1

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY ĐO CÔNG SUẤT VẠN NĂNG PMM100

PGS.TSKH Phạm Thượng Cát, KS Phan Minh Tân,
KS Nguyễn Xuân Hoàng, KS Chu Ngọc Liêm
Phòng Công Nghệ Tự Động Hoá-Viện Công Nghệ Thông Tin
Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam
Fax: +84-04-8361485 Tex: +84-04-8363484 Email:

Tóm tắt: 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 số bị 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 và họ vi xử lý PSoC của Cypress Micro
chúng tôi đã chế tạo thiết bị đo công suất vạn năng PMM100 với độ chính xác cao, giá thành thấp, phù hợp với
nhu cầu trong nước.
RESEARCH AND DEVELOPMENT OF
POWER MULTIMETER PMM100

Prof.DSc. Pham Thuong Cat, Eng. Phan Minh Tan,
Eng. Nguyen Xuan Hoang, Eng. Chu Ngoc Liem
Department for Automation Technology-Institute of Information Technology
Viet Nam Academy of Science and Technology

Độ chính xác 0,25%
Chịu cực đại 200Arms
Công suất Hiệu dụng
Dải đo 0 đến 10KW
Độ chính xác 0,5%
Công Suất Toàn phần
Dải đo 0 đến 10KVA
Độ chính xác 0,5%
Công Suất Phản
kháng

Dải đo 0 đến 10KVAR
Độ chính xác 0,5%
Hê Số Công suất
Dải đo 0,000 đến 1,000
Độ chính xác 0,5%
Tần số
Dải đo 45Hz đến 65Hz
Độ chính xác 0,1%
Công Suất tích luỹ
Dải đo 15 phút
Nguồn nuôi 220V/50Hz
Môi trường – 400
0
C đến +85
0
C


ng c

a
dũng

i

n v hi

u

i

n th

.
Giỏ tr

hi

u d

ng V
rms
c

a m

t tớn hi

a v(t) ta cú th

tớnh V
rms
theo
cụng th

c:


=
=
N
1
2
rms
)(.
N
1
V
i
iv (4)
trong

ú T l chu k

c

a tớn hi



i
p(t) khụng cú nhi

u ý ngh

a,

i l

ng c

n quan
tõm h

n chớnh cụng su

t hi

u d

ng, l giỏ tr

cụng
su

t trung bỡnh tớnh trong m

t chu k



ng sang cỏc d

ng n

ng l

ng khỏc nh


nhi

t n

ng, c

n

ng,

i l

ng cụng su

t ph

n khỏng Q

c tr


ng P v cụng su

t
ph

n khỏng Q cú cụng su

t ton ph

n S c

a thi

t b
22
rmsrms
QP.IUS +== (8)
Ba

i l

ng S, Q, R quan h

theo m

t tam
giỏc vuụng nh

n v

c

a Q l VAR,

n v

c

a S l VA.
i l

ng cos

c g

i l h

ng

c hi

u su

t s

d

ng ngu

n,

ng th

i lm gi

m ti

t di

n dõy d

n truy

n t

i,
gi


ng trỡnh (6)

thi

t k

thi

t b



o cụng su

t hi

u d

ng P,
Hỡnh 2
bi

u di

n quỏ
trỡnh x

lý tớn hi


Tớn hi

u sau b

nhõn l tớn hi

u liờn t

c, tớn hi

u
ny

c x

lý b

ng m

t b

l

c thụng th

p (LPF)

cho k

t qu


i r

c. Tớn
hi

u sau khi r

i r

c húa qua b

chuy

n

i t

ng
t

/s

thnh tớn hi

u s

d

i d

lý tớn hi

u
DSP, àP, àC

cho ra cỏc

i l

ng theo yờu c

u,
mụ t

trờn
Hỡnh 4
.

T

nh

ng c

s

trờn,
Hỡnh 5



i

n v m

t sensor

i

n ỏp
k

t h

p v

i chuy

n

i ADC s

hoỏ tớn hi

u dũng

i

n v

i


n th

k

t qu

ho

c truy

n ra
P
S
Q

Hình1 : Tam giác công suất
Hỡnh 2: X

lý tớn hi

u t

ng t



=
T
0

khác. Ngoài ra c
ầ
n
các b
ộ
ph
ậ
n qu
ả
n lý ho
ạ
t
độ
ng c
ủ
a thi
ế
t b
ị
, ngu
ồ
n
nuôi cho thi
ế
t b
ị
.
V
ớ
i m

