Các nguyên lý điều tốc

.Bộ điều tốc ly tâm: Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm. Khi tốc độ quay của động cơ tăng, các quả nặng (miêu tả trong hình vẽ) chịu lực ly tâm..

CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU TỐC 1.Bộ điều tốc ly tâm: Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm. Khi tốc độ quay của động cơ tăng, các quả nặng (miêu tả trong hình vẽ) chịu lực ly tâm lớn hơn, văng xa ra hơn và khép lại đường ống nhiên liệu của động cơ (hoặc, một cách tổng quát, giảm nguồn năng lượng cho động cơ); điều này dẫn đến tốc độ động cơ giảm lại. Khi tốc độ động cơ xuống thấp, lực ly tâm lên các quả nặng giảm, các quả nặng bị trọng lực kéo xuống và mở rộng đường ống nhiên liệu; điều này làm tốc độ động cơ tăng trở lại. Đây là một ví dụ của hoàn ngược âm, giúp điều tiết và giữ tốc độ quay của động cơ ổn định. Lực ly tâm cũng được dùng trong bộ ly hợp tự động của một số xe máy hay ô tô. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến ngưỡng thích hợp, lực ly tâm lên các quả nặng trong bộ ly hợp sẽ đủ lớn đến khép chặt các tiếp xúc và chuyển bộ ly hợp sang trạng thái truyền lực khiến xe chuyển bánh. Khi tốc độ động cơ dưới ngưỡng, lực ly tâm không đủ lớn và bộ ly hợp ngắt lực truyền, giúp xe đứng tại chỗ nhưng động cơ vẫn nổ máy. Page 1 of 14 2.Sơ đồ khối và chức năng các bộ phận của bộ điều tốc cơ khí hoạt động theo nguyên tắc độ lệch (hữu sai và vô sai) - sơ đồ nguyên lý. - nguyên tắc tự động ổn định. - các điều chỉnh để đảm bảo chất lượng. Bộ điều tốc cơ khí thường là bộ điều tốc con quay ly tâm có đặc tính n = f(Mc) hữu sai khi các tổ máy phát hoạt động song song và bộ điều tốc con quay ly tâm có đặc tính vô sai khi tổ máy phát chỉ hoạt động độc lập, không hoạt động song song. a)Bộ điều tốc ly tâm có đặc tính hữu sai: Sơ đồ nguyên lý bộ điều tốc ly tâm có đặc tính hữu sai. Để đo tốc độ của động cơ diezel người ta dùng con quay ly tâm với quả văng A. Tốc độ quay càng lớn quả văng càng văng xa. Để tạo tốc độ quay cho trước n0, đặt 1 lò xo tì lên con chạy 1 và tạo 1 lực E cân bằng với lực Ar của con chạy do lực ly tâm quả văng tạo nên. Để điều chỉnh lực nén ban đầu của lò xo E ta điều chỉnh bằng lực từ ngoài tỳ lên lò xo (bằng cơ, bằng lực khí, thủy lực …). Khi điều chỉnh như vậy ta điều chỉnh giá trị tốc độ cho trước n0. Khi tốc độ quay của động cơ càng lớn lực Ar > E, con chạy 1 dịch chuyển 1 đoạn z cho đến lúc nào Ar = E. Đồng thời van trược 3 của khuyếch đại thủy lực chuyển dịch lên phía trên 1 khoảng l, thông dầu có áp lực lớn tỳ lên piston của động cơ trợ động và dịch chuyển 1 khoảng L để giảm nhiên liệu làm giảm tốc độ. Nhờ cánh tay đòn BC nối với piston của động cơ trợ động (làm nhiệm vụ phản hồi cứng âm) van trượt của khuyếch đại thủy lực lại chuyển dịch xuống phía dưới đóng cửa van không cho dầu có áp lực cao vào động cơ trợ động thêm, piston của động cơ trợ động dừng lại. Page 2 of 14 Trường hợp tốc độ động cơ giảm hiện tượng xảy ra ngược lại. Đặc tính n = f(Mc) được biểu diễn như sau: Đường 1 tương ứng khi động cơ hoạt động không có bộ điều tốc, đường 2 tương ứng khi động cơ hoạt động có bộ điều tốc hữu sai. Sai số càng lớn khi tải càng lớn. Có thể thay đổi độ dốc bằng cách thay đổi tỷ số cánh