(Khoá luận tốt nghiệp) nghiên cứu thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất các máy phát làm việc song song

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Trọng Thắng HẢI PHÒNG - 2016 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình Mã sv: 1513102012 Lớp: ĐCL901 Ngành Điện Tự động công nghiệp Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất máy phát làm việc song song NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp: CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Nguyễn Trọng Thắng Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đồ án Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2016 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2016 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Thanh Bình T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày tháng năm 2016 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2016 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2016 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: Làm việc song song vấn đề phân phối công suất trạm phát điện nhà máy 1.1 Làm việc song song máy phát 1.2 Vấn đề phân phối cho máy làm việc song song 1.3 Các phương pháp phân chia công suất tác dụng kinh điển 18 Chƣơng 2: Vi điều khiển PIC 2.1 Khái quát chung vi điều khiển PIC 21 2.2 Giới thiệu PIC 16F87XA 27 Chƣơng 3: Nghiên cứu thiết kế tự động phân chia công suất tác dụng 3.1 Đặt vấn đề 46 3.2 Thiết kế phần cứng 48 3.3 Xây dựng thuật toán 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 LỜI MỞ ĐẦU Điện dạng lượng sử dụng rộng rãi nhất, tất lĩnh vực hoạt động kinh tế đời sống người Theo thống kê có khoảng 70% điện sản xuất dùng xí nghiệp nhà máy công nghiệp Hệ thống cấp điện ổn định quan trọng công nghiệp, dây chuyền sản xuất hoạt động, điện lưới bị cố đột ngột điện mà không khắc phục kịp thời gây thiệt hại lớn kinh tế Do cần phải trang bị máy phát điện để đề phòng điện lưới Thực tế dây chuyền sản xuất nhà máy hoạt động với công suất tiêu thụ lớn, sử dụng máy phát điện khó đáp ứng nhu cầu sản xuất đặt nên cần phải hòa hai hay nhiều máy phát làm việc song song Em giao đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất máy phát làm việc song song” thầy giáo T.S Nguyễn Trọng Thắng hướng dẫn Nội dung thiết kế đồ án: Chương 1: Làm việc song song vấn đề phân phối công suất trạm phát điện nhà máy Chương 2: Vi điều khiển PIC Chương 3: Thiết kế,chế tạo tự động phân chia công suất tác dụng Chƣơng 1: LÀM VIỆC SONG SONG VÀ VẤN ĐỀ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TRONG TRẠM PHÁT ĐIỆN NHÀ MÁY 1.1 LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT 1.1.1 Khái niệm chung Làm việc song song có ưu điểm bật thêm vào cắt bớt máy phát khỏi lưới trường hợp cần thiết Hoàn toàn chủ động việc khởi động (mở máy) động có cơng suất lớn chí cơng suất động xấp xỉ cơng suất máy phát Khi làm việc song song, điện áp lưới có thời gian hồi phục nhanh (tqđ nhỏ) giữ cho lưới có chất lượng cung cấp điện tốt Đồng thời, khả cung cấp nguồn cho phụ tải q trình làm việc liên tục, khơng bị gián đoạn cần thay đổi máy ưu điểm giảm trọng lượng, kích thước phần tử, thiết bị phân phối, cung cấp Tất ưu điểm tạo điều kiện sử