Điều khiển chuyển động của máy điều tốc turbine thuỷ điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Ngun ®øc quang ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỀU TỐC TURBINE THỦY ĐIỆN HÀ NỘI - 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Ngun ®øc quang ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CA MY IU TC TURBINE THY IN Chuyên ngành : tự động hoá Người hướng dẫn khoa học : Pgs.ts.nguyễn văn liễn H NI - 2008 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn thực thân hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn với tài liệu đà trích dẫn phần tài liệu tham khảo phần cuối luận văn Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2008 Học viên: Nguyễn Đức Quang Nguyễn Đức Quang Tự động hoá 06-08 mục lục Lời cam đoan Lời nói đầu ch­¬ng tæng quan 1.1.Máy phát điện .6 1.2.Tổng quan nhà máy thuỷ ®iƯn 1.2.1.T×nh h×nh phát triển thuỷ điện 1.2.2 Nguyên lý hoạt động chung nhà máy thuỷ điện 11 1.2.3 Phân loại nhà máy thuỷ điện 11 1.2.4 Cấu tạo nhà máy thuỷ điện 13 1.2.5.HƯ ®iỊu khiển công suất nhà máy thuỷ điện 18 Chương II Cấu trúc Hệ điều chỉnh tuabin 25 2.1 Khái niêm chung .25 2.2 Ph©n loại tuabin 26 2.2.1 Tuabin ph¶n kÝch 27 2.2.2.Tuabin h­íng trơc 27 2.2.3 Tuabin t©m trơc 28 2.2.4 Tuabin h­íng chÐo 29 2.2.5.Tuabin xung lùc 30 2.2.6.Tuabin g¸o 30 2.2.7.Tuabin tia nghiªng 31 2.2.8 Tuabin t¸c dơng kÐp 31 2.3 CÊu t¹o tuabin KapLan .31 2.3.1.Buång tuabin 32 2.3.2 Stato 32 2.3.3 Bé phËn h­íng n­íc 33 2.3.4 Bánh xe công tác tuabin 33 2.3.5 Trơc vµ ỉ trơc 34 2.3.6 C¸c bé phËn phơ cđa tuabin 34 2.4 Các thông số ®Ỉc tÝnh tÝnh tuabin 35 2.4.1 Cét ¸p tuabin 35 2.4.2 L­u l­ỵng tuabin 36 2.4.3 C«ng suÊt 36 2.4.4 HiÖu suÊt 37 2.4.5 Đường kính bánh xe công tác số vòng quay cđa tuabin 37 2.5 HƯ thèng ®iỊu chØnh tuabin n­íc 38 2.5.1 Các yêu cầu với hệ điều tốc tuabin 38 2.5.2 Đặc điểm hệ thèng ®iỊu chØnh tuabin 38 2.5.3 Đặc tính hệ thống điều chỉnh tuabin 40 2.5.4 Phân loại ®iÒu tèc 44 Nguyễn Đức Quang Tự động hoá 06-08 2.5.5 CÊu tróc cđa hƯ thèng ®iỊu chØnh tuabin n­íc 50 2.5.6 Tính toán thông số điều tốc Turbine 53 Chương III Tổng hợp hệ thống điều tốc tuabin 61 3.1 Đặt vấn đề 61 3.2 Mô hình toán häc 62 3.2.1 Kh©u tuabin: 62 3.2.2.Khâu khuyếch đại 63 3.2.3.C¸c khâu đo 65 3.3.Tỉng hỵp hƯ thèng 66 3.3.1 Tỉng hỵp mạch vòng vị trí 66 3.3.2.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ 67 3.3.3.M« pháng hƯ thèng ®iỊu chØnh Turbine 69 chương xây dựng điều khiển máy điều tèc sư dơng vi ®iỊu khiĨn atmega32 cđa atmel 73 4.1.Phương pháp điện tử số kỹ tht vi xư lý 73 4.2 vi ®iỊu khiÓn atmel atmega32 75 4.3.xây dựng phần cứng .80 4.3.1 Sơ đồ nguyên lý Khối MCU, nạp ISP truyền thông RS232 80 4.3.2.Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LED 82 4.3.3.Sơ đồ nguyên lý khối biÕn ®ỉi D /A : 83 4.3.4 Khâu đo tốc độ 85 4.4.x©y dùng phÇn mỊm .87 4.4.1.Chương trình Atmega32 87 4.4.2.Phần mềm giao tiếp máy tính Visual Basic 89 kÕt luËn 92 Tài liệu tham khảo 94 TiÕng ViÖt 94 TiÕng Anh 94 Phô lôc 95 Phô lôc : 95 Ch­¬ng trình viết Atmega32 CodeVisionAVR 95 Phụ lục 2: 106 Chương trình giao tiếp máy tính Visual Basic 6.0 106 Nguyễn Đức Quang Tự động hoá 06-08 Tóm tắt nội dung luận văn Tên đề tài : Điều khiển chuyển động máy điều tốc turbine thuỷ điện Luận văn nghiên cứu vấn đề sau : Nghiên cứu tổng quan máy phát điện, nhà máy thuỷ điện, tuabin thuỷ, thiết bị thuỷ lực, phương pháp điều tốc tuabin thuỷ Các loại tuabin thuỷ : Tuabin phản kích, tuabin