòng điện chạy trong dây bằng cách sử dụng từ trường và tạo ra tín hiệu tỷ lệ với dòng điện đó. Tín hiệu được tạo ra có thể là điện áp, dòng điện hoặc là đầu ra kỹ thuật số (tùy thuộc vào loại cảm biến). Tín hiệu được tạo ra sau đó có thể được sử dụng để hiển thị dòng điện đo được tỏng ampe kế, hoặc để lưu trữ, phân tích trong hệ thống thu thập dữ liệu hoặc có thể được sử dụng cho mục đích điều khiển. Cảm biến dòng điện rất linh hoạt và có ưu điểm chính là không cần tiếp xúc với mạch để đo dòng điện xoay chiều. Nói cách khác, chúng ta không cần phải mở mạch điện mắc nối tiếp với tải mà chỉ cần cho một dây thiết bị cần giám sát qua cảm biến là đã có thể đo được dòng điện. Các loại cảm biến dòng thông dụng hiện nay được chia làm 2 loại: split-core (lõi chia) và solid-core (lõi rắn).
– Cảm biến dòng điện trực tiếp: Cảm biến dòng điện trực tiếp phụ thuộc vào định luật Ohm. Bằng cách đặt một điện trở shunt sắp xếp với tải hệ thống, một điện áp được tạo ra trên điện trở shunt tỷ lệ thuận với dòng tải hệ thống. Điện áp trên shunt có thể được đo bằng các bộ khuếch đại vi sai, ví dụ như các bộ khuếch đại dòng shunt. Nó thường được thực hiện cho dòng tải <100A. – Cảm biến dòng điện gián tiếp: Cảm biến dòng điện gián tiếp phụ thuộc vào định luật Ampe và Faraday. Bằng cách đặt một vòng dây quanh một dây dẫn mang dòng điện, một điện áp được cảm ứng trên vòng dây tỷ lệ với dòng điện. Phương pháp cảm biến loại này được sử dụng cho dòng tải lớn lên đến 1000A. 2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điệnĐể hiểu rõ hơn cảm biến dòng điện làm việc ra sao, nguyên lý như thế nào? Chúng ta sẽ tìm hiểu lại một số khái niệm vật lý: – Để đo dòng điện mà khồng cần tiếp xúc với mạch, cảm biến dòng điện xoay chiều này sử dụng đặc tính từ của dòng điện. Định luật Ampere nói rằng mọi dây dẫn mà dòng điện chạy qua đều tạo ra xung quanh nó một từ trường tỷ lệ với cường độ dòng điện. Dòng điện xoay chiều có đặc điểm là hoạt động giống như một sóng sin, do đó cường độ của nó thay đổi theo thời gian, từ cực đại dương đến cực đại âm. Dao động này có tần số có thể là 50Hz hoặc 60Hz tùy thuộc vào quốc gia hoặc khu vực. Vì từ trường tỷ lệ với giá trị dòng điện, nên từ trường tạo ra xung quanh vật dẫn do dòng điện xoay chiều mang theo sẽ thay đổi theo thời gian tùy theo sự biến thiên của nó.
Định luật Faraday nói rằng từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra suất điện động trong cuộn dây tạo ra dòng điện tỷ lệ với cường độ của từ trường. Trong hình trên, chúng ta có thể hiểu luật này trong thực tế. Lưu ý rằng khi tiếp cận nam châm đến các vòng, chúng ta đang thay đổi từ trường và điện áp trên vôn kế (suất điện động) đang được chỉ ra đạt gần 20V. Khi kéo nam châm ra xa, ta có hiệu điện thế đi dần về 0V. Tóm tắt:
Từ ba đặc tính ta có thể hiểu được nguyên lý làm việc của cảm biến: Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn, nó tạo ra một từ trường tỷ lệ xung quanh dây dẫn. Máy biến dòng sử dụng từ trường này để đo dòng điện. Dòng điện xoay chiều thay đổi, khiến từ trường thay đổi liên tục. Trong một cảm biến dòng xoay chiều, dây được quấn quanh lõi. Từ trường được tạo ra bởi dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra một dòng điện hoặc điện áp tỷ lệ trong dây nằm trong cảm biến dòng. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra một điện áp hoặc dòng điện nhất định mà một đồng hồ được kết nối với cảm biến có thể đọc và chuyển thành dòng điện chạy qua dây dẫn.
