Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Giải pháp nâng cao hệ số công suất COS của động cơ đồng bộ công suất lớn
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ THỊ HẢI YẾN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Thái Nguyên - 2020 ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ THỊ HẢI YẾN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Hữu Công Thái Nguyên - 2020 TS Vũ Ngọc Kiên iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi dựa hướng dẫn tập thể nhà khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Kết nghiên cứu trung thực Thái Nguyên, ngày 02 tháng 11 năm 2020 Học viên Lê Thị Hải Yến iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH (HÌNH VẼ, ẢNH CHỤP, ĐỒ THỊ ) vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN KINH ĐIỂN PID 1.1 Tổng quan lý thuyết điều khiển kinh điển PID 1.1.1 tổng quan điều khiển PID 1.1.2 phương pháp tổng hợp điều khiển PID 2.2 Tìm hiểu điều khiển pid plc s7 1200 2.2.1 giới thiệu plc s7 1200 2.2.2 điều khiển pid plc s7 1200 17 2.2.3 phương pháp khai báo cài đặt điều khiển PID_Compact 23 1.3 Kết luận chương 29 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CƠNG SUẤT LỚN 31 2.1 Tổng quan điều khiển kích từ động đồng 31 2.1.1 Tổng quan 31 2.1.2 Điều khiển kích từ động đồng 34 2.2 Mơ hình tốn động đồng 35 2.2.1 Sơ đồ mạch điện thay đồ thị véc tơ 35 2.2.2 Công suất động đồng 38 2.2.3 Sự ảnh hưởng tải dịng điện phần ứng, góc cơng suất hệ số công suất 39 2.3 Mơ hình tốn động đồng hệ trục tọa độ véc tơ không gian 42 2.3.1 Phương trình điện áp, từ thơng mơ men động đồng 42 2.3.2 Phương trình liên hệ điện áp từ thông biến tham chiếu .50 2.3.3 Phương trình thay mạch điện tương đương Park 50 2.4 Kết luận chương 51 v CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SUẤT COS CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN 52 3.1 Đánh giá số nghiên cứu nước 52 3.1.1 Một số nghiên cứu nước 52 3.1.2 Một số nghiên cứu nước 56 3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển 59 3.2.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển 59 3.2.2 Xây dựng sơ đồ mô matlab simulink .60 3.3 Thử nghiệm thuật tốn mơ hình thực nghiệm 67 3.3.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm 67 3.3.2 Kết thực nghiệm 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT ĐẦY ĐỦ Ý NGHĨA N North Cực bắc S South Cực nam PF Power factor Hệ số công suất SCR Semiconductor Controlled Bộ điều khiển chỉnh lưu bán Rectifier dẫn FB Feedback Phản hồi REF Reference Tham chiếu SM Synchronous Machine Máy điện đồng PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung A/D Analog to Digital Chuyển đổi tương tự sang số 10 D/A Digital to Analog Chuyển đổi số sang tương tự 11 V/f Voltage/frequency Tỉ số điện áp/ tần số 12 PMSM Permanent Magnet Động đồng kích thích Synchronous Motor nam châm vĩnh cửu 13 BAKT Biến áp kích từ 14 CL1 Bộ chỉnh lưu 15 CL2 Bộ chỉnh