4621T21T21T Trang 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT a độ mở cánh hướng nướcb chiều cao cánh hướng nướcDR0R đường kính vòng tròn đi qua cánh hướng nướcDR1R đường kính tiêu chuẩn b
Máy điều tốc tác động trực tiếp (máy điều tốc Cơ khí ) 21T
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp
Phân tích nguy ên lý hoạt động:
Trục tuabin được gắn các quả văng, khi trục quay, các quả văng chịu lực ly tâm và văng ra xa Tốc độ quay của trục tuabin ảnh hưởng đến lực ly tâm mà các quả văng chịu, từ đó kéo con trượt lên hoặc xuống Khi cắt phụ tải, quả văng văng ra xa, khiến con trượt di chuyển xuống và kết nối với cánh tay đòn để giảm lượng nước vào tuabin, giữ cho số vòng quay của tuabin ổn định và đảm bảo công suất tương ứng với máy phát điện Ngược lại, khi tăng phụ tải, quá trình này cũng diễn ra tương tự nhưng theo chiều ngược lại.
Phương pháp điều khiển tự động cứng trong máy điều tốc hoạt động dựa trên sự thay đổi tốc độ của tuabin Khi tốc độ tuabin tăng hoặc giảm, quả văng sẽ di chuyển xa hoặc gần trục, kéo theo con trượt lên hoặc xuống, từ đó tác động đến việc đóng mở cửa van qua tay đòn Tuy nhiên, mối quan hệ giữa lực ly tâm và chuyển động của con trượt là phi tuyến, dẫn đến khó khăn trong việc căn chỉnh và chế tạo các chi tiết, gây ra sai số tốc độ tuabin và ảnh hưởng đến tần số của hệ thống điện.
Hệ thống có kết cấu đơn giản và dễ hiểu, phù hợp cho các cụm dân cư có máy phát điện riêng biệt, nhỏ, với yêu cầu về chất lượng điện năng không cao.
Để đảm bảo chất lượng điều khiển tốt trong các cơ cấu, cần có hệ thống phản hồi phản ánh sai lệch giữa giá trị thực và giá trị điều khiển Độ chính xác của thiết bị phản hồi càng cao thì khả năng phát hiện sai lệch càng tốt, từ đó nâng cao chất lượng điều khiển Tuy nhiên, trong hệ thống máy điều tốc đơn giản hiện tại, độ chính xác phản hồi thấp và không tuyến tính, gây khó khăn trong việc tính toán và điều chỉnh, dẫn đến việc chế tạo và vận hành thử tốn nhiều công sức với nhiều lần thử nghiệm để đạt kết quả chính xác Trước đây, máy điều tốc cơ phù hợp với yêu cầu sử dụng điện năng chất lượng thấp, nhưng hiện nay, với nhu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng, hầu hết các nhà máy thủy điện đã ngừng sử dụng loại máy này.
Máy điều tốc tác động gián tiếp (máy điều tốc Điện thủy lực)
Có rất nhiều máy điều tốc có nguyên lý tác động gián tiếp Sau đây là một số loại máy điều tốc tác động gián tiếp.
1.5.2.1 Máy điều tốc tác động gián tiếp không có bộ phận phản hồi ngược
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc gián tiếp không có bộ phận phản hồi ngược
Theo sơ đồ, con lắc kết nối với van trượt 4 thông qua tay đòn 2 Chất lỏng áp suất (dầu áp) được dẫn vào van trượt 4, có nhiệm vụ phân phối dầu vào các ngăn dầu của động cơ tiếp lực 5.
Lực tác động của động cơ tiếp lực phụ thuộc vào kích thước và áp suất của dầu áp lực Động cơ này bao gồm một píttông di chuyển trong xilanh, kết nối với vòng điều chỉnh qua thanh kéo đẩy Van trượt liên kết hai ngăn của động cơ thông qua hai ống dầu ở hai đầu xilanh, với cấu tạo gồm vỏ hình trụ và một kim trượt bên trong Trên vỏ có năm cửa, trong đó cửa giữa kết nối với dầu áp từ thiết bị Khi hai cửa làm việc với ngăn tương ứng, dầu áp sẽ đi vào một ngăn của động cơ, trong khi dầu ở ngăn còn lại sẽ trở về thùng dầu xả qua cửa xả Sự chênh lệch áp lực giữa hai phía píttông tạo ra chuyển động cho bộ phận điều chỉnh của tuabin.
Quá trình điều chỉnh tốc độ quay của tuabin không ổn định do pittông của động cơ tiếp lực không thể duy trì ở vị trí cân bằng, vì van kim trượt không kịp trở về vị trí ban đầu Hiện tượng dao động độ mở cánh hướng và công suất xuất phát từ nguyên nhân này Để khắc phục tình trạng trên, cần áp dụng sơ đồ điều chỉnh khác.
1.5.2.2 Máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi cứng
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc gián tiếp có bộ phận phản hồi cứng
Trong sơ đồ này, bên cạnh bộ phận động cơ tiếp lực và van trượt, còn có bộ phận phản hồi kiểu đòn bẩy giúp đưa kim trượt trở về vị trí trung gian kịp thời Khi cánh tay đòn ở vị trí 1 và pittông động cơ tiếp lực di chuyển về phía đóng bộ phận điều chỉnh, hệ thống phản hồi cứng kiểu đòn bẩy sẽ đẩy điểm Z và điểm S (nối với kim van) lên trên (ở vị trí 2), dẫn đến kim trượt trở về vị trí trung gian Khác với sơ đồ không có phản hồi, sau khi quá trình điều chỉnh kết thúc, động cơ tiếp lực sẽ đứng im tại vị trí cân bằng mới và số vòng quay của tuabin sẽ ổn định ở trị số mới tương ứng với vị trí mới của hộp trục.
Hình vẽ minh họa tình huống giảm phụ tải của máy phát điện Khi phụ tải tăng, hai quả lắc sẽ xếp lại, khiến kim trượt bị đẩy lên và dầu áp suất sẽ vào ngăn bên trái của động cơ tiếp lực Ngăn bên phải thông với dầu xả, làm cho pittông động cơ tiếp lực dịch chuyển sang phải, mở rộng bộ phận điều chỉnh Bộ phận phản hồi cứng sẽ đưa kim van trở về vị trí trung gian Kết thúc quá trình điều chỉnh, số vòng quay của tuabin sẽ giảm xuống so với ban đầu do điểm H thấp hơn vị trí khởi đầu.
1.5.2.3 Máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi mềm
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi mềm
Trong sơ đồ máy điều tốc, điểm Z của đòn được kết nối với pittông động cơ thông qua bộ phận gọi là bộ hoãn xung Điều này cho phép điểm H quay trở lại vị trí ban đầu và giữ vững ở đó trong suốt thời gian làm việc ổn định của tuabin.
