Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu, thiết kế bộ chuyển pha tự động nhằm thực hiện quá trình chuyển pha nhanh và chính xác. Để thực hiện việc chuyển pha hiệu quả cần một bộ điều khiển chuyển pha tự động với thời gian đóng cắt là ngắn nhất cho thể, đảm bảo việc cấp điện liên tục tới người sử dụng điện... Mời các bạn cùng tham khảo bài viết.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) THỰC NGHIỆM BỘ CHUYỂN PHA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG TRIAC AN EXPERIMENTAL RESEARCH ON AUTOMATIC PHASE TRANSFER DEVICES WITH TRIACS Phạm Thị Hương Sen Trường Đại học Điện lực Tóm tắt: Với nguồn điện xoay chiều ba pha thường hay xảy tượng cân pha, nên việc tự động san phụ tải pha với xảy tải thực cần thiết Để thực việc chuyển pha hiệu cần điều khiển chuyển pha tự động với thời gian đóng cắt ngắn cho thể, đảm bảo việc cấp điện liên tục tới người sử dụng điện Bài báo trình bày kết nghiên cứu, thiết kế chuyển pha tự động nhằm thực trình chuyển pha nhanh xác Từ khóa: Bộ chuyển pha, cân pha, triac, PLC Abstract: Phase unbalance occurs in 3-phase AC power supply Therefore, it is necessary to transfer loads automatically in phases As a result, we will need automatic transfer devices to ensure continuous power supply to customers This article presents research results and designs of automatic phase transfer devices for fast and accurate phase switching process Keywords: Phase transfer devices; Phase balance; TRIAC; PLC ĐẶT VẤN ĐỀ Trong truyền tải phân phối lưới điện, ngồi yếu tố an tồn vấn đề tải pha có cân khơng quan tâm cần giải Các thiết bị cầu dao, attomat, contactor thiết bị Ngày nhận bài: 18/12/2014; Ngày chấp nhận: 04/2/2015; Phản biện: TS Võ Huy Hoàn SỐ tháng 10 - 2015 sử dụng hệ thống cấp điện Các thiết bị dễ sử dụng, làm việc tin cậy, nhiên thời gian đóng ngắt khơng thể “tức thì” độ trễ tác động khí Ngày cơng nghệ phát triển, có nhiều thiết bị sử dụng linh kiện bán dẫn để giảm thời gian tác động đóng cắt Các thiết bị chuyển pha nghiên cứu chế tạo nhiều Trong trình giảng dạy nghiên cứu, 71 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) tác giả tiến hành thiết kế, thử nghiệm mơ hình q trình chuyển pha sử dụng thiết bị contactor triac, có điều khiển giám sát máy tính THÍ NGHIỆM VỚI CONTACTOR Contactor sử dụng hầu hết nhu cầu đóng cắt Vậy thời gian đóng ngắt thực nhanh đến mức đoạn thực chuyển pha Hình kết kiểm tra sử dụng hai contactor để chuyển pha QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM VỚI TRIAC Sự cân pha thường xuyên xảy lưới điện phân phối, việc chuyển đổi phụ tải pha nhằm loại bỏ trạng thái cân thực cần thiết Để thực việc chuyển đổi phụ tải pha, thay dùng contactor dùng hai triac BT137 hãng Philips Semiconductor Hình Thời điểm chuyển giao hai contactor Bỏ qua thời gian trễ phía phụ tải, thời gian để ngắt bật lại contactor khoảng 500 ms đến s chưa kể thời gian tác động Switch chuyển mạch Thời gian tác động không ảnh hưởng nhiều đến thiết bị dân dụng thơng thường có ảnh hưởng xấu đến nhiều loại máy móc, gây điện gián 72 Điện lưới tần số 50 Hz tương đương thời gian cho phép gián đoạn nhỏ 20 ms xem khơng gây điện Triac BT137 có thời gian mở khoảng µs, thực việc mở hồn tồn đóng hồn tồn gần tức thời theo lệnh từ điều khiển Bộ điều khiển PLC S7-200 CPU222, làm nhiệm vụ nhận tín hiệu đo, xử lý thuật tốn đưa tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển triac Cổng AI nhận tín hiệu từ mạch đo dòng Cổng AO xuất tín hiệu điều khiển mở triac Thời gian xử lý PLC tốn 10 ms Khi tính trễ phụ kiện, thời gian chuyển đổi pha khoảng 15-18 ms, nhỏ thời gian chu kỳ lưới điện, thực việc chuyển pha cách liên tục không gây điện cho phía phụ tải SỐ tháng 10 - 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Nguyên lý chuyển phụ tải pha thực dựa việc so sánh độ lệch dòng điện pha Tiến hành thử nghiệm việc tự động chuyển pha cho phụ tải, tác giả xây dựng mô hình để thực thuật tốn điều khiển sau: tín hiệu đo dòng điện pha R, S đưa điều khiển PLC để định triac T1 T2 đóng Nếu hiệu dòng điện pha R S nhỏ ngưỡng cho phép đặt trước T1 thơng, đóng tải vào pha R Ngược lại hiệu dòng điện pha R S lớn ngưỡng cho phép đặt trước T2 thơng, đóng tải vào pha hình Hình Mơ hình thử nghiệm chuyển pha dùng triac Đo dòng điện pha sử dụng IC cảm biến dòng ACS 712 hình 3, thiết kế gồm khối: Hình Mạch đo dòng Khối cảm biến Hall: để chuyển dòng điện thành điện áp theo tỷ lệ 100 mV/A Khi đầu vào dòng 0A điện áp đầu Vcc/2 Như đầu vào biến đổi từ -I1 đến +I2 A đầu biến đổi thành điện áp có giá trị từ (-0.1I1 + Vcc/2) đến (0.1I2 + Vcc/2) mV Kí hiệu SỐ tháng 10 - 2015 điện áp đầu khối cảm biến Hall Vh (mV) Khối VF: Là khối tạo điện áp chuẩn đầu Vcc/2 Kí hiệu điện áp đầu khối tạo điện áp chuẩn Vf (mV) Khối khuếch đại vi sai: thực phép 73 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) trừ điện áp đầu vào Kí hiệu điện áp đầu khối Vo Vo = (Vh-Vf) ((56+56)/5.6) = (Vh-Vf) 20 (1) Trong đó: giá trị 56 5.6 giá trị điện trở mạch, đơn vị kΩ Vh = Vcc/2 + 0.1I PLC thực chương trình theo chu kỳ vòng qt, có chênh lệch dòng điện hai pha vượt ngưỡng cho phép đưa tín hiệu tới cổng tương tự tới mạch đệm để điều khiển đóng, cắt triac Xác lập trạng thái ban đầu: - đo dòng pha - trạng thái triac (2) Với I giá trị dòng điện chạy qua cảm biến, đơn vị A Vf = Vcc/2 (3) SCADA So pha R&S: ngưỡng lệch I(A) NO Từ (1), (2), (3), có: Vo = (Vcc/2 + 0.1I – Vcc/2) 20 = 0.1I20 (V) YES (4) Như từ dòng điện đầu vào qua cảm biến Hall, có giá trị từ 0~I (A) thành điện áp đầu Vo có giá trị từ 0~0.1I20, tức điện áp dương để đưa vào module đầu vào Analog EM235 điều khiển PLC Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC thể hình Lệnh chuyển pha: ON triac-R OFF triac-S (hoặc ngược lại) SCADA Xác nhận dòng: - pha R&S - triac R&S NO Báo lỗi YES Hình Lưu đồ thuật tốn điều khiển Hình Sơ đồ mạch đệm từ PLC triac 74 SỐ tháng 10 - 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Q trình thí nghiệm sử dụng phụ tải chuyển pha bóng đèn trở 40 W, điều khiển triac mở hoàn toàn KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Phần mềm để viết chương trình điều khiển thiết kế giao diện giám sát phần mềm MicroWin chạy PLC S7200, CPU222, phần mềm giao diện điều khiển giám sát WinCC Siemens Trên phần mềm giám sát quan sát trạng thái thời điểm đóng/ cắt triac, dễ dàng thay đổi ngưỡng lệch dòng cho phép pha Tiến hành thử nghiệm mơ hình thiết kế sau: từ giao diện giám sát máy tính, đặt ngưỡng chênh lệch dòng điện cho phép hai pha S R 10A Phụ tải ban đầu đóng vào pha R, pha R tải tự động chuyển sang pha S Thử nghiệm thứ nhất: quan sát hình giao diện vận hành, thí nghiệm tín hiệu đo dòng phase R 228 A, tín hiệu đo dòng pha S 219 A, chênh lệch dòng hai pha A, nằm ngưỡng cho phép