lưu 16 HMI Human Machine Interface Màn hình giao tiếp người máy 17 SCADA Supervisory control and Điều khiển giám sát thu vii data acquisition thập liệu 18 SCR Silicon controlled rectifier Bộ chỉnh lưu bán dẫn 19 HSC High speed counter Đọc xung tốc độ cao viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Hình 1.1 Cấu trúc điều khiển PID Hình 1.2 Đặc tính động điều khiển PID Hình 1.3 Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S Bảng 1.1: Các thông số điều khiển P, PI, PID theo phương pháp ZeiglerNichols với hệ hở có đáng ứng đầu với thơng số KK gh Hình 1.4 Đáp ứng độ hệ kín tín hiệu vào dạng nấc Bảng 1.2: Của điều khiển P, PI, PID theo phương pháp Zeigler-Nichols với hệ kín dạng chuẩn Hình 1.5 PLC S7-1200 kèm phần mềm lập trình tự động hóa tích hợp Hinh 1.6 PLC S7 – 1200 module mở rộng 11 Hinh 1.7 Hình dạng bên S7 – 1200 (CPU 1212C) 12 Hình 1.8 Cấu trúc bên PLC S7 1200 14 Hình 19 Hình ảnh số loại Modul mở rộng PLC S7 1200 14 Hình 1.10 Sơ đồ nối dây cho CPU 1212C AC/DC/RLY 15 Hình 1.11 Sơ đồ nối dây cho Modul mở rộng SM1232 AQ2x14bit 16 Hình 1.12 Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID PLC S7 1200 18 Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc khối PIDT1 Anti Windup điều khiển PID PLC S7 1200 19 Hình 1.14 Sơ đồ khối làm việc lệnh PID_Compact PLC S7 1200 20 Hình 1.15 Đặt tên Project 23 Hình 1.16 Chọn CPU phù hợp 24 Hình 1.17 Khai báo khối chương trình ngắt xử lý PID 24 Hình 1.18 Khai báo khối PID 24 Hình 1.19 Khai báo đầu vào/ra cho khối PID theo yêu cầu cơng nghệ 25 Hình 1.20 Cấu hình loại điều khiển 25 Hình 1.21 Thiết lập loại tín hiệu vào/ra 26 Hình 1.22 Thiết lập mức cao mức thấp giá trị vật lý điều khiển 26 Hình 1.23 Các tham số điều khiển 27 Hình 1.24 Đặt địa cho PLC 27 Hình 1.25 Đặt địa cho máy tính 28 Hình 1.26 Tham số điều khiển PID sau thiết kế (Kp = 0.02; Ti = 0.2; Td = 0.026) 29 ix Hình 2.1 Các thành phần cấu tạo Động đồng công suất lớn 31 Hình 2.2 Stator Động đồng 31 Hình 2.3 Rotor cực lồi 32 Hình 2.4 Rotor cực ẩn 32 Hình 2.5 Hệ thống chổi than, vành trượt 33 Hình 2.6 Sự tương tác từ trường quay từ trường không đổi làm cho chúng đạt tốc độ đồng 35 Hình 2.7 Sự hình thành từ trường quay máy điện pha 36 Hình 2.8 Sự tương tác từ trường Stator từ trường Rotor 37 Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện thay pha 37 Hình 2.10 Đồ thị véc tơ dòng – áp động đồng 38 Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện thay đồ thị véc tơ động đồng bỏ qua điện trở phần ứng 38 Hình 2.12 Đồ thị véc tơ động đồng tải thay đổi 40 Hình 2.13 Sự ảnh hưởng nguồn kích từ đến hiệu suất làm việc 40 Hình 2.14 Họ đường cong V động đồng 42 Hình 2.15 Máy điện đồng hai cực, ba pha, nối sai, cực lồi [1] 43 Hình 3.1 Điều khiển kích từ động đồng có chổi than 52 Hình 3.2 Rotor động chổi than loại cực lồi 53 Hình 3.3 Điều khiển kích từ động đồng khơng chổi than 53 Hình 3.4 Rotor động không chổi than loại