1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Võ văn hùng nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen

77 18 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 77
Dung lượng 2,79 MB

Cấu trúc

  • Trang

  • Trang phụ bìa

  • Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ii

  • Danh mục các bảng iii

  • Danh mục các hình vẽ (hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị, v.v.. iv

  • Mở đầu 1

  • Nội dung 2

  • CHƯƠNG I:

  • TỔNG QUAN VỂ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TẦN SỐ TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN DIEZEL

  • CHƯƠNG II:

  • CHƯƠNG III:

  • 3.1. Tổng hợp bộ điều khiển mờ trượt 46

  • 3.2. Xây dựng bộ điều khiển mờ trượt cho mạch vòng ổn định tần số máy phát diezen (mạch vòng vị trí) 57

  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

  • PHỤ LỤC 64

  • PL1 - Tính toán thông số của hệ truyền động 64

  • PL2 - Tính toán các thông số hệ điều chỉnh vị trí 66

  • Hình 1.1: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh tần số thứ cấp 04

  • Hình 1.2: Sơ đồ cơ cấu đo tần số (a); Biều đồ vectơ điện áp (b) 04

  • Hình 1.3: Đường đặc tính tĩnh tuabin (1,2,3) và phụ tải (1’,2’,3) 06

  • Hình 1.4: Giới thiệu hệ điều tốc máy phát diezel 11

  • Hình 1.5: Đồ thị công chỉ thị 11

  • Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc điezel 15

  • Hình 1.7: Định hướng từ thông trong hệ toạ độ theo từ thông rotor (d,q) 16

  • Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển véc tơ động cơ KĐB 18

  • Hình 1.9: Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều thyristor-động cơ 39

  • Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ 21

  • Hình 1.11: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh

  • tốc độ hai mạch vòng kín 21

  • Hình 1.12: Đồ thị tốc độ quay và dòng điện của quá trình khởi động

  • hệ thống điều chỉnh tốc độ 22

  • Hình 1.13: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung

  • một chiều 27

  • Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H 27

  • Hình 1.15: Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H 28

  • Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí 31

  • Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ 31

  • Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D 32

  • Hình2.4: Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi 32

  • Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện 32

  • Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 32

  • Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 32

  • Hình 2.8: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động xung điện áp động cơ 38

  • Hình 2.9: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động xung điện 38

  • Hình 2.9: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện 39

  • Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí 40

  • Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 42

  • Hình 2.12. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí bằng bộ điều khiển PID 43

  • Hình 2.13. Kết quả mô phỏng PID với lượng đặt Uđ = 10V 42

  • Hình 2.14. Mô phỏng PID với Uđ = 15V 42

  • Hình 3.1. Phân tích hệ có khâu phi tuyến 2 vị trí và không bị kích thích bằng phương pháp mặt phẳng pha 49

  • Hình 3.2. Giải thích hiện tượng trượt (sliding) 51

  • Hình 3.3. Sự phụ thuộc của e và e' 53

  • Hình 3.4. Cơ sở hệ điều khiển mờ trượt từ điều khiển trượt kinh điển 54

  • Hình 3.5. Hàm thuộc với 5 tập 58

  • Hình 3.6. Luật hợp thành 58

  • Hình 3.7. Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 59

  • Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ trượt 59

  • Hình 3.9. Mô phỏng mờ trượt với Ud=10V 60

  • Hình 3.10. Mô phỏng mờ trượt với Ud=15V 61

  • LỜI CAM ĐOAN

  • LỜI CẢM ƠN

  • - Chương 3: Nâng cao chất lượng hệ điều khiển ổn định tần số máy phát điện Diezel bằng bộ điều khiển mờ trượt.

    • 1.2.1. Ổn định tần số thứ cấp:

    • Ổn định thứ cấp là lấy tín hiệu điện có tần số phát ra của máy phát để tạo ra mạch phản hồi trong hệ điều khiển ổn định tần số của máy phát. Hệ điều chỉnh ổn định tần số thứ cấp được thể hiện ở hình 1.1.

