Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất các máy phát làm việc song song

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG SONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình Người hướng dẫn: T.S Nguyễn Trọng Thắng HẢI PHÒNG - 2019 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Thanh Bình Mã sv: 1513102012 Lớp: ĐCL901 Ngành Điện Tự động công nghiệp Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất máy phát làm việc song song NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp: CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Nguyễn Trọng Thắng Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : Toàn đồ án Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2019 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2019 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Thanh Bình T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2019 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày… tháng……năm 2019 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Làm việc song song vấn đề phân phối công suất trạm phát điện nhà máy 1.1 Làm việc song song máy phát 1.2 Vấn đề phân phối cho máy làm việc song song .9 1.3 Các phương pháp phân chia công suất tác dụng kinh điển 18 Chương 2: Vi điều khiển PIC 2.1 Khái quát chung vi điều khiển PIC 21 2.2 Giới thiệu PIC 16F87XA 27 Chương 3: Nghiên cứu thiết kế tự động phân chia công suất tác dụng 3.1 Đặt vấn đề 46 3.2 Thiết kế phần cứng .48 3.3 Xây dựng thuật toán 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 LỜI MỞ ĐẦU Điện dạng lượng sử dụng rộng rãi nhất, tất lĩnh vực hoạt động kinh tế đời sống người Theo thống kê có khoảng 70% điện sản xuất dùng xí nghiệp nhà máy công nghiệp Hệ thống cấp điện ổn định quan trọng công nghiệp, dây chuyền sản xuất hoạt động, điện lưới bị cố đột ngột điện mà không khắc phục kịp thời gây thiệt hại lớn kinh tế Do cần phải trang bị máy phát điện để đề phòng điện lưới Thực tế dây chuyền sản xuất nhà máy hoạt động với công suất tiêu thụ lớn, sử dụng máy phát điện khó đáp ứng nhu cầu sản xuất đặt nên cần phải hòa hai hay nhiều máy phát làm việc song song Em giao đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều chỉnh công suất máy phát làm việc song song” thầy giáo T.S Nguyễn Trọng Thắng hướng dẫn Nội dung thiết kế đồ án: Chương 1: Làm việc song song vấn đề phân phối công suất trạm phát điện nhà máy Chương 2: Vi điều khiển PIC Chương 3: Thiết kế,chế tạo tự động phân chia công suất tác dụng tránh Người dùng nên đề cập đến ngoại vi thích hợp cho bit TRISC set Chú ý: PortC sử dụng trong đồ án làm nhiệm vụ điều chế độ rộng xung, kết nối với mạch động lực Robot Hình 2.6: Sơ đồ khối PortC 2.2.5.4 PortD ghi TRISD Port D TRISD khơng có PIC 28 chân thiết bị PortD port bít với đệm vào Schmitt trigger Mỗi đầu cấu hình riêng biệt đầu vào PortD định cấu port vi xử lý bít (port song song) set bit điều khiển, PSPMODE chế độ đệm đầu vào TTL 43 Hình 2.7: Sơ đồ khối PortD 2.2.5.5 PortE ghi TRISE Port E có chân (RE0/RD/AN5, RE1/WRAN6 RE2/CS/AN7) đầu vào đầu Những đầu có đệm đầu vào Schmitt Trigger.Những chân portE chuyển thành vào/ra điều khiển bit TSTMODE thiết lập Trong chế độ người dùng phải hiểu việc bit TRISE thiết lập định dạng đầu vào số Như ghi ADCON1 định dạng đầu vào/ra số Trong chế độ đầu vào đệm TTL 44 Hình 2.8: Sơ đồ khối PortE Thanh ghi TRISE điều khiển hoạt động port song song Chân portE đa hợp với đầu vào tương tự Khi chọn đầu vào tương tự, đầu đọc „0‟ TRISE điều khiển trực tiếp đầu RE, chí chúng