cực lồi 53 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc điều khiển kích từ ổn định hệ số Cos [23] 54 Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển kết mô [24] 54 Hình 3.7 Cấu trúc điều khiển kết mô [25] 55 Hình 3.8 Sơ đồ khối điều khiển kích từ GE Multilin Inc 56 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện pha 56 Hình 3.10 Sơ đồ ngun lý chỉnh lưu có điều khiển bơm dòng DC cho Rotor động đồng đến 3000kW 57 Hình 3.11 Sơ đồ chức khối điều khiển pha xung 58 Hình 3.12 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kích từ cơng ty cổ phần điện tử ASO 59 Hình 3.13 Cơ đồ cấu trúc điều chỉnh hệ số công suất 60 Hình 3.14 Lưu trình làm việc hệ thống điều khiển kích từ động đồng công suất lớn 61 x Hình 3.15 Mơ hình mơ Matlab Simulink 62 Hình 3.16 Thư viện máy điện đồng Simulink 62 Hình 3.17 Các khối chức bên mơ hình mơ máy điện đồng 63 Hình 3.18 Khối tổng hợp tín hiệu khí 63 Hình 3.19 Khối tổng hợp tín hiệu điện 64 Hình 3.20 Khối tổng hợp tín hiệu đo lường 64 Bảng 3.1 Các thông số tín hiệu khối đo lường 65 Hình 3.21 Thơng số điều khiển PID 65 Bảng 3.2 Số liệu mô phỏng: 66 Hình 3.22 Kết mô điều khiển tự động dò ổn định giá trị Cosφ tối ưu 67 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động mơ hình thực nghiệm 67 Hình 3.23 Động đồng 500kW 68 Hình 3.24 Sơ đồ khối chức mơ hình thực nghiệm động đồng 500kW 69 Hình 3.25 Tủ điều khiển kích từ động đồng 500kW 70 Hình 3.26 Đặc tính ổn định giá trị Cos 72 Hình 3.27 Điện áp DC sau khối chỉnh lưu Thyristor 72 60 - Xác định giá trị Cosφ tối ưu dòng điện Stator nhỏ nhất, lượng tiêu hao - Chốt giá trị Cosφ tối ưu lựa chọn làm giá trị đặt cho trình điều khiển sau Lưu trình làm việc trình bày hình 3.14 Hình 3.14 Lưu trình làm việc hệ thống điều khiển kích từ động đồng công suất lớn 61 3.2.2 Xây dựng sơ đồ mô Matlab Simulink a Sơ đồ mô Sơ đồ mô Matlab Simulink xây dựng hình 3.15 TAI -1 m Pm N A A a aA A B B b bB B Rate Limiter Uf (pu) Vf_ C cC [S] Q R !Q C DONG CO DONG BO -K- C MAY CAT A NGUON LUOI c B C "Bat dong bo" Latch R_Dap tu kW Uf (pu) "Bat dong bo" >= 0.9 Scope AND Logical Operator Scope round Fuzzy Logic Controller 0.99 Cosphi_Setpoint Rounding Function PID In1 Out1 PID Controller Rectifier Thyristor bridge Hình 3.15 Mơ hình mơ Matlab Simulink Mơ hình máy điện đồng xây dựng thư viện Matlab Simulink mô tả hình 3.16 m Pm A B Vf_ C Pm: Cơng suất trục máy (pu) Synchronous Machine Trong chế độ máy phát, đầu vào số pu Fundamental Hình 3.16 Thư viện máy điện hàm dương Trong chế độ động cơ, thường số âm hàm đồng Simulink Vf: Nguồn cấp kích từ DC máy, đầu nguồn chỉnh lưu kích từ m: Đầu khối tín hiệu đo Chúng ta phân tách tín hiệu cách sử dụng khối Bus Selector có sẵn thư viện Simulink Tùy thuộc vào loại tín hiệu mà cần sử dụng để lấy ra, đơn vị hệ pu A, B, C: Nguồn cấp cho Stator 62 Sơ đồ chi tiết chức khối máy điện đồng trình bày hình từ 3.17 đến 3.20 B A powersysdomain