đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế điều khiển cơ cấu nâng hạ cần trục KONE 4691

Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển MỤC LỤC làm việc c 28 được trình bày ở 30 một giá trị â 30 chế khác bảo vệ cho TCSC 32 thay đổi điện kháng (thường 34 giới thiệu hai phương pháp điều khiển TCC 34 m xét vấn đề tạo các tác động điều khiể 37 ức trên, ta xét hiệu quả của một số tác động điều khiển thường 40 động đúng cắt tối ưu 40 TCSC tác động theo tín hiệu dòng công suất 40 y ra khi chuyển từ chế độ AV 70 HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển MỞ ĐẦ Lý thuyết điều khiển tự động là một nhánh liên ngành của kỹ thu và toáọc , liên quan đến hành vi của hệ thống độlực . Đầu ra mong muốn của một hệ thống được gọi là giá trị đặt trước. Khi một hoặc nhiều biến đầu ra của hệ thống cần tuân theo một giá trị đặt trước theo thời gimột bộ đu khiển điều khiển các đầu vào cho hệ thống để đạt được hiệu quả mong muốn trên đầu ra hệ thống, lý thuyết điều khiển hiện đại sử dụô tả không gian ạng thái trong miền thời gian, một mô hình toán học của một hệ thống vật lý như là một cụm đầu vào, đầu ra và các biến trạng thái quan hệ với phương trình trạng thá bậc một. Để trừu tượng hóa từ số lượng đầu vào, đầu ra và trạng thái, các biến và biểu thức như vector và phương trình vi phân, phương trình đại số được viết dưới dạng ma trận (những thứ sau chỉ có thể thực hiện khi hệ thống động lực là tuyến tính). Biểu diễn không gian trạng thái(còn gọi là "xấp xỉ miền thời gian ") cung cấp một cách thức ngắn gọn và thuật tiện cho bắt chước và phân tích hệ thống với nhiều đầu vào và đâu ra. Với các đầu vào và đầu ra, chúng ta có thể có cách viết khác cho phép biến đổi Laplace để mã hóa toàn bộ thông HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 1 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển tin về một ệ thống. Không giống như xấp xỉ miền tần số, việc sử dụng biểu diễn không gian trạng thái không bị giới hạn với hệ thống bằng các thành phần tuyến tính và các điều kiện zero ban đầu. "Không gian trạng thái" đề cập đếp không gian mà các hệ trục là các biến trạng thái. Trạng thái của hệthống có t hể được biểu diễ nhưmột v éc t ơ trong khô gian đó. Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước. sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới. Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành Điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao… Nhưng một điều cơ bản là các sản phẩm đó đều bắt nguồn từ những linh kiện: R, L, C, Diode, BJT, FET mà nền tảng là điện t tương tự. Máy móc bắt đầu trở thành công cụ lao động của con người từ những ngày đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật trong công nghiệp vào nửa cuối thế kỷ XVIII. Bắt đầu là những máy móc đơn giản (Máy hơi nước) con người đã không ngừng cải tiến phát minh ra những máy móc thiết bị ngày càng hiện đại, phức tạp, chính xác và năng suất cao. Việc điều khiển máy móc và quản lý sản xuất làm con người mất rất nhiều sức lực, óc thông minh, và độ nhạy bén cao. Do vậy cần phải tạo ra những thiết bị, hệ thống đặc biệt để thay thế toàn bộ hay một phần sức lao động vất vả của con người trong việc theo dõi điều khiển, kiểm tra các quá trì sản xuất. Ngành kỹ thuật tạo ra các phương pháp, thiết