tay đòn a/b (thay đổi hệ số phản hồi cứng âm). b)Bộ điều tốc ly tâm có đặc tính vô sai: Cấu tạo của bộ điều tốc ly tâm có đặc tính vô sai được mô tả như hình sau: Ở bộ điều tốc này piston của động cơ trợ động được nối với piston của bộ giảm chấn. Bộ giảm chấn là phản hồi âm mềm, chỉ hoạt động ở chế độ động, không hoạt động ở chế độ tĩnh. Giả sử tốc độ động cơ tăng con chạy dưới tác dụng của lực ly tâm của quả văng dịch chuyển lên một khoảng z, kéo theo dịch chuyển van trượt khuyếch đại thủy lực một khoảng l để thông dầu có áp lực cao tác động lên piston của động cơ trơ động đẩy lùi xuống dưới để giảm nhiên liệu, giảm tốc độ. Nhờ piston của động cơ trợ động được nối với piston của bộ giảm chấn nên lúc ban đầu khi piston của động cơ trợ động chuyển động xuống phía dưới Page 3 of 14 kéo theo toàn bộ giảm chấn cùng chuyển động xuống, hệ thống van trượt cũng chuyển dịch xuống. Nhưng tác dụng của lực căng lò xo 3 dầu được thoát qua van kim 5, vỏ của bộ giảm chấn chuyển dịch trở về trạng thái ban đầu và khi tốc độ của động cơ trở về giá trị cũ cánh tay đòn ACB trở về trạng thái ban đầu cửa van khuyếch đại thủy lực đóng, piston động cơ trợ động dừng. Qua phân tích trên ta thấy bộ điều tốc ly tâm có bộ giảm chấn vừa có tính chất vô sai vừa có tinh chất hữu sai. Do đó ở chế độ tĩnh hệ thống không có sai số, ở chế độ động hệ thống rất ổn định. Đặc tính n = f(Mc) được mô tả như sau: Page 4 of 14 3.Bộ điều tốc Turbin thuỷ lực Trong tự nhiên có nhiều nguồn năng lượng phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt, chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các nguồn năng lượng đó phải kể đến thuỷ điện. Điều khiển nhà máy thuỷ điện nhằm đạt được công suất tối ưu là vấn đề hết sức quan trọng. Hệ thống Tuabin thuỷ lực: Nước từ hồ chứa thượng lưu được dẫn vào hệ thống đường ống áp lực và buồng xoắn, tại đây nước được gia tốc tới vận tốc rất lớn. Qua hệ thống cánh hướng, nước được dẫn vào tuabin thuỷ lực làm quay tuabin đồng thời làm quay máy phát điện (thông thường trục của tuabin được nối thẳng với trục máy phát). Từ đầu cực máy phát, dòng điện được tăng áp qua máy biến áp lực và dẫn lên trạm phân phối hoà vào lưới điện quốc gia. Tuabin thuỷ lực là một bộ phận quan trọng nhất trong nhà máy thuỷ điện, bằng sự thay đổi tốc độ nó quyết định công suất phát của tổ máy. Là một thiết bị có cơ cấu phức tạp, trọng lượng và kích cỡ lớn, tuabin đòi hỏi phải có độ bền cao, vận hành ổn định trong thời gian dài (tuổi thọ vận hành 40 năm, thời gian đại tu 6 năm, trung bình vận hành 3000 giờ/năm ). Tuabin thuỷ lực phổ biến ( loại Kaplan trục đứng như: Hoà Bình, Trị An, Yaly, Thác Bà . . . ) bao gồm 2 phần chính : Roto tuabin (gồm bánh xe công Page 5 of 14 tác-BXCT được nối với trục tuabin thông qua khớp nối truyền động momen xoắn, trục, ổ hướng và ổ chèn trục) và Stato tuabin (gồm vành đáy tuabin để đỡ trục dưới cánh hướng, các vành làm kín, vành stato tuabin, bộ cánh hướng dòng ) và bộ ống xả, buồng xoắn. Tuỳ theo mực nước thượng lưu và khi tải trên lưới điện thay đổi đòi hỏi lượng điện phát ra của nhà máy phải thay đổi phù hợp. Vấn đề đặt ra là phải điều chỉnh đồng bộ giữa độ mở hệ thống cánh hướng nước nhằm điều chỉnh lưu lượng nước vào tuabin và điều chỉnh góc nghiêng của BXCT, tạo cho tuabin tốc độ ổn định. Để điều chỉnh độ mở cánh hướng người ta sử dụng các servomotor (thông thường 2 servomotor) và hệ thống xilanh thuỷ lực. Truyền động của servomotor sẽ qua hệ thống xilanh gắn với vòng điều chỉnh, giữa cánh hướng và vòng điều chỉnh có các khớp truyền động. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật số, bộ điều tốc tuabin được tự động hoá hoàn toàn có khả năng thu thập các thông số quá trình một cách liên tục, tự động điều chỉnh ổn định quá trình vận hành. Bộ điều tốc tuabin bao gồm phần điều tốc kỹ thuật số và phần điều tốc thuỷ lực. a)Phần điều tốc kỹ thuật số: Sơ đồ khối hệ thống điều tốc tuabin Mỗi tuabin được cung cấp một hệ thống điều tốc tự động riêng biệt có khả năng điều khiển tốc độ, công suất phát, lưu lượng nước vào tuabin cho phép Page 6 of 14 tổ máy vận hành ổn định, hoàn hảo ở chế độ vận hành song song với nhau và với hệ thống điện. Bộ điều tốc kỹ thuật số được lắp trong các tủ điều khiển tại tổ máy, các thông số được giám sát qua hệ thống SCADA ở phòng điều khiển trung tâm. Bộ điều tốc có cấu hình dự phòng kép cả về phần cứng và phần mềm, một hệ giao tiếp tốc độ cao được thiết lập giữa hai card xử lý đảm bảo quá trình chuyển mạch không trễ trong mọi chế độ vận hành. Nguyên lý điều chỉnh là thuật toán PID có nhánh hồi tiếp. Điều khiển vị trí: sử dụng thuật toán điều chỉnh PID, tín hiệu vào là vị trí thực của cánh hướng và vòng trượt của các servomotor. Khi vận hành ở chế độ quá tải, sự giới hạn tốc độ của cánh hướng và BXCT được đặt lên hàng đầu nhằm tránh tuabin lệch khỏi vị trí tối ưu. Điểm đặt vị trí của BXCT được tính toán dựa theo điểm đặt vị trí cánh hướng và giá trị cột nước. Điều khiển giới hạn độ mở: độ mở giới hạn có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%. Điều khiển vận tốc: sử dụng thuật toán điều chỉnh PID có phản hồi, giá trị đặt của bộ điều khiển vận tốc có thể được điều chỉnh trong khoảng 90 đến 110%. Dải tần số chết có tác dụng trong suốt quá trình vận hành song song và có thể điều chỉnh được. Bộ điều chỉnh PID sẽ xác định điểm đặt cho servomotor điều khiển cánh hướng bằng cách tính toán sự sai lệch giữa giá trị đặt và tốc độ thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển khi bỏ qua hiện tượng trễ vi sai: Kp: Hệ số tỷ lệ Tn : Thời gian tích phân. Td : Thời gian vi phân. bp: độ dốc của đặc tính tốc độ Khi bp » 0: Page 7 of 14 Điều khiển độ mở cánh hướng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%, chế độ vận hành của bộ điều khiển này chỉ có thể được lựa chọn khi tổ máy vận hành ở chế độ song song, trong các chế độ khác điểm đặt của độ mở sẽ là độ mở thực của cánh hướng. Điều khiển lưu lượng: giá trị đặt có thể được điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%. Lưu lượng thực tế được tính toán từ cột nước, vận tốc tuabin, vị trí của cánh hướng và BXCT. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI, xác định giá trị đặt cho vị trí của servomotor cánh hướng bằng cách tính toán sự khác nhau giữa giá trị đặt và lưu lượng thực tế. Hàm truyền của bộ điều khiển có dạng: Điều khiển mực nước: giá trị điểm đặt đã được xác định trước, nó chỉ có thể được xác định lại thông qua các thiết bị đầu cuối, bảng vận hành hay giao diện thông tin. Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI. Một số thông số của phần điều tốc kỹ thuật số: - Chuẩn giao diện: RS232, RS485, Ethernet. - Dải tốc độ chết : £ 0.02% - Dải tần số đo được ứng với tốc độ : 1.2 ¸10000Hz. - Thời gian chết : £ 0.2s - Độ ổn định tốc độ : £ 0.3% - Độ ổn định công suất : £ 0.4% - Hệ số tỷ lệ Kp: 0 ¸500. -Thời gian tích phân Tn : 0.05 ¸5000s. - Thời gian vi phân Td : 0 ¸10s. - Độ dốc của đặc tính tốc độ bp: 0 ¸10%. Page 8 of 14 - Thi gian m cỏnh hng cú th iu chnh : 10 á1000s. Cỏc tớnh nng t ng hoỏ ca phn iu tc k thut s: - iu chnh v trớ cỏc cỏnh hng ng b vi iu chnh nghiờng ca BXCT. - Giỏm sỏt v kim tra tc , lu lng. - iu chnh vic chn nhanh mc ti. - Vn hnh a nhim theo thi gian thc. - Giao din Ethernet chun vi h thng SCADA. - Giao din HMI ti phũng iu khin v t iu khin ti ch. - Ghi v thụng bỏo cỏc s kin trong quỏ trỡnh vn hnh. - Bo v in mt chiu cỏc Module I/O, kim tra cao tn h thng. b)Phn iu tc thu lc: Phn iu tc thu lc bao gm: b cha du, van trt iu khin chớnh, mỏy bm trc vớt, b lc, cỏc sensor o mc v nhit . B tỏc ng in thu lc bin i cỏc tớn hiu t b iu khin k thut s thnh cỏc i lng c tng ng. B khuch i thu lc gm cú van ng v van phõn phi chớnh ni h thng ng du ỏp lc vi servomotor ca cỏnh hng v h thng cp du ỏp lc. H thng du cú ỏp lc 4.0 - 6.3 Mpa ( 40 63 bar ). H thng khớ nộn cung cp cho bỡnh tớch ỏp, cõn bng ỏp lc h thng. Vi h thng van, thi gian tỏc ng c gii hn tng ng vi ũi hi ca s thay i tc . Ngoi ra cũn cú mt van trt in t c lp dng khn cp tuabin bng cỏch tỏc ng servomotor úng khn cp cỏc cỏnh hng m b qua cỏc tớn hiu t b iu khin. Cỏc thit b o: - u o lu lng theo phng phỏp Witer-Kennedy. - o ỏp sut vi sai ti bung xon Page 9 of 14 - Công tắc giới hạn và cảnh báo sự đồng bộ giữa các cánh hướng. - Đo vị trí vành điều chỉnh hay độ mở cánh hướng. - Đo áp suất xilanh và nhiệt độ dầu áp lực. - Đo độ lệch trục của Tuabin. Ngoài ra còn có các hệ thống đo khác đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định như: độ rung, độ ẩm, nhiệt độ môi trường . . . Page 10 of 14 [...]... 14 CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU TỐC 1.Bộ điều tốc ly tâm: Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm. Khi tốc độ quay của động cơ tăng, các quả nặng (miêu tả trong hình vẽ) chịu lực ly tâm lớn hơn, văng xa ra hơn và khép lại đường ống nhiên liệu của động cơ (hoặc, một cách tổng quát, giảm nguồn năng lượng cho động cơ); điều này dẫn đến tốc độ động cơ giảm lại. Khi tốc. .. và tốc độ trượt tần số . Khối xác định các điều kiện đồng bộ (Monitoring of paralleling conditions), kiểm tra các điều kiện sai lệch cho phép về điện áp, tần số. Khối phát lệnh điều khiển (Command generation), sẽ điều khiển máy cắt hoà khi các điều kiện đồng bộ được thoả mãn. Page 14 of 14 - Thời gian mở cánh hướng có thể điều chỉnh : 10 ¸1000s. Các tính năng tự động hố của phần điều tốc. .. chế độ làm việc thứ nhất bộ điều chỉnh sẽ chỉ điều chỉnh công suất mà không cần điều chỉnh tần số. Chế độ vận hành thứ hai bộ điều chỉnh chỉ điều chỉnh tần số mà không cần điều chỉnh công suất. Trong chế độ làm việc thứ ba thì bộ điều chỉnh cần phải tính tốn các giá trị sai lệch ∆P1, ∆P2 và ∆f từ công suất điều chỉnh tổng g0 = g1+g2 