Trong bộ phận phản hồi mềm, điểm Z của đòn 2 liên kết với lò xo 3, và điểm Z sẽ trở về vị trí ban đầu khi lò xo này ở trạng thái tự do Bộ hoãn xung bao gồm một ống xilanh chứa đầy dầu và pittông, trên pittông có một lỗ nhỏ cho phép dầu chảy chậm từ một ngăn sang ngăn khác của xilanh khi pittông trở về vị trí trung gian.
Lò xo 3 có tác dụng đàn hồi, làm cho lò xo dãn ra và đẩy điểm Z xuống dưới, khiến đòn quay 2 quay quanh điểm H theo chiều kim đồng hồ Pittông của động cơ tiếp tục di chuyển về phía đóng, và số vòng quay giảm dần cho đến khi điểm H trở về vị trí ban đầu, kết thúc quá trình điều chỉnh Số vòng quay cuối cùng sẽ bằng số vòng quay ban đầu, đây là đặc điểm chính của loại máy điều tốc này Thời gian để điểm Z chuyển động, dưới tác dụng của lực lò xo, nhanh hay chậm phụ thuộc vào sức cản thủy lực ở lỗ tiết lưu, tức là độ mở của lỗ tiết lưu trong bình hoãn xung.
Trong hệ thống lưới điện chung, hầu hết các tổ máy như thủy điện và nhiệt điện hoạt động song song Việc điều chỉnh độ mở của bộ phận điều chỉnh không làm thay đổi số vòng quay của tuabin mà chỉ phân bố lại công suất giữa các tổ máy, đảm bảo sự phù hợp với tần số dòng điện quy định.
Hình dưới đây giới thiệu sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc dùng trong nhà máy thủy điện Thoong Gót – Trùng Khánh – Cao Bằng.
Hình1.5 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc dùng trong nhà máy thủy điện Thoong gót – Trùng Khánh – Cao Bằng
Máy điều tốc Cơ điện tử
So với bộ điều tốc cơ thủy lực và điện thủy lực, bộ điều tốc cơ điện tử là bước phát triển công nghệ vượt bậc, tích hợp trí thức cao Sự tiến bộ trong ngành cơ điện tử đã tạo ra các sản phẩm thông minh, linh hoạt và dễ dàng chế tạo, đáp ứng tốt nhu cầu con người Bộ điều tốc cơ điện tử được lập trình PLC với các thiết bị đo điện tử chính xác, phản hồi thông số như tốc độ quay tua bin, vị trí pittông và độ mở cánh nước đến bộ xử lý trung tâm Tại đây, bộ xử lý phát lệnh điều khiển dạng xung tới các van điện từ, giúp hệ thống thủy lực tác động trực tiếp lên pittông, dễ dàng mở hoặc đóng cánh nước Hệ thống thủy lực kỹ thuật số không chỉ hỗ trợ mà còn điều khiển, giúp việc lắp ráp dễ dàng hơn và thay thế các cơ cấu cơ khí tốn thời gian và chi phí.
Tất cả các trạng thái hoạt động của bộ điều tốc (đóng, mở, đóng khẩn cấp) được chuyển hóa thành chuyển động tịnh tiến của píttông thủy lực trong xi lanh đứng yên Píttông này kết nối với hệ thống thủy lực thông qua các ống nối mềm chịu áp lực cao, tăng cường khả năng lắp đặt Hệ thống thủy lực kỹ thuật số điều khiển píttông thông qua các van điện từ, giúp phân phối và thay đổi đường dầu áp lực Tất cả các van được lắp trên một panel thủy lực, tạo thành cụm van panel, nâng cao khả năng vận chuyển và lắp đặt Các thiết bị đo đếm như bộ đo mức dầu, đồng hồ đo áp suất và cảm biến tốc độ được tích hợp, cho phép phản hồi về bộ xử lý trung tâm để xử lý tín hiệu và tác động trở lại các cơ cấu chấp hành.
Hình 1.6 Sơ đồ thủy lực máy điều tốc Cơ Điện tử
Phân tích nguyên lý điều khiển:
Các trạng thái của bộ điều tốc được xử lý như sau:
Khi tín hiệu từ vị trí pít tông và số vòng quay của tua bin yêu cầu dịch pít tông sang trái, bộ xử lý phát ra xung điện để cuộn dây bên phải của van số 2 hoạt động, phân phối dầu vào cửa bên phải của buồng xi lanh, khiến pít tông chuyển động sang trái Ngược lại, để chuyển động sang phải, bộ xử lý sẽ phát xung điện cho cuộn dây bên phải của van số 3, đưa dầu vào khoang bên trái Trong trường hợp khẩn cấp, chỉ cuộn dây bên phải của van số 1 hoạt động, cho phép dầu đi thẳng vào buồng bên trái của xi lanh, làm cho pít tông dịch chuyển sang phải một cách nhanh chóng.
Bộ điều tốc Cơ điện tử vượt trội hơn so với các loại bộ điều tốc truyền thống, nhờ vào khả năng điều khiển đơn giản và dễ dàng Nó cho phép thay đổi giá trị đầu ra một cách nhanh chóng và chính xác Việc chế tạo, lắp đặt và căn chỉnh bộ điều tốc này cũng rất đơn giản, với độ khó thấp và độ chính xác cao, mang lại sự thuận tiện tối đa cho người sử dụng.
Mặc dù nước ngoài đã có nhiều năm kinh nghiệm trong việc chế tạo và lắp ráp máy điều tốc kỹ thuật số, Việt Nam hiện vẫn chưa ứng dụng rộng rãi công nghệ này, chủ yếu chỉ ở các nhà máy thủy điện mới Với trình độ khoa học hiện tại, Việt Nam có khả năng chế tạo bộ điều tốc kỹ thuật số, nhưng vẫn phải nhập khẩu thiết bị từ nước ngoài Do đó, việc thử nghiệm thành công máy điều tốc cơ điện tử tại Việt Nam sẽ góp phần quan trọng vào sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Chương 2 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỀU TỐC CƠ ĐIỆN TỬ
Bài viết phân tích chức năng và lý thuyết điều khiển của các dạng máy điều tốc, đặc biệt là máy điều tốc hoạt động theo nguyên lý tác động gián tiếp có phản hồi mềm (Điện thủy lực) tại nhà máy thủy điện Thoong Gót Trùng Khánh – Cao Bằng và máy điều tốc Cơ điện tử nhập khẩu từ Trung Quốc tại nhà máy thủy điện Nậm Mu Tổng công ty Sông Đà Từ đó, chúng ta sẽ tìm ra các phương án tối ưu cho thiết kế máy điều tốc Cơ điện tử Các loại máy điều tốc khác như điều tốc tác động trực tiếp hoặc không có phản hồi ngược thường có độ chính xác thấp và chất lượng điện năng kém, nên không được xem xét trong bài viết này.
2.1 Phân tích các chức năng của máy điều tốc
Bộ điều tốc có chức năng chính là duy trì ổn định tốc độ của tuabin theo giá trị đã được đặt trước, đảm bảo đạt tiêu chuẩn về chất lượng của tốc độ làm việc thực tế.
