thiết kế mô hình điều khiển tốc độ máy phát điện độc lập

Sự thay đổi tần số do mất cân bằng công suất tổng của các động cơ sơ cấp turbine và phụ tải của máy phát trong hệ thống.. Máy bù được sử dụng khi cần cải thiện công suất hoặc biến tần đi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘC LẬP

S 0 9

S 0 6

MÃ SỐ: SV2010 – 119

S KC 0 0 2 7 6 6

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH (SINH VIÊN)

THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ

MỤC LỤC PHẤN 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

III NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

III NỘI DUNG

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

1 TÍNH KHOA HỌC

2 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ

3 HIỆU QUẢ KINH TẾ - XÃ HỘI

PHẦN 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ

IV ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

– Hệ thống điều khiển điện tốc độ máy phát điện độc lập

V TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

– Việc nghiên cứu mô hình dạy học nói chung và mô hình máy phát điện nói riêng ở nước ta là chưa nhiều

– Mô hình dạy học máy phát điện của nước ngoài là điều khiển động cơ DC quay máy phát, giá thành của một mô hình như vậy là quá đắt, và tính linh động không cao

VI NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

– Thiết bị sử dụng trong mô hình chưa thật sự chính xác,các thiết bi đo chưa đáp

ứng hoàn toàn những sự thay đổi nhỏ trong thí nghiệm

– Máy phát điện do mua ngoài thị trường nên có những thông số chưa phù hợp với thí

nghiệm, tuy đã có những chỉnh sữa nhưng cũng chưa đáp ứng được hoàn toàn – Thời gian làm đề tài có hạn nên chưa tối ưu hóa được mô hình

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

V MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Với những thành tựu khoa học kỹ thuật trong những năm đầu của thế kỷ 21, cho thấy thế kỷ

21 thật sự là thế kỷ của khoa học kỹ thuật Trong giai đoạn hội nhập và phát triển cùng thế giới, Việt Nam đã và đang đầu tư rất nhiều vào lĩnh vực khoa học kỹ thuật Một sự đầu tư đúng đắn thể hiện tầm nhìn chiến lược của Đảng và Nhà Nước ta trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước hiện nay

Bên cạnh đó giáo dục và đào tạo cũng được đặt biệt quan tâm Vì giáo dục là nền tảng cho sự phát triển của mọi lĩnh vực nói chung và khoa học kỹ thuật nói riêng Muốn nâng cao chất lượng giáo dục đòi hỏi phải đầu tư và phát triển mô hình dạy học Nhằm rút ngắn khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành

Trên tinh thần đó, nhằm giúp sinh viên có dịp làm quen với mô hình thực tập được mô phỏng giống thiết bị thực tế bên ngoài và góp phần làm giảm chi phí đầu tư cho mô hình thực tập, nhóm

chúng em đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu khoa học: “ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU

KHIỂN TỐC ĐỘ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘC LẬP” Mục đích là xây dựng mô hình thí nghiệm

giúp sinh viên hiểu được nguyên lý làm việc và làm quen với các thao tác vận hành máy phát điện

Mô hình máy phát điện hiện nay đang rất cần thiết để đưa vào giảng dạy cho sinh viên ở các trường đại học và cao đẳng Việc sử dụng động cơ 1 chiều để điều khiển máy phát thì rất dễ dàng nhưng giá thành lại cao vì những mô hình này không sản xuất đại trà dẫn đến chi phi bảo trì cũng cao Hiện nay động cơ ba pha được sản xuất hàng loạt với đủ loại công suất để lựa chọn nhưng việc điều chỉnh lại khó khăn hơn động cơ DC

Do thời gian có hạn nên nhóm thực hiện sẽ không tránh khỏi một số thiếu sót, kính mong sự góp ý của quý thầy cô cũng như các bạn sinh viên để đề tài này hoàn thiện hơn

