(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn

(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng logic mờ để góp phần nâng cao chất lượng khi khởi động động cơ đồng bộ công suất lớn

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ THƠM ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ GÓP PHẦN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHI KHỞI ĐỘNG 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 NGUYỄN THỊ THƠM ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ GÓP PHẦN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHI KHỞI ĐỘNG 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 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ 1.1 LOGIC MỜ .4 1.1.1 Tổng quan logic mờ 1.1.2 Khái niệm tập mờ 1.1.3 Các phép toán tập mờ 1.2 BIẾN NGÔN NGỮ VÀ GIÁ TRỊ CỦA BIẾN NGÔN NGỮ 11 1.3 LUẬT HỢP THÀNH MỜ 13 1.3.1 Mệnh đề hợp thành 13 1.3.2 Luật hợp thành mờ 13 1.4 GIẢI MỜ .16 1.4.1 Khái niệm giải mờ 16 1.4.2 Các phương pháp giải mờ 16 1.5 ĐIỀU KHIỂN MỜ 20 1.5.1 Nguyên lý điều khiển mờ 20 1.5.2 Các bước thiết kế điều khiển mờ 21 1.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG .23 Chương MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CƠNG SUẤT LỚN 24 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 24 2.1.1 Tổng quan 24 2.1.2 Điều khiển kích từ động đồng 27 2.2 MƠ HÌNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 28 2.2.1 Sơ đồ mạch điện thay đồ thị véc tơ 28 2.2.2 Công suất động đồng 31 iv 2.2.3 Sự ảnh hưởng tải dòng điện phần ứng, góc cơng suất hệ số cơng suất 32 2.2.4 Sự ảnh hưởng nguồn kích từ đến hiệu suất làm việc 33 2.2.5 Họ đường cong V động đồng 34 2.3 MƠ HÌNH TỐN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TRÊN HỆ TỌA ĐỘ VÉC TƠ KHÔNG GIAN 36 2.3.1 Phương trình điện áp, từ thơng mô men động đồng 36 2.3.2 Phương trình liên hệ điện áp từ thông biến tham chiếu 44 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG .45 Chương 3: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN “BẮT” ĐỒNG BỘ CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN 46 3.1 ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 46 3.1.1 Một số nghiên cứu ngồi nước 46 3.1.2 Một số nghiên cứu nước 51 3.2 GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 54 3.2.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển 54 3.2.3 Kết mô 61 3.3 THỬ NGHIỆM THUẬT TỐN TRÊN MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 65 3.3.1 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm 65 3.3.2 Kết thực nghiệm 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng 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 31 tháng 10 năm 2020 Học viên Nguyễn Thị Thơm 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 Rectifier Bộ điều khiển chỉnh lưu bán 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 Synchronous Motor Động đồng kích thích nam châm vĩnh cửu 13 MISO Multi Input and Multi Output Nhiều đầu vào, đầu 14 SISO Single Input and Single Output Một đầu vào, đầu 15 NEG Negative Âm 16 POS Positive Dương 17 BAKT Biến áp kích từ 18 CL1 Bộ chỉnh lưu 19 CL2 Bộ chỉnh lưu 20 HMI Human Machine Interface Màn hình giao tiếp người máy 21 SCADA Supervisory control and data acquisition Điều khiển giám sát thu thập liệu 22 SCR Silicon controlled rectifier Bộ chỉnh lưu bán dẫn 23 HSC High speed counter Đọc xung tốc độ cao vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Hình 1.1 Hàm phụ thuộc µA(x)của tập kinh điển A Hình 1.2 Hàm phụ thuộc µB(x) tập mờ B Hình 1.3 Độ cao, miền xác định, miền