Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 71 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Cấu trúc
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
Chương 1
CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1. Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng
Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng
1.1.1. Công đoạn nghiền liệu
1.1.2. Công đoạn nung luyện clinker
1.1.3. Công đoạn nghiền than
Than được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ. Tại đây nhờ máy rải liệu được rải theo kiểu rải mô, than được rải thành các đống. Qua hệ thống máy cào cào lên băng tải cao su vận chuyển vào két than thô đầu máy nghiền.
1.1.4. Công đoạn nghiền xi măng
1.1.5. Công đoạn đóng bao
1.2. Hệ thống quạt ID trong công nghệ sản xuất xi măng
1.2.1. Tìm hiểu công đoạn lò nung và tháp trao đổi nhiệt
Công đoạn lò nung và tháp trao đổi nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình tạo clinker, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩn của xi măng. Hình 1.2 và 1.3 dưới đây thể hiện nguyên lý và quá trình hoạt động tạo clinker ở khu vực lò nung và tháp trao đổi nhiệt nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế.
Hình 1.2. Sơ đồ công công nghệ khu vực nghiền liệu và lọc bụi tĩnh điện
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ ở khu vực tháp trao đổi nhiệt
Hình 1.4. Sơ đồ đầu vào đầu ra của buổng phân hủy
1.2.2. Yêu cầu đối với quạt ID
Hình 1.5. Hình ảnh quạt ID trong thực tế
1.2.3. Cấu tạo quạt ID
Hình 1.6. Quạt ID và cánh quạt ID
1.3. Hệ thống điều khiển
1.3.1. Đặc tính quạt
Hình 1.7. Đồ thị đặc tính quạt gió
1.3.2. Phương pháp điều khiển lưu lượng
Hình 1.8. Sơ đồ đặc tính lưu lượng thay đổi góc mở van tiết lưu
Hình 1.9. Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ quạt ID
Hình 1.10. Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ và góc mở van
Chương 2
TÌM HIỂU CẤU HÌNH CỦA BIẾN TẦN TRUNG THẾ
2.1. Giới thiệu về biến tần trung thế
2.1.1. Cấu trúc chung của bộ biến tần trung thế
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần trung áp
2.1.2. Các bộ biến tần của một số hãng
Bảng 2.1. Các loại biến tần của một số hãng
2.2. Cấu hình mạch lực của bộ biến tần trung thế
2.2.1. Bộ chỉnh lưu nhiều xung
Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều = 50(Hz) thành nguồn điện một chiều, cấp cho bộ nghịch lưu để điều khiển tốc độ động cơ. Do có sự khác nhau trong việc sử dụng van nên các van bán dẫn được chia thành ba loại chính như sau: Chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
Bảng 2.2. Bảng so sánh các bộ chỉnh lưu nối tiếp
2.2.2. Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu
Bảng 2.3. Bảng so sánh các loại nghịch lưu
Các bộ nghịch lưu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của biến tần. Bảng 2.3 đã trình bày các dạng nghịch lưu chủ yếu trong hệ truyền động trung áp. Trong thực tế tùy theo các yêu cầu sản xuất mà người ta sẽ lựa chọn các bộ biến tần tương ứng phù hợp nhất để đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật.