C From Goto [tp0b06e714_8328_4f10_b0ac_8264cd7fe65b] v i tp9d4bb40f_fe38_46d3_bb01_7f89796ae8bc vf m Vf_ m_e theta_e m m Te we m_m m Te Measurement list Electrical model theta_e Continuous input we Pm Mechanical model Continuous Pm input Hình 3.17 Các khối chức bên mơ hình mơ máy điện đồng This subsystem models the mechanical part of the synchronous machine nom speed Pm / -K- input 1_(2H) -K- 1/s we n dw Rotor speed deviation (dw) -K- web1 Rotor angle dtheta -K- 1/s d_theta (rad) theta_e web2 -KClock d_theta (rad) -K1 Te -K- Pe Te n n Pe t -K- 1/s theta rem(u,2*pi) -K- d_theta (rad) -K- Hình 3.18 Khối tổng hợp tín hiệu khí Te Pe Mechanical dw theta theta Te m 63 qd2abc abc2qd v cos,sin sin,cos ia,ib is(A) iabc i vq v theta phiq vd iq,id iq,id phi_q is(pu) theta_e phi_d phikq2 phi_q u[1]*u[3]-u[2]*u[4] Te electrical torque Te iq,id phikq1 Vkq1 Vf Vf d currents and mutual fluxes vf iq,id phid we phi_d Vq phifd Peo m Vd Qeo Iq PQ phikd In1 Out1 In2 vkd Cosphi caculate Vq delta Vd Delta angle Hình 3.19 Khối tổng hợp tín hiệu điện is_a (pu) is_b (pu) Stator current is_c (pu) Stator current iq (pu) Stator current id (pu) Field current ifd (pu) Damper winding current ikq1 (pu) Damper winding current ikq2 (pu) m_e dq0 components Damper winding current ikd (pu) Mutual flux phimq (pu) Mutual flux phimd (pu) Stator voltage vq (pu) Stator voltage vd (pu) Load angle delta (deg) m Output activ e power Peo (pu) Output reactiv e power Qeo (pu) cosphi Rotor angle dev iation d_theta (rad) Rotor speed wm (pu) m_m Electrical power Pe (pu) Mechanical Rotor speed dev iation dw (pu) Rotor mechanical angle theta (deg) Electromagnetic torque Te (pu) Hình 3.20 Khối tổng hợp tín hiệu đo lường 64 Các tín hiệu đo lường giải thích bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thơng số tín hiệu khối đo lường Tên Định nghĩa Tên Định nghĩa ias Dòng điện Stator pha A phimd Từ trường hỗ cảm trục d ibs Dòng điện Stator pha B vq Điện áp stator trục q ics Dòng điện Stator pha C vd Điện áp Stator trục d iq Dòng điện trục q w Tốc độ Rotor id Dịng điện trục d Pe Cơng suất điện từ ifd Dòng từ trường trục d dw Đạo hàm tốc độ Rotor ikq1 Dịng điện cuộn lồng sóc trục q ikq1 Te Mơ men điện từ ikq2 Dịng điện cuộn lồng sóc trục q ikq2 delta Góc cơng suất ikd Dịng điện cuộn lồng sóc trục d ikd Pe0 Công suất tác dụng Qe0 Công suất phản kháng phimq Từ trường hỗ cảm trục q Thông số điều khiển xác định theo phương pháp Ziegler – Nechols, kết hợp với mơ hình thực nghiệm để xác định Giá trị cụ thể hình 3.22 Hình 3.21 Thông số điều khiển PID b Kết mô Số liệu mô nhập vào thư viện khối động đồng bảng 3.2 65 Bảng 3.2 Số liệu mô phỏng: Thông số Cuộn Stator Cuộn lồng sóc Ký hiệu Giá trị Đơn vị Rs 0.03788 pu Ll 0.08 pu Lmd 2.16 pu Lmq 0.94 pu Rkd 0.1463 pu Llkd 0.30485 pu Rkq1 0.05754 pu Llkq1 0.05281 pu Thông số Cuộn Rotor Giá trị bắt đầu dịng Stator Nguồn kích từ Ký hiệu Giá trị Đơn vị