2 Chức năng điều khiển theo hướng sự kiện hoặc theo trình tự thời gian
Bao gồm việc khởi động và dừng tổ máy
Ngoài ra, nó còn có các chức năng sau:
Chức năng cài đặt, nhận lệnh:
- Vị trí bánh xe công tác
- Vị trí giới hạn độ mở cánh hướng
- Khởi động, dừng điều tốc
- Chuyển chế độ phát, bù đồng bộ
Chức năng phản hồi ( gồm có hiển thị, trả lời khi có yêu cầu Các giá trị này là các giá trị thực ):
- Vị trí bánh xe công tác
- Công suất động cơ, hiệu suất tổ máy
- Mức nước thượng lưu, hạ lưu và cột áp
- Áp lực dầu điều khiển sẵn sàng
- Áp lực khí sẵn sàng
- Lưu lượng nước vào tuabin
- Cảnh báo cấp 3 khi tốc độ tuabin mở hơn 90% hoặc lớn hơn 140% tốc độ đặt
- Áp lực dầu, áp lực khí không đủ
- Mất tín hiệu điều khiển hoặc hỏng các thiết bị chấp hành, sensor
- Đồ thị tốc độ tuabin
- Lưu trữ dữ liệu tốc độ, công suất trong thời gian ngắn
- Lưu trữ các cảnh báo sự cố, quá trình làm việc trong thời gian ngắn.
2.2 Sự làm việc song song của các tuabin
Trước đây, quá trình điều chỉnh tuabin cho các tổ máy nhỏ trong lưới điện độc lập phụ thuộc vào các máy điều tốc để giữ số vòng quay ổn định Hiện nay, hầu hết các tổ máy thủy điện và nhiệt điện hoạt động song song trong một hệ thống lưới điện chung Việc này yêu cầu tuabin phải phù hợp với tần số dòng điện quy định; khi điều chỉnh độ mở của bộ phận điều chỉnh, số vòng quay không thay đổi mà chỉ phân bố lại công suất giữa các tổ máy.
Mỗi máy điều tốc có đường đặc tính điều chỉnh, thể hiện mối quan hệ giữa số vòng quay của tua bin và phụ tải, ký hiệu là n=f(N) Đối với máy điều tốc phản hồi mềm, đường đặc tính điều chỉnh được biểu diễn bằng đường nằm ngang AB.
Hình 2.1 Đường đặc tính điều chỉnh của máy điều tốc
Máy điều tốc phản hồi cứng có đường đặc tính điều chỉnh dạng A’B’, cho thấy tốc độ quay trước và sau khi điều chỉnh không bằng nhau, dẫn đến độ không đồng đều nhất định Độ không đồng đều này được xác định bằng tỷ số giữa hiệu số của số vòng quay không tải (nR max) và số vòng quay toàn tải (nR min) với số vòng quay đồng bộ (nR 0).
Độ không đồng đều cho phép của các tổ máy điều tốc hiện nay dao động từ 2% đến 6% Bài viết này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu sự làm việc song song của hai tổ máy có độ không đồng đều giống nhau, với giả thiết rằng cả hai tổ máy đều được lắp đặt với các tua bin cùng loại.
Lúc đầu, hai tổ máy đảm nhận công suất N1 của biểu đồ phụ tải: N R 1 R = N R 1 R +
Số vòng quay đồng bộ ứng với đường O R 1 R -O R 1 R Sau đó phụ tải của hệ thống tăng lên đến trị số N R II
Vì δ của hai tổ máy giống nhau, nên ∆N R 1 R = ∆N R 2 R, điều này có nghĩa là khi các tổ máy có δ giống nhau và hoạt động song song trong lưới điện chung, phụ tải sẽ được phân phối đồng đều cho các tổ máy Đồng thời, số vòng quay của hai tổ máy sẽ giảm xuống theo đường O R 2 R -O R 2.
Khi hai tổ máy hoạt động song song với độ đồng đều khác nhau (δ R 1 R ≠δ 2), phần phụ tải mà mỗi tổ máy phải đảm nhận sẽ khác nhau, cụ thể là ∆N 1 cho tổ máy số 1 và ∆N 2 cho tổ máy số 2 Để xác định công thức tính ∆N 1 và ∆N 2 của các tổ máy này, cần phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của từng tổ máy.
Hình2.2Đường đặc tính điều chỉnh có độ không đồng đều như nhau
Khi tăng tải, số vòng quay của 2 tổ máy sẽ giảm đi một giá trị bằng ∆n ứng với đường O 2 -O2
Hình 2.3Đường đặc tính điều chỉnh làm việc song song của 2 tổ máy với độ không đồng đều khác nhau
Ta chỉ cần tính ∆N1 của tổ máy thứ nhất rồi sẽ suy ra tổ máy thứ 2 hoặc tổ máy bất kỳ ∆Nx
Vì 2 tam giác ABC và A’B’C’ đồng dạng nên:
AC = nmax – nmin; CB = N1max
Thế các đại lượngnày vào công thức (2-3) ta có : max 1 min max
∆ ∆ trong đó, N1max là công suất lớn nhất của tổ máy số 1 Mặt khác theo công thức thì n max – nmin = δ 1 n0 ( n0là số vòng quay định mức) nên:
Một cách tổng quát ta có thể suy ra ∆N k cho tổ máy bất kỳ K làm việc song song: max
Để đảm bảo số vòng quay của hai tổ máy trở về vị trí định mức (∆n = 0), cần tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh của cả hai tổ máy lên trên, biến đường đặc tính điều chỉnh của tổ máy số 1 thành đường b1 - b1 thay vì a2 - a2 Khi phụ tải của hệ thống điện lực giảm, đường đặc tính điều chỉnh phải được tịnh tiến xuống dưới Bộ phận của máy điều tốc có khả năng thay đổi độ nghiêng (δ) hoặc tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh, và vấn đề này sẽ được nghiên cứu trong phần sau.
Qua phân tích, nếu đặc tính điều chỉnh của hai tổ máy không phải là đường nghiêng mà là đường ngang (máy điều tốc có bộ phận phản hồi mềm), thì sự phân phối phụ tải giữa các tổ máy làm việc song song sẽ không ổn định Khi δ1 = δ2 = δk = 0, theo công thức (2-4), ∆NK trở thành đại lượng vô định, nghĩa là phụ tải của mỗi tổ máy không có giá trị xác định mà luôn thay đổi.