Triac pha R thơng, triac pha S khóa, phụ tải đóng vào phase R hình Hình Thử nghiệm chạy phase R điều kiện bình thường Hình Quá trình chuyển pha R sang pha S SỐ tháng 10 - 2015 75 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Hình Quá trình chuyển ngược lại từ pha S sang pha R Thử nghiệm thứ hai: tăng phụ tải pha R thêm A, phụ tải pha S giữ nguyên, độ lệch dòng hai pha 11 A, vượt ngưỡng lệch pha cho phép, xảy việc chuyển cụm tải A từ pha R sang pha S vòng 12 ms: triac pha R ngắt, triac pha S thơng hình Khi tải pha R giảm A 225 A, tải pha S tăng thêm A 224 A Quá trình chuyển pha xảy thời gian ngắn, không gây gián đoạn việc cấp nguồn cho phụ tải Thử nghiệm thứ ba: giảm phụ tải pha R bớt 10 A xuống 215 A, phụ tải pha S giữ nguyên 224 A, độ lệch pha A, nằm ngưỡng lệch phase cho phép, việc chuyển pha không xảy Tiếp tục giảm tải pha R thêm A nữa, tải pha S lớn phase R 11 A, lúc lại xảy trình chuyển pha ngược lại: triac pha S ngắt, triac pha R thông, chuyển cụm tải A từ pha S trở lại pha R, trình 76 chuyển pha nhanh, tải cấp nguồn liên tục Q trình thí nghiệm mơ hình chuyển pha tiến hành kiểm tra với mức thay đổi phụ tải để so sánh với khoảng lệch pha cho phép 10 A, thể bảng Bảng Bảng kết thử nghiệm trình chuyển phụ tải hai pha Tải pha R(A) Tải pha S(A) Độ lệch pha (A) Triac tác động 228 219 T1 230 219 11 T2 225 224 T2 215 224 T2 213 224 11 T1 218 219 T1 SỐ tháng 10 - 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) KẾT LUẬN Như với việc sử dụng triac thay cho Contactor mơ hình thực nghiệm cho thấy, việc chuyển pha xảy nhanh xác, khoảng thời gian 10 ms Khi có cân pha vượt ngưỡng cho phép đặt trước, điều khiển tự động tác động chuyển pha mà không gây điện, đảm bảo cho phía phụ tải cấp nguồn liên tục TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước, “Tự động hóa với SIMATIC S7 - 200”, Nhà xuất Nơng nghiệp [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, “Điện tử công suất”; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hoà, Võ Thạch Sơn, Đào Văn Tân, Các loại cảm biến đo lường điều khiển; Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [4] Hồng Minh Cơng, “Cảm biến cơng nghiệp”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [5] Catalog hãng Siemens, Philips Semiconductors, National Semiconductors… Giới thiệu tác giả: Tác giả Phạm Thị Hương Sen tốt nghiệp Đại học Khoa Điện, chuyên ngành Điều khiển tự động - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2003 Năm 2007, tốt nghiệp Thạc sỹ chuyên ngành Điều khiển Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Từ năm 2003 đến giảng viên Khoa Công nghệ Tự động - Trường Đại học Điện lực SỐ tháng 10 - 2015 77 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) 60 SỐ tháng 10 - 2015 ... mức đoạn thực chuyển pha Hình kết kiểm tra sử dụng hai contactor để chuyển pha QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM VỚI TRIAC Sự cân pha thường xuyên xảy lưới điện phân phối, việc chuyển đổi phụ tải pha nhằm... thêm A nữa, tải pha S lớn phase R 11 A, lúc lại xảy trình chuyển pha ngược lại: triac pha S ngắt, triac pha R thông, chuyển cụm tải A từ pha S trở lại pha R, trình 76 chuyển pha nhanh, tải cấp... dòng hai pha A, nằm ngưỡng cho phép Triac pha R thông, triac pha S khóa, phụ tải đóng vào phase R hình Hình Thử nghiệm chạy phase R điều kiện bình thường Hình Quá trình chuyển pha R sang pha S SỐ