Rf 0.02124 pu Llfd 0.1719 pu ia pu ib pu ic pu pha Độ phb Độ phc Độ Vf pu Lúc bắt đầu khởi động, sức điện động tự cảm phía cuộn dây Rotor lớn, gây hại cho động cơ, lúc điện trở dập từ đưa vào để dập sức điện động tự cảm, đồng thời không đưa nguồn chiều vào Động khởi động động không đồng nhờ cuộn lồng sóc Khi đủ điều kiện vào đồng bộ, nguồn kích từ DC đưa vào, đồng thời điện trở dập từ loại ra, động vào chế độ đồng đạt tốc độ định mức, trình khởi động kết thúc Khi khởi động xong, Bộ điều khiển tự động nhận dạng giá trị Cosφ tối ưu Sau thuật tốn PID PLC S 1200 đưa vào để ổn định giá trị Kết mơ hình 3.22 cho thấy điều khiển đáp ứng tốt yêu cầu 66 Hình 3.22 Kết mơ điều khiển tự động dò ổn định giá trị Cosφ tối ưu 3.3 THỬ NGHIỆM THUẬT TỐN TRÊN MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 3.3.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm Mơ hình thực nghiệm học viên phối hợp với công ty cổ phần điện tử ASO sở thực đề tài nghiên cứu khoa học cấp năm 2018, tên đề tài: “Thiết kế tủ điện điều khiển phần mềm điều khiển giam sát cho hệ thống kích từ động cơng suất lớn”, Mã số: B2018-TNA-58, Ths NCS Dương Quốc Hưng làm chủ nhiệm đề tài, thử nghiệm động đồng công suất 500kW, tải động máy bơm trạm bơm Cổ Đam – Công ty TNHH MTV Khai thác cơng trình thủy lợi Bắc Nam Hà Thông số cụ thể động bảng 3.3 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật động mơ hình thực nghiệm Thơng số kỹ thuật Giá trị Mã Hiệu βСДН – 16 – 41 -20T Công suất 500kW Điện áp định mức Stator 6kVac Tần số dòng điện Stator 50Hz STT 67 Tốc độ đồng 300v/phút Cos 0.9 Điện áp kích từ Rotor 57Vdc Dịng kích từ Rotor 227A Hình 3.23 Động đồng 500kW Sơ đồ cấu trúc khối mơ hình thực nghiệm trình bày hình 3.24 Trong đó, chức khối mô tả sau: + BAKT: Là máy biến áp kích từ, hạ điện áp từ 380Vac xuống cấp điện áp thích hợp để đưa vào chỉnh lưu cầu Thyristor + CL1 CL2: Là hai chỉnh lưu Thyristor cầu pha để tạo nguồn kích từ DC Trong có hoạt động để dự phòng 68 + Điện trở dập từ Modul đóng cắt điện trở dập từ: Khi bắt đầu khởi động, điện áp cao cảm ứng cuộn dây Rotor Điện áp phá hỏng cách điện cuộn dây Rotor Do để giải tán sức điện động này, đồng thời giảm dịng khởi động phía Stator tăng mô men khởi động, ta sử dụng điện trở mắc song song với cuộn dây Rotor, dòng điện cảm ứng khép mạch qua cuộn dây Rotor “Đóng cắt điện chở dập từ” gồm Thyristor mắc song song ngược điều khiển mở góc 00 nửa chu kỳ dương âm điện áp cảm ứng khởi động B C A AT1 TI1 D A A A RƠLE Số ĐA NĂNG D Màn h×nh HMI KM1 B AK T +T _ -T1 _ ZC +T _ -T2 _ Bộ ĐIềU KHIểN TRUNG TÂM PLC +T _ -T4 _ +T _ -T5 _ TI2 +T _ -T6 _ +T _ -T1 _ C F3 F3 F2 F2 F1 F1 32 +T _ -T2 _ 22 32 22 32 +T _ -T3 _ 22 +T _ -T4 _ CL1 T6 _ T1 _ Đ ến Se nsor nhiệt đ ộ Thyristor WR1 C AM R UN MODUL ĐIềU KHIểN PHáT XUNG CHØNH lu Dù PHßNG ST OP DK +T _ -T5 _ CL2 T6 _ § ến Se nsor nhiệt đ ộ độn g MODUL ĐIềU KHIểN PHáT XUNG CHỉNH LƯU CHíNH +T _ -T3 _ T1 _ T2 _ T3 _ T4 _ T5 _ T2 _ T3 _ T4 _ T5 _ 32 +T -T7 MODUL §IỊU KHIĨN DËP Tõ +T -T8 22 BV MODUL MODULCHUÈN CHUÈNHãA HãATÝN TÝNHIÖU HIÖU B C AU 0 A RE MC 22 KM1 32 KM2 +T _ -T6 _ C AU 0 A B RE 221 222 223 224 225 321 322 323 324 325 Liên lạ c đ ến tủ má y cắ t KM2 TI1: Bộ biến dòng 100/5 AT1 : Aptomat 3P 75A KM1: Contactor 3P 100A BAKT : BiÕn ¸p kÝch tõ 30kVA AT2 : Aptomat 3P 300A TI2: Bé biÕn dßng 300/5 AT3 : Aptomat 3P 300A F1, F2, F3 : Cầu chì 400A SC D MC TU DT T7 ZC: Biến dòng thứ tự không W TI3 T8 DT : Bộ đóng/cắt phi tiếp điểm dËp tõ SDC: Sensor dßng DC R dt C KT U TI3: Bộ biến dòng trung áp TU1: Biến đo lường trung áp MC : Máy cắt trung áp 6kV S A KM2: Contactor 3P 300A KM3: Contactor 3P 300A M: Động đồng 500kW Rdt : Điện trë dËp tõ CL1: Bé cÇu chØnh lu chÝnh CL2: Bộ cầu chỉnh lưu dự phòng A M 50 0kW /6 kV SƠ Đồ NGUYÊN Lý Hệ THốNG KíCH Từ ĐộNG CƠ 500KW CÔNG TY TNHH ĐạI HọC Kỹ THUậT CÔNG NGHIệP Thiết kế: Nguyễn Thế Cường Hệ thống điều khiển kích từ động đồng Hỡnh 3.24 S đồ khối chức mơ hình thực nghiệm động đồng 500kW Ngêi vÏ: NguyÔn ThÕ Cêng Cì b¶n vÏ: A4 Trang sè : 5/6 + Modul điều khiển phát xung chỉnh lưu: Là modul phát xung tới cầu chỉnh lưu, thời điểm có modul làm việc, lại sử dụng làm dự phòng + Modul điều khiển dập từ: Gồm linh kiện tạo xung để đóng/mở Thyristor mắc song song ngược (T7 T8) “Modul đóng cắt trở dập từ” Khi bắt đầu khởi động, modul xuất xung để mở thyristor đưa trở dập từ vào Khi đến thời điểm “bắt” đồng Nó ngừng cấp xung để khóa thyristor lại + Mạch tín hiệu phản hồi: Đây mạch quan trọng, làm từ chip vi xử lý tốc độ cao linh kiện điện tử khác Nó có chức thu thập chuẩn hóa tín hiệu phía Stator phía Rotor để gửi điều khiển trung tâm Căn 69 vào tín hiệu gửi này, điều khiển trung tâm lựa chọn thời gian "bắt" đồng trình khởi động điều khiển nguồn kích thích DC trình làm việc + Bộ điều khiển trung tâm: Được lập trình theo thuật tốn để khởi động động tối ưu hóa q trình làm việc + Màn hình HMI: sử dụng để thiết lập thông số điều khiển, chế độ làm việc hiển thị thơng số q trình vận hành + Các Biến dòng đo lường, biến áp đo lường phía stator, rotor: Để chuyển đổi thơng số động lực thành tín hiệu đưa mạch tín hiệu phản hồi đưa vào rơle kỹ thuật số để bảo vệ phía Stator động + Ngồi ra, hệ thống cịn có tín hiệu logic vào/ra thiết bị địng/cắt khác… Hình 3.25 Tủ điều khiển kích từ động đồng 500kW Nguyên lý hoạt động hệ thống Khi đảm bảo điều kiện cho phép hoạt động có lệnh khởi động từ máy cắt 6kV hệ thống điện trở dập từ hoạt động để nối tắt dây Roto dập từ trường cảm ứng dây Rotor trình khởi động động chế độ không đồng Việc thêm điện trở vào đồng thời tăng mô men khởi động cho động Trong thời 70 gian đầu động khởi động chế độ không đồng Trong thời gian đầu động khởi động chế độ không đồng với hệ số trượt S từ giảm dần đến Hệ thống thiết kế cảm biến đo tốc độ động đo tần số Rotor Để đảm bảo không bị trễ tín hiệu Contactor