tin cậy tập mờ Hình 1.4 Các dạng hàm liên thuộc tập mờ Hình 1.5 Hợp hai tập mờ có sở theo qui tắc Max (a); theo Lukasiewwiez (b)… …………………………………………………………………………………… 10 Hình 1.6 Giao hai tập mờ có sở 11 Hình 1.7 Bủ tập mờ 11 Hình 1.8 Mờ hố biến “Tốc độ” 12 Hình 1.9 a) Hàm liên thuộc nóng(x) thấp(y); b) B’(y) theo quy tắc Min; c) B’(y) theo quy tắc Prod 14 Hình 1.10 Giải mờ phương pháp cực đại 17 Hình 1.11 Giải mờ điểm trọng tâm 17 Hình 1.12 Tập mờ có hàm liên thuộc hình thang 18 Hình 1.13 Xác định giá trị rõ y’ cho điều khiển với nguyên tắc MAX_MIN 19 Hình 1.14 Giải mờ theo phương pháp độ cao 20 Hình 1.15 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mờ 20 Hình 2.1 Các thành phần cấu tạo Động đồng cơng suất lớn 24 Hình 2.2 Stator Động đồng 24 Hình 2.3 Rotor cực lồi 25 Hình 2.4 Rotor cực ẩn 25 Hình 2.5 Hệ thống chổi than, vành trượt 26 Hình 2.6 Sự tương tác từ trường quay từ trường không đổi làm cho chúng đạt tốc độ đồng 28 Hình 2.7 Sự hình thành từ trường quay máy điện pha 29 Hình 2.8 Sự tương tác từ trường Stator từ trường Rotor 30 Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện thay pha 31 Hình 2.10 Đồ thị véc tơ dòng – áp động đồng 31 viii Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện thay đồ thị véc tơ động đồng bỏ qua điện trở phần ứng 32 Hình 2.12 Đồ thị véc tơ động đồng tải thay đổi 33 Hình 2.13 Sự ảnh hưởng nguồn kích từ đến hiệu suất làm việc 34 Hình 2.14 Họ đường cong V động đồng 35 Hình 2.15 Máy điện đồng hai cực, ba pha, nối sai, cực lồi [1] 37 Hình 3.1 Điều khiển kích từ động đồng có chổi than……………………… 46 Hình 3.2 Rotor động chổi than loại cực lồi 47 Hình 3.3 Điều khiển kích từ động đồng khơng chổi than 47 Hình 3.4 Rotor động không chổi than loại cực lồi 47 Hình 3.5 Phương pháp “bắt” đồng cách đo tốc độ tần số Rotor 48 Hình 3.6 Rotor vào chế độ đồng dòng Stator tối thiểu 48 Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc điều khiển kích từ ổn định hệ số Cos [23] 49 Hình 3.8 Cấu trúc điều khiển kết mô [24] 49 Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển kết mô [25] 50 Hình 3.10 Sơ đồ khối điều khiển kích từ GE Multilin Inc 51 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện pha 51 Hình 3.12 Sơ đồ ngun lý chỉnh lưu có điều khiển bơm dịng DC cho Rotor động đồng đến 3000kW 52 Hình 3.13 Sơ đồ chức khối điều khiển pha xung 53 Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kích từ công ty CP điện tử ASO 54 Hình 3.15 Cuộn lồng sóc thêm vào Rotor, giúp động khởi động động không đồng rotor lồng sóc 55 Hình 3.16 Sơ đồ cấu trúc điều khiển 56 Hình 3.17 Mơ hình mơ Matlab Simulink 57 Hình 3.18 Thư viện máy điện đồng Simulink 57 Hình 3.19 Các khối chức bên mơ hình mơ máy điện đồng 58 Hình 3.20 Khối tổng hợp tín hiệu khí 58 Hình 3.21 Khối tổng hợp tín hiệu điện 59 Hình 3.22 Khối tổng hợp tín hiệu đo lường 59 Hình 3.23 Các hàm liên thuộc dịng điện If 60 Hình 3.24 Các hàm liên thuộc đạo hàm dòng điện If 60 ix Hình 3.25 Hàm liên thuộc đầu 60 Hình 3.26 Kết mơ q trình “Bắt” đồng khởi động không dùng điều khiển mờ 62 Hình 3.27 Kết phóng đại thời điểm “Bắt” đồng khởi động không dùng điều khiển mờ 63 Hình 3.28 Kết mơ q trình “Bắt” đồng khởi động có sử dụng điều khiển mờ 64 Hình 3.29 Động đồng 500kW 66 Hình 3.30 Sơ đồ khối chức mơ hình thực nghiệm động đồng 500kW 67 Hình 3.31 Tủ điều khiển kích từ động đồng 500kW 68 Hình 3.32 Đặc tính tốc độ khởi động 69 MỞ ĐẦU I Đặt vấn đề Tại Việt Nam, số lượng động đồng công suất lớn sử dụng nhiều công nghiệp với ưu điểm vượt trội so với động khơng đồng có cơng