2.2.3. Phương pháp điều khiển bộ biến tần
Hình 2.2. Quỹ đạo dẫn dắt từ thông stato
Bảng 2.4. Bảng chọn vector điện áp khi điều khiển trực tiếp momen
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ
Hình 2.4. Đặc tính tải với q=2
Chương 3
BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ ACS2000
3.1. Giới thiệu về bộ biến tần ACS2000
Hình 3.1. Cấu trúc bộ biến tần ACS2000
Bảng 3.1. Đặc tính kỹ thuật biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010
Hình 3.2. Sơ đồ tủ biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010
3.2. Phân tích cấu hình mạch lực
3.2.1. Mạch chỉnh lưu 24 xung
Hình 3.3. Sơ đồ chỉnh lưu 24 xung
Hình 3.4. Đồ thị dòng điện quy đổi về sơ cấp
Hình 3.5. Đồ thị quan hệ TDH với Ls
3.2.2. Mạch nghịch lưu
Hình 3.6. Sơ đồ thể hiện 9 mức điện áp dây của biến tần ACS2000
Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc mạch nghịch lưu 5 mức sử dụng diode kẹp
Bảng 3.2. Trạng thái đóng ngắt các khóa ở mỗi pha( với x là pha a,b,c)
Hình 3.8. Trạng thái chuyển mạch và điện áp đầu ra của pha A với dạng sóng mang POD
Hình 3.9. Đồ thị điện áp ra ở mỗi pha và điện áp dây UAB
Hình 3.10. Chiều dòng điện ở các pha trong khoảng thời gian t1
Hình 3.11. Chiều dòng điện ở các pha trong khoảng thời gian t2
3.3. Cấu trúc mạch điều khiển
3.3.1. Giới thiệu về cấu hình điều khiển biến tần ACS2000
Hình 3.12. Các phương pháp điều khiển của biến tần ACS2000
Hình 3.13. Sơ đồ chế độ cấu hình biến tần
Hình 3.14. Các sự kết nối điều khiển xác định cho Factory macro
3.3.2. Sơ đồ cấu trúc điều khiển
Hình 3.15. Sơ đồ cấu trúc điều khiển biến tần
Biến tần ACS2000 có hai luật điều khiển chính được cài đặt sẵn là: luật điều khiển DTC và luật điều khiển vô hướng. Ở mỗi luật điều khiển cho phép lựa các giá trị đầu vào tương ứng nhằm đảm bảo các yêu cầu truyền động và phù hợp với người sử dụng.
a. Lựa chọn nguồn tốc độ đặt I
Hình 3.16. Khối lựa chọn MOP
Hình 3.17. Trạng thái trong khối lựa chọn MOP
Hình 3.18. Khối lựa chọn nguồn tốc độ 1
Hình 3.19. Lựa chọn nguồn đặt tốc độ 2
Hình 3.20. Khâu hiệu chỉnh tốc độ đặt
Hình 3.21. Khối phản hồi tốc độ động cơ
Hình 3.22. Khối tính toán sai lệch tốc độ
Hình 3.23. Khối bộ điều khiển tốc độ
Hình 3.24. Điều chỉnh các tham số Kp và KI
Hình 3.25. Điều chỉnh Kp dựa vào momen đặt
Hình 3.26. Khối lựa chọn giá trị đặt cho bộ điều khiển momen
Hình 3.27. Khối lựa chọn chế độ vận hành
Hình 3.28. Khối giới hạn momen
Hình 3.29. Khối lựa chọn giá trị momen đặt
Hình 3.30. Bộ điều khiển momen
Chương 4
TỔNG HỢP THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG
4.1. Những vấn đề chung
4.2. Các yêu cầu công nghệ và sơ đồ khối hệ thống điều khiển
4.2.1. Các yêu cầu về công nghệ
4.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID
Hình 4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID
4.3. Tổng hợp tham số bộ điều khiển
4.3.1. Mô hình hóa động cơ không đồng bộ 3 pha
Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc tuyến tính xung quanh điểm làm việc của động cơ
4.3.2. Mô hình hóa mạch stator
Hình 4.3. Sơ thay thế động cơ không đồng bộ
4.3.3. Mô hình hóa biến tần
4.3.4. Mô hình hóa quạt ID
4.3.5. Mô hình hóa khâu tạo điện áp đặt
4.3.6. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống
Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống
4.3.7. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh – Thiết kế bộ điều chỉnh RQ
Hình 4.5. Mạch vòng điều chỉnh với bộ điều chỉnh lưu lượng RQ(p)
4.4. Tính toán thông số bộ điều khiển lưu lượng
4.4.1. Các số liệu cho trên nhãn động cơ
4.4.2. Tính toán một số thông số cần thiết từ nhãn động cơ
4.4.3. Tính toán tham số của các khâu trong cấu trúc điều khiển
c. Tính toán hàm truyền đạt của quạt ID
4.4.4. Tính toán tham số bộ điều khiển lưu lượng
4.5. Mô phỏng hệ thống
4.5.1. Xây dựng sơ đồ mô phỏng
Hình 4.6. Sơ đồ ghép nối các khối chức năng mô phỏng trong Simulink
4.5.2. Kết quả mô phỏng
Với giá số lưu lượng đặt ban đầu là Qđ1 = 15[m3/s] trong khoảng thời gian từ 0 – 40s và sau đó trong sau thời gian 40s tăng giá trị đặt thêm Qđ2 = 15[m3/s] thì khi đó giá số lưu lượng đặt trở thành 30[m3/s].