KM2 đóng từ lúc bắt đầu khởi động, nhiên xung chưa cấp vào chỉnh lưu cầu, Rotor chưa cấp kích từ Khi đủ điều kiện “bắt” đồng bộ, xung gửi từ phát xung đến chỉnh lưu để tạo điện áp DC cấp vào Rotor động Trong trình làm việc Hệ thống kích từ tự động điều chỉnh dịng điện kích từ phù hợp để đảm bảo ổn định giá trị Cos theo yêu cầu vận hành thuật tốn PID kinh điển Hệ thống kích từ đóng vào sở hịa đồng xác tần số quay động với tần số lưới điện để đảm bảo khơng có tượng tăng dòng đột ngột chỉnh lưu Thyristor gây hư hỏng Thyristor hệ thống 3.3.2 Kết thực nghiệm Kết thử nghiệm cho động làm việc tốt chế độ tự động tay, chế độ tự động, có lệnh dị hệ số cơng suất tối ưu, điều khiển tự dò giá trị khoảng thời gian 30s sau khởi động ổn định Kết thúc q trình dị, hệ thống đưa giá trị Cos tối ưu tự động điều chỉnh dịng kích từ để ổn định giá trị 71 Hình 3.26 Đặc tính ổn định giá trị Cos Hình 3.27 Điện áp DC sau khối chỉnh lưu Thyristor 72 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Động đồng có nhiều ưu điểm vượt trội so với động khơng đồng bộ, nhiên có cấu tạo phức tạp, nên việc điều khiển q trình khởi động làm việc khó khăn Trong nghiên cứu mình, học viên mơ hình hóa mơ q trình làm việc động đồng Kết mô cho thấy, điều khiển làm việc tốt chế độ tự động dị tìm giá trị cơng suất tối ưu, sau ổn định tốt giá trị hệ số cơng suất thuật tốn điều khiển PID, với động khác nhau, thông số khác nhau, công suất khác nhau, hệ số công suất khác nhau, động cũ, qua bảo dưỡng, sửa chữa, thông số bị thay đổi Do q trình làm việc, điều khiển kích từ phải nhận dạng điều khiển giá trị hệ số công suất tối ưu Cũng nghiên cứu mình, học viên phối hợp với nhóm nghiên cứu đề tài nghiên cứu khoa học cấp năm 2018 – 2020 để triển khai mơ hình thực nghiệm trạm bơm có sử dụng động đồng công suất đến 500KW Các kết thực nghiệm phản ánh tính đắn thuật tốn Đề tài hồn thành bổ sung thêm thuật tốn điều khiển kích từ cho động Việc nghiên cứu nên được tiếp tục thực thử nghiệm mơ hình hệ thống để đưa thuật toán tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất làm việc động cơ, tiết kiệm lượng tới mức tối đa 06:13 18/11/2020 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bill Horvath; “Synchronous Motors & Sync Excitation Systems”, Western Mining Electrical Association; TM GE Automation Systems, 2009 Sittipong Pengpraderm, Kreangsuk Kraikitrat, Somporn Ruangsinchaiwanich; “Automatic control of synchronous motor using PI controller for improving power factor”; Journal of Thai Interdisciplinary Research; Volume 12, Number 5, Pages 35 – 41; 31 October 2017 Csaba SZABÓ, Maria IMECS, Ioan Iov INCZE; “Volt-hertz control of the synchronous motor with ramp exciting voltage”; Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series, No 30, 2006 GE Digital Energy - GE Multilin Inc, SPM Synchronous Motor Protection and Control Instruction Manual for revision AB, 2012 Quoc Hung