để điều chỉnh tần số và công suất của các máy phát cho phù hợp.... thống điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ cơng, các thiết bị phụ trợ (SIAO). a)Hệ thống điều khiển tổ máy (LCU-Local Control Unit) Mỗi hệ thống LCU trong các nhà máy thuỷ điện phụ trách toàn bộ phần điều khiển và giám sát mọi sự hoạt động của tổ máy trong phạm vi của nó, như điều khiển và giám sát điều tốc, điều khiển kích từ, điều khiển và đo lường các thiết bị thuộc tổ máy… Sơ đồ ví dụ thể hiện... tích hợp hệ thống điều khiển đồng bộ - Khái quát về hệ thống điều khiển các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ: Hệ thống điều khiển nhà máy thuỷ điện thơng thường có thể tách ra thành 04 phần cơ bản, một là các trạm điều khiển tổ máy phát (LCU), hai là hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA), ba là hệ thống điều khiển thiết bị trạm (SYU) và bốn là hệ thống điều khiển các thiết bị cơ... hành. - Bảo vệ điện một chiều các Module I/O, kiểm tra cao tần hệ thống. b)Phần điều tốc thuỷ lực: Phần điều tốc thuỷ lực bao gồm: bể chứa dầu, van trượt điều khiển chính, máy bơm trục vít, bộ lọc, các sensor đo mức và nhiệt độ. Bộ tác động điện thuỷ lực biến đổi các tín hiệu từ bộ điều khiển kỹ thuật số thành các đại lượng cơ tương ứng. Bộ khuếch đại thuỷ lực gồm có van động và van phân phối... - Điều chỉnh vị trí các cánh hướng đồng bộ với điều chỉnh độ nghiêng của BXCT. - Giám sát và kiểm tra tốc độ, lưu lượng. - Điều chỉnh việc chọn nhanh mức tải. - Vận hành đa nhiệm theo thời gian thực. - Giao diện Ethernet chuẩn với hệ thống SCADA. - Giao diện HMI tại phòng điều khiển và tủ điều khiển tại chỗ. - Ghi và thông báo các sự kiện trong quá trình vận hành. - Bảo vệ điện một chiều các. .. hạn tương ứng với đòi hỏi của sự thay đổi tốc độ. Ngồi ra cịn có một van trượt điện từ độc lập để dừng khẩn cấp tuabin bằng cách tác động để servomotor đóng khẩn cấp các cánh hướng mà bỏ qua các tín hiệu từ bộ điều khiển. Các thiết bị đo: - Đầu đo lưu lượng theo phương pháp Witer-Kennedy. - Đo áp suất vi sai tại buồng xoắn Page 9 of 14 3.Bộ điều tốc Turbin thuỷ lực Trong tự nhiên có nhiều... lực ly tâm lên các quả nặng giảm, các quả nặng bị trọng lực kéo xuống và mở rộng đường ống nhiên liệu; điều này làm tốc độ động cơ tăng trở lại. Đây là một ví dụ của hoàn ngược âm, giúp điều tiết và giữ tốc độ quay của động cơ ổn định. Lực ly tâm cũng được dùng trong bộ ly hợp tự động của một số xe máy hay ô tô. Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến ngưỡng thích hợp, lực ly tâm lên các quả nặng... năng điều khiển của bộ LCU có nhiều giải pháp, nhiều loại thiết bị điều khiển đáp ứng được. Đối với những tổ máy rất lớn, yêu cầu chất lượng điều khiển rất cao ta có thể dùng các họ PLC mạnh như S7-400 của Siemens, PU325H trở lên của TOSHIBA, hay các dòng Q25H của MITSUBISHI, Đối với các hệ thống nhỏ ta có thể sử dụng các thiết bị điều khiển có cấu hình nhỏ hơn, thậm chí chỉ cần dùng một PLC cỡ . CÁC NGUYÊN LÝ ĐIỀU TỐC 1.Bộ điều tốc ly tâm: Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm. Khi tốc độ quay của. năng các bộ phận của bộ điều tốc cơ khí hoạt động theo nguyên tắc độ lệch (hữu sai và vô sai) - sơ đồ nguyên lý. - nguyên tắc tự động ổn định. - các điều