    • 1.2.2. Ổn định tần số sơ cấp

    • 1.3.1. Các thông số đặc trưng của bộ điều tốc

    • 1.3.2. Giới thiệu sơ đồ

      • Mô men của động cơ

      • Mô hình toán của Diesel:

    • 1.3.3 Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel để ổn định tần số máy phát điện.

    • Từ hình vẽ 1.4: ta xây dựng được sơ đồ khối của hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel như hình vẽ:

      • 1.3.4: Các hệ thống truyền động được ứng dụng trong hệ ổn định tốc độ Diezel

      • A. Hệ thống điều khiển vector biến tần động cơ không đồng bộ 3 pha

      • Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ toạ độ tự theo từ thông rotor hình 1.7.

      • B. Hệ thống thyristor - động cơ

      • C. Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp –động cơ một chiều (PWM -Đ)

      • Từ yêu cầu ổn định tần số máy phát điện Diezel và từ sơ đồ hệ điều tốc Diezel, qua phân tích bản luận án sẽ chọn hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp – động cơ một chiều (PWM -Đ) để truyền động cho hệ điều tốc ổn định tần số máy phát điện Diezel. T...

    • 2.1. Xây dựng sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí

  • Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ

    • 2.2.2. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM

  • Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D

    • 2.2.3. Hàm truyền của các khâu trong hệ truyền động

    • Các biểu thức tính toán

    • 2.2.5. Mô phỏng hệ

      • 2.2.5.1. Sơ đồ mô phỏng

  • Hình 2.9: Sơ đồ mô phỏng hệ truyền động điện

    • 2.2.5.2. Kết quả mô phỏng

  • Hình 2.9: Kết quả mô phỏng tốc độ và dòng điện

    • 2.2.5.3. Nhận xét

    • 2.3. Khảo sát và tính toán hệ truyền động ổn định vị trí với bộ điều khiển PID tuyến tính

      • 2.3.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh vị trí

  • Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng vị trí

  • Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí

    • 2.3.2. Mô phỏng

      • 2.3.3.1. Tính toán các thông số hệ điều chỉnh vị trí đối với động cơ 1 chiều kích từ độc lập

  • Hình 2.12. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí bằng bộ điều khiển PID

  • Hình 2.14. Mô phỏng PID với Ud= 15V

    • 2.3.2.3. Nhận xét, đánh giá kết quả mô phỏng

  • CHƯƠNG III

  • NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN

  • ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN DIEZEL BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRƯỢT

    • 3.1. Tổng hợp bộ điều khiển mờ trượt

      • 3.1.1. Nguyên lý điều khiển trượt

      • 3.1.2. Phương pháp điều khiển trượt

  • Hình 3.1. Phân tích hệ có khâu phi tuyến 2 vị trí và không bị kích thích bằng phương pháp mặt phẳng pha

  • Hình 3.2. Giải thích hiện tượng trượt (sliding)

  • Hình 3.3. Sự phụ thuộc của e và e'

    • 3.1.4. Cơ sở điều khiển mờ trượt từ điều khiển trượt kinh điển

  • Hình 3.4. Cơ sở hệ điều khiển mờ trượt từ điều khiển trượt kinh điển

    • 3.1.5. Thuật toán tổng hợp bộ điều khiển mờ trượt

    • 3.2. Xây dựng bộ điều khiển mờ trượt cho mạch vòng ổn định tần số máy phát diezen (mạch vòng vị trí)

      • 3.2.1. Các bước xây dựng bộ điều khiển mờ trượt cho mạch vòng vị trí

  • Hình 3.6. Luật hợp thành

  • Hình 3.7. Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ

    • 3.2.2. Mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ

  • Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển vị trí có bộ điều khiển mờ trượt

  • Hình 3.9. Mô phỏng mờ trượt với Ud=10V

  • Hình 3.10. Mô phỏng mờ trượt với Ud=15V

    • 3.2.3. Nhận xét về chất lượng của hệ

  • KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

    •  Kết luận:

    •  Kiến nghị:

    • TÀI LIỆU THAM KHẢO

    • PHỤ LỤC

    • PL1 - Tính toán thông số của hệ truyền động

Nội dung

Các phương pháp ổn định tần số máy phát điện

Ổn định tần số thứ cấp

Ổn định thứ cấp là quá trình sử dụng tín hiệu điện tần số phát ra từ máy phát để tạo mạch phản hồi, nhằm điều chỉnh và duy trì ổn định tần số trong hệ thống điều khiển của máy phát Hệ điều chỉnh ổn định tần số thứ cấp được minh họa trong hình 1.1.

Hình 1-1: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh tần số thứ cấp

BĐCf: Bộ điều chỉnh tần số ; TB: Diezel kéo máy phát

F : Máy phát ; CCĐ: Cơ cấu đo tần số

Hình 1-2: Sơ đồ cơ cấu đo tần số (a); Biểu đồ vectơ điện áp (b)

Sơ đồ cơ cấu đo tần số được thể hiện trong hình 1.2, trong đó các tham số L và R của bộ lọc tần BLT được chọn sao cho U1 = U2 và U1 + U2 = UR + UL Ở chế độ làm việc bình thường với tần số định mức, UR = UL, dẫn đến điện áp đầu ra của hai bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 bằng nhau, do đó đầu ra khuếch đại thuật toán bằng 0 Giá trị đầu vào bộ điều chỉnh tần số tương ứng với giá trị đặt Khi tần số lệch khỏi giá trị chuẩn, UL = jω.L.IL sẽ lớn hơn hoặc nhỏ hơn UR = R.IR tùy thuộc vào việc tần số tăng hay giảm, ảnh hưởng đến giá trị đầu ra khuếch đại thuật toán Ur.

Khi tín hiệu vào bộ điều chỉnh tần số không còn là giá trị đặt, mà thay vào đó là giá trị đặt cộng hoặc trừ một lượng Ur, bộ điều chỉnh sẽ can thiệp vào hệ truyền động tuabin để đưa tần số về giá trị chuẩn.

Ổn định tần số sơ cấp

Điều chỉnh sơ cấp là quá trình điều chỉnh tốc độ quay của động cơ Diesel thông qua việc thay đổi lượng dầu cung cấp Bộ điều tốc có nhiệm vụ chính là duy trì tốc độ quay của rotor máy phát ổn định, bất chấp sự biến đổi của phụ tải.

Tần số f của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ góc  của máy phát điện theo quan hệ

Trong đó: p - Số đôi cực của máy phát điện n - Số vòng quay của máy phát điện

Phụ tải điện trong hệ thống ảnh hưởng đến mômen cản trên trục Diesel, với công suất tiêu thụ của các loại phụ tải khác nhau tùy thuộc vào tần số dòng điện Cụ thể, công suất tiêu thụ của đèn sợi đốt và các phụ tải nhiệt hầu như không bị ảnh hưởng bởi tần số, trong khi công suất tiêu thụ của động cơ máy móc gia công kim loại lại phụ thuộc mạnh mẽ vào tần số.

Công suất của các loại bơm, quạt tùy theo kết cấu, độ nghiêng của cánh có thể phụ thuộc bậc hai, ba vào tần số

Tổng hợp phụ tải của hệ thống sẽ ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa công suất tác dụng và tần số, tùy thuộc vào sự tương quan giữa các thành phần phụ tải.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét sự thay đổi tần số (Δf) và công suất tác dụng (ΔP) so với tần số danh định (fdd) và công suất danh định (Pdd) Để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa công suất tác dụng và tần số, chúng ta sẽ khảo sát đường đặc tính tĩnh của trục dizen và phụ tải.

Thay đổi tần số (hay tốc độ quay) sẽ làm thay đổi mômen quay

Tần số của hệ thống điện được xác định tại điểm cắt O1 giữa đặc tính tĩnh của phụ tải và đặc tính của Diezel, nơi mà mô men kéo của Diezel cân bằng với mô men cản của phụ tải M1 Đường cong 1' biểu diễn mối quan hệ giữa phụ tải và tĩnh của hệ thống.