Giới thiệu
Thiết bị điều chỉnh động cơ bước BWT 1B là giải pháp tiên tiến cho trạm thủy điện, nổi bật với cấu trúc đơn giản và độ tin cậy cao Thiết bị này không chỉ có chức năng hoạt động lớn mà còn khả năng tinh chỉnh và chống nhiễu mạnh mẽ, khắc phục vấn đề chống nhiễu yếu ớt trước đây Hệ thống chuyển đổi điện thủy lực được thiết kế để dễ dàng ngăn chặn, cùng với cơ cấu điều chỉnh đa mức, giúp thiết bị hoạt động ổn định và đáng tin cậy Nhờ đó, thiết bị mới này hỗ trợ hiệu quả cho các hệ thống phát điện bằng tuabin trong việc điều khiển đến trạng thái dừng.
2.4.1.1 Nguồn điện đẳng lập AC và DC
Nguồn điện AC220V và DC220V hoặc DC110V được điều chỉnh để nạp đẳng lập, đảm bảo cung cấp điện trong điều kiện thiếu điện, nhằm nâng cao chất lượng cho thiết bị điều chỉnh.
2.4.1.2 Tần suất đo theo phần mềm
Tần suất thiết bị và tần suất mạng được lọc một cách đơn giản và nạp trực tiếp vào bộ điều khiển lập trình, nhằm hoàn thiện hai thông số chính do phần mềm lựa chọn.
2.4.1.3 Lỗi tự động chẩn đoán
Bộ điều khiển này sử dụng phần mềm để theo dõi và kiểm tra lỗi theo thời gian thực Khi phát hiện lỗi, thiết bị sẽ gửi tín hiệu và chỉ thị vị trí lỗi,
2.4.1.4 Phương thức vận hành chuyển đổi mà không có nhiễu
Bộ điều khiển cho phép theo dõi linh hoạt giữa các trạng thái hoạt động như tự động, điều khiển điện bằng tay và điều khiển thủ công, đảm bảo không có nhiễu cho phần mềm và cho phép chuyển đổi giữa các chế độ mà không bị ảnh hưởng.
2.4.1.5 Xy lanh điện động cơ có độ tin cậy cao
Bộ điều khiển này được thiết kế dựa trên động cơ bậc và vít xoáy, vượt trội hơn so với van phụ thủy điện, vốn dễ bị ngẽn và tiêu hao dầu nhiều hơn Để ngăn ngừa rò rỉ dầu trong khoang điều khiển, thiết bị có cấu trúc đơn giản hơn và được gọi là hệ thống chuyển đổi điện động phụ, mang lại độ tin cậy cao và dễ sử dụng.
2.4.1.6 Tự động theo dõi tần suất của mạng
Thiết bị điều chỉnh kiểm tra tần suất của thiết bị và tần suất mạng, đồng thời điều chỉnh sự biến đổi giữa các tần suất này theo phương pháp PID Điều này giúp đảm bảo tần suất của thiết bị phù hợp với tần suất mạng, từ đó nhanh chóng nạp lên mạng.
2.4.1.7 Những trạng thái điều chỉnh đa mức
Thiết bị điều chỉnh hoạt động với hai trạng thái điều khiển: trạng thái tần suất và trạng thái mở Nó có khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa hai trạng thái này mà không gây ra nhiễu.
Nguyên tắc điều khiển
Thiết kế thiết bị điều chỉnh động cơ bậc BWT-1B được thực hiện theo tiêu chuẩn GB/T9652, bao gồm “Bộ điều khiển tuabin và hạng mục công nghệ thiết bị dầu áp lực” Thiết bị này phỏng theo các tham số của máy điều chỉnh và quy tắc điều chỉnh PID, đồng thời cung cấp hướng dẫn chi tiết dựa trên sơ đồ chính của thiết bị điều chỉnh bằng máy vi tính BWT-1B.
Thiết bị điều chỉnh sẽ xác định điện áp dư và tín hiệu tần suất từ bộ kích thích ổn định cùng tần suất mạng Sau đó, thiết bị sẽ giảm giá trị và lọc dữ liệu được đo bằng phần mềm theo nguyên tắc tần suất đo kỹ thuật số.
Điều khiển tần suất là một phương pháp điều khiển chính, trong đó sự biến đổi giữa tần suất lựa chọn của thiết bị và tần suất thiết lập được tính toán bởi khối điều chỉnh theo quy tắc PID Hoạt động này giúp tối ưu hóa hiệu suất của xi lanh điện động của động cơ bậc và điều chỉnh độ mở của van dầu, nhằm đạt được tần suất thiết bị mong muốn.
Trước khi khởi động thiết bị, cần thiết lập độ mở không tải Sau khi nhận lệnh khởi động, thiết bị sẽ điều chỉnh độ mở van dẫn hướng theo độ mở không tải và quy tắc chỉ số dương Van dẫn hướng sẽ mở dần theo quan hệ tuyến tính với độ dốc nhỏ, đồng thời theo dõi tốc độ vận hành thực tế Khi thiết bị đạt 99% tốc độ danh định, quy trình kiểm soát khởi động sẽ kết thúc và bộ điều chỉnh sẽ tự động chuyển sang chế độ điều khiển không tải.
Khi tất cả các điều kiện dừng được đáp ứng, thiết bị nhận lệnh dừng và thực hiện quy trình kiểm soát dừng thông qua bộ vi xử lý Sau đó, độ mở sẽ được đưa về 0 theo quy tắc chỉ số, đồng thời theo dõi tốc độ thiết bị Cuối cùng, thiết bị sẽ tự động chuyển đổi về trạng thái khởi động khi đã ở trạng thái tĩnh.
Chức năng tần suất mạng theo dõi được thiết kế để hỗ trợ việc kết nối thiết bị mạng Khi lệnh theo dõi được gửi, thiết bị điều chỉnh sẽ điều chỉnh tần suất của thiết bị và mạng Sau khi thiết bị được kết nối thành công, chức năng này sẽ hoàn tất và thiết bị điều chỉnh sẽ trở lại chế độ xử lý điều khiển thông thường.
Thiết bị điều chỉnh động cơ bậc BWT 1B sử dụng công nghệ máy tính để gửi dữ liệu đến bộ phận điều khiển của động cơ Thiết bị này hoạt động dựa trên kết quả tính toán PID, cho phép điều khiển động cơ quay, thay đổi chiều quay và điều chỉnh độ mở thông qua chuyển dịch tuyến tính của xi lanh điện động Nhờ đó, hệ thống máy móc được kiểm soát hiệu quả.
Thiết bị điều chỉnh sẽ hiển thị tất cả trạng thái hoạt động và các tham số liên quan Mọi thao tác của người vận hành sẽ được tự động chẩn đoán, và nếu các lệnh không tuân thủ quy định, chúng sẽ không được thực hiện.
2.5 Lý thuyết điều khiển máy điều tốc Cơ điện tử
Trong phần này giới thiệu máy điều tốc Cơ điện tử của nhà máy thuỷ điện Nậm Mu (thuộc Tổng Công ty Sông Đà )
Giới thiệu 21T
Bộ điều tốc kim phun kỹ thuật số kiểu YWCT – n/n – PLC cho tuabin thủy điện là một cải tiến vượt bậc so với bộ điều tốc thông thường, với cấu trúc được nâng cấp bao gồm tủ điều tốc, tủ điện và hệ thống thủy lực Thiết bị này giúp các bộ phận của tuabin thủy lực hoạt động ổn định trong các điều kiện làm việc khác nhau Các chức năng của bộ điều tốc bao gồm đo tần số, điều khiển tần số tự động và bằng tay, khởi động và dừng, phân bố tải, cũng như thực hiện các tình huống dừng khẩn cấp.