h­íng trơc, tuabin t©m trơc, tuabin h­íng chÐo, tuabin xung lực, tuabin gáo, tuabin tia nghiêng, tuabin tác dụng kép, tuabin Kaplan Các thông số đặc tính tuabin, cột áp tuabin, lưu lượng tuabin, công suất, hiệu suất, đường kính bánh xe công tác, số vòng quay tuabin Hệ thống điều chỉnh tuabin nước : Các yêu cầu hệ thống điều chỉnh tuabin nước, đặc ®iĨm cđa hƯ thèng ®iỊu chØnh tuabin, ®Ỉc tÝnh cđa hệ điều chỉnh tuabin, điều tốc gián tiếp, trực tiếp Nghiên cứu nguyên lý, tính toán thông số điều tốc tuabin, thông số đặc trưng, cánh hướng, động secvo cụm bơm, động tiếp lực, thiết bị dầu áp lực Tổng hợp hệ thống điều chỉnh tuabin: Mô hình toán học hệ thống, khâu hệ thống điều tốc tuabin , khâu đo tín hiệu, khâu khuyếch đại, đo vị trí, khâu đo tốc độ, tần số Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh, mạch vòng điều chỉnh vị trí, mạch vòng điều chỉnh tốc độ, xây dựng sơ đồ cấu trúc mô hệ thống điều chỉnh tuabin phần mềm Matlab Simulink Hiệu chỉnh thông số điều tốc để đạt tiªu nh­ mong muèn Sau nghiªn cøu lý thuyÕt tổng quan, tổng hợp hệ thống xây dựng điều khiển đạt tiêu đề ra, luận văn nghiên cứu xây dựng hệ thống điều tèc tuabin dïng vi ®iỊu khiĨn Atmega32 cđa Atmel víi nội dung sau : - Xây dựng phần cứng hệ thống điều khiển - Xây dựng phần mềm Atmega32 - Xây dựng phần mềm giao tiếp máy tính Visual Basic Luận văn đà hoàn thành việc nghiên cứu lý thuyết tổng quan, mô hệ thống đạt đựơc tiêu đồng thời mở hướng nghiên cứu phát triển nhằm mục đích xây dựng điều tốc tuabin ứng dụng vµo thùc tÕ sum up of the composition contents by English Title of Compostion : Control machine hydro turbine speed Composition research for machine of generator electrical, hydro power station, hydro turbine, equipment hydro machine, methods control speed of hydro turbine The kinds of hydro turbine : axial hydro turbine, centripetal hydro turbine, conter attack hydro turbine, diper hydro turbine, turn sideways hydro turbine, Kaplan hydro turbine, acror hydro turbine The parameter and property of hydro turbine, pressure of column water, discharge of turbine, power, performance of turbine Controller hydro turbine system, requirements in control hydro turbine speed, property, direct hydro turbine speed control, indirect hydro turbine speed control Rerearch for principle, calculator main parameters of department hydro turbine control speed, special parameters, blade water, secvor motor and pump department, equipments pressure, strength motor, petroleum pressure Synthetization hydro turbine control speed system, model math parameter of system The componentor of measure sign, amplifier componentor, position componentor, speed componentor, frequence componentor Synthetization circle control, circle position control, circle speed control, build struction and reproduce system control by Matlab Simulink software, adjustment the parameters to reach standard system Designed components position and speed control with Atmega32 micro controller of Atmel Corpozation : - Designed hardware for Aplication - Designed software for Aplication - Interface with Computer by RS232 USART Composition had finished research theoretics and reproduce This system had reached standard controls and open ways to research for application in the future of hydro turbine speed controller Lời nói đầu Tuabine thủy thiết bị quan trọng nhà máy thđy ®iƯn, viƯc ®iỊu chØnh tèc ®é tuabine thđy ®iƯn định tiêu kỹ thuật nhà máy