Hình 1-3: Đường đặc tính tĩnh của Diezel (1,2,3) và phụ tải (1 ’ ,2 ’ ,3)

Khi số lượng phụ tải trong hệ thống điện thay đổi, đặc tính tĩnh của phụ tải sẽ dịch chuyển Cụ thể, khi thêm phụ tải, đặc tính này sẽ dịch chuyển sang bên phải và cắt đặc tính dizen tại điểm O3, tương ứng với tần số f3 Ngược lại, khi cắt bớt phụ tải, đặc tính sẽ dịch chuyển sang trái và cắt trục tại O2, tương ứng với tần số f2 Do đó, sự thay đổi của phụ tải sẽ ảnh hưởng đến tần số trong hệ thống điện.

Để duy trì chất lượng điện năng, tần số của hệ thống không được thay đổi nhiều Khi phụ tải tăng, cần phải dịch chuyển đặc tính tĩnh của Diezel sang phải để giảm mức thay đổi tần số, dẫn đến tần số tại điểm cắt nhau O4 cao hơn Ngược lại, khi phụ tải giảm, đặc tính Diezel sẽ dịch chuyển sang trái, làm giảm tần số tại điểm O5 Sự dịch chuyển này giúp giảm độ lệch tần số, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định hơn.

Các điểm O 5, O 1 và O 4 tạo thành đặc tính điều chỉnh của Diezel f(M) hoặc f(P) Đặc tính điều chỉnh của tuabin được xác định bởi hệ số phụ thuộc tương đối, còn được gọi là hệ số tĩnh.

Trong hệ thống điện, đặc tính điều chỉnh dizen thường có giá trị S* nằm trong khoảng 0.02 đến 0.06 Giá trị S* càng nhỏ cho thấy hệ thống càng ổn định, nghĩa là với cùng một mức biến đổi công suất, tần số trong hệ thống có S* nhỏ sẽ ít biến đổi hơn.

Hệ điều tốc ổn định tần số máy phát Diezen

Các thông số đặc trưng của bộ điều tốc

Bộ điều tốc giúp duy trì vòng quay ổn định, không bị ảnh hưởng bởi tải trọng hoặc tác động từ con người Đặc tính của bộ điều tốc được xác định bởi một số thông số quan trọng, trong đó có độ sai lệch δ, là tỷ lệ giữa sự chênh lệch vòng quay của động cơ khi tải từ không đến toàn tải so với vòng quay trung bình tb.

Trong đó, nkt là vòng quay của động cơ khi hoạt động ở chế độ không tải, được đo bằng vòng/phút (v/ph), trong khi nH là vòng quay của động cơ khi làm việc ở chế độ định mức, cũng được tính bằng v/ph.

H kt tb n n = n + vòng quay trung bình, v/ph, trong đó δ biểu thị mức độ sai số tĩnh của bộ điều tốc, phản ánh khả năng duy trì vòng quay ban đầu Mức δ càng nhỏ cho thấy chất lượng bộ điều tốc càng cao, nhưng thời gian điều chỉnh sẽ tăng lên Nếu đường đặc tính điều tốc vuông góc với trục hoành (δ=0), được gọi là đặc tính siêu tĩnh hay phi tĩnh Ngược lại, nếu đường đặc tính có độ dốc (δ > 0), thì được gọi là đặc tính tĩnh.

Khi có lực ma sát, sự thay đổi nhỏ trong vận tốc góc của động cơ có thể làm dịch chuyển các cơ cấu bộ điều tốc Tuy nhiên, do ảnh hưởng của lực ma sát trong các cơ cấu điều khiển, bộ điều tốc không phản ứng với những thay đổi nhỏ này Khu vực không nhạy được định nghĩa là khoảng vận tốc góc mà tại đó bộ điều tốc không có phản ứng, và độ rộng của khu vực này thể hiện độ nhạy của bộ điều tốc εkn.

