NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà nội, 6-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Mạnh Tiến Sinh viên thực : Phạm Văn Biên Lớp : KTĐK-TĐH 01-K58 MSSV : 20130318 Giáo viên duyệt : Hà nội, 6-2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID nhà máy xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung thế” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến 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 hồn tồn trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Văn Biên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU Chương TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID 1.1 Tổng quan quy trình sản xuất xi măng 1.1.1 Khái niệm thành phần công dụng xi măng 1.1.2 Quy trình sản xuất xi măng 1.2 Tổng quan quạt ID yêu cầu điều khiển quạt ID 1.2.1 Tổng quan quạt ID 1.2.2 Yêu cầu điều khiển quạt ID 1.3 Đặc tính quạt phương pháp điều khiển lưu lượng 1.3.1 Cấu tạo quạt ID 1.3.2 Đặc tính quạt 1.3.3 Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió quạt ID 10 Chương 13 BỘ BIẾN TẦN PERFECT HARMONY 13 2.1 Tổng quan biến tần 13 2.1.1 Khái niệm 13 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 13 2.1.3 Ưu điểm ứng dụng biến tần 13 2.2 Biến tần trung Perfect Harmony 14 2.2.1 Giới thiệu biến tần trung Perfect Harmony 14 2.2.2 Sơ đồ cấu trúc BBT trung 15 2.2.3 Mạch chỉnh lưu biến tần trung 17 2.2.4 Mạch nghịch lưu biến tần trung Perfect Hamorny 21 2.2.5 Cấu hỉnh chung hệ thống điều khiển biến tần Perfect Harmony 25 2.2.6 Cấu hình điều khiển vector biến tần Perfect Harmony 26 Chương 28 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 28 3.1 Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng 28 3.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển vector 28 3.2.1 Nguyên lý điều khiển vector 28 3.2.2 Phương pháp điều khiển vector 31 3.2.3 Cấu trúc điều khiển vector ĐCKĐB 33 3.2.4 Mô hình trang thái liên tục động hệ toạn độ dq 33 3.2.5 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vector 35 3.3 Tổng hợp hệ điều khiển lưu lượng 42 3.3.1 Phương pháp điều chỉnh lưu lượng 42 3.2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng 42 3.3.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh lưu lượng 42 Chương 45 TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45 4.1 Tính tốn tham số điều khiển 45 4.1.1 Các khối chức 45 4.1.2 Các khối điều khiển 48 4.2 Xây dựng mơ hình mơ matlab/Simulink 49 4.2.1 Mơ hình biến tần Perfect Harmony 49 4.2.2 Mơ hình biến đổi hệ tọa độ 50 4.2.3 Mơ hình từ thơng 52 4.3 Mô hệ thống với mô hình vật lý 52 4.3.1 Mơ tín hiệu sin chuẩn 52 4.3.2 Mơ hệ thống mạch vịng điều khiển 57 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng Hình Sơ đồ vị trí quạt ID chu trình sản xuất xi măng Hình Sơ đồ nguyên lý làm việc quạt ID Hình Quạt ly tâm Hình Đồ thị đặc tính quạt gió 10 Hình Điều chỉnh van tiết lưu 11 Hình Điều chỉnh tốc độ quay quạt 11 Hình Đồ thị so sánh hai phương pháp 12 Hình Sơ đồ cấu tạo biến tần 13 Hình 2 Biến tần trung Perfect Harmony 14 Hình So sánh độ méo sóng ba loại biến tần 14 Hình So sánh hệ số cơng suất Perfect Harmony SCR drive 15 Hình Dịng pha C 15 Hình Sơ đồ cấu trúc biến tần trung 16 Hình Cấu trúc phần cứng Perfect Harmony 17 Hình Sơ đồ chỉnh lưu xung 17 Hình Đồ thị dịng điện, điện áp phần tử 18 Hình 10 Mạch chỉnh lưu nối tiếp 12 xung 19 Hình 11 Đồ thị dạng dịng điện i A , i'a , i'a 19 Hình 12 Mạch chỉnh lưu nối tiếp 18 xung 20 Hình 13 Đồ thị dạng tổng sóng hài dịng điện 20 Hình 14 Mạch chỉnh lưu nối tiếp 24 xung 20 i Danh mục hình vẽ Hình 15 Đồ thị dạng tổng sóng hài dịng điện 21 Hình 16 Sơ đồ nghịch lưu cầu pha 21 Hình 17 Dạng điện áp, dòng điện phần tử NLĐL nguồn áp 22 Hình 18 Sơ đồ nghịch lưu trung 11 mức 23 Hình 19 Sơ đồ nguyên lý cell Perfect Harmony 23 Hình 20 Sơ đồ nguyên lý xung điều khiển van tạo điện áp cell A1 24 Hình 21 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển biến tần 26 Hình 22 Cấu trúc điều khiển vector Perfect Harmony 27 Hình Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng 28 Hình Biểu diễn ba dòng pha dạng vector phức 29 Hình 3 Vector dòng stator hệ tọa độ cố định αβ hệ tọa độ quay dq 30 