ợ
p
ADC. DSP x
ử
lý s
ố
li
ệ
u t
ừ
ADC, tính toán ra các
đạ
i l
ượ
ng
đ
o c
ầ
n thi
ế
t, cho phép giao ti
ế
p tr
ự
c ti
ế
p
v
ớ
i vi x

đượ
c tr
ượ
c ti
ế
p
v
ớ
i ngo
ạ
i vi mà ph
ả
i thông qua m
ộ
t vi x
ử
lý
(MCU). V
ớ
i c
ấ
u trúc này, các ADC
đượ
c ch
ế
t
ạ
o
chuyên bi
ệ

ấ
u trúc này ADC
đ
ã
đượ
c tích h
ợ
p các
ch
ứ
c n
ă
ng DSP trên m
ộ
t chip, cho
đầ
u ra là các
đạ
i
l
ượ
ng c
ầ
n
đ
o, ng
ườ
i dùng ch
ỉ
c

ả
n ph
ẩ
m
nh
ỏ
g
ọ
n, v
ớ
i giá thành th
ấ
p.

3.
THI
Ế
T K
ẾThi
ế
t b
ị

đ
o công su
ấ
t PMM100 s

lý.
Thi
ế
t b
ị
giao ti
ế
p v
ớ
i ng
ườ
i s
ử
d
ụ
ng qua m
ộ
t
màn hình LCD và các phím ch
ứ
c n
ă
ng.
M
ạ
ch
đệ
m tr
ướ
c khi vào ADC là m

i
ệ
n chuyên d
ụ
ng
độ
chính xác cao, giao ti
ế
p
đơ
n gi
ả
n v
ớ
i vi x
ử
lý
qua c
ổ
ng truy
ề
n thông SPI và các thanh ghi truy
ề
n
thông, không c
ầ
n cách ly
đ
i
ệ

ạ
t
cao, l
ậ
p trình
đơ
n gi
ả
n, công c
ụ
phát tri
ể
n giá thành
th
ấ
p. Hình 7: ADC tích h
ợ
p DSP
Hình 5:C
ấ
u trúc m
ộ
t thi
ế
t b
ị


ộ
t dòng s
ả
n ph
ẩ
m n
ộ
i
đị
a v
ớ
i giá thành th
ấ
p v
ớ
i
tính n
ă
ng,
độ
chính xác không thua kém các s
ả
n
ph
ẩ
m nh
ậ
p ngo
ạ
i.

kh
ố
i ch
ứ
c n
ă
ng c
ủ
a m
ộ
t
IC chuyên d
ụ
ng ADE7753.Chức năng
IC ADE7753 có
độ
chính xác cao, tuân theo
tiêu chu
ẩ
n IEC61036 và IEC1268.
Tích h
ợ
p b
ộ
tích phân s
ố
n

kháng, công su
ấ
t bi
ể
u ki
ế
n, giá tr
ị
hi
ệ
u d
ụ
ng c
ủ
a
dòng
đ
i
ệ
n,
đ
i
ệ
n áp, Sampled Waveform, v
ớ
i
độ

chính xác nh
ỏ

đ
i
ệ
n áp, có kh
ố
i qu
ả
n lý ngu
ồ
n nuôi.
Cho phép ch
ỉ
nh
đị
nh pha và
độ
l
ệ
ch
đầ
u vào.
Có Sensor
đ
o nhi
ệ
t
độ
trên chip (±3
0
C).

i
độ
chính xác cao trong
đ
i
ề
u ki
ệ
n môi
tr
ườ
ng và th
ờ
i gian bi
ế
n
độ
ng m
ạ
nh.
Đ
i
ệ
n áp chu
ẩ
n 2,4V, cho
đư
a t
ừ
ngoài.

mã
đầ
u ra x
ấ
p x
ỉ
63% c
ủ
a giá tr
ị

đủ
thang. Giá tr
ị

tín hi
ệ
u AC
đủ
thang là 1868467d (1C82B3h).
Tuy
ế
n tính trong kho
ả
ng FS
đế
n FS/100.
Giá trị điện áp hiệu dụng (V
RMS
)

n tính trong kho
ả
ng FS
đế
n FS/20.
Công Suất tiêu thụ
đượ
c tích lu
ỹ

ư
u trong thanh ghi
LVARENEGY.
Công suất toàn phần
tích lu
ỹ
b
ằ
ng m
ộ
t
thanh ghi n
ă
ng l
ượ
ng toàn ph
ầ
n
VAENERGY[23:0].
Chuẩn định thiết bị