suất, xong tồn nhược điểm: Vì Rotor có cuộn kích từ mạch điện liên quan mạch khởi động, mạch diệt từ, mạch góp điện , Đặc biệt việc khởi động điều khiển động đồng phức tạp so với động không đồng phải xác định xác thời điểm để bơm dịng kích từ vào Rotor Khi bắt đầu khởi động, người ta khơng đưa dịng chiều vào cuộn kích từ Rotor, Nếu tồn dịng kích từ bơm vào Rotor suốt trình khởi động động khơng thể tăng tốc lên được, đồng thời thành phần dao động có giá trị lớn mômen tần số trượt tạo cuộn từ trường gây hại động Việc bơm dịng chiều vào cuộn Rotor thường trì hỗn Rotor động đạt tới vận tốc tự vào chế độ đồng mà không xảy tượng trượt Theo kinh nghiệm, thời điểm đề bơm dịng kích từ thường xác định tốc độ đạt xấp xỉ từ 90% tốc độ định mức [[1], [2], [4], đo tần số Rotor khoảng 2,5 đến Hz [19], [20], [21] dòng khởi động khoảng đến 2,5 lần dòng định mức động [22], [23] Việc xác định xác thời điểm bơm dịng kích từ vào Rotor (được gọi thời điểm “bắt” đồng bộ) phải đảm bảo tiêu chí tốc độ động cơ, hịa hợp biên độ pha dịng kích từ bơm vào với dịng cảm ứng hình thành Rotor trình khởi động Nếu việc “bắt” kích từ khơng xác gây xung đột điện làm dòng Stator dâng cao, đồng thời có dao động mơ men làm giảm tuổi thọ động kết cấu khí Các nghiên cứu lý thuyết điều khiển công bố vấn đề điều khiển kích từ cho loại động đồng công suất lớn chưa nhiều Chủ yếu sản phẩm thương mại, sử dụng lý thuyết điều khiển kinh điển lựa chọn thời điểm “bắt” đồng theo kinh nghiệm, bỏ qua xung đột điện chấp nhận dao động mô men khởi động (mặc dù nhỏ) Ngày nay, mà khoa học công nghệ phát triển, việc ứng dụng lý thuyết điều khiển đại vào thực tiễn cần thiết nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Một lý thuyết điều khiển đại nghiên cứu ứng dụng phổ biến lý thuyết điều khiển mờ Điều 60 Các tín hiệu đo lường giải thích bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thông số tín hiệu khối đo lường Tên Định nghĩa Định nghĩa Tên 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 Dòng điện trục d Pe Cơng suất điện từ ifd Dịng 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 Cơng suất tác dụng phimq Từ trường hỗ cảm trục q Qe0 Công suất phản kháng Bộ điều khiển mờ xây dựng theo cấu trúc MISO với tín hiệu đầu vào: Dịng điện tạo từ trường rotor [If (pu)] đạo hàm [Dif(pu)]; Tín hiệu đầu điều khiển phối hợp điều kiện tốc độ lớn 90% để đưa thời điểm đóng nguồn kích thích DC vào cho cuộn dây rotor Các hàm liên thuộc vào/ra lựa chọn dạng tam giác Luật triển khai theo MAX-MIN Giải mờ theo phương pháp độ cao Hình 3.23 Các hàm liên thuộc dịng điện If Hình 3.24 Các hàm liên thuộc đạo hàm dòng điện DIf Hình 3.25 Hàm liên thuộc đầu 61 3.2.3 Kết mô Số liệu mô nhập vào thư viện khối động đồng bảng 3.2 Bảng 3.2 Số liệu mô phỏng: Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Rs 0.03788 pu Cuộn Ll 0.08 pu Stator Lmd 2.16 pu Lmq 0.94 pu Rkd 0.1463 pu Cuộn lồng Llkd 0.30485 pu sóc Rkq1 0.05754 Llkq1 0.05281 Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Rf 0.02124 pu Llfd 0.1719 pu ia pu ib pu ic pu pha Độ pu phb Độ pu phc Độ Vf pu Cuộn Rotor Giá trị bắt đầu dịng Stator Nguồn kích từ 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 Hình 3.26 3.27 cho thấy, khơng dùng thuật tốn điều khiển mờ, thời điểm vào kích từ sớm, tần số dịng điện Rotor lớn Do việc đóng kích từ theo kinh nghiệm tốc độ nên đơi việc đóng nguồn kích từ bị ngược pha so với sức điện động cảm ứng Rotor, gây tượng xung đột, làm dịng phía stator bị dao động mô men điện từ động bị dao động 62 Hình 3.26 Kết mơ q trình “Bắt” đồng khởi động khơng dùng điều khiển mờ 63 Hình 3.27 Kết phóng đại thời điểm “Bắt” đồng khởi động không dùng điều khiển mờ 64 Hình 3.28 Kết mơ q trình “Bắt” đồng khởi động có sử dụng điều khiển mờ quan sát thơng thường phóng đại 65 Hình 3.28 mơ tả q trình khởi động có sử dụng thuật tốn điều khiển mờ Thời điểm đóng nguồn kích từ vào Rotor chậm so với trường hợp không sử dụng thuật toán điều khiển mờ (do độ trễ thuật tốn) Tuy nhiên nguồn kích từ khơng bị ngược pha so với sức điện động cảm ứng Rotor, khơng gây tượng xung đột, dịng phía stator khơng bị dao động, mơ men điện từ động bị dao động 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 công 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 Thơng số cụ thể động bảng 3.3 Bảng 3.3 Thơng số kỹ thuật động mơ hình thực nghiệm Thông 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 Tốc độ đồng 300v/phút Cos 0.9 Điện áp kích từ Rotor 57Vdc Dịng kích từ Rotor 227A STT 66 Hình 3.29 Động đồng 500kW Sơ đồ cấu trúc khối mơ hình thực nghiệm trình bày hình 3.30 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 + 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 dòng khởi động phía Stator tăng mơ 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 67 B C A AT1 TI1 D A A A RƠLE Số ĐA NĂNG D Màn hình HMI KM1 B AK T +T _ -T1 _ ZC +T _ -T2 _ Bé §IỊU KHIĨN TRUNG T¢M PLC +T _ -T4 _ +T _ -T5 _ TI2 +T _ -T6 _ +T _ -T1 _ C F3 F3 F2 F2 32 +T _ -T2 _ 22 32 22 F1 +T _ -T3 _ F1 32 22 +T _ -T4 _ CL1 T6 _ T1 _ § Õn Se nsor nhiƯt ® é Thyristor WR1 C AM R UN MODUL ĐIềU KHIểN PHáT XUNG CHỉNH lưu Dự PHßNG ST OP DK +T _ -T5 _ CL2 T6 _ § Õn Se nsor nhiƯt đ ộ độn g MODUL ĐIềU KHIểN PHáT XUNG CHØNH L¦U CHÝNH +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 Liªn lạ c đ ến tủ má y cắ t KM2 TI1: Bé biÕn dßng 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 dập từ SDC: Sensor dßng DC R dt C KT U TI3: Bé biÕn 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 ®ång bé 500kW Rdt : §iƯn trë dËp tõ CL1: Bé cÇu chØnh l­u chÝnh CL2: Bé cÇu chØnh l­u dự phòng A M 50 0kW /6 kV SƠ Đồ NGUYÊN Lý Hệ THốNG KíCH Từ ĐộNG CƠ 500KW Hỡnh 3.30 Sơ đồ khối chức mơ hình thực nghiệm ng c ng b 500kW CÔNG TY TNHH ĐạI HọC Kỹ THUậT CÔNG NGHIệP Thiết kế: Nguyễn Thế Cường Hệ thống điều khiển kích từ động đồng Người 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 vào tín hiệu gửi này, điều khiển trung tâm lựa chọn thời gian "bắt" đồng trình khởi động điều khiển nguồn kích thích DC q trình làm việc + Bộ điều khiển trung tâm: Được lập trình theo thuật tốn để khởi động động tối ưu hóa trình làm việc + Màn hình HMI: sử dụng để thiết lập thông số điều khiển, chế độ làm việc hiển thị thông số trình vận hành 68 + Các Biến dịng đo lường, biến áp đo lường phía stator, rotor: Để chuyển đổi thông 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 3.31 Tủ điều khiển kích từ động đồng 500kW 3.3.2 Kết thực nghiệm Thuật tốn điều khiển mờ xây dựng lập trình chip xử lý nhanh Công tắc tơ KM2 đóng trước để giảm độ trễ chuyển đổi học Các xung điều khiển cho thyristor gửi tạo xung để mở cầu chỉnh lưu để tăng tốc độ phản hồi đồng hóa Kết thử nghiệm cho thấy thời gian bắt đồng khoảng đến giây, động khởi động trơn tru, khơng có rung ổn định tốc độ định mức (hình 3.321) Sau nhiều thử nghiệm, kết kiểm tra cho thấy: - Không có lỗi chế độ khởi động - Động khởi động êm, thời gian khởi động từ đến giây (tùy theo tải) - Khơng có đột biến dòng Stator thời điểm "bắt" đồng 69 Hình 3.32 Đặc tính tốc độ khởi động 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Động