Hình Vector dòng stator hệ tọa độ  dq 31 Hình Mơ hình từ thơng 32 Hình Cấu trúc hệ điều khiển vector 33 Hình Sơ đồ mạch vịng điều khiển dịng isd 37 Hình Mạch vịng điều khiển isq 38 Hình Mơ hình bù xen kênh 40 Hình 10 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ 40 Hình 11 Sơ đồ mạch vòng điều khiển tốc độ rút gọn 41 Hình 12 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng 42 Hình 13 Mạch vịng điều khiển lưu lượng 43 Hình Sơ đồ biến tân Perfect Harmony 49 Hình Mơ hình Cell Perfect Harmony 50 Hình Mạch phát xung điều khiển cho cell 50 ii Danh mục hình vẽ Hình 4 Sơ đồ chuyển đổi hệ dq sang αβ 51 Hình Sơ đồ chuyển đổi hệ αβ sang abc 51 Hình Sơ đồ chuyển đổi hệ abc sang αβ 52 Hình Mơ hình từ thông 52 Hình Mơ hình mơ với tín hiệu sin chuẩn 53 Hình Nguyên lý tạo xung điều khiển cell pha A 54 Hình 10 Điện áp cell pha A điện áp pha A động 55 Hình 11 Điện áp dây AB 56 Hình 12 Tốc độ động 56 Hình 13 Momen động 56 Hình 14 Sơ đồ hệ thống điều khiển lưu lượng 57 Hình 15 Điện áp pha A động 58 Hình 16 Đáp ứng tốc độ động 58 Hình 17 Đáp ứng momen động 59 Hình 18 Đáp ứng dòng isa, isb isc 59 Hình 19 Đáp ứng dịng Isd động 59 Hình 20 Đáp ứng dịng Isq động 60 Hình 21 Đáp ứng lưu lượng hệ thống 60 iii Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng trạng thái van 18 iv Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển - Hình 4.2 sơ đồ Cell Perfect Harmony Hình Mơ hình Cell Perfect Harmony - Mạch phát xung điều khiển cho cell Hình Mạch phát xung điều khiển cho cell 4.2.2 Mơ hình biến đổi hệ tọa độ a) Mơ hình chuyển hệ dq sang  Cơng thức chuyển đổi hệ tọa độ dq sang   u s  u sd cos s  u sq sin s   u s  u sd sin s  u sq cos s 50 (4.1) Chương Tổng hợp mơ hệ thống điều khiển Mơ hình chuyển hệ dq sang  xây dựng Matlab/Simulink hình 4.4 Hình 4 Sơ đồ chuyển đổi hệ dq sang αβ b) Mơ hình chuyển hệ  sang abc Công thức chuyển đổi hệ  sang abc  u a  u s  1  u s u b  u s  2   1  u s u c  u s   2 Mơ hình chuyển hệ  sang abc xây dựng Matlab/Simulink Hình Sơ đồ chuyển đổi hệ αβ sang abc c) Mô hình chuyển đổi abc sang  Cơng thức chuyển hệ abc sang dq 51 (4.2) Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển  2 2  2     isd  isa cos s  isb cos  s    isc cos  s   3        i   i sin   i sin    2   i sin    2   sa s sb  s  sc  s   sq        (4.3) Hình Sơ đồ chuyển đổi hệ abc sang αβ 4.2.3 Mơ hình từ thơng Từ cơng thức (3.8) tính tốn xác định góc s ta xây dựng mơ hình Matlab/Simulink hình 4.7 Hình Mơ hình từ thơng 4.3 Mơ hệ thống với mơ hình vật lý 4.3.1 Mơ tín hiệu sin chuẩn a) Đặt vấn đề 52 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Để kiểm tra việc xây dựng biến tần Perfect Harmony cell Matlab/Simulink ta kiểm tra dạng điện áp pha, điện áp dây, đáp ứng tốc độ, momen, dòng Isq với đầu vào đưa vào BBT tín hiệu sin chuẩn có biên độ 9, tần số 50Hz Sơ đồ khối xây dựng Matlab/Simulink hình 4.8 đây: Hình Mơ hình mơ với tín hiệu sin chuẩn b) Kết mơ Với tín hiệu đầu vào BBT tín hiệu sin chuẩn biên độ 9, tần số 50Hz Sơ đồ mô xây dựng matlab/simulink ta thu kết thể hình vẽ sau: - Hình 4.9 thể dạng đồ thị xung điều khiển van - Hình 4.10 thể điện áp cell điện áp pha A động - Hình 4.11 thể điện áp pha A động - Hình 4.12 thể điện áp dây AB động - Hình 4.13 thể tốc độ động - Hình 4.14 thể momen động 53 Chương Tổng hợp mơ hệ thống điều khiển Hình Nguyên lý tạo xung điều khiển cell pha A 54 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Hình 10 Điện áp cell pha A điện áp pha A động 55 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Hình 11 Điện áp dây AB Hình 12 Tốc độ động Hình 13 Momen động 56 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển c) Nhận xét Với đầu vào BBT Perfect Harmony ba tín hiệu sin chuẩn với biên độ 9V, tần số f=50Hz lệch 120 Ta thấy điện áp đầu BBT đưa vào động có dạng hình sin với 11 mức biên độ 5Udc Đáp ứng đầu tốc độ động xác lập sau 4.8s nhiên đáp ứng momen cịn dao động mạnh 4.3.2 Mơ hệ thống mạch vòng điều khiển a) Nội dung mô Sơ đồ khối mô hệ thống điều khiển lưu lượng xây dựng Matlab/Simulink thể hình 4.15 Sơ đồ hệ thống gồm khối điều khiển khối chức xây dựng tính tốn Hình 14 Sơ đồ hệ thống điều khiển lưu lượng Vì ta điều