Nhóm sinh viên thực hiện

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

– Giải thích toán học và khảo sát trên mô hình vật lý

VII NỘI DUNG

1 Bài toán điều khiển tần số máy phát:

Điều khiển tần số, giữ ổn định tần số trong vận hành lưới điện có ý nghĩa rất quan trọng Nó quyết định nhiều đến chất lượng điện năng cũng như sự vận hành ổn định HTĐ, ổn định tần số giúp cho các thiết bị trong HTĐ có tuổi thọ làm việc lâu dài

Tần số ảnh hưởng rất lớn đối với hệ thống điện, việc tần số giảm xuống thấp hơn ngưỡng quy định có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến cánh quạt turbine hơi Khi tần số thay đổi vật liệu chế tạo turbine phải chịu rung động, ứng suất cao dẫn đến hư hỏng phần cơ của turbine của máy phát điện dẫn đến hư hỏng máy phát

2 Mô hình toán:

Độ lệch tần số khác với độ lệch điện áp, là trong tất cả các điểm của hệ thống đang làm việc đồng bộ giống nhau Sự thay đổi tần số do mất cân bằng công suất tổng của các động cơ sơ cấp (turbine) và phụ tải của máy phát trong hệ thống

Khi tải thay đổi thì mômen điện ở đầu cực máy phát thay đổi theo, điều này dẫn đến sự chênh lệch giữa và sinh ra thay đổi tốc độ turbine theo phương trình chuyển động

f ref

Hồi tiếp của MFT

Máy phát tốc Phụ Tải

5 Mô hình thi công :

Mô hình thiết kế (điều khiển tần số MFĐ)

Máy phát tốc TS252 Phụ Tải

L1 L2 L3

6 Biến tần LS-IG5

6.1 Cấu hình cơ bản

a) Kết nối các thiết bị ngoại vi với biến tần

Các thiết bị sau đây được yêu cầu kết nối để vận hành biến tần Các thiết bị ngoại vi phải được

lựa chọn và kết nối chính xác sao cho việc vận hành là tốt nhất Một áp dụng hoặc cài đặt biến

tần không chính xác có thể dẫn đến trục trặc hệ thống hoặc làm giảm tuổi thọ của sản phẩm cũng

như thiệt hại các thiết bị khác Bạn phải đọc và hiểu thật kỹ hướng dẫn sử dụng này trước khi

AC and DC Reactors notice1

Sử dụng nguồn trong phạm vi cho phép Đầu vào của biến tần

Chọn dòng nhắn mạch an toàn Dòng khởi động lớn có thể chạy trong biến tần tại nguồn trên

Lắp đặt nếu cần thiết , khi lắp đặt, không sử dụng cho mục đích khởi động hay dừng nếu không, nó có thể dẫn đến giảm tuổi thọ của sản phẩm

Máy bù được sử dụng khi cần cải thiện công suất hoặc biến tần điều khiển một hệ thống cung cấp năng lượng lớn (lớn hơn 10 khả năng của biến tần và khoảng cách đấu dây trong phạm vi 10m)