đồng có nhiều ưu điểm vượt trội so với động khơng đồng bộ, nhiên có cấu tạo phức tạp, nên việc điều khiển trình khởi động làm việc khó khăn Trong nghiên cứu mình, học viên mơ hình hóa mơ q trình khởi động động phương pháp xác định tốc độ sử dụng điều khiển mờ tĩnh để “bắt” đồng Kết mô cho thấy, điều khiển mờ có trễ làm việc, nhiên xác định xác thời điểm thích hợp để đưa dịng kích từ vào, với động khác nhau, thơng số khác nhau, cơng suất khác nhau, thời điểm “bắt” đồng khác Việc “Bắt” đồng xác, giúp cho động khởi động trơn êm, giảm xung dịng điện phía Stator, nâng cao tuổi thọ cua động kết cấu khí Cũng nghiên cứu mình, học viên phối hợp với nhóm nghiên cứu 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 công suất lớn”, Mã số: B2018-TNA-58, Ths NCS Dương Quốc Hưng làm chủ nhiệm đề tài, để triển khai mơ hình thực nghiệm trạm bơm có sử dụng động đồng công suất đến 500KW Việc lựa chọn tính tốn thiết bị động lực, thiết bị điều khiển thực dựa thông số lưới điện động đồng có sẵn Các kết thực nghiệm phản ánh tính đắn thuật tốn Đề tài hồn thành bổ sung thêm thuật toán khởi động 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 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO D P Kothari and I J Nagrath; “Electric machine”; TMH Publishers second edition, Pp 250-260, 1998 M G Say; “Performance and design of ac machine”; CBS Publishers third edition, Pp250-260, 2002 DR P.S Bimbrha; “Electrical Machinery”; Khanna Publisher seventh edition; 2009, Pp676-680 Irving L Kosow; “Electric machinery and Transformer”; PHI Learning private ltd second edition, Pp218-225, 2008 P.K Mukherjee and S Chakraverti; “Electrical machine”; Dhanpat Rai Publishers fifteenth edition,Pp635-640, 2004 H Macbahi, A Ba-razzouk, J Xu, A Cheriti, and V Rajagopalan; “A unified method for modeling and simulation of three phase induction motor drives”; 2000 S Yamamura; “Saliency torque and V-curve of permanent-magnet-excited synchronous motor”; International conference on Unconventional Electromechanical and Electrical Systems, Russia, June, 2000 Enrique L Carrillo Arroyo; “Modelling and simulation of permanent magnet synchronous motor drive system”; M Sc Thesis, University of Puerto Rico, 2006 S Onoda and A Emadi; “PSIM-based modelling of automotive power systems: conventional, electric, and hybrid electric vehicles”; Vehicular Technology, IEEE Transactions on, 2004, vol 53, pp 390-400 10 Mostafa.A Fellani, and Dawo.E Abaid; “Sliding Mode Control of Synchronous Reluctance Motor”; International Journal of Electronics, Circuits and Systems, 2004, Vol.3, No.2, 2009 11 David ocen; “Direct torque control of a permanent magnet synchronous Motor”; Master's Degree Project Stockholm, Sweden 2005 12 J.C Peqqueña, E Ruppert and M.T Mendoza; “On the Synchronous Generator Parameters Determination Using Dynamic Simulations Based on IEEE 72 Standard”; Industrial Technology (ICIT), IEEE International Conference on, Viña del Mar, Chile, 2010, pp 386-391 13 Damir Sumina1, Gorislav Erceg, Tomislav Idzotic; “Comparison of the excitation control of a synchronous generator with fuzzy logic controller and PI voltage controller”; Faculty of Electrical Engineering and Computing Unska 3, Zagreb, Croatia, 2012 14 IEEE Guide; “Synchronous Generator Modeling Practices and Applications in Power System Stability Analyses”; IEEE Std 1110-2002 (Revision of IEEE Std 1110-1991 [2003]): 1–72 15 IEEE 1110; “Guide for Synchronous Generator Modeling Practices and Applications in Power System