Hình 4.7. Đồ thị thể hiện lưu lượng
Hình 4.8. Đồ thị thể hiện momen
Hình 4.9. Đồ thị thể hiện tốc độ
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nội dung
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu biến tần trung ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID nhà máy xi măng Long Sơn” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đồng Mục lục MỤC LỤC Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Danh mục viết tắt DANH MỤC VIẾT TẮT ID Induced Draft Fans Quạt hút PWM Pulse width modulation Điều chế độ rộng xung THD Total harmonic distortion Đánh giá tổng thành phần sóng hài EXT External control location Vị trí điều khiển từ xa AI Analog input Đầu vào tương tự DI Digital input Đầu vào số DTC Direct Torque Control Điều khiển trực tiếp momen MOP Motor potentiometer Chiết áp động PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ NPC Neutural Point Clamped Multilevel Inverter Nghịch lưu diode kẹp Lời nói đầu LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần q trình cơng nghiệp hóa đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa Đảng nhà nước quan tâm đầu tư lớn, với lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nên kinh tế theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Cùng với ngành nhiệt điện, thủy điện, dầu khí…, ngành cơng nghiệp xi măng có mức độ tự động hóa ngày cao Các nhà máy xi măng nước ta nhà máy có quy mơ lớn với động có cơng suất cao để phục vụ cơng đoạn q trình sản xuất xi măng Một động điện thiếu nhà máy xi măng quạt ID Vì em chọn đề tài “Nghiên cứu biến tần trung ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID nhà máy xi măng Long Sơn” Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu cơng nghệ điều khiển quạt ID Chương 2: Tìm hiểu cấu hình biến tần trung Chương 3: Tìm hiệu biến tần trung ACS2000 nhà máy xi măng Chương 4: Tổng hợp tham số điều khiển mô Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến tận tình hướng dẫn, góp ý hồn thành đồ án Do thời gian hoàn thành đồ án tầm hiểu biết có hạn nên q trình thực chắc khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý thầy giáo để đề tài hoàn thiện Hà nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đồng Lời nói đầu Chương Công nghệ yêu cầu điều khiển quạt ID dây chuyền sản xuất xi măng Chương CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT XI MĂNG 1.1 Các cơng đoạn trình sản xuất xi măng Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng Chương Công nghệ yêu cầu điều khiển quạt ID dây chuyền sản xuất xi măng Dây chuyền xản xuất nhà máy có loại ngun liệu đá vôi đá sét với nguyên liệu bổ sung silicat quặng pyrite Tồn dây chuyền cơng nghệ sản xuất nhà máy gồm có 05 cơng đoạn chính: Cơng đoạn 1: Cơng đoạn nghiền liệu Cơng đoạn 2: Công đoạn nung luyện clinker Công đoạn 3: Công đoạn nghiền than Công đoạn 4: Công đoạn nghiền xi măng Cơng đoạn 5: Cơng đoạn đóng bao 1.1.1 Công đoạn nghiền liệu a Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu Đá vôi thành phần chiếm tỷ trọng lớn clinker, khai thác trữ kho riêng biệt Nhà máy xây gần núi đá vôi, đá vôi sử dụng khai thác núi đá vơi địa phương phương pháp nổ mìn cắt tầng, ủi xe ủi hạng lớn xuống chân núi Sau đá vơi có kích thước nhỏ 1500mm xúc lên, vận chuyển ôtô tải 32 đến 36 Mỗi lần chở vận chuyển từ 35 đến 39 đá vôi tới phễu (két) tiếp liệu công đoạn đập đá vôi.Tại đá vôi đập sơ hệ thống máy nghiền lăn, đưa kích thước tương đối, loại bỏ viên to Sau vận chuyển kho chứa