Trong đó: ω , cb, ω ” cb - giá trị vận tốc góc tại các điểm biên của khu vực không nhạy khi tăng và giảm vòng quay động cơ

Trong bộ điều tốc hiện đại, lực ma sát khô rất nhỏ và độ không nhạy ảnh hưởng không nhiều đến chất lượng làm việc của động cơ khi hoạt động độc lập Tuy nhiên, khi làm việc song song, độ nhạy nhỏ có thể gây ra sai lệch lớn về công suất giữa các động cơ, do chế độ cân bằng có thể được thiết lập ở bất kỳ chế độ phụ tải nào trong khu vực không nhạy của động cơ Độ không nhạy của bộ điều tốc tăng lên theo thời gian khai thác và bảo dưỡng động cơ Dù các động cơ làm việc song song còn mới và có bộ điều tốc giống nhau, vùng không nhạy không hoàn toàn giống nhau, do đó cần xem xét cẩn thận khi hiệu chỉnh Độ thay đổi vòng quay lớn nhất φ được xác định là tỷ số giữa biên độ dao động vòng quay lớn nhất và vòng quay định mức.

  (1-7) Δndd (Δωdd) biên độ dao động vòng quay (vận tốc góc) lớn nhất trong quá trình chuyển tiếp

Giá trị độ thay đổi vòng quay tương đối lớn nhất φ phụ thuộc vào chất lượng bộ điều tốc, trạng thái kỹ thuật và mức độ thay đổi tải theo quy định Độ không ổn định vòng quay tương đối ψ được xác định là tỉ số giữa biên độ vòng quay của động cơ trong chế độ làm việc ổn định và vòng quay ổn định tương đối (như định mức, không tải, v.v.).

Biên độ dao động vận tốc góc Δωs liên quan đến chế độ ổn định ωH, trong khi ωkt là vận tốc góc tương ứng với chế độ ổn định, bao gồm cả chế độ định mức và không tải.

Thời gian điều chỉnh tct là khoảng thời gian từ khi bắt đầu thay đổi tải cho đến khi biên độ dao động vòng quay ổn định trong giới hạn cho phép Thời gian này còn phụ thuộc vào loại và chất lượng của bộ điều tốc, cũng như trạng thái kỹ thuật và mức độ thay đổi tải theo quy định.

Giới thiệu sơ đồ

Động cơ Diesel là loại động cơ mà trong đó không khí và nhiên liệu được đưa riêng vào xilanh, tạo ra hỗn hợp khí công tác bên trong nhờ vào việc phun nhiên liệu dưới dạng sương mù với áp suất cao Piston của động cơ chuyển động tịnh tiến, chuyển đổi thành chuyển động quay của trục máy phát Để ổn định tần số của máy phát Diesel khi tải thay đổi, bộ điều tốc sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu và không khí vào động cơ, ảnh hưởng đến tốc độ và tần số của máy phát điện.

Hình 1.4:Giới thiệu hệ điều tốc máy phát Diezel

Mô men quay của động cơ Diesel được xác định thông qua việc lập đồ thị công chỉ thị Đồ thị này phản ánh mối quan hệ giữa công suất và mô men, giúp đánh giá hiệu suất hoạt động của động cơ Diesel một cách chính xác.

Hình 1-5: Đồ thị công chỉ thị Trong đó: Quá trình nén a-c (c ’ )

Quá trình cháy trong động cơ Diezel được xem là bao gồm hai quá trình; Quá trình cháy đẳng tích c-z1

Quá trình cháy đẳng tích z1-z

MF Điểm c được coi là điểm bắt đầu cháy còn điểm z là điểm kết thúc quá trình cháy

Từ đồ thị công chỉ thị, công thực hiện của chất khí trong chu trình công tác Li được tính bằng diện tích hình giới hạn bởi đường cong ac’ cz1zb Công suất chỉ thị của động cơ có thể xác định từ công thực