NGHIÊN cứu hệ THỐNG điều KHIỂN QUẠT ID TRONG dây TRUYỀN sản XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) sử DỤNG bộ BIẾN tần TRUNG THẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà Nội, 6-2018 1 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ Hà Nội, 6-2018 Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Mạnh Tiến Sinh viên thực : Trần Trung Phúc Lớp : KTĐK & TĐH – K58 MSSV : 20132998 Giáo viên duyệt : Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID dây truyền sản xuất xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung thế” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Trung Phúc Mục lục MỤC LỤC Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐCKĐB Động không đồng ID Induced Draft Fans ĐCMC Động chiều PI Proportional Integral (Luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân) PWM Pulse-width modulation (Điều chế độ rộng xung) Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần q trình cơng nghiệp hóa đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa Đảng nhà nước quan tâm đầu tư lớn, với lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nên kinh tế theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Cùng với ngành nhiệt điện, thủy điện, dầu khí … , ngành cơng nghiệp xi măng có mức độ tự động hóa ngày cao Các nhà máy xi măng nước ta nhà máy có quy mơ lớn với động công suất cao để phục vụ cơng đoạn q trình sản xuất xi măng Một động điện thiếu nhà máy xi măng quạt ID Vì em chọn đề tài Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID dây truyền sản xuất xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất xi măng quạt ID Chương 2: Phân tích biến tần trung Perfect Harmony Siemens Chương 3: Tính tốn hệ thống điều khiển vector hệ thống điều khiển lưu lượng Chương 4: Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn, góp ý hồn thành đồ án Do thời gian hồn thành đồ án tầm hiểu biết có hạn nên q trình thực chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy giáo để đề tài hoàn thiện Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2017 Sinh viên thực Trần Trung Phúc Lời nói đầu Chương1 Tìm hiều công nghệ sản xuất xi măng quạt ID Chương TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ QUẠT ID 1.1 Tìm hiều cơng nghệ sản xuất xi măng Lưu đồ sản xuất xi măng hình 1.1 Hình 1 Sơ đồ cơng đoạn sản xuất xi măng 10 Chương Xây dựng mơ hình mô mô hệ thống Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 4.1 Thơng số động tính tốn thơng số mạch vòng điều khiển 4.1.1 Thơng số động Động quạt ID có thơng số sau: - Công suất định mức: Pđm = 2800 kW - Điện áp định mức: Uđm = 6000 V - Dòng điện định mức: Iđm = 306,6 A - Tốc độ định mức: n = 994 vòng/phút - Momen qn tính: J = 30 kgm2 - Điện trở stator: Rs = 0,2135 Ω - Điện trở rotor: Rr = 0,0678 Ω - Điện cảm tản stator: Ls = 0,004 H - Điện cảm tản rotor: Lr = 0,004 H - Hỗ cảm: Lm = 0,0292 H - Lưu lượng Qdm = 930000m / h 4.1.2 Tính tốn số tham số ωdm = Ta có tốc độ định mức: M dm = Momen định mức: n 994 = = 104.1(rad / s) 9.55 9.55 Pdm 2800 × 103 = = 26.897Nm ωdm 104.1 58 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Điện cảm tồn phần stator rotor là: Ls = L r = L m + L σs = 0.0292 + 0.004 = 0.0332H Ts = Ls 0.0332 = = 0.1555s R s 0.2135 Tr = L r 0.0332 = = 0.4897s R r 0.0678 Hằng số thời gian stator: Hằng số thời gian rotor: σ = 1− Áp dụng công thức hệ số từ tản: Dòng Isq chế độ xác lập: Dòng Isd chế độ xác lập: Từ thơng rotor xác lập: L2 m 0.02922 = 1− = 0.226 L r Ls 0.0332 × 0.0332 Isq0 = 287.4A Isd0 = 324.6A Ψ rd0 = L m Isd0 = 0.0292 × 324.6 = 9.478 Thơng số biến tần: Hệ số khuếch đại: k bd = U pha U ch = 6000 = 489.9 10 ; Hằng số thời gian: Tbd = Với fx tần số cưa chọn 2f x f x = 1kHz → Tbd = 0.0005s 4.1.3 Tính tốn điều khiển mạch vòng dòng điện Isd 59 Wb Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống R isd = k p (1 + Ta có hàm truyền điều khiển dòng điện Isd: TI = σTs = 0.226 × 0.1555 = 0.035 Tid = Tiq = 0.0005s Chọn k id = Với kp = ; từ ta được: ) TIs σTs R s 2k bd k id Tσd Tσd = Tbd + Tid = 0.0005 + 0.0005 = 0.001s u 10 V = = 0.0308( ) k I Isd0 1× 324.6 A ' k 'I hệ số q dòng kích từ xác lập Chọn kp = Từ ta thu được: k 'I = 0.226 × 0.1555 × 0.2135 = 0.249 × 489.9 × 0.0308 × 0.001 R isd = 0.249(1 + Ta hàm truyền điều khiển: ) 0.035s 4.1.4 Tính tốn mạch vòng dòng điện Isq Ta xác định thông số hàm truyền phản hồi dòng Isq: k iq = u 10 V = = 0.014( ) k I Isq0 2.5 × 287.4 A ; Tid = Tiq = 0.0005s ; Tσq = 0.001s Từ ta thu hàm truyền điều khiển dòng Isq là: R isq = σTs R s + (σTs ) R ss 0.226 × 0.1555 × 0.2135 + (0.226 × 0.1555) × 0.2135s = 2k bd k iq Tσq σTss × 489.9 × 0.014 × 0.001 × 0.226 × 0.1555s R isq = Ta được: 0.0075 + 0.00026s 0.00048s 4.1.5 Tính tốn mạch vòng điều khiển tốc độ 60 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Ta có hàm truyền hệ kín mạch vòng điều khiển dòng Isq là: Fksq = kω = 1 1 × = × = + 2Tσqs k iq + × 0.001s 0.014 0.014 + 0.000028s uω 10 = = 0.096(rad / s) ω 104.08 K= 3Ψ rd L m z p k ω 2L r Jk iq Ta có = ; Tω = 0.005s × 9.478 × 0.0292 × 32 × 0.096 = 25.7227 × 0.0332 × 30 × 0.014 Tsω = Tω + 2Tσq = 0.005 + × 0.001 = 0.007s R ω = k p (1 + Ta có BĐK tốc độ: TI = 4Tsω = 0.028s kp = ; ) TIs 1 = = 2.77 2kTsω × 25.7227 × 0.007 R sω = 2.77(1 + Từ ta thu BĐK: ) 0.028s 4.1.6 Tính tốn mạch vòng điều khiển lưu lượng Ta có tốc độ gió V= 2.15m/s với quãng đường S= 4.5m thu thời gian đến vị trí cần thiết là: Tqω = Lưu lượng Qdm = 930000m / h = 258.3(m3 / s) k qω = Ta có S 4.5 = ≈ 2s V 2.15 Q dm 258.3 m3 / s = = 2.48( ) ωdm 104.1 rad / s kq = ; 61 u 10 V = = 0.0387( ) Qdm 258.3 m /s Chương Xây dựng mô hình mơ mơ hệ thống Tq = 10Tω = 10 × 0.005 = 0.05s kp = Ta có: k ωTqω 2k qωk q Tq = 0.096 × = 20 × 2.48 × 0.0387 × 0.05 ; TI = Tqω = 2s R Q = 20(1 + Từ ta thu điều khiển lưu lượng: 62 ) 2s Chương Xây dựng mô hình mơ mơ hệ thống 4.2 Mơ với mơ hình vật lý 4.2.1 Mơ biến tần cầu H nối tầng với tín hiệu sin chuẩn Ta có sơ đồ mơ tín hiệu đầu BBT kết nối với mơ hình vật lý: Hình Sơ đồ mơ hệ thống với điện áp chuẩn hình Sin Ở đây, đầu pha biến tần đấu vào pha động vật lý Tín hiệu cấp cho cell pha tín hiệu sin chuẩn với biên độ A=9V, tần số f=50Hz Sơ đồ mô biến tần cầu H nối tầng hình 4.2 sơ đồ cell hình 4.3 Sơ đồ mô khâu tạo xung điều khiển cell hình 4.4 Hình Mơ hình cell 63 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Hình Mơ hình cell biến tần Đây mơ hình mạch tạo xung điều khiển cho cell Ta có tần số xung cửa bientanso=1000Hz, a=10, b= -10 Hình 4 Mơ hình mạch tạo xung điều khiển cấp cho cell Ở đây, kết mô dạng xung điều khiển minh họa hình 2.8 Ta thu kết mô điện áp pha, điện áp dây điện áp cell sau: 64 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Hình Dạng đồ thị điện áp dây Hình Dạng đồ thị điện áp pha biến tần Hình Dạng đồ thị điện áp cell biến tần 65 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống 4.2.2 Mô hệ thống điều khiển lưu lượng Ta có sơ đồ mơ tồn hệ thống điều khiển lưu lượng hình 4.8 Hình Sơ đồ mơ tồn hệ thống điều khiển lưu lượng Ở đây, vòng điều khiển