đồng sơ hệ thống băng tải cao su sau máy rải liệu di động kho đồng rải đá vôi thành hai đống với khối lượng đống 1100 Đất sét khai thác mỏ, đá sét có kích thước lớn 500mm chuyển cảng xuất ơtơ tự đổ có tải trọng 1618 đưa xuống sà lan để chuyển cảng nhập nhà máy Qua băng cào mặt sườn sét cào vào băng tải vận chuyển đến két chứa cân băng định lượng Như đất sét, nguyên liệu điều chỉnh thành phần hóa silica, quặng sắt đưa nhà máy Tại cảng nhập luân phiên bốc lên két chứa Qua hệ thống cán sơ hai cấp, qua hệ thống băng máy rải di động rải đống kho đồng với kho đất sét Khối lượng đống silica x 4200 quặng sắt x 2400 Qua hệ Chương Công nghệ yêu cầu điều khiển quạt ID dây chuyền sản xuất xi măng thống băng cào mặt sườn vào băng tải cao su đưa lên két chứa cân băng định lượng b Nghiền nguyên liệu Từ két chứa nguyên liệu tháo qua hệ thống cân băng định lượng Tỷ lệ phối liệu phụ thuộc vào điểm đặt cấp liệu Qua hệ thống van cấp liệu quay nguyên liệu cấp vào hệ thống sấy nghiền liên hợp suất 300 tấn/h Máy nghiền loại nghiền đứng lăn có phân ly khí động Việc nghiền thực lực trà ép lăn bàn nghiền Những hạt mịn đưa lên phân ly nhờ hệ thống quạt hút máy nghiền đưa tới cylon lắng Sản phẩm thu hồi thu hồi đáy cylon qua hệ thống máng khí động, nhờ hệ thống gầu đổ vào silo đồng Những hạt khơng đủ kích cỡ đập vào cánh phân ly hồi lưu trở lại máy nghiền để nghiền tiếp Khí khỏi cylon tuần hồn lại máy nghiền phần dư làm lọc bụi tĩnh điện thải ngồi mơi trường 1.1.2 Công đoạn nung luyện clinker Các thiết bị cơng đoạn bao gồm: Một tháp trao đổi nhiệt tầng cylon cao 114m lò nung Bột liệu từ silo đồng qua hệ thống gầu, máng khí động, qua van cấp liệu quay cấp vào hệ thống sấy tầng Nhiệt độ bột liệu trước vào lò từ 800 đến 1000 0C Qua hệ thống lò nung bột liệu nung luyện zon nung tạo pha lỏng 1450 0C Sau dùng hệ thống giàn ghi để đẩy clinker thành lớp theo phương ngang từ phía trục đầu lị Với ngun lý làm việc dịng khí làm lạnh từ hệ thống quạt gió thổi qua dầm ngang, song thổi vng góc lên bề mặt giàn ghi vào lớp clinker chuyển động ghi động trượt ghi tĩnh đặt song song cách khoảng 30mm, bố trí gối đầu lên Áp lực khí đầu guốc truyền khí phải đủ lớn để clinker làm nguội nhanh khỏi giàn ghi tới silơ ủ nhiệt độ khoảng 80-100 oC Những tảng to ≥ 30 cmm ghi hệ thống băng xích gạt vào máy đập búa Clinker vận chuyển băng lên silo phẩm sức chứa 30.000 10 Chương Bộ biến tần trung ACS2000 lọc đầu khối lựa chọn giá trị momen đặt thu giá trị momen đặt đầu tham số 26.74 Ngoài ra, giá trị momen đặt 26.74 giá trị khác giá trị momen đặt từ mạng truyền thông hay giá trị momen đặt từ bảng điều khiển Hình 3.29 Khối lựa chọn giá trị momen đặt l Khối điều khiển momen Luật điều khiển DTC luật điều khiển trực tiếp momen Ở chế độ mặc định giá trị momen đặt(26.02) giá trị đặt đầu vào luật điều khiển Ngoài ra, giá trị đặt đầu vào thay tham số khác nguồn chiều DC, lựa chọn nguồn dự trữ(97.04), lựa chọn giá trị từ thông đặt(97.06)… Ở đầu luật điều khiển phần trăm momen động cơ(1.10) phần trăm từ thông thực(1.24) Luật điều khiển vơ hướng có giá trị đặt đầu vào giá trị tốc độ đặt(23.02) chế độ mặc định Ngồi ra, thơng qua khâu lựa chọn giá trị đặt(19.20) thay đổi giá trị đặt đầu vào thành giá trị tần số đặt(28.02): • • Nếu tham số 19.20 có giá trị giá trị đặt vào tốc độ Nếu tham số 19.20 có giá trị giá trị đặt vào tần số 57 Chương Bộ biến tần trung ACS2000 Hình 3.30 Bộ điều khiển momen 58 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mô Chương