2.5.1.1 Các chức năng và đặc điểm
Chức năng chung Động lực ưu tú và chất lượng ổn định: Toàn bộ các chỉ số thực hiện tốt hơn tiêu chuẩn ( GB/T96521.1 1997 )–
Khi không có tải, tần số nối mạng tự động điều chỉnh và chỉ có chế độ điều khiển PID có khả năng bù phụ tự động cho bộ phận tần số, nhằm đảm bảo sự đồng bộ theo yêu cầu Điều này giúp nhanh chóng thực hiện việc đóng điều khiển điện bằng tay.
Quy tắc điều khiển PID có cấu trúc rõ ràng, cho phép thay đổi nhanh chóng khi có sự biến động về tải Hệ thống này có khả năng thích nghi với các điều kiện khác nhau trong mạng lưới, giúp điều chỉnh tốc độ một cách tự động và chính xác Nhờ đó, nó có thể lựa chọn các chế độ điều khiển tối ưu nhất, bảo vệ an toàn cho tổ máy và duy trì hoạt động ổn định trong trạng thái tốt nhất.
Hoàn thành công suất hiệu dụng bao gồm chức năng điều khiển, trong khi công suất tổng bao gồm cả phần điều khiển Điều này cho phép giao diện giá trị chuyển đổi nhận công suất hữu dụng từ hệ thống điều khiển máy tính qua các dây cổng kết nối thông tin liên tục Do đó, công suất hữu dụng có thể tự động điều chỉnh theo các cài đặt đã được thiết lập Ngoài ra, điều tốc ứng dụng cũng phù hợp với rung động ngang, đảm bảo độ rung động bề ngang nhỏ.
Bộ kính nhìn khúc xạ và bộ kim phun tự động mở cam được điều khiển bởi máy tính đồ thị, cho phép cài đặt và sửa chữa cam theo yêu cầu.
Here is a rewritten paragraph that meets SEO rules and conveys the same meaning as the original content:"Mỗi kim phun được điều khiển độc lập bằng máy tính, đảm bảo độ chính xác đồng bộ cao và cho phép đặt cũng như đổi chế độ vận hành theo yêu cầu Bên cạnh đó, điều tốc điều khiển riêng rẽ bộ khúc xạ và kim phun bằng mạch thủy lực cơ học độc lập, giúp loại bỏ cơ cấu mở cam bình thường và cấu trúc được đơn giản hóa."
Hệ thống thủy cơ ứng dụng công nghệ thủy lực kỹ thuật số với van cầu hoạt động hiệu quả mà không tiêu hao dầu trong trạng thái tĩnh Điều tốc tiêu chuẩn của bộ phận thủy lực được hoàn thành với sự kết hợp cao, giúp quá trình lắp đặt và thử nghiệm trở nên dễ dàng và thuận tiện.
Cấu trúc của van điện từ và mạch thủy lực kết nối trực tiếp với máy tính, giúp điều tốc mạnh mẽ, chống lại nhiễu biến và đảm bảo độ chính xác cao.
Hệ thống thuỷ lực có đặt hệ thống bổ xung khí tự động
Vận hành bằng tay cũng được thực hiện bởi các van điện từ đảm bảo nhìn thấy được
Phần điện của bộ điều khiển PLC đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển, với thời gian hoạt động không gặp sự cố lên tới 300.000 giờ Ngoài ra, các chi tiết bên ngoài như nút bấm và nút điều khiển cũng được tích hợp Hệ thống có khả năng đo tần số với độ chính xác cao, tự động xác định các mạng nhỏ và lớn, đồng thời chịu được sự phanh gấp.
Bộ vi xử lý phức tạp đa năng được nối song song với tốc độ cao.
Khả năng chống phân phối cao, toàn bộ phần giao diện ứng dụng sự cố điện đóng đèn điện và quá trình chọn lọc phần mềm.
Các vấn đề khác đặt các thông số và vận hành điều tốc: bàn phím máy tính, bộ chương trình, các nút vận hành.
Cấu trúc kiểu khối xây dựng tạo cho nó có cấu tạo đơn giản, dễ dàng mở rộng các chức năng, sửa chữa và phục vụ
Nguồn cung DC và AC với phần dự phòng lẫn nhau và có thể được chuyển đổi dễ dàng.
Tất cả các thông số và chương trình đều có thể được điều chỉnh và hiển thị trên màn hình, tuy nhiên chúng sẽ không hiển thị nếu nguồn điện bị tắt Điều tốc được trang bị các chức năng tự động chịu đựng sự cố.
Khi các bộ phận song song kết nối và hoạt động dưới tải, nếu xảy ra sự cố đo tần số, tín hiệu cảnh báo sẽ được phát ra Điều này giúp bộ phận duy trì quá trình vận hành trước khi sự cố xảy ra.
Khi xảy ra sự cố về vị trí tín hiệu phản hồi của động cơ, điều tốc sẽ tiếp tục hoạt động với chế độ vận hành trước đó mà không thay đổi tự động.
Khi sự cố tín hiệu đầu vào của công suất hữu dụng xảy ra, điều tốc tự động chuyển sang chế độ "vận hành chạy" và duy trì sự ổn định Lúc này, tín hiệu cảnh báo sẽ được phát hiện.
Chế độ điều khiển cho mạng lưới nhỏ cho phép hoạt động tự động mà không cần can thiệp của con người Hệ thống có giao diện kết nối thông tin và tương thích tốt với nhiều loại hệ thống giám sát máy tính, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu mà không cần hoặc chỉ cần rất ít sự điều khiển từ con người.
Hệ thống tự phát hiện sự cố và điều tốc có khả năng giám sát thời gian chính xác của các mô-đun Khi sự cố xảy ra, nó sẽ phát hiện ngay lập tức và thông báo nguyên nhân sự cố thông qua chỉ báo kỹ thuật số.
Lý thuyết và cấu trúc của hệ thống hệ thống thuỷ lực
Điều tốc tốc độ vi tính chương trình kiểu YWCT – n/n – SC được thiết kế đặc biệt cho 4 kim phun của bộ tuabin thủy lực xung, sử dụng điều khiển PLC để tự động mở cam Các chế độ mở cam bao gồm mở cam riêng biệt và mở cam kiểu gợn sóng Mạch điều khiển cơ cấu thủy lực cho phép điều khiển riêng rẽ các bộ làm lệch và kim phun, loại bỏ cơ cấu cam và thanh truyền phức tạp Hệ thống cơ cấu thủy lực được chia thành nhiều phần, mỗi phần tiếp nhận động cơ servo kim phun để điều khiển độc lập.