sử dụng đầu vào tương tự Người dùng cần thao tác với chân tương tự cần phải xác định rõ địa Các chân portE đầu vào tương tự số Đặc tính người lập trình quy định nên lập trình, người lập trình phải khai báo địa tính, tính chúng ghi Chú ý: Reset có nguồn, chân định dạng đầu tương tự đọc 45 Chương 3: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG PHÂN CHIA CÔNG SUẤT TÁC DỤNG 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khi nói đến cơng suất lưới điện xoay chiều phải nói đến hai loại cơng suất: cơng suất tác dụng P công suất kháng Q Công suất P công suất sinh công, công suất kháng Q cơng suất đặc trưng cho khả tích phóng lượng điện, từ trường Phân phối cơng suất cho máy chúng làm việc song song với việc thiếu sau cơng tác hịa đồng kết thúc Tại thời điểm tiếp điểm động cầu dao ACB tiếp xúc hoàn toàn với tiếp điểm tĩnh cách ổn định (không gây dao động cố cho lưới điện dẫn đến thiết bị tự động bảo vệ hoạt động để sa thải máy hòa khỏi lưới gây sa thải máy phát cấp điện cho lưới) q trình hịa coi kết thúc thành cơng Lúc này, máy hịa vào chạy khơng cơng suất nhận công suất tác dụng nhỏ cịn cơng suất kháng phụ thuộc vào điện áp thực máy phát so với lưới thời điểm Để cho hệ thống làm việc ổn định có máy làm việc song song việc phân chia công suất cho máy phải đảm bảo tỷ lệ với công suất máy Việc phân phối công suất tác dụng phải thông qua việc thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào động sơ cấp, thường tác động qua servomotor tác động vào điều tốc, phân phối cơng suất kháng phải tác động vào dịng kích từ máy phát Động Diesel đối tượng nhạy cảm với chế độ tốc độ Nếu vòng quay khai thác vượt vòng quay cho phép, chất lượng cơng tác chu trình xấu đi, giảm tính tin cậy, tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm tuổi thọ động cơ, cần phải đảm bảo cho động làm việc khoảng vòng 46 quay cho phép Diesel dùng cho máy phát đồng ln phải có tự động điều chỉnh tốc độ (điều tốc)  CC G D §o I1 §o n1 Đo U1 n Khuyếch đại P2 n tính công suất nđặ cấu đặt tốc độ Khuyếch Khuyếch đại ®¹i Hình 3.1: Sơ đồ chức 47 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 32 Sơ đồ nguyên lý hệ thống hình VCC S4S1 S3S2 S01 R01 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 41 5 10 J1 CON5 CON5 11 VCC 12 13 Y1 14 C04 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0/INT RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/TOCKI RA5/AN4 RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 U02 VDD VDD VSS OSC1/CLKIN1 OSC2/CLKOUT R11 R12 I5 I6 R15 R16 R17 R18 VCC l6 l5 l4 l3 R5 R19 R20 R6 24 R2 RC5 23 R3 RC4 22 RD3 21 RD2 19 RD0 20 RD1 RB[0 7] 31 30 RD7 29 RD6 28 RD5 27 RD4 26 RC7/RXD 25 RC6/TXD VSS RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 32 VCC PIC16887 15 RC0/T1CKI 16 RC1/CPP2 17 RC2/CPP1 18 RC3 X1 N1 X2 N2 40 39 38 37 36 35 34 33 J7 l2 l1 I7 I8 R14 C03 MCLR R13 J6 VCC VCC Hình 3.2: Khối điều khiển trung tâm 1 U173 3 ANOT2 ANOT1 abcdefgp 219764510 abcdefgp R B0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 R B0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 R B0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 RB0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 RB0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 R B0R B1R B2R B3R B4R B5R B6R B7 RB[0 7] ANOT2 ANOT1 219764510 abcdefgp ANOT1 219764510 219764510 219764510 abcdefgp abcdefgp 219764510 l6 U16 ANOT2 U15 Q8 VCC VCC l5 abcdefgp ANOT2 ANOT1 U14 l4 ANOT2 ANOT1 U13 Q7 l3 3 ANOT1 U12 VCC Q6 ANOT2 l2 VCC 1 H×nh 3.3: Hệ thống led hiển thị thông số điều khiển 48 VinRef GNDVoutGND Q4 l1 l2 VCC Q5 l3 VCC l4 3 LM2576T U03 AA C3 BB C2 VCC Q3 U01 VCC l1 Q5 3 VCC Q4 3 VCC Q3 VCC 1 3 U16 l6 l5 VCC U17 10 6 RB0RB1 RB2RB3RB4 RB5RB6RB7 RB0RB1 RB2RB3RB4 RB5RB6RB7 RB0RB1 RB2RB3RB4 RB5RB6RB7 5 10 7 10 abcde fg p 10 abcde fg p ANOT2 ANOT1 ANOT2 abcde fg p ANOT1 ANOT2 ANOT1 abc de fg p U15 Q8 ANOT2 ANOT1 Q7 VCC Q6 U14 RB0RB1 RB2RB3RB4 RB5RB6RB7 R01 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 41 5 10 J1 CON5 CON5 11 VCC 12 13 Y1 MCLR RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/TOCKI RA5/AN4 RE0/AN5 RE1/AN6 RE2/AN7 U02 VDD OSC1/CLKIN1 R15 R16 R17 R18 I5 S2 VCC l6 l5 l4 l3 R6 24 R2 RC5 23 R3 RC4 22 RD3 21 RD2 R11 R12 ISO20 S1 S4 S3 S1 S2 31 30 RD7 29 RD6 28 RD5 27 RD4 26 RC7/RXD 25 RC6/TXD 19 RD0 20 RD1 I5 I6 VCC X1 OSC2/CLKOUT 15 RC0/T1CKI 16 RC1/CPP2 17 RC2/CPP1 18 RC3 X1 N1 X2 N2 VSS RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0 32 VCC R14 C04 VDD 40 39 38 37 36 35 34 33 PIC16887 VSS 14 C03 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0/INT R5 R19 R20 J7 S4 S3 S1 S2 I6 I7 S3 l2 l1 I7 I8 S4 S3 S1 S2 S4 S4 S3 S1 S2 R13 J6 I8 VCC R90 D40 VCC R80 N1 VCC ISO10 LS6 LS5 R100 D30 ISO2 R9 D4 R8 VCC N2 D3 IC2003 VCC_WAVE VCC_WAVE D5 D6 VCC_WAVE J30 C30 3 VCC_WAVE CON2 VCC_WAVE J31 C31 LS4 LS3 ISO1 R10 16 15 14 13 12 11 10 GNDVCC 16 15 14 13 12 11 10 VCC_WAVE VCC D8 VCC_WAVE U39 D9 R70 X2 1 CON2 R7 Hình 3.4 : Hệ thống hiển thị, nút ấn giao tiếp điều khiển động tay ga 49 X1 VCC ISO20 R90 D40 R80 VCC N1 ISO10 LS6 LS5 R100 D30 D9 VCC X2 ISO2 R9 D4 R8 LS3 D5 CON2 R7 VCC_WAVE J30 C30 3 VCC_WAVE D3 D6 VCC_WAVE 2 LS4 VCC_WAVE ISO1 R10 VCC 3 VCC_WAVE N2 16 16 15 15 14 14 13 13 12 12 11 11 10 10 GNDVCC J31 C31 IC2003 VCC 7 U39 VCC_WAVE R70 D8 VCC_WAVE 2 CON2 VinRefGNDVoutGND U01 D01 21 VCC_WAVE 43 J01 LM2576T 12345 U03 AA C3 BB C2 VCC C01 S1 S4 S3 S1 S2 S2 S4 S3 S1 S2 I6 S3 S4 S3 S1 S2 I7 S4 S4 S3 D02 B01 B G R02 D04 C02 I5 I8 Hình 3.5:1 Nguồn 2xung V cung cấp cho điều khiển S1 S2 3.2.1 Trung tâm xử lý tín hiệu Được xây dựng vi điều khiển họ PIC 16F877A, có nhiệm vụ điều khiển toàn hoạt động hệ thống gồm chức năng: truyền thông giao tiếp với thiết bị điều khiển khác, điều chỉnh tăng giảm tay ga, giao 50 tiếp với người sử dụng thông qua hệ thống hiển thị led nút phím ấn 3.2.2 Input/ output Các tín hiệu vào hệ thống hệ thống đo dòng điện điện áp, đầu tiếp điểm rơle để điều khiển động tay ga quay thuận hay nghịch để điều chỉnh mức nhiên liệu phù hợp 3.2.3 Hiển thị giao tiếp Hệ thống hiển thị thông số thông qua đèn led thanh, thông số hiển thị bao gồm trị số dòng điện máy trị số dòng điện tổng hệ thống Người sử dụng đặt lệnh điều khiển, chế độ thơng qua phím ấn chức năng: chấp nhận (OK), thoát (cancel), tăng (increase), giảm (reduce) 3.3 XÂY DỰNG THUẬT TỐN 3.3.1 Các kí hiệu lưu đồ thuật tốn Q trình hoạt động Điều khiển tay Q trình điều khiển có điều kiện 51 Q trình lựa chọn Khối kết thúc Đường 52 3.3.2 Lưu đồ thut toỏn iu khin L-u đồ thuật toán hàm Bắt đầu Khởi tạo thông số Đọc tham số từ nhớ Sai Nút Đúng Hàm cài đặt tham số Đo dòng máy phát I Truyền thông số I1 Nhận thông số Cập nhật tham số Tính công suất P1 Tính công suất L-u tham số vào EEPROM Hàm điều chỉnh Sai Yêu cầu dừng Đúng Phát yêu cầu dừng cho điều Kết thúc Hình 3.6: Lưu đồ thuật tốn hàm 53 L-u đồ thuật toán hàm điều chỉnh tay ga: hàm điều chỉnh tay ga đ-ợc cập nhật hoạt động liên tục theo chu kỳ, lần đ-ợc gọi nã thùc hiƯn c¸c sau: tht to¸n B đầu CËp nhËt c«ng suÊt P , P o P1