Duong, Huu Cong Nguyen, The Cuong Nguyen, Hong Quang Nguyen, “Application of fuzzy control algorithm to start a large -capacity synchronous motor”, conference proceedings by IEEE Xplore, 2020 5th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD) Phạm Thị Thùy Linh; “Mô hệ nghịch lưu- động đồng nam châm vĩnh cửu sử dụng cảm biến đo góc resolver PSIM”; Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ; Số 49.2018 Phạm Tâm Thành; Điều khiển động đồng kích thích nam châm vĩnh cửu điều kiện thời gian thực; Tạp chí giao thơng vận tải; 10/2015; http://www.tapchigiaothong.vn/dieu-khien-dong-co-dong-bo-kich-thich-namcham-vinh-cuu-trong-dieu-kien-thoi-gian-thuc-d15187.html Phạm Thâm Thành; “Nghiên cứu cấu trúc điều khiển song song hai động đồng kích thích nam châm vĩnh cửu”; Tạp chí giao thông vận tải; 11/2017; http://www.tapchigiaothong.vn/nghien-cuu-cau-truc-dieu-khien-song-song-haidong-co-dong-bo-kich-thich-nam-cham-vinh-cuu-d49780.html 74 Cao Xuân Tuyển; Nguyễn Thị Hương; “Áp dụng phương pháp điều khiển Backsepping điều khiển PID mờ để điều khiển vị trí động chạy thẳng (tuyến tính) xoay chiều ba pha kích thích nam châm vĩnh cửu”; Tạp chí Khoa học Công nghệ (Đại học Thái Nguyên) - 2018 - no.2 - tr.55-60 - ISSN.18592171 10 Vũ Hữu Thích; “Phạm Tuấn Thành; Trần Văn Cấp; Nâng cao chất lượng hệ truyền động bám góc sử dụng động đồng kích thích vĩnh cửu cơng suất nhỏ phương pháp điều khiển thích nghi Modal kết hợp với bù đặc tính tĩnh”; Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ quân - Vol 2, No 39 (2015) 11 Phạm Sỹ Ngun; “Mơ hệ hống kích từ UNITROL_6800 điều khiển máy phát nhà máy thủy điện hàm thuận”; Luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật điện, trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2018 12 Lưu Hồng Long; “Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng nhà máy nhiệt điện thủy điện trung bình nhỏ, thay hàng nhập khẩu”; Đề tài khoa học cấp Bộ 2007 13 Nguyễn Đức; “Ứng dụng điều khiển trượt thích nghi điều khiển kích từ máy phát đồng pha thủy điện”; Luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa, trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng, 2017 14 http://hiendaihoa.com/tu-dong-hoa/bo-cap-nguon/kich-tu-trong-dong-co-diendong-bo-cong-suat-lon.html ... HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ THỊ HẢI YẾN GIẢI PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COS? ?? CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC... điều khiển nhằm nâng cao tự động ổn định hệ số công suất Cos? ?? cho đồng động đồng công suất lớn Thực nghiệm: Cài đặt thuật tốn vào hệ thống điều khiển kích từ động đồng công suất lớn nhà máy, xí... Luận văn khai thác tính điều khiển để ổn định hệ số công suất theo lượng đặt 30 Chương MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CƠNG SUẤT LỚN 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 2.1.1 Tổng quan Động đồng cơng