Lắp đặt và Đấu dây

Tới động cơ

Để vận hành biến tần với hiệu suất cao

và thời gian dài, cài đặt biến tần

ở những nơi riêng,khô ráo Cần đấu dây một cách chính xác, rõ rang,nếu không sẽ

làm thiệt hại thiết bị

Không kết nối tụ điện công suất,bộ tăng áp hoặc bộ lọc tiếng ồn ,

ở phía đầu ra của biến tần

b) Chú ý1) khối cuối cho máy bù DC thì phải có khả năng mang tải hơn 11kw

6.2 CÁC PHÍM CHỨC NĂNG VÀ VẬN HÀNH CƠ BẢN

a) Tính năng bàn phím

Display

FWD Lit during forward run Nhấp nháy khi xảy ra lỗi

REV Lit during reverse run

RUN Lit during Operation

SET Lit during parameter setting

Hiển thị trạng thái hoạt và and thông tin của các thông số

Keys

STOP/RESET STOP: dùng để điều khiển dừng khi đang vận hành,

RESET: sử dụng khi xảy khi lỗi

▲ UP Được sử dụng để di chuyển qua các mã số hoặc để tăng giá trị thông số

▼ Down Được sử dụng để di chuyển qua các mã số hoặc để giảm giá trị thông số

◄ Left Được sử dụng để chuyển đến các nhóm thông số khác hoặc di chuyển con trỏ

sang phải để thay đổi giá trị thông số

► Right Được sử dụng để chuyển đến các nhóm thông số khác hoặc di chuyển con trỏ

sang trái để thay đổi giá trị thông số

● ENT Sử dụng để cài đặt giá trị thông số hoặc lưu lại giá trị thay đổi đó

Di chuyển đến các nhóm khác nhau

 Có 4 nhóm tham số khác nhau trong series SV-iG5A như hình dưới đây

Drive group Các thông số cơ bản để biến tần hoạt động các thông số như tần số đạt

được, thời gian tăng /giảm tốc

Function group 1 Các thông số cơ bản để điều chỉnh tần số ngõ ra và điện áp ngõ ra

Function group 2 Các thông số chức năng nâng cao để cài đặt các thông số như

Sử dụng PID và vận hành motor thứ hai

I/O (Input/Output)

group

các thông số cần thiết để tạo thành 1 chuỗi sử dụng đa chức năng ngõ vào/ra

Di chuyển đến các nhóm thông số khác nhau chỉ được thực hiện khi đó là mã đầu tiên của mỗi

nhóm như đượcc trình bày dưới đây

Di chuyển sang các nhóm khác nhau ta sử

dụng phím phải (►)

Di chuyển sang các nhóm khác nhau ta sử dụng phím trái (◄)

* tần số taget có thể cài đặt ở 0.0 (mã đầu tiên của nhóm drive group) Mặc dù giá trị định sẵn là

0.0, nó được người sử dụng thay đổi Các tần số mới sẽ được hiển thị sau khi thay đổi

 Làm thế nào để di chuyển sang các nhóm khác nhau ở mã đầu tiên của mỗi nhóm

1 -Mã đầu tiên trong nhóm Driver group là „0.00‟ sẽ đƣợc hiển thị khi đƣợc cấp

nguồn AC -Nhấn vào mũi tên bên phải (►) một lần để sang nhóm Function group 1

2 - Mã đầu tiên trong nhóm Function group 1 là “F 0” sẽ đƣợc hiển thị

- Nhấn vào mũi tên bên phải (►) một lần để sang nhóm Function group 2

3

- Mã đầu tiên trong nhóm Function group 2 là “H 0” sẽ đƣợc hiển thị

- Nhấn vào mũi tên bên phải (►) một lần để chuyển sang nhóm I/O group

4 - Mã đầu tiên trong nhóm I/O group là “I 0” sẽ đƣợc hiển thị

- Nhấn vào mũi tên bên phải(►) lần nữa để quay lại nhóm Drive group

5 - Quay lại mã đầu tiên trong nhóm Drive group là “0.00”

♣ Nếu các phím mũi tên trái đƣợc sử dụng (◄) đƣợc sử dụng,bên trên sẽ đƣợc thực hiện theo thứ tự ngƣợc lại

 Làm thế nào để di chuyển sang các nhóm khác nhau khi mã xuất hiện lớn hơn mã đầu tiên

Di chuyển từ F15 đến chức năng nhóm 2

1 Trong F 15, nhấn phím trái (◄) hoặc phím phả i(►) Nhấn phím để di

chuyển tới mã đầu tiên của nhóm

2

Mã đầu tiên trong nhóm function group 1 “F 0” thì đƣợc hiển thị

- Nhấn vào phím mũi tên bên phải (►)

3 Mã đầu tiên của nhóm function group 2 “H 0” thì đƣợc hiển thị

Làm thế nào để thay đổi mã số trong nhóm

 Thay đổi mã số trong nhóm Drive group

1 - Mã đầu tiên trong nhóm Drive group là

“0.00”, Nhấn phím Up (▲) một lần

2 - Mã thứ hai trong nhóm Drive group

5 Quay lại mã đầu tiên của nhóm Drive group

♣Sử dụng phím Down (▼) key sẽ cho trình tự ngược lại

- Nhấn phím Ent (●) một lần

5 - Di chuyển tới F 15 đã hoàn thành

♣ Function group 2 and I/O group thì được thực hiện tương tự

 Định hướng mã trong một nhóm

1 - Tại F 1, tiếp tục nhấn phím Up (▲)