TỔNG HỢP THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 4.1 Những vấn đề chung Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ thực tất yêu cầu đặt ra, (công nghệ, tiêu chất lượng, kinh tế) Chất lượng hệ thống thể trạng thái động tĩnh Trong trạng thái tĩnh yêu cầu quan trọng độ xác điều khiển Đối với trạng thái động có yêu cầu ổn định tiêu chất lượng động độ điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều chỉnh số lần giao động Ở hệ điều chỉnh tự động truyền động điện, cấu trúc mạch điều khiển, luật điều khiển tham số điều khiển ảnh hưởng lớn đến chất lượng hệ Vì thiết kế phải thực tốn phân tích tổng hợp để tìm lời giải hợp lý, cho đáp ứng yêu cầu đặt 4.2 Các yêu cầu công nghệ sơ đồ khối hệ thống điều khiển 4.2.1 Các yêu cầu công nghệ Lưu lượng tối đa hệ thống : Q = 1080000 [] = 300[/s] Áp suất tối đa mà quạt tạo : P = 7500[Pa] 4.2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID Từ yêu cầu điều khiển quạt ID cấu trúc biến tần trung ACS2000 ta thành lập sơ đồ khối hệ thống điều khiển hình 4.1 Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID 59 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mô Từ giá trị lưu lượng đặt Q* ban đầu so sánh với giá trị lưu lượng đo từ đầu quạt ID Q để tạo độ sai lệch = Q * - Q Giá trị sai lệch đưa tới điều khiển lưu lượng R Q để đảm bảo triệt tiêu sai lệch Tại điều khiển lưu lượng RQ, triệt tiêu giá trị sai lệch cách điều khiển biến tần Biến tần điều khiển động hoạt động với tần số từ lưu lượng đặt Động hoạt động dẫn tới quạt ID hoạt động theo động để đảm bảo lưu lượng đầu Q lưu lượng đặt Q* 4.3 Tổng hợp tham số điều khiển Phương pháp chung tổng hợp điều chỉnh cấu trúc nối cấp nói chung chưa thật hồn thiện, chủ yếu việc chọn thơng số tối ưu điều chỉnh, tính chất phức tạp hệ thống thực Vì việc tính tốn tổng hợp gần có giá trị to lớn thiết kế định hướng chỉnh định, vận hành hệ thống 4.3.1 Mơ hình hóa động khơng đồng pha Ta có phương trình momen động cơ: M= Phương trình sai phân: M + Với A = = ; B = = Phương trình chuyển động truyền động điện: M – Mc = J Phương trình sai phân dạng tốn tử Laplace: M – Mc = J Khi ta có sơ đồ cấu trúc tuyến tính xung quanh điểm làm việc động hình 4.2 60 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính xung quanh điểm làm việc động 4.3.2 Mô hình hóa mạch stator Hình 4.3 Sơ thay động khơng đồng Từ sơ đồ hình 4.3 ta có: Us = 2Rs + 2Ls + Es Biến đổi Laplace hai vế phương trình được: Us = 2RsIs + 2LsIsp+ Es Từ hàm truyền hệ có dạng: WS(p) = = 4.3.3 Mơ hình hóa biến tần Coi biến tần khâu quán tính bậc nhất: WBT(p) = Trong KBT hệ số biến tần: KBT = Và TBT số thời gian biến tần: TBT = 4.3.4 Mơ hình hóa quạt ID 61 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mô Coi quạt ID khâu quán tính bậc có dạng: WQ(p) = Với KQ hệ số quạt tính bằng: KQ = TQ số thời gian quạt 4.3.5 Mô hình hóa khâu tạo điện áp đặt Ta có: Mặt khác: Mc = Mcđm = Dẫn đến: U* = Dùng phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc ta có: f = f0 + Với f0 điện áp điều khiển tần số điểm làm việc ổn định Thay vào phương trình (4_2) thu được: f = Đặt = = 4.3.