dụng cách rộng rãi khả công tác song song nguồn điện xí nghiệp nhà máy Tuy nhiên, máy công tác song song tồn nhược điểm tránh sau: - Phải trang bị thiết bị để vận hành song song, thiết bị để đưa máy vào cắt máy thiết bị điều khiển, điểu chỉnh q trình hoạt động - Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ cao chun mơn thiết kế trạm điện phát song song có cấu trúc phức tạp hơn, vận hành khai thác khó khăn Tính mạch ngắt khơng khớp với phần mềm tạo lên tăng chân cho phép dễ dàng đường truyền đến phím số làm cho hồi phục lại hoạt động cổng Hình 2.5: Sơ đồ khối chân RB0  RB3 RB4  RB7 2.2.5.3 PortC ghi TRISC Port C dải bit, cổng chiều Thanh ghi chứa liệu trực tiếp tương ứng TRISC Set bit TRISC =1 tạo chân portC đầu vào (Đặt đầu chế độ điện trở cao) Xoá bit TRISC = tạo cho chân tương ứng portC đầu (Đặt nội dung đầu chốt cực lựa chọn) PortC đa hợp với vài chức thiết bị ngoại vi Những chân portC có đệm đầu vào Schmit Trigger Khi I2C cho phép portC tạo lên với mức I 2C bình thường với mức SMBus việc dùng bít CKE Khi mà chức thiết bị ngoại vi cho phép, nên quan tâm việc định nghĩa bit TRISC cho đầu portC Một số thiết bị ngoại vi ghi đè lên bit TRIS để tạo đầu ngoại vi khác ghi đè lên bit TRISC để tạo đầu vào Khi mà bit TRIS ghi đè lên bị ảnh hưởng ngoại vi cho phép, câu lệnh đọc, sửa, ghi (BSF BCF,XORWF) với TRISC đích nên 42 tránh Người dùng nên đề cập đến ngoại vi thích hợp cho bit TRISC set Chú ý: PortC sử dụng trong đồ án làm nhiệm vụ điều chế độ rộng xung, kết nối với mạch động lực Robot Hình 2.6: Sơ đồ khối PortC 2.2.5.4 PortD ghi TRISD Port D TRISD khơng có PIC 28 chân thiết bị PortD port bít với đệm vào Schmitt trigger Mỗi đầu cấu hình riêng biệt đầu vào PortD định cấu port vi xử lý bít (port song song) set bit điều khiển, PSPMODE chế độ đệm đầu vào TTL 43 Hình 2.7: Sơ đồ khối PortD 2.2.5.5 PortE ghi TRISE Port E có chân (RE0/RD/AN5, RE1/WRAN6 RE2/CS/AN7) đầu vào đầu Những đầu có đệm đầu vào Schmitt Trigger.Những chân portE chuyển thành vào/ra điều khiển bit TSTMODE thiết lập Trong chế độ người dùng phải hiểu việc bit TRISE thiết lập định dạng đầu vào số Như ghi ADCON1 định dạng đầu vào/ra số Trong chế độ đầu vào đệm TTL 44 Hình 2.8: Sơ đồ khối PortE Thanh ghi TRISE điều khiển hoạt động port song song Chân portE đa hợp với đầu vào tương tự Khi chọn đầu vào tương tự, đầu đọc „0‟ TRISE điều khiển trực tiếp đầu RE, chí chúng sử dụng đầu vào tương tự Người dùng cần thao tác với chân tương tự cần phải xác định rõ địa Các chân portE đầu vào tương tự số Đặc tính người lập trình quy định nên lập trình, người lập trình phải khai báo địa tính, tính chúng ghi Chú ý: Reset có nguồn, chân định dạng đầu tương tự đọc 45 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG PHÂN CHIA CÔNG SUẤT TÁC DỤNG 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi nói đến cơng suất lưới điện xoay chiều phải nói đến hai loại cơng suất: cơng suất tác dụng P công suất kháng Q Công suất P công suất sinh công, công suất kháng Q cơng suất đặc trưng cho khả tích phóng lượng điện, từ trường Phân phối công suất cho máy chúng làm việc song song với việc thiếu sau công tác hòa đồng kết thúc Tại thời điểm tiếp điểm động cầu dao ACB