Cho tới khi F15 hiển thị

2 - Di chuyển tới F15 đã hoàn tất

♣ ứng dụng tương tự cho Function group 2 and I/O group

♣Chú ý: một vài mã sẽ được bỏ qua trong quá trình tăng (▲)/giảm (▼) khi thay đổi mã

Bởi là vì nó đã được lập trình,có một số mã cố ý được để trống để sử dụng sau này,có một số mã thì không thể sử dụng được

Tham khảo chương 5 để được nội dung cụ thể hơn

Ví dụ, khi F24 [lựa chọn giới hạn tần số cao/thấp ] được thiết lập “O (No) ”, F25 [giới hạn tần số cao] và F26 [giới hạn tần số thấp] thì không hiển thị trong quá trình thay đổi mã.nhưng

Khi F24 được thiết lập “1(có)”, F25 và F26 sẽ xuất hiện trên màn hình

3.2.1.3 Cài đặt thông số

 Thay đổi giá trị thông số trong nhóm Drive Group

 Khi thay đổi thời gian ACC từ 5.0 giây tới 16.0 giây

1 - ở mã đầu tiên “0.00”, nhấn phím Up (▲) một lần để di chuyển đến

mã thứ 2

2 - ACC [thời gian tăng tốc]thì được hiển thị

- Nhấn phím ENT (●) một lần

3 - Giá trị định sẵn là5.0, và con trỏ đang ở vị trí số 0

- Nhấn phím trái (◄) một lần để di chuyển con trỏ sang trái

4

- Số 5 trong 5.0 được kích hoạt Sau đó nhấn phím Up () một lần nữa

5

- Giá trị sẽ tăng lên 6.0

- Nhấn phím Left (◄) đeể di chuyển con nháy sang trái

6 - 0.60 thì được hiển thị Số 0 đầu tiên trong 0.60 is thì được kích hoạt

8

- ACC sẽ xuất hiện thời gian tăng tốc thì thay đổi từ 5.0 đến 16.0 giây

♣ Trong bước 7, nhấn phím trái (◄) hoặc phím phải (►) trong khi 16.0 đang nhấp nháy thì thông số vẫn chưa được thiết lập

Chú ý 1) nhấn phím trái (◄)/ phải (►) /lên (▲) /xuống (▼) trong khi con trỏ nhấp nháy sẽ xóa đi giá tri thông số cần thay đổi nhấn phím Ent (●) trong trang khi này nhập được giá trị

- Nhấn phím Ent (●)

8 - 30.05 được đưa vào vùng nhớ

♣ SV-iG5A có thể sử dụng hiển thị 5 số băng cách nhấn phím trái (◄)/phải (►)

♣ không thể thiết lập thông số khi nhấn phím khác Ent trong bước 7

 Thay đổi giá trị thông số trong nhóm Input/Output group

Thay đổi giá trị thông số của F28 từ 2 tới 5

1 - Tại F0, nhấn phím Ent (●) một lần

2

- Kiểm tra lại số mã số hiện tại

- Tăng giá trị lên 8 bằng cách nhấn phím Up (▲)

- Nhấn phím Ent (●) để kiểm tra giá trị thiết lập

7 - Giá trị hiện tại là 2 xuất hiện

- Tăng giá trị lên 5 bằng cách sử dụng phím UP (▲)

- Nhấn một trong hai phím trái (◄) hoặc phải (►)

10 -.Di chuyển tới mã đầu tiên của nhóm Function group 1 đả hoàn thành

♣ các thiết lập ở trên cũng đƣợc áp dụng để thay đổi giá trị tham số trong nhóm function group 2 và nhóm I/0 group