mạch vòng dòng điện Bên ngồi vòng điều khiển tốc độ, ngồi mạch vòng điều khiển lưu lượng Đầu BĐK dòng điện qua khâu chuyển tọa độ cấp vào BBT Cụ thể qua khâu chuyển αβ αβ tọa độ từ HTĐ dq sang hình 4.9 Và từ HTĐ sang abc hình 4.10 Mơ hình tính tốn gián tiếp góc hình 4.11 Hình Mơ hình biến đổi hệ toạ độ từ dq sang 66 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Hình 10 Mơ hình biến đổi hệ tọa độ (αβ) sang hệ tọa độ (abc) Hình 11 Mơ hình tính tốn góc quay θs Các tín hiệu đo phía động phản hồi so sánh với giá trị đặt đầu vào BĐK Ở đây, giá trị phản hồi lưu lượng đo thông qua tốc độ qua hàm truyền đạt thể mối liên hệ hai đại lượng tốc độ lưu lượng Các thơng số mơ tính tốn cụ thể mục 3.4 chương Từ ta thu kết mô phỏng: 67 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Hình 12 Đồ thị tốc độ động Hình 13 Đồ thị Momen động Hình 14 Đồ thị mơ tả dòng Isq 68 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống Hình 15 Đồ thị mơ tả dòng Isd Hình 16 Đồ thị lưu lượng Hình 17 Đồ thị điện áp dây cấp cho động 69 Chương Xây dựng mơ hình mơ mơ hệ thống 4.3 Nhận xét - Khi cho khối tốc độ đặt 10V tương ứng với tốc độ định mức, thời gian tác động sau 2.5s sau khoảng thời gian độ giá trị thực tốc độ bám sát với tốc độ đặt chứng tỏ điều khiển đáp ứng yêu cầu toán Tuy nhiên với động có cơng suất lớn thời gian độ điều khiển nhanh - Để đơn giản ta bỏ qua khối điều khiển từ thơng, thay vào ta gán giá trị đặt cho Isd 10V tương ứng với giá trị Isd định mức - Ta thấy sau khoảng thời gian độ đầu giá trị thức bám giá trị tốc độ đặt ổn định nhiên momen dao động lớn, giá trị dòng điện từ thơng bám sát giá trị định mức động - Ta thấy sau khoảng 12s giá trị thực lưu lượng bám với giá trị đặt chứng tỏ điều khiển đáp ứng yêu cầu toán 70 Kết luận KẾT LUẬN Sau 15 tuần thực hiện, với kiến thức học giảng đường thời nghiên cứu để hoàn thành đồ án, đồ án đạt số mục đích: - Tìm hiểu công nghệ sản xuất xi măng nhà máy xi măng sơng Gianh - Vai trò quan trọng quạt hút ID hệ thống sản xuất xi măng - Phương pháp điều khiển vector động không đồng ba pha - Nguyên lý hoạt động cấu hình điều khiển biến tần Perfect Harmony - Mô hệ thống truyền động biến tần Do thời gian hoàn thành đồ án tầm hiểu biết có hạn nên q trình thực chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến bảo thầy Em xin gửi lời biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến thầy cô giáo mơn Tự động hóa Cơng Nghiệp tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian qua Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Trần Trung Phúc 71 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, 1998 [2] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, 1998 [3] Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh, Điều khiển động xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, 2003 [4] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, 2006 [5] Startup and advanced topics manual for air coole Perfect Harmony series adjustable speed AC motor drives with next generation, Manual Number: 902232*, Version 3.0, July 2004 72 ... ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ... măng quạt ID Vì em chọn đề tài Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID dây truyền sản xuất xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu cơng nghệ sản. .. Trần Trung Phúc Lời nói đầu Chương1 Tìm hiều công nghệ sản xuất xi măng quạt ID Chương TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ QUẠT ID 1.1 Tìm hiều cơng nghệ sản xuất xi măng Lưu đồ sản xuất xi