Hệ thống cơ cấu thủy lực kỹ thuật số là một bước tiến quan trọng trong công nghệ thủy lực, đặc biệt cho các bộ chỉnh áp lực Nó sử dụng van điện từ với tần số phản ứng cao để điều khiển động cơ servo, giúp đơn giản hóa cấu trúc của hệ thống thủy lực Các van cầu logic kỹ thuật số hoạt động mà không tiêu hao dầu ở trạng thái tĩnh, với đường kính lớn giúp chống lại dầu bẩn hiệu quả Hệ thống điều khiển được cải tiến về độ chính xác và độ tin cậy Bao gồm các thành phần như tủ cơ học, tủ điện, và hệ thống dầu thủy lực, cấu trúc này dễ dàng lắp đặt và thử nghiệm, nâng cao hiệu suất hoạt động.
Chức năng của bộ phận thủy lực chính:
Van điện từ hoạt động dựa trên ứng dụng xung lực của nam châm điện, tạo ra sức mạnh để đẩy quả cầu, từ đó bật và tắt công tắc cũng như cắt mạch trong dầu Van này thường được ứng dụng trong hệ thống van 3 cửa 2 vị trí Khi ở vị trí đầu, lò xo nén bên phải quả cầu sẽ tác động qua các thanh truyền kép, trong khi đó, thanh truyền bên trái sẽ ngắt kết nối trên nền trái của van cầu, dẫn đến sự thay đổi trong khoang A.
T mở thông nhau Khi nam châm điện được hút đóng lại, Khoang P và A sẽ mở ra và khoang T đóng
Van điện từ kiểu cầu là thiết bị chuyển đổi thủy lực sử dụng tín hiệu điện xung để mở và đóng van, đồng thời điều khiển đường đi và lưu lượng dầu áp lực Khác với các van động cơ thông thường, van này không có điểm thấp nhất để đè lên nhau, giúp thời gian chuyển đổi nhanh và tần số hoạt động cao Ngoài ra, van còn có thể được vận hành bằng tay.
Lỗ van lớn giúp tối ưu lưu lượng dầu áp lực cho động cơ Cuộn dây không cần cung cấp điện trong thời gian dài trước khi điều tốc hoạt động bình thường.
Van kiểm tra điều khiển thủy lực được đặt phía trên.
Một bộ van kiểm tra điều khiển thủy lực gồm 2 cái được lắp đặt ở hai phía mở và đóng của động cơ Chúng có chức năng ngăn chặn sự di chuyển đột ngột bằng cách đóng dầu động cơ tiếp lực (pittông xilanh) tại các vị trí cụ thể.
Van điều chỉnh tốc độ cho bộ phận kim phun, cụ thể là van tiết lưu phía trên, được lắp đặt tại khu vực điều khiển khởi động và dừng máy Chức năng chính của chúng là điều khiển thời gian khởi động và dừng máy, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Sau khi đã được hiệu chỉnh tốt thì chúng được khóa với 1 êcu và nó trở thành van tiết lưu cố định
Van chuyển đổi điều khiển thủy điện bao gồm hai bộ phận chính: van chuyển đổi trước khi điều khiển điện và các van chính thủy lực Tín hiệu điện, được cung cấp bằng tay, được sử dụng để điều khiển van điện, từ đó điều khiển các van chính thủy lực trong mạch dầu chính.
Van có bộ phận vít hiệu chỉnh, cho phép điều chỉnh hành trình của van một cách linh hoạt Việc hiệu chỉnh này giúp thay đổi kích thước của hai khoang truyền, từ đó kiểm soát lượng lưu lượng và điều chỉnh tốc độ một cách chính xác.
Bộ lọc dầu kép bao gồm hai lõi lọc, trong đó chỉ một lõi hoạt động trong quá trình vận hành Khi dầu từ cả hai lõi lọc được chuyển đến cùng một van, dầu cung sẽ được dừng lại.
Lý thuyết vận hành và cấu tạo của hệ thống thủy lực 21T
Dầu thủy lực là nguồn năng lượng chính cho các hệ thống thủy lực, được sử dụng phổ biến trong việc cung cấp áp lực cho hệ thống điều tốc của tua bin thủy lực Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các bộ phận của trạm bơm, van nước, van khí và van cầu, góp phần tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của các thiết bị này.
Cơ cấu áp lực trong bộ điều tốc bao gồm bình áp lực và thùng dầu, cùng với các đường ống kết nối ngắn dễ lắp đặt Hệ thống hoạt động dựa trên năng lượng khí nén và năng lượng từ tuabin dầu kiểu L–TSA46.
HYZ - 0,6 ( 1,0 ) 4,0 ( 2,5 )- Áp lực danh định ( Mpa ) Thể tích bình áp lực ( m P 3 P )
2.5.3.1 Các thông số kỹ thuật chính:
+ Lượng dự trữ dầu bình thường: 0,6 (1,0 ) m P 3
+ Lượng dự trữ dầu lớn nhất: 0,8 ( 1,35 ) m P 3
+ Áp lực dầu hoạt động: 4,0 ( 2,5 ) Mpa
+ Công suất động cơ: 11 ( 22 ) Kw
+ Tốc độ danh định: 1450 v/ph
Hệ thống thủy lực sử dụng dầu từ mạch dầu bao quanh, với thiết bị nhận dầu từ một hệ thống bơm dầu hoạt động theo từng chu kỳ.
Bình áp lực bao gồm hai phần chính: phần trên chứa khí và phần dưới chứa dầu tua bin, với mức dầu và khí có thể được theo dõi qua bộ đo mức Khi mức khí giảm, mức dầu tăng, và nếu tỷ lệ khí và dầu không ổn định, tín hiệu cảnh báo mức dầu cao sẽ được gửi ra ngoài, yêu cầu bổ sung khí Hệ thống sẽ tự động bổ sung khí và điều chỉnh van chặn cho đến khi áp lực dầu trở lại bình thường Nếu mức dầu giảm xuống dưới mức cho phép, tín hiệu cảnh báo sẽ kích hoạt hệ thống ngắt sự cố Khí nén có thể được xả ra qua van xả trong hệ thống bổ sung khí tự động, giúp duy trì tỷ lệ khí và dầu trong giới hạn an toàn Mức dầu trong thùng được điều chỉnh bằng bộ đo mức dầu từ tính, và dầu có thể được xả ra thông qua van ở đáy thùng.
2.5.3.3 Tự điều khiển cho hệ thống chính.
Bình áp lực có thiết kế với đường kính xi lanh và đệm kín hình elíp ở đầu, được lắp đặt trên thùng dầu tại phần đáy Tại đỉnh bình, các vấu được lắp đặt cùng với bộ điều khiển áp lực, hai bộ đo áp lực, bộ truyền động bơm, bơm dự phòng và hệ thống tín hiệu cảnh báo sự cố.