 Giám sát trạng thái hoạt động

 Hiển thị dòng điện ngõ ra

Giám sát dòng điện ngõ ra trong nhóm Drive group

1

- Tại [0.0], tiếp tục nhấn phím Up (▲) hoặc Down () cho tới khi [CUr] hiển thị

2 - Giám sát dòng điện ngõ ra is thì được cung cấp bởi thông số này

- Nhấn phím Ent (●) một lần để kiểm tra dòng điện

3 - Giá trị hiện tại dòng ngõ ra là 5 A

- Nhấn phím Ent (●) để quay lại thông số ban đầu

4

- Quay lại mã giám sát dòng điện ngõ ra

♣ Các thông số khác trong nhóm Drive group như dCL (Inverter DC link voltage) or vOL

(Inverter output voltage) có thể giám sát thông qua những phương pháp tương tự

 Hiển thị lỗi

Làm thế nào để hiển thị lỗi trong nhóm Drive

1 - Thông báo này sẽ xuất hiện khi xảy ra quá dòng

2 - Nhấn phím Ent (●) hoặc phím UP/Down

- Tần số hoạt động tại thời điểm lỗi(30.0) thì được hiển thị

- Dòng diện ngõ ra tại thời điểm lỗi thì được hiển thị

- Trạng thái hoạt động được hiển thị Một lỗi xảy ra khi tăng tốc

5 - Press the STOP/RST key once

Khi có hơn một lỗi ở tại một thời điểm

-Tối đa có thể thể hiện 3 lỗi

Và đƣợc thể hiện nhƣ hình ở phía trái

 Khởi tạo thông số

Làm thế nào để cài đặt lại thông số mặc định của 4 nhóm trong H93

1 - Tại H0, nhấn phím Ent (●) một lần

2

- Số mã của H0 sẽ hiển thị

- Tăng giá trị lên 3 bằng cách nhấn phím Up (▲)

3 - Tại 3, nhấn phím trái (◄) một lần để di chuyển con nháy sang trái

4

- 03 sẽ xuất hiện 0 trong 03 thì đƣợc kích hoạt

- Tăng giá trị lên 9 bằng cách nhấn phím Up (▲)

5 - 93 đƣợc thiết lập

- Nhấn phím Ent (●) một lần

6 - Thông số hiển thị (H93)

- Nhấn phím Ent (●) một lần

7 - Giá trị mặc định hiện tại là 0

- Nhấn phím Up (▲) để đƣa giá trị lên 1 để kích hoạt khởi tạo thông số

 Cài đặt tần số và hoạt động cơ bản

☞Cảnh báo: các hướng dẫn sau đây được đưa ra dựa trên thực tế các tất cả các thông số thì

được cài đặt mặc định bởi nhà sản xuất Kết quả sẽ khác nếu ta thay đổi giá trị các thông số Trong trường hợp này, khởi tạo lại giá mặc định của các thông số (xem trang 10-21) và làm theo hướng dẫn sau

cài đặt thông số thông qua bàn phím & vận hành thông qua các thiết bị đầu cuối

2 - Khi 0.00 xuất hiện, nhấn phím Ent (●) một lần

7 - Đèn RUN bắt đầu nhấp nháy với FWD (Forward Run) sáng và tăng rốc

tần số được hiển thị trên đèn LED

- Khi tần số đạt tới 10Hz , 10.00 được hiển thị

 Cài đặt tần số thông qua biến trở & và vận hành thông qua các thiết bi đầu cuối

2 - khi 0.00 xuất hiện nhấn phím Up (▲) bốn lần

- 3 (tần số được thiết lập thông qua biến trở) , nhấn phím Ent (●)

6 - Frq hiển thị lại sau khi nhấp nháy 3 lần

- Nhấn phím Down (▼) 4 lần

- Xoay biến trở để cài đặt lên 10.00 Hz trong Max hoặc Min

7 - Bật công tắt giữa P1 (FX) và CM (xem sơ đồ dưới)

- Đèn RUN bắt đầu nhấp nháy với đèn FWD nhấp nháy và tần số tăng được hiển thị trên LED

- Khi tần số đạt tới 10Hz , giá tri thì được hiển thị như phía bên trái - Tắt công tắc giữa P1 (FX) và CM

8 - Đèn RUN bắt đầu nhấp nháy và tần số giảm thì được hiển thị trên