Các cảm biến CT dòng có thể được sử dụng trong một loạt các ứng dụng: để đo, giám sát dòng điện và bảo vệ động cơ AC, thiết bị chiếu sáng, máy nén khí, quản lý điện năng cơ sở hạ tầng… Chúng có thể giúp phát hiện lỗi trong máy móc và ngăn ngừa hư hỏng thiết bị. 3. Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT-013 100A với Arduino:Đối với hướng dẫn này, chúng tôi sẽ sử dụng SCT-013. Nó có thể đo các giá trị từ 0 đến 100A của dòng điện xoay chiều. Đầu ra của nó sẽ có giá trị từ 0 đến 50mA tỷ lệ với giá trị hiện tại của dây dẫn chính. Vì Arduino chỉ đọc các giá trị điện áp, chúng ta sẽ cần phải xây dựng một mạch phụ để dòng điện này chạy qua một điện trở và do đó chúng tôi có thể chuyển đổi các giá trị dòng điện do cảm biến tạo ra thành các giá trị điện áp. Các linh kiện cần chuẩn bị: Ta có điện trở R1 làm giảm điện áp AC, điện trở R1 và R2 cung cấp điện áp phân cực cho DC. Tụ điện C1 cung cấp một trở kháng thấp để nối đất cho tín hiệu AC, giá trị trong khoảng 1uF đến 100uF là đủ tốt. Ngõ ra dòng điện hiệu dùng của cảm biến dòng tối đa đạt 50mA, khi mà dòng điện ngõ vào đạt 100A. Do Arduino không thể đo được nguồn có giá trị âm nên chúng ta phải cộng thêm vào điện áp ngõ ra 2.5V của cảm biến Hall. Vì vậy, ta có dòng điện cực đại đo được là: Iin = 2 * i (rms) = 1,414 * 100A = 141,4 A Biết rằng để dòng điện ở sơ cấp có cường độ 100A, thì ở thứ cấp là dòng điện có cường độ 50A, ta chỉ cần đấu vào công thức tỉ số biến đổi. Kết quả sẽ là: N1 / N2 = I2 / I1 I1 = dòng điện trong sơ cấp (dòng điện cần đo); I2 = dòng điện ở thứ cấp; N1 = số phiếu bầu của sơ cấp (trong trường hợp của cảm biến này, N1 sẽ bằng 1); N2 = số vòng ở thứ cấp. N2 = 2000 lượt. Dòng điện ở đầu ra cảm biến tỷ lệ nghịch với số vòng (ở đây là 2000): Iout = 141,4A / 2000 = 0,0077A Arduino UNO chỉ đọc các mức điện áp (từ 0V đến 5V) trên các chân đầu vào tương tự của nó. Do đó, chúng ta cần chuyển đổi tín hiệu dòng điện xoay chiều SCT-013 sang giá trị điện áp mà Arduino có thể đọc được. Bước đầu tiên là thêm một điện trở tải giữa các cực cảm biến hiện tại: Khi dòng điện xoay chiều xung quanh, chúng ta sẽ chọn một điện trở tạo ra giá trị điện áp tối đa là 2,5V. R (tải) = U (cảm biến) / I (cảm biến) = 2,5V / 0,0707A = 35,4Ω Do giá trị điện trở trên không có trên thị trường nên ta có thể chọn trở 33Ω. Bây giờ chúng ta có một tín hiệu điện áp xoay chiều thay đổi giữa 2,5V dương và 2,5V âm. Mà Arduino không thể đo điện áp âm, vì vậy chúng ta cần đặt tín hiệu 2,5 V để nó thay đổi trong khoảng từ 0V đến 5V. Ta phải sử dụng thêm 2 điện trở R1 và R2 có giá trị bằng nhau, 2 điện trở chỉ có tác dụng phân áp nên ta có thể chọn 10K – 470K, ở đây ta sử dụng trở 10KΩ. Tụ C1 có chức năng giảm nhiễu tín hiệu ngõ ra, ở đây ra chọn là 100uF. Sơ đồ kết nối mạch đầy đủ: Lập trình: Thư viện: https://github.com/openenergymonitor/EmonLib Code tham khảo: #include "EmonLib.h" EnergyMonitor SCT013; int pinSCT = A0; //cảm biến kết nối với chân A0 int vol = 230; int cong_suat; void setup() { SCT013.current(pinSCT, 60.606); Serial.begin(9600); } void loop() { double Irms = SCT013.calcIrms(1480); cong_suat = Irms * vol; Serial.print("Dong dien = "); Serial.print(Irms); Serial.println(" A"); Serial.print("Cong suat = "); Serial.print(cong_suat); Serial.println(" W"); delay(500); Serial.print("."); delay(500); Serial.print("."); delay(500); Serial.println("."); delay(500); }Sau khi kết nối mạch và nạp chương trình xong, ta tiến hành đo thực tế. Chỉ dùng một dây qua cảm biến, không dùng hai dây sẽ không đo được. Kết nối như hình bên dưới: Kết quả đo một bóng đèn sợi đốt: Qua bài viết này, chúng ta đã hiểu cảm biến dòng điện là gì? Nguyên lý hoạt động của nó, và có thể tự làm một thiết bị để giám sát điện năng cho gia đình của bạn. |