Thân bình áp lực được hàn với hai bích bên trong cho bơm dầu và một bích bên ngoài cho dầu chính, cùng với một bích bên ngoài dự phòng Nó cũng được kết nối với bích bên trong của bình khí để hỗ trợ cơ cấu bổ sung khí tự động trong hệ thống khí nén Bình áp lực yêu cầu có van chặn xả để xả dầu và thử nghiệm, cùng với cửa thăm trên thân bình để thuận tiện cho quá trình sửa chữa.
Thùng dầu là một thùng hình chữ nhật được thiết kế để chứa dầu hồi của hệ thống và dầu sạch Nó được chế tạo thông qua quá trình hàn, đảm bảo độ bền và an toàn trong việc lưu trữ.
Trên bề mặt thùng dầu, có hai lỗ dầu hồi chính và dự phòng, cùng với đường dây mở rộng để kết nối Bích của thùng dầu được trang bị các bộ phận cần thiết, cho phép người sử dụng ngăn chặn dầu tại nhiều địa điểm như khu vực dầu bẩn Để đảm bảo chất lượng dầu sạch, bộ phận dầu xả hồi sẽ được lọc lại bằng bộ lọc túi.
Bộ đo mức dầu từ tính được lắp đặt ở phần trên của thùng dầu, giúp quan sát mức dầu trong bơm Thiết bị này có khả năng gửi tín hiệu, cho phép hệ thống hoặc người vận hành theo dõi mức dầu một cách chính xác.
Bộ phận lắp đặt giám sát sự phun trên dầu và nước trong thùng dầu có chức năng kiểm tra mức nước bên trong Khi phát hiện nước có trong thùng dầu, van cảnh báo sẽ kích hoạt và gửi tín hiệu cảnh báo đến hệ thống giám sát.
Van xả được lắp đặt tại đáy của thùng dầu vì vậy dầu trong thùng dầu có thể được xả khi thùng dầu cần được làm sạch.
Bơm dầu kiểu cánh quay.
Cơ cấu dầu áp lực với bơm dầu kiểu cánh quay thẳng đứng mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như cấu trúc đơn giản, diện tích lắp đặt nhỏ gọn, chiều cao thấp, dễ dàng trong việc lắp đặt và bảo trì Hệ thống này đảm bảo dầu không bị rò rỉ ra ngoài bơm, đồng thời duy trì hiệu suất cao với lưu lượng chính xác, hoạt động ổn định và tuổi thọ lâu dài Cơ cấu truyền động khởi động tại áp lực cao cũng là một điểm cộng đáng chú ý.
Ba bơm dầu kiểu cánh quay được lựa chọn, bao gồm một bơm điều khiển cánh quay và hai bơm còn lại chuyển động theo cánh quay qua lại trong cơ cấu Khi điều khiển các vòng quay cánh quay, dầu trong khoang hút vào trong cơ cấu khoảng không của điều khiển cánh quay và chảy vào khoang trống hai ống làm kín, trở thành lưu lượng dọc trục thẳng dọc theo mạch cánh quay Các cánh quay liên tục đưa dầu áp lực của áp suất chất lỏng để quay suốt trong quá trình làm việc bình thường, loại trừ khả năng tức thời của khối động và không có mô men xoắn chính ở bạc xoay khi làm việc Do vậy, liên kết khăng khít giữa các cánh quay của bơm nhỏ hơn nhiều giữa các cơ cấu.
Chức năng của van an toàn (van tràn)
Khi áp lực bên ngoài của dầu vượt quá 2% mức áp lực làm việc danh định lớn nhất của van kết hợp, van giảm áp và van xả sẽ mở để xả dầu Để duy trì áp lực dầu trong bình, van xả sẽ mở khi áp lực bên ngoài bơm dầu lớn hơn 16,7% áp lực làm việc danh định lớn nhất Khi áp lực giảm xuống mức làm việc danh định, van xả sẽ tự động đóng lại.
2.6 Tính toán thiết kế máy điều tốc mới Cơ điện tử
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển máy điều tốc được thiết kế
2.6.1.1 Tính các thông số kỹ thuật của máy điều tốc Cơ điện tử
Các thông số kỹ thuật cần quan tâm (các thông số ban đầu)
Máy điều tốc cho tua bin loại: Tuabin tâm trục
Cột áp trạm thủy điện: 30 (m) Đường kính của vòng tròn qua trục cánh hướng: 780(mm)
Công điều chỉnh tối đa: 6000 (Nm)
Sai lệch tần số: 0,2 (Hz)
Thời gian từ khi mở hết đến đóng hết: 6 (giây)
Số đôi cực của máy phát: p = 2
Dựa trên các thông số kỹ thuật ban đầu của tuabin máy phát, chúng ta tiến hành tính toán máy điều tốc để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt, đồng thời thuận tiện cho việc chế tạo và căn chỉnh Áp lực dầu lớn nhất mà hệ thống có thể chịu đựng mà không bị hư hại được sơ bộ xác định là 40 atm (khoảng 4 MPa hoặc 40 kgf/cm²), trong khi áp lực dầu làm việc tối đa dao động từ 25 đến 40 kgf/cm².
Công điều chỉnh tối đa là 6000(Nm), tương đương với mô men xoay mà pittông xi lanh phải thực hiện là 600kgm Khi thiết kế, với chiều dài cánh tay đòn là 0,3(m), lực cần thiết để tác dụng lên trục pittông được tính toán là một giá trị quan trọng cần được đảm bảo.
F = M/l = 6000/0,3 = 20000 (N) = 2000 (kg) Áp lực dầu lớn nhất được chọn là 25kgf/cm P 2 P , vậy diện tích mặt ép của dầu thủy lực trong pittông xilanh phải lớn hơn:
Phần Điện, Điện tử (điện điều khiển)
Phần điện động lực và điện điều khiển
- Chọn thiết bị cho hệ thống
- Lập sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối
- Lập chương trình hoạt động cho cả hệ thống, Tính toán làm việc các trạng thái, cữ hành trình,
2.6.2.1 Hệ thống đo lường điều khiển:
Hệ thống đo lường được thiết kế để thu thập thông tin đại lượng cần thiết cho việc điều khiển và giám sát, nhằm đảm bảo an toàn và độ tin cậy cho toàn bộ hệ thống hoạt động một cách vững chắc.
Hệ thống thông tin không chỉ điều khiển mà còn giám sát số liệu, hiển thị trực quan trên máy tính hoặc thiết bị giám sát Các sự kiện, biểu đồ xu hướng và biểu đồ quá khứ cung cấp cái nhìn tổng quan về quá trình hoạt động của hệ thống, từ đó hỗ trợ việc dự báo và ra quyết định cho tương lai.
Các thông số đại lượng cần đo, ý nghĩa: a Tốc độ tuabin:
Hệ thống với mục tiêu điều tốc tuabin nên đại lượng quan trọng và cần thiết phải đo là tốc độ tuabin.