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống Từ sơ đồ khối hệ thống khâu thành lập sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống quạt ID hình 4.4 62 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống 4.3.7 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh – Thiết kế điều chỉnh RQ Từ sơ đồ cấu trúc hệ thống, để đơn giản tổng hợp mạch vòng điều khiển tạm thời bỏ qua đại lượng nhiễu Áp dụng cơng thức MASON cho sơ đồ cấu trúc hình 4.4 thu hàm truyền hệ hở có dạng sau: W(p) = Với C = ; = ; = TBT + Ts ; = ; D= Do hàm truyền hệ hở W(p) tử số có thành phần nên để thuận tiện cho việc tính tốn điều khiển ta bỏ qua thành phần cách sử dụng thêm khâu lọc mắc nối tiếp với hàm truyền hệ hở W(p) Hình 4.5 Mạch vịng điều chỉnh với điều chỉnh lưu lượng RQ(p) Hàm truyền hệ hở có dạng : G(p) = Do hàm truyền G(p) khâu quán tính bậc ba nên áp dụng phương pháp tối ưu độ lớn thu điều khiển PID có dạng sau: RQ(p) = kp.(1 + + TD.p) 63 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mô Với TI = T1 + T2 ; TD = ; kp = 4.4 Tính tốn thơng số điều khiển lưu lượng 4.4.1 Các số liệu cho nhãn động Động sử dụng để điều khiển lưu lượng quạt ID loại động Siemens: 1RQ6-566-6JJ, với thông số nhãn động sau: Công suất định mức : Pđm = 3000 (kW); Điện áp dây định mức : Uđm = 6000 (V) Dòng điện định mức : Iđm = 340 (A); Tần số định mức : 50(HZ) Tốc độ quay định mức : 930(vịng/phút) Số đơi cực : 2p = Hiệu suất động : η = 96,9%; Hệ số cơng suất : cosφ = 0,88; Mơmen qn tính : J = 146 (kg.m2) Dịng điện sinh mơmen : Isq = 313.2883 (A) Dịng điện sinh từ thơng : Isd = 364.7608 (A) Mômen định mức : Mđm = 3.0382e+004 (Nm) Điện trở stato : Rs = 0.0611 (Ω) Điện trở rotor : Rr = 0,5807 (Ω) Điện kháng ngắn mạch : Xn = 2.0335 (Ω) Sức từ động khe hở : Esf = 3.0677e+003 (V) Điện kháng từ hóa :Xm = 8.4103 (Ω) Hệ số hỗ cảm stato rotor : Lm = 0.0268 (H) Điện cảm stator rotor : Lsσ = Lrσ = 0.0032 (H) Hệ số sức điện động stator : Ke = 53.8109 4.4.2 Tính tốn số thơng số cần thiết từ nhãn động Tốc độ định mức: = = = 98,7(rad/s) Tốc độ trượt : = = – pp = 314 – = 17,9(rad/s) Tốc độ trượt tới hạn: = = = 181,46(rad/s) Dòng điện stato: Is = Iđm= 480.832(A) Điện cảm toàn phần stator rotor: Ls = Lr = Lm + = 0.0268 + 0.0032 = 0,03(H) Hằng số thời gian mạch stato: Ts == = 0,052(s) Hệ số tản từ: = - = 0,202 64 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ 4.4.3 Tính tốn tham số khâu cấu trúc điều khiển a Tính tốn tham số cấu trúc động - Thành phần đạo hàm mơmen theo dịng điện stato: A = = 480.832= 2,25 - Thành phần đạo hàm mômen cản theo tốc độ: = = 61,54 - Thành phần đạo hàm mômen theo tốc độ trượt: B = = = = 29,626 - Khâu mạch stator : Ws(p) = = = b Tính tốn cho khâu biến tần khâu luật điều khiển U/f2 = = = 0,4(V/Hz) Hàm truyền biến tần: WBT(p) = Trong hệ số biến tần KBT = = = 600 số thời gian TBT = với Tx = 10kHz tần số phát xung TBT = = 0,00005(s) Vậy hàm truyền biến tần có dạng: WBT(p) = c Tính tốn hàm truyền đạt quạt ID Hệ số quạt KQ tính bằng: KQ = = = 3.03(m3/rad) Chọn số thời gian quạt là: TQ = 5(s) Vậy hàm truyền quạt ID là: WQ(p) = = 65 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mô 4.4.4 Tính tốn tham số điều khiển lưu lượng Với thơng số biết tính thành phần tương ứng là: C = = 4424,87; D = = = 7,414.10-6 ; = TBT + Ts = 0,00005 + 0,0524 = 0,0524(s) ; = = = = = 0,0021(s) ; TQ = 5(s) Vậy hàm truyền hệ hở có dạng: W(p) = Với T1 = TQ = 5; T2 = T’ = 1,64 ; T3 = = 0,0524; k = D = 7,414.10-6 tính thành phần điều khiển là: TI = 5,052; TD = 1,236; kp = 8,54.106 Vậy điều chỉnh lưu lượng có dạng: RQ(p) = 8,54.106(1 + + 1,236p) 4.5 Mô hệ thống 4.5.1 Xây dựng sơ đồ mô Với thơng số điều khiển tính tốn hệ thống chưa thể ổn định đảm bảo tiêu chí kỹ thuật điều khiển quạt ID Khi đó, hiệu chỉnh lại thơng số điều khiển thành: • • • Kp = 0,281 TI = 7,58 TD = 0,824 Đồng thời