tiếp xúc hoàn toàn với tiếp điểm tĩnh cách ổn định (không gây dao động cố cho lưới điện dẫn đến thiết bị tự động bảo vệ hoạt động để sa thải máy hòa khỏi lưới gây sa thải máy phát cấp điện cho lưới) q trình hịa coi kết thúc thành cơng Lúc này, máy hịa vào chạy khơng cơng suất nhận công suất tác dụng nhỏ cịn cơng suất kháng phụ thuộc vào điện áp thực máy phát so với lưới thời điểm Để cho hệ thống làm việc ổn định có máy làm việc song song việc phân chia công suất cho máy phải đảm bảo tỷ lệ với công suất máy Việc phân phối công suất tác dụng phải thông qua việc thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào động sơ cấp, thường tác động qua servomotor tác động vào điều tốc, phân phối cơng suất kháng phải tác động vào dịng kích từ máy phát Động Diesel đối tượng nhạy cảm với chế độ tốc độ Nếu vòng quay khai thác vượt vòng quay cho phép, chất lượng cơng tác chu trình xấu đi, giảm tính tin cậy, tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ động cơ, cần phải đảm bảo cho động làm việc khoảng vòng 46 quay cho phép Diesel dùng cho máy phát đồng ln phải có tự động điều chỉnh tốc độ (điều tốc)  CC TH G D §o I1 §o n1 Đo U1 n Khuyếch đại n P2 tính công suất nđặ t cấu đặt tốc độ Khuyếch Khuyếch ®¹i ®¹i Hình 3.1: Sơ đồ chức 47 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG S4 S3 S1 S2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hình S01 VCC R01 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 J6 5 10 J1 CON5 CON5 11 VCC 12 13 Y1 14 C04 15 16 17 18 X1 N1 X2 N2 19 20 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/TOCKI RA5/AN4 RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 U02 VDD VDD VSS R12 40 39 38 37 36 35 34 33 VSS RD7 RD6 RD5 RD4 OSC1/CLKIN1 OSC2/CLKOUT RC7/RXD RC6/TXD RC0/T1CKI RC1/CPP2 RC2/CPP1 RC3 RC5 RC4 RD3 RD2 RD0 RD1 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB[0 7] 32 VCC 31 R15 R16 R17 R18 PIC16887 R11 I5 I6 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0/INT 30 29 28 27 VCC l6 l5 l4 l3 R6 26 25 R5 R19 R20 J7 24 R2 23 R3 22 21 R14 C03 MCLR l2 l1 I7 I8 R13 VCC VCC Hình 3.2: Khối điều khiển trung tâm ANOT2 a b c d e f g p ANOT1 U17 10 ANOT2 ANOT1 l6 U16 VCC a b c d e f g p 10 a b c d e f g p ANOT2 Q8 l5 ANOT1 ANOT2 ANOT1 U15 VCC a b c d e f g p Q7 l4 U14 VCC 1 2 10 ANOT1 10 a b c d e f g p ANOT2 a b c d e f g p 10 Q6 10 VCC l3 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB[0 7] U13 ANOT2 3 l2 ANOT1 U12 Q5 l1 VCC Q4 VCC Q3 H×nh 3.3: Hệ thống led hiển thị thông số điều khiển 48 Q8 ANOT2 3 ANOT1 a b c d e f g p 10 ANOT2 ANOT1 a b c d e f g p U17 S4 S1 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 VCC 11 12 13 Y1 14 C04 15 16 17 18 X1 N1 X2 N2 19 20 I5 I6 X1 R12 VCC VSS RD7 RD6 RD5 RD4 OSC1/CLKIN1 OSC2/CLKOUT RC7/RXD RC6/TXD RC0/T1CKI RC1/CPP2 RC2/CPP1 RC3 RC5 RC4 RD3 RD2 RD0 RD1 I5 I6 I7 I8 S4 S3 S1 S2 31 R15 R16 R17 R18 PIC16887 VSS S1 32 VCC 30 29 28 27 VCC R6 R5 R19 R20 S4 S3 S1 S2 J7 S3 24 R2 23 R3 22 21 ISO20 S2 l6 l5 l4 l3 26 25 R11 C03 VDD RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 S4 S3 S1 S2 l2 l1 I7 I8 S4 R13 CON5 VDD 40 39 38 37 36 35 34 33 R14 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/TOCKI RA5/AN4 RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 U02 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0/INT S4 S3 S1 S2 VCC VCC R90 D40 R80 VCC N1 ISO10 LS6 LS5 R100 VCC_WAVE R70 6 VCC X2 ISO2 R9 D4 R8 VCC N2 16 15 14 13 12 11 10 VCC_WAVE LS3 VCC_WAVE D6 VCC_WAVE 6 7 J30 C30 3 VCC_WAVE CON2 D5 J31 C31 LS4 VCC_WAVE IC2003 7 ISO1 R10 D3 16 15 14 13 12 11 10 GNDVCC VCC_WAVE 5 U39 D8 D9 D30 CON2 R7 Hình 3.4 : Hệ thống hiển thị, nút ấn giao tiếp điều khiển động tay ga 49 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 J1 CON5 MCLR RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 5 10 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 R01 J6 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 S01 VCC RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 S3 S2 2 10 3 l6 U16 VCC 2 10 a b c d e f g p ANOT2 ANOT1 VCC 1 3 ANOT2 ANOT1 U15 a b c d e f g p 10 10 D02 3 a b c d e f g p C02 l5 10 U14 Q7 l4 a b c d e f g p B01 B G ANOT2 D04 U13 ANOT1 R02 l3 3 U12 VCC C01 VCC Q6 l2 ANOT1 VCC_WAVED01 J01 l1 LM2576T VCC Q5 2 B B U03 VCC Q4 Vin Ref GND Vout GND C3 A A C2 VCC Q3 U01 ANOT2 VCC VCC X1 ISO20 R90 D40 R80 VCC N1 ISO10 LS6 LS5 R100 D8 D9 D30 VCC_WAVE R70 6 VCC X2 ISO2 R9 D4 R8 16 15 14 13 12 11 10 LS3 CON2 D6 VCC_WAVE VCC_WAVE 5 6 J30 7 C30 3 VCC_WAVE D3 2 D5 ISO1 R10 VCC_WAVE LS4 VCC_WAVE J31 C31 N2 16 15 14 13 12 11 10 GNDVCC IC2003 VCC 7 U39 VCC_WAVE 2 CON2 VCC R7 C3 U03 LM2576T VCC_WAVED01 J01 3 B B C2 A A Vin Ref GND Vout GND U01 VCC C01 R02 D04 S4 S3 S1 S2 C02 S1 B01 B G D02 I5 S2 S4 S3 S1 S2 I6 I7 S3 S4 S3 S1 S2 S4 Hình 3.5: Nguồn 2xung 5I8V cung cấp cho điều khiển S4 S3 S1 S2 3.2.1 Trung tâm xử lý tín hiệu Được xây dựng vi điều khiển họ PIC 16F877A, có nhiệm vụ điều khiển toàn hoạt động hệ thống gồm chức năng: truyền thông giao tiếp với thiết bị điều khiển khác, điều chỉnh tăng giảm tay ga, giao 50 tiếp với người sử dụng thông qua hệ thống hiển thị led nút phím ấn 3.2.2 Input/ output Các tín hiệu vào hệ thống hệ thống đo dòng điện điện áp, đầu tiếp điểm rơle để điều khiển động tay ga quay thuận hay nghịch để điều chỉnh mức nhiên liệu phù hợp 3.2.3 Hiển thị giao tiếp Hệ thống hiển thị thông số thông qua đèn led thanh, thông số hiển thị bao gồm trị số dòng điện máy trị số dòng điện tổng hệ thống Người sử dụng đặt lệnh điều khiển, chế độ thơng qua phím ấn chức năng: chấp nhận (OK), thoát (cancel), tăng (increase), giảm (reduce) 3.3 XÂY DỰNG THUẬT TỐN 3.3.1 Các kí‎ hiệu lƣu đồ thuật tốn Q trình hoạt động Điều khiển tay Q trình điều khiển có điều kiện 51 Q trình lựa chọn Khối kết thúc Đường 52 3.3.2 Lƣu thut toỏn iu khin L-u đồ thuật toán hàm Bắt đầu Khởi tạo thông số Đọccác c¸cmodul tham sè tõ bé nhí EPROM Sai Nót Setup Đúng Hàm cài đặt tham số Đo dòng máy phát I1 Truyền thông số I1 Nhận thông số I2 TÝnh c«ng suÊt P1 TÝnh c«ng suÊt P2 CËp nhËt tham số L-u tham số vào EEPROM Hàm điều chỉnh tay ga Sai Yêu cầu dừng Đúng Phát yêu cầu dừng cho điều khiển khác Kết thúc Hình 3.6: Lưu đồ thuật tốn hàm 53 L-u đồ thuật toán hàm điều chỉnh tay ga: hàm điều chỉnh tay ga đ-ợc cập nhật hoạt động liên tục theo chu kỳ, lần đ-ợc gọi nã thùc hiƯn c¸c tht to¸n sau: Bắt đầu CËp nhËt c«ng suÊt P1, P2 No P1