Có nhiều phương pháp đo tốc độ, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng Các loại cảm biến được sử dụng bao gồm phát tốc tương tự (DC, AC), encoder (encoder gia tăng, encoder tuyệt đối), đo bằng radar và cảm ứng Nguyên lý chung của các cảm biến này là biến đổi đại lượng đo không điện (tốc độ) thành các đại lượng có thể đo được như điện áp, dòng điện và xung Trong số đó, encoder đo tốc độ hiện đại là lựa chọn phổ biến nhất.
Encoder được chia thành hai loại chính: encoder gia tăng (incremental encoder) và encoder tuyệt đối (absolute encoder) Encoder gia tăng đo tốc độ bằng cách đếm số xung phát ra trong mỗi vòng quay, với độ phân giải thường là 360 xung/vòng.
Bằng cách lắp đặt đồng trục với cơ cấu cần đo, encoder phát ra 3600 xung mỗi vòng thông qua khớp nối mềm Khi cơ cấu quay, encoder cũng quay theo, tạo ra các xung có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ trục quay.
Hệ thống điều khiển với hai đầu ra xung A và B có khả năng xác định chiều quay của đối tượng bằng cách so sánh pha của hai tín hiệu này Bằng cách đếm số xung phát ra, ta có thể xác định vòng quay hoặc vị trí dịch chuyển của cơ cấu cần đo Ngoài ra, việc đo tần số xung trong một khoảng thời gian cho phép xác định tốc độ của trục quay Với encoder tuyệt đối, sensor không chỉ đo tốc độ mà còn xác định góc quay hiện tại.
Hình 2.8 Encoder và đĩa quang mã hóa loại rotate absoluted disk encoder
Việc nâng cao độ chính xác trong kết quả đo có thể đạt được bằng cách tăng độ phân giải của encoder, với sai số tốc độ là 1/n khi encoder có n xung/vòng Mục tiêu chính của việc điều tốc là duy trì ổn định tốc độ của trục quay tuabin bằng cách điều chỉnh hướng cánh tuabin hoặc lượng nước cấp vào hệ thống Đối với máy phát điện, tần số điện phát ra là một yếu tố quan trọng cần điều chỉnh trong quá trình hoạt động, và tần số này có mối quan hệ trực tiếp với tốc độ quay của turbine.
Trong đó: f: Hz[ ] p: số đôi cực từ máy phát. n: [vòng/phút]
Trong hệ thống điện, sai số phép đo tần số điện 0.2Hz Đối với hệ thống điện nước ta (50Hz) sai số này là 0.4%.
Tương ứng sai số tốc độ cho phép: 6 v/phút
Mục tiêu của hệ thống điều khiển là duy trì tốc độ tuabin ổn định ở giá trị đặt để đảm bảo tần số phát ra đạt 50Hz, tương ứng với tốc độ 1500 vòng/phút.
Trong bài toán này, tôi chọn incremental encoder với độ phân giải 360xung/vòng Với tốc độ quay max của trục turbine 1500 vòng/phút ta có :
60 = xung giay = KHz Với sai số 0.4% tương ứng dao động tần số cho phép là: ± 36Hz
Thiết bị điều khiển cần phải cảm nhận và đo chính xác tần số xung, với sai số không vượt quá ±36Hz Để điều khiển tốc độ tuabin, hệ thống tác động vào cơ cấu chấp hành nhằm thay đổi hướng cánh tuabin, từ đó điều chỉnh lực tác động của dòng chất lỏng lên cánh tuabin Hệ thống điều khiển can thiệp vào các van thủy lực để điều chỉnh độ dịch chuyển pittông dẫn hướng tuabin, xác định vị trí pittông và đảm bảo quyết định điều khiển chính xác.
Hành trình di chuyển pittông : 200mm.
Bán kính tay đòn : 300mm.
Khi pittông di chuyển từ trái qua phải, trục pittông cũng tác động qua hệ thống tay đòn để mở hoặc đóng hướng cánh tuabin Để đo vị trí của pittông, có thể sử dụng thước điện tử tuyến tính hoặc encoder gia tăng Sự khác biệt giữa hai loại cảm biến này nằm ở cách gá lắp cơ khí; thước điện tử tuyến tính chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành xung, trong khi encoder gia tăng chuyển động thẳng của trục pittông thành chuyển động quay.
Trong đồ án này, cơ cấu chuyển đổi từ chuyển động tịnh tiến sang chuyển động quay được thực hiện bằng bánh răng có đường kính D mm Để đảm bảo độ chính xác, chúng tôi đã chọn encoder gia tăng với độ phân giải 3600 xung/vòng Với hành trình pittông 200mm, bánh răng sẽ quay được 200 vòng, tương ứng với 1,59.
2l 2.3,14.20 vong πR = = tương ứng số xung trong cả hành trình:
1,59.3600W30 [xung], độphân giải: ≈ 30[ xung mm / ]
Trong hành trình đóng đế, việc xác định vị trí mốc của pittông là rất quan trọng Để làm điều này, có thể lắp đặt một limit switch hoặc sensor điện cảm để xác định vị trí đầu của hành trình Sensor điện cảm có ưu điểm vượt trội là không tiếp xúc, giúp đảm bảo an toàn và chống nhiễu, bụi hiệu quả.
Tín hiệu xung đo dịch chuyển được đưa vào bộ điều khiển qua bộ đếm tốc độ cao, điều này sẽ được làm rõ hơn trong phần lựa chọn bộ điều khiển Áp suất bình tích đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì áp lực dầu thủy lực, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, an toàn và bền lâu Theo tính toán, áp suất dầu thủy lực nên đặt ở mức 25 +/- 5 at Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến áp suất bình tích là thể tích dầu thủy lực và thể tích khí nén trong bình tích áp.
Việc đo áp suất rất đa dạng với các đặc tính tần số khác nhau, từ giá trị rất nhỏ đến giá trị rất lớn Các cảm biến áp suất hoạt động dựa trên nguyên lý vật lý như hiệu ứng áp điện và điện trở tenzô Cảm biến hiện đại có khoảng đo lớn, đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cao, đặc biệt khi ứng dụng công nghệ vi xử lý Việc đo áp suất bình tích thông qua cảm biến nhằm giám sát áp suất theo thời gian, và hiện tại, hệ thống sử dụng đồng hồ đo áp cơ học để hiển thị tại chỗ.
Trong bài toán giá áy và trị p suất biến đổi, việc đo áp suất liên tục không phải lúc nào cũng cần thiết, mà có thể sử dụng công tắc áp suất (PS – Pressure Switch) để phát hiện sự biến đổi áp suất trong dải giá trị hoạt động của hệ thống Sử dụng PS giúp đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí thiết kế hệ thống Tuy nhiên, khi cần giám sát thông số áp lực bình tích, việc sử dụng một cảm biến áp suất là điều cần thiết.