thêm số khâu lọc vào hệ thống thu sơ đồ cấu trúc mô phần mềm MATLAB – SIMULINK hình 4.6: 66 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ Hình 4.6 Sơ đồ ghép nối khối chức mô Simulink 4.5.2 Kết mô Với giá số lưu lượng đặt ban đầu Q đ1 = 15[m3/s] khoảng thời gian từ – 40s sau sau thời gian 40s tăng giá trị đặt thêm Q đ2 = 15[m3/s] giá số lưu lượng đặt trở thành 30[m3/s] Hình 4.7 Đồ thị thể lưu lượng 67 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ Hình 4.8 Đồ thị thể momen Hình 4.9 Đồ thị thể tốc độ Nhận xét: • Dựa vào đồ thị hình 4.7 sau khoảng 34s giá trị đầu bám giá trị đặt 15[m3/s], thời điểm giây thứ 40 thay đổi lưu lượng đặt tăng lên 68 Chương Tổng hợp tham số điều khiển mơ thành 30[m3/s] sau khoảng thời gian 29s giá trị đầu bám giá trị đặt Vậy hệ thống điều khiển ổn định theo lưu lượng đặt • Với lưu lượng đặt 30[m3/s] thu đồ thị biểu diễn momen hình 4.8, với giá trị lưu lượng thay đổi thu giá trị momen thay đổi định mức tương ứng • Do quạt ID có qn tính lớn, nên ta phải đảm bảo cho độ điều chỉnh tốc độ nhỏ Dựa vào hình 4.9 thấy đảm bảo tiêu chí kỹ thuật, lưu lượng đặt thay đổi tốc độ thay đổi tương ứng 69 Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ “ Nghiên cứu biến tần trung ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID nhà máy xi măng Long Sơn”, em tổng hợp nhiều lượng kiến thức học giảng đường gần năm học vừa qua Trong đồ án em chủ yếu tìm hiểu ngun lí hoạt động chỉnh lưu 24 xung, nghịch lưu mức điện áp dây Bên cạnh đó, đồ án phân tích phương pháp điều chế độ rộng xung sin PWM xác định thời gian đóng ngắt khóa bán dẫn nghịch lưu Kết mô phù hợp với phép phân tích lý thuyết Em xin chân thành cảm ơn bảo nhiệt tình thầy giáo TS.Nguyễn Mạnh Tiến, thầy cô giáo môn tự động hố cơng nghiệp giúp đỡ bạn giúp em hoàn thành đồ án thời hạn Qua trình tìm hiểu nghiên cứu, em hiểu nhiều biến tần trung thế, đồng thời củng cố kiến thức Điện tử công suất, Truyền động điện, Lý thuyết điều khiển… Mặc dù cố gắng trình làm đồ án thời gian có hạn khả thân hạn chế nên độ án dừng lại mức độ nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Em kình mong hướng dẫn góp ý thầy giáo để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đồng 70 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2007 [2] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kĩ thuật – 2006 [3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2002 [4] Nguyễn Dỗn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2009 [5] Bin Wu, High power converters and AC drivers, The institute of electrical and Electronics engineers Inc, 2006 [6] Nguyễn Mạnh Tiến, Bài giảng biến tần trung dây chuyền sản xuất xi măng [7] Hãng ABB, Firmware manual ACS880 primary control program, 3AUA00085967 Rev I (EN) EFFFECTIVE: 2014-06-13 71 ... Hình 2. 4 Đặc tính tải với q =2 31 Chương Bộ biến tần trung ACS2000 Chương BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ ACS2000 3.1 Giới thiệu biến tần ACS2000 Hình 3.1 Cấu trúc biến tần ACS2000 Biến tần trung ACS2000. .. xi măng quạt ID Vì em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu biến tần trung ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID nhà máy xi măng Long Sơn? ?? Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tìm hiểu công nghệ... giá trị đầu 22 .80 tăng, ngược lại 22 .73 có giá trị 22 .74 có giá trị q trình làm giá trị đầu 22 .80 giảm Còn 22 .74 22 .73 giá trị đầu 22 .80 không thay đổi 47 Chương Bộ biến tần trung ACS2000 Hình