bị, phương tiện để giải HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 2 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển phóng sức lao động của con người trong việc quản lý và điều khiển quá trình sản xuất gọi là tự động hoá và điều k ển tự động. Hiện nay tự động hoá và điều khiển tự động ngày càng phát triển mạnh mẽ và phục vụ đắc lực cho con người trong quá trình sản xuất, nghiên cứu khoa học, chinh phục vũ trụ, ốc phòng Những thiết bị kỹ thuật dựng để giải quyết các vấn đề tự động hoá và điều khiển tự động là các thi bị tự động. Thiết bị tự động là thiết bị có thể thực hiện một chức năng nào đó mà không cần sự tham gia trực tiếp của con người. Chúng được xây dựng từ những phần tử tự động khác nhau như: phần tử điện cơ, phần tử từ, phần tử bán dẫn, điện từ, phần tử nhiệt, khí n thuỷ lực Điện tử công suất là lĩnh vực áp dụng khá rộng trong sản xuất, trong công nghiệp, mà nó dựa trên nền tảng của các môn học mạch điện tử, kỹ thuật xung số… Trong đó đối tượng được điều khiển để truyền năng lượng điện có kiểm soát từ nguồn đến tải. Công suất này có trị số từ vài chục watt đến vài gigawatt. Yêu cầu quan trọng trong điện tử công suất là hiệu suất và giá trị kinh tế do đó phải sử dụng kỹ thuật giao hoán nhằm giảm thiểu tổn thất trong quá trình chuyển đổi và điều khiển. Lĩnh vực áp dụng điện tử công suất được mô như hình 1.1 HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 3 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển Hình 1.1 : 4 kỹ thuật biến đổi cốt lõi nhất của điện công suất • AC biến đổi thành : chỉnh lưu • DC biến đổi thành DC: biến đổi đ n một chiều • DC biến đổi thành A nghịch lưu • AC biến đổi thành AC: biế đổi điện AC I/ Các thông số quan trọng và độ nhạy của các thôn số hệ thốnĐc tíhh otđ ộ ng củ lin iện đợ ơ t ả m ộ t cácõ ràng n h ấthông uặct y ế n c ủ anó. Đctu yến c ủ acálih k iệ nđiệntc hỉ h h u v à o l ạlih k iệ n m à kôgphụ th c vo c ơ g s uất c nó và chúnga c ũ ng đ ó biết trong cácmn lý thu ếlihk iệ n đ iệ tử và đ i ệử công s uấ.Đặctyc ủ a một linh k i ện chể xây ựng từ t hự nghiệm ho ặcvẽ ra từmơ hìht oáh ọ c c ủó. Tuy r nlinh k iệ n côngut hotđ ộng c h ủ yếở ai ế đ ộngắtng ư n gd ẫn)và đn( dẫn b ohòa), n hư ngviệcvặ cty ế n củ lihk iệ n g i úp choinhinn ắ đ ư ợ c đ ặc tnhotđộ n g của linh ki ệ, từđ ú dụ n hnt ố t h ơ nrong các mạh công suất.ìv ậ y, nội dncy ế ua bàin ày là ặcty ế n c ủ acálihkiệ n đi ện tử c ơ b ản từ các mình toán h ọc ca nó, vớ i sựtrợgiúp c ủ a m á tnh. Bài t hự c tập này còn giúp ch sinhvên n ắm được cc ngy ân tcc ơ n c ủ iệ c mô p ỏng linhk iệ hay m ạhđ iệ tử b ằ ng HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 4 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển y vi tính. 1. DI - Đi ốt Các thông số cơ bản củ một diode 1. Dòng đi ệ n thuận I D : Giá trị trung bình của dòng điện cho phép chạy qua diode theo chi ều thuận I D Đây là giá trị lựa chọn diode cho ứng d g thc tế 2. iện áp ng c U Ng.max : Giá trịđiện áp ng ợc lớn nhất mà diode có thể hịu dựng đ ợc. Luô l a chọn: U AK < U uoc max 3. Thời gian p ụ c hồi t r : thời gian chuyển mạch để phân chiadode th ờng, cắ t nhanh và cực nhanh ( micro giây) và điện tích p ụ c hồi r cần đ a ra khỏi cấu trúc để i khó . 2. HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 5 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển THYRIS Thrstor ( T ) có 3 lớp ti p giáJ 1 , J 2 và J 3 và 3 cực A, K và cực điề kiển G Đ ặc tính V – A của T có 2 phần : Thuận nằm tại góc 1U/ AK 4 I với >0còn ng ư ợc nằm tạU AK i III < 0. Khi không có dòng điềukhiển IG = 0 th ì pU AK hải tăng đến một giá trị lớn T mới mở. Lúc nhđó T coi bị đá thủng. Khi có dòng điềukhiển I G >0 lúc đó T sẽ chuyển mạch. Tuỳ thuộc vào độ l ớ n của I G mà T sẽ mở sớm HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 6 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển y muộn. Mở và k thrstor T đ ư ợc mở với hi iều ki ện : U AK > 0, + Xungdòng điện đ vào cực G Khi T đã mở, nế u tồn tạiI DT uy tr ì th ì T tiếp tục dẫn, không cần tác động dòng điều khiển : Có thể đ/k mở T bằng xung dòng có độ rộng xun nhất ịnh. T k hó: I <I T duy tr ì . T chỉ U AK khó àn toàn khi có HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 7 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển + Các thông số ơ bản của t yristor 1. Dòng I V : Dòng trung bìn cho phép chạy qua T Khi lựa chọn chú ý: + Làm mát tự nhiên: D g sử dụng c h phép: HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 8 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển I = 1/3 I V + Làm mát cưỡng bức bằng quạt gió: D g sử dụng c h phép: I =23 I V + Làm mt c ư ỡng bức bằng n ước : Dò sử dụ n chohép: I I V 2. Đ iện áp ng ợc cho ph lớn nhất, U Ng.ma x Lựa chọn U Ng.max = (1,2 đến 1,5) U sử dụ thực tế trong mạch 3 Thời gian phục hồi: Thời gian dành cho quá trình k t = (1,5 đến 2) t r 4. Tốc độ tăng điện áp cho phép U/dt ( V/ micro giây) + Với T tần số thấp dU/dt = 5 đến 200 V/ micro giây + Với T tần số cao dU/dt = 500 ến 2000 V/ micro giây 5. Độ tăng dòng cho phép d dt ( A/ micro giây) + Với T tần số thấp dI/dt = 5 đến 200 A/ micro giây + Với T tần số cao dI/dt = 500 HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 9 [...]... đổi điện kháng (thường hỏ) ta có: hay 5 Thuật toán điều khiển TCSC Hiện nay, thuật toán điều khiển TCSC vẫn còn là vấn đề cần đang cần được nghiên cứu Thuật toán điều khiển TCSC hưởng lớn đếhả năng giữ được ổn định động của hệ thống điện Sau đây, s giới thiệu hai phương pháp điều khiển TCC iển hình: HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều. .. điểm: + Điều khiển được bằng điện áp: Côn suất y/c nhỏ, + Cấu trúc giống một transistor pnp với dòng Bazơ được điều khiển i ột MOSFET IG BT - INSULATED GATE BIP HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 24 R TRANSISTOR Nguyên í điều khiển: Dưới tác dụng của điện áp điều khiển U GE > 0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các điện tử hình... mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 10 ến 2000 A/ micro giây 3 Tr sistor công suất BJT (Bipol nction Transistor) Cấu trúc gồm 3 lớp bán dẫn npn hoặc pnp tạo nên 2 tiếp giáp pn, vì dòng chạy trong 2 lớp tiếp giáp gồm cả hai loại điện tích âm và dương nên mới được gọi là polar ( hai cực tính) Thực chất đây là phần tử khuếc đại song trong điện tử công suất chỉ sử dụng như một phần tử khó Khi m phải thoả... thể suy giảm nhanh do điện tích tíc tại lớp n - Yêu cầu đối với tín hi HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 26 điều khiển IGBT IGBT mở bằng tín hiệu điện áp : Điện áp phải có mặt liên tục trên cực điều khiển G và E để xác định chế độ mở, khó Tín h ệumở có biên độ U GE , tín hiệ hó có biên độ - U GE cunấ k qua điện trở R G Mạch GE... bày ở ần sau 2 Lý thuyết TCSC Nếu gọi dung kháng của tụ là - j còn cảm kháng của TCR là j thì điện kháng đẳng trị của TC ính đ the công thức: Với: => Với gọi là góc dẫn Với thi ết kế điện kháng ; với của TCR lớn hơn ta luôn có trị số điện kháng đẳng trị của TCSC mang dấu âm (hình vẽ),ĩa làương ứng với tụ bù dọc Khi góc cắt của TCR thay đổi từ đến , dung kháng của T CSC thay đổi liên tục từ đ một giá... các điện tích ra khỏi cấu trúc n dẫn, để khó HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 20 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển Dòng duy trì ở GTO cao hơn T do cấ khác nhau Khi GTO đã dẫn thì dòng điều khiển không còn ý nghĩa: như vậy có thể dựng xung ngắ công suất nhỏ Cực điều khiển có dòngđể mở GTO theo h ớng đi vào – Dòng đi ra để di chuyển các điện tích ra khỏi cấu. .. khiển 35 6 Điều khiển TCSC theo tín hiệu đúng cắ t Xét phân tích hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động đúng cắt để nâng cn định động c HTĐ sơ đồ đơ ản đã đẳng trị các máy phát iện của nhà máy: Mô hình hệ thống có sử dụng TCSC Để có thể so sánc tác động điều khiểkhác nhau, ta xuất phát từ hệ phương trình vi phân tả QTQĐ t ngắn mạch trê n một trong 2 mạch đường dây : đây coi E và ông thay đổi, còn điện. .. mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 22 GTO M BẢO VỆ GTO Quá trình ngắt GTO đòi hỏi sử dụng dòng xung kích thich dài, GTO chịu du/dt và di/dt kém nên cần phải giới hạn một trị số an toàn Tụ điện trữ năng lượng khi cần thiết, diode cắt bớt xung gai Cầu chì c ng ngắn mạch GTO (Gate Turn HVTH: Hồng Văn Năng Lớp 12AKTĐHTĐ-PC MSHV: CA120089 Ảnh hưởng của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 23 Thyrist )... của cộng hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 31 n 3 o vệ TCSC Máy cắt MC dựng để đưa TCSC vào hoạt động hoặc cắt ra khỏi lưới khi có yêu cầu hoặc sự cố Vì tụn C rấthạy cảm với điện đặt trêtụ nên khi dòng điện chạy qua tụ lớn, điệt trongế độ sự cố ngắn mạch , tănần ph có cơ c chống quá áp cho tụ Bảo vệ cho tụ điện C gồm nhiều cấp Đầu tiên ln chống á áp VAR là một điện trở phi tuyến, bình thường có... hưởng mạng lưới lên đáp ứng điều khiển 19 M gần như không cần bảo vệ Có thể sử dụng R mắc hêm ởcửa ra T th ờng đ ợc khó lại một cách tự hiê theo điện áp l ới Mạch một chiều, cực tính điện áp không đổi trong suốt quá trình làm việc – T kông khó tự nhiên đ ợc, phải sử dn các mạch khó c ỡng bức phứctạp GTO – khó đ ợc bằ cực điều khiển 7 GTO (Gate Tu Off Thyristor) Cực điều khiển có dòngđể mở GTO theo . người. Chúng được xây dựng từ những phần tử tự động khác nhau như: phần tử điện cơ, phần tử từ, phần tử bán dẫn, điện từ, phần tử nhiệt, khí n thuỷ lực Điện tử công suất là lĩnh vực áp dụng khá. trong điện tử công suất là hiệu suất và giá trị kinh tế do đó phải sử dụng kỹ thuật giao hoán nhằm giảm thiểu tổn thất trong quá trình chuyển đổi và điều khiển. Lĩnh vực áp dụng điện tử công. Những thiết bị kỹ thuật dựng để giải quyết các vấn đề tự động hoá và điều khiển tự động là các thi bị tự động. Thiết bị tự động là thiết bị có thể thực hiện một chức năng nào đó mà không cần