điện, khả ổn định tần số, máy phát Thực tế đà có nhiều nghiên cứu tuabine thủy phương pháp điều tốc tuabine thủy Trong phạm vi đồ án này, tập trung nghiên cứu lý luận tổng quan, phương pháp thiết kế , xây dựng điều tốc tuabine thủy điện, đưa phương án thiết kế điều tốc sử dụng vi ®iỊu khiĨn Atmega32 cđa h·ng Atmel Trong thêi gian kh«ng dài, đồ án đà hoàn thành yêu cầu đặt tính toán thiết kế hệ thống điều tốc tuabine thủy điện Xây dựng hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển Atmega32 với đầy đủ chức năng, đồng thời nghiên cứu, phát triển khả quản lý, thu thập liệu điều khiển máy tính Luận văn gồm phần liên quan chặt chẽ với nhau, phần nghiên cứu xây dựng hệ thống điều chỉnh tuabin thuỷ lực phần nghiên cứu ứng dụng Vi điều khiển Atmega32 hÃng Atmel để thiết kế hệ thống điều khiển Toàn luận văn chia thành chương: - Chương : Tổng quan - Chương : Cấu trúc hệ điều chỉnh Turbine - Chương : Tổng hợp hệ thống điều tốc Turbine - Chương : Xây dựng điều khiển máy điều tốc sử dụng Vi điều khiển Atmega32 Atmel Được hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, đà hoàn thành đồ án đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề tài Do thời gian kinh nghiệm có hạn, vấn đề điều tốc tuabin vấn đề quan trọng phụ thuộc nhiều yếu tố nên luận văn nhiều điểm cần tiếp tục nghiên cứu phát triển Nguyễn Đức Quang Tự động hoá 06-08 tương lai Tôi mong nhận đóng góp ý kiến thày cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thày cô giáo môn Tự động hoá, đặc biệt PGS.TS Nguyễn Văn Liễn đà tận tình giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực luận văn Học viên : Nguyễn Đức Quang Nguyễn Đức Quang Tự động hoá 06-08 Chương Tổng quan chương tổng quan 1.1.Máy phát điện Mỏy in ng b c s dụng rộng rãi công nghiệp Phạm vi sử dụng biến đổi thành điện năng, nghĩa làm máy phát điện, điện ba pha sủ dụng chủ yếu kinh tế quốc dân, đời sống sản xuất từ máy phát điện quay tua bin , tuabin khí tuabin nước Máy điện đồng cịn dùng làm động cơ, đặc biệt thiết bị lớn khác với động khơng đồng bộ, chúng có khả phát cơng suất phản kháng Thơng thường máy điện đồng tính tốn cho chúng có khả phát cơng suất phản kháng gần công suất tác dụng Máy phát điện đồng : Máy phát điện đồng thường kéo tuabin tuabin nước gọi máy phát tuabin máy phát tuabin nước Máy phát tuabin có tốc độ quay cao chế tạo theo kiểu cực ẩn Và có trục máy nằm ngang, máy phát tuabin nước thường có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi nói chung trục máy đặt thẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện có cơng st nhỏ cần di động thường dùng điêzen, máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi Kết cấu : Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng , ta xét riêng rẽ kết cấu máy cực ẩn máy cực lồi a Kết cấu máy đồng cực ẩn Rôto máy đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia Ngun §øc Quang Tự động hoá 06-08 Phụ lục // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x04; // USART initialization // Communication Parameters: Data, Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0x98; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; //UDR='a'; // Global enable interrupts #asm("sei") while(1){ putchar(ReceiveTest); delay_ms(2) ; /* delay_ms(100); putchar(65); delay_ms(100); putchar(65); delay_ms(100); Ngun §øc Quang 104 Tự động hoá 06-08 Phụ lục */ } /*while (1) { Text[0][0]=UDR; LastName[0][0]=UDR; // Place your code here };*/ //for (i=0;i