khiển vùng từ thông không đổi bỏ qua khối điều chỉnh từ thơng Ta đặt giá trị đầu vào điều chỉnh dòng Isd 10V tương ứng với giá trị Isd định mức Khối tốc độ đặt lưu lượng đặt ta đặt giá trị 10V tương ứng với tốc độ định mức lưu lượng b) Kết mô 57 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Kết mô hệ thống với tham số mô thiết lập ta thu kết thể hình vẽ sau: - Hình 4.16 thể điện áp pha A động - Hình 4.17 thể đáp ứng tốc độ động - Hình 4.18 thể đáp ứng momen động - Hình 4.19 thể dịng stator trục động - Hình 4.20 thể đáp ứng dòng Isd động - Hình 4.21 thể đáp ứng dịng Isq động - Hình 4.22 thể đáp ứng lưu lượng hệ thống Hình 15 Điện áp pha A động Hình 16 Đáp ứng tốc độ động 58 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Hình 17 Đáp ứng momen động Hình 18 Đáp ứng dịng isa, isb isc Hình 19 Đáp ứng dịng Isd động 59 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển Hình 20 Đáp ứng dịng Isq động Hình 21 Đáp ứng lưu lượng hệ thống c) Nhận xét Sau đưa vào hệ thống điều chỉnh ta thu đáp ứng đầu hệ thống - Đáp ứng tốc độ: Tốc độ động đạt giá trị đặt (giá trị định mức) sau 3,2s sau ổn định trì giá trị định mức Cho thấy điều chỉnh tốc độ đạt yêu cầu thiết kế Tuy nhiên thực tế với động tải có momen qn tính lớn q trình khởi động tăng tốc động chậm đảm bảo động không bị giật, gãy trục tránh hư hại, hao mịn khí hệ thống 60 Chương Tổng hợp mô hệ thống điều khiển - Đáp ứng momen: Lúc bắt đầu momen động bắt đầu tăng nhanh đẩy trình tăng tốc động Lúc momen động lớn momen cản để động quay Sau khoảng 2s tốc độ động đạt lớn bắt đầu giảm giá trị xác lập momen động giảm Sau tầm 3.2s momen động xác lập trì giá trị đặt - Đáp ứng dịng Isd đạt giá trị định mức (giá trị đặt) trì ổn định Đáp ứng dịng Isq tỉ lệ thuận với momen - Đáp ứng lưu lượng: Sau thời gian khoảng 13.5s từ khởi động hệ thống Lưu lượng đạt giá trị đặt ổn định trì giá trị xác lập 61 Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian thực đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID nhà máy xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung thế” em tổng hợp lượng kiến thức lớn học suốt năm giảng đường đại học mà em áp dụng vào đồ án Em xin trân thành cảm ơn hương dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Các kết cụ thể thu em trình bày báo cáo sau: - Hiểu quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng vai trò quạt ID sử dụng nhà máy xi măng - Hiểu biết đặc điểm,nguyên lý, ứng dụng, phương pháp điều khiển biến tần trung nói chung biến tần trung Perfect Harmony nói riêng - Hiểu phương pháp điều khiển động không đồng ba pha, cụ thể phương pháp điều khiển vector Phương pháp điều khiển lưu lượng - Mô biến tần trung Perfect Harmony - Xây dựng mơ hình mơ hệ thống điều khiển lưu lượng Matlab/Simulink Do thời gian thực đồ án có hạn kiến thức thân hạn chế nên kết chắn cịn nhiều thiếu sót, em mong góp ý thầy cô Em xin trân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Văn Biên 62 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển vector truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2016 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nhà xuất KH&KT, 1996 [3] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất KH&KT, 2005 [4] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển điều khiển tự động, Nhà xuất KH&KT, 2006 [5] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2002 [6] Startup and advanced topics manual for air coole Perfect Harmony series adjustable speed AC motor drives with next generation, Manual Number: 902232*, Version 3.0, July 2004 63 Phụ lục PHỤ LỤC  Thông số cài đặt m.file %Thông số xung cưa a=10; b=-10; bientanso=1000; 64 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỀN SẢN... đoan đồ án tốt nghiệp: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển quạt ID nhà máy xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng biến tần trung thế” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Để hoàn thành đồ. .. vào đời sống ngày nhiều Trong cách mạng cơng nghiệp 4.0 việc ứng dụng ngành tự động hóa vào sản xuất sâu rộng Đi với phát triển kinh tế nhu cầu nâng cao sống người ngày lớn Nhu cầu nhà ở, khu xây