Stability Analyses”; 2002 16 YuQi Zhang; “Advanced synchronous machine modeling”; Teses and Dissertations Electrical and Computer Engineering 118 htps://uknowledge.uky.edu/ece_etds/118, 2018 17 Moeini, A., et al; “Synchronous Machine Stability model”, an Update to IEEE Std 1110-2002 Data Translation Technique; IEEE standards panel sessions 2018 IEEE PES 18 L.Shi-Dong, L.Jian-Zhao; “Analytic calculation of V-curve for salient-pole synchronous electric machine”; Proceedings of the Chinese Society of Electrical Engineering, 15 June 2008, Vol 28, no 18, pp 110-113 19 Quoc Hung Duong; “Modeling and simulation of synchronous motors on Matlab – Simulink”; The National Conference on Electronics, Communications and Information Technology REV- Viet Nam, 2016 20 WEG group; “The ABC’s of Synchronous Motors”; At www.electricmachinery.com 21 E.C Bortoni, J.A Jardini; “A Standstill Frequency Response Method for Large Salient Pole Synchronous Machines”; IEEE Trans on E.C, Vol 19, No 4, December 2004, pp 687-691 22 Arun Kumar Datta, Manisha Dubey, Shailendra Jain; “Modellingand Simulation of Static Excitation Systemin Synchronous Machine Operation and Investigation of Shaft Voltage”; Hindawi Publishing Corporation Advances in 73 Electrical Engineering, Volume 2014, Article ID 727295, pages, at http://dx.doi.org/10.1155/2014/727295 23 Bill Horvath; “Synchronous Motors & Sync Excitation Systems”, Western Mining Electrical Association; TM GE Automation Systems, 2009 24 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 25 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 26 GE Digital Energy - GE Multilin Inc, SPM Synchronous Motor Protection and Control Instruction Manual for revision AB, 2012 27 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) 28 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 & CÔNG NGHỆ ; Số 49.2018 29 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 30 Phạm Thâm Thành; “Nghiên cứu cấu trúc điều khiển song song hai động đồng kích thích nam châm vĩnh cửu”; Tạp chí giao thơng 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 31 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 74 (tuyến tính) xoay chiều ba pha kích thích nam châm vĩnh cửu”; Tạp chí Khoa học Cơng nghệ (Đại học Thái Nguyên) - 2018 - no.2 - tr.55-60 - ISSN.18592171 32 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) 33 Phạm Sỹ Nguyên; “Mô 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 34 Lưu Hoàng 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 35 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 36 http://hiendaihoa.com/tu-dong-hoa/bo-cap-nguon/kich-tu-trong-dong-co-diendong-bo-cong-suat-lon.html 37 http://aso.com.vn/index.php?option=com_content&view=article&id=102:hthng-kich-t-cho-ng-c-ng-b-va-may-phat-ng-b&catid=55:dieu-khien-truyendong&Itemid=110 ... ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ THƠM ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ GÓP PHẦN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHI KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN Ngành: Kỹ thuật điều khi? ??n tự động hóa... Kết nghiên cứu luận văn đóng góp vào việc cải tiến thiết bị công nghệ, nâng cao chất lượng khởi động hệ thống truyền động công suất lớn sử dụng động đồng ba pha công suất lớn Kết nghiên sở, tư... ĐỒNG BỘ CÔNG SUẤT LỚN 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 2.1.1 Tổng quan Động đồng công suất lớn (hình 2.1) chủ yếu ứng dụng nhà máy điện, trạm bơm, máy nén khí cao áp ngành cơng nghiệp hố chất Về