đ
o tu
ỳ
thu
ộ
c vào
đ
ai
l

u thi
ế
t k
ề
, ph
ả
i ti
ế
n hành chu
ẩ
n
đị
nh 8
đạ
i l
ượ
ng
đ
o. ADE7753 cung c
ấ
p các thanh
ghi
đủ

để
ti
ế
n hành chu
ẩ
n

ạ
i vi thông qua
c
ổ
ng truy
ề
n thông SPI v
ớ
i b
ố
n dây tín hi
ệ
u DIN,
DOUT, SCLK, CS. Vi
ệ
c giao ti
ế
p, truy su
ấ
t d
ữ
li
ệ
u
đượ
c
đ
i
ề
u khi

ố
c
độ
cao, 8-bit, ki
ế
n
trúc Harvard. Vi
ệ
c phân chia bus d
ữ
li
ệ
u và bus
đị
a
ch
ỉ
cho phép
đẩ
y t
ố
c
độ
x
ử
lý lên cao. PsoS có th
ể

đạ
t t

ng khác
nhau. H
ọ
vi x
ử
lý này phân chia c
ấ
u trúc c
ứ
ng
thành các kh
ố
i ngo
ạ
i vi s
ố
và kh
ố
i ngo
ạ
i vi t
ươ
ng t
ự

khác nhau v
ớ
i m
ộ
t CPU t

u d
ạ
ng thi
ế
t b
ị
v
ớ
i các ch
ứ
c

Hình 9: S
ơ

đồ
kh
ố
i ch
ứ
c n
ă
ng c
ủ
a ADE7753

ADC
ADC
+
-

ADE7753 REGISTERS &
SERIAL INTERFACE
CFNUM[11:0]
CFNUM[11:0]
4kΩ
AGND
REF
IN/OUT

CLKIN CLKOUT DIN DOUT SCLK CS IRQ
V1P
V1N
V2N
V2P
AVDD RESET
DVDD DGND
CF
ZX
SAG
PGA
PGA
Π
2
×
5
n
ă

i gian, các b
ộ
UART, b
ộ
phát CRC,
b
ộ

đ
i
ề
u ch
ế

độ
r
ộ
ng xung PWM, các b
ộ
ADC,
DAC, cùng nhi
ề
u các modul cao c
ấ
p h
ơ
n nh
ư

modem,

ỗ
tr
ợ
c
ả
ngôn ng
ữ
l
ậ
p
trình b
ậ
c cao (ngôn ng
ữ
l
ậ
p trình C). Nh
ữ
ng
đ
i
ề
u
th
ể
hi
ệ
n kh
ả
n

ọ
vi x
ử
lý nào
đạ
t
đượ
c.
Bộ vi xử lý kiến trúc Harvard nhân và tích
luỹ nhanh
- T
ố
c
độ
x
ử
lý
đế
n 24MHz
- Ch
ế

độ

đị
a ch
ỉ
m
ề
m d

linh ho
ạ
t
- EEPROM
đế
n 2304 byte
Khối chức năng khả trình
- Ng
ườ
i dùng có th
ể
c
ấ
u trúc các kh
ố
i ch
ứ
c
n
ă
ng
để
dùng riêng r
ẽ
hay k
ế
t h
ợ
p
- 12 kh


DAC
đế
n 10 bit
-

B
ộ
khu
ế
ch
đạ
i kh
ả
trình
-

B
ộ
l
ọ
c kh
ả
trình
-

B
ộ
so sánh vi sai
- 8 kh

đ
i
ề
u ch
ế

độ
r
ộ
ng xung (PWM).
-

Module CRC
-

Truy
ề
n thông UART
-

Truy
ề
n thông SPI
-

Ngu
ồ
n t
ầ
n s

ắ
t
- Vào t
ươ
ng t
ự
b
ở
i 40mA
Lập trình chu kì, tần số
- Dao
độ
ng trong 24/48MHz
- Dao
độ
ng tinh th
ể
ngoài 32.768Hz
- Dao
độ
ng th
ấ
p cho Watchdog và Sleep
Ngoại vi chuyên dụng
- Watchdog, Sleep timer
- Nh
ậ
n bi
ế
t m

ệ
n áp ho
ạ
t
độ
ng t
ừ
3,0
đế
n 5,25 V
-
Đ
i
ệ
n áp ho
ạ
t
độ
ng xu
ố
ng
đế
n 1,0V trong ch
ếđộ
b
ơ
m
Hình 10: S
ơ

đồ
kh
ố
i ch
ứ
c n
ă
ng CY8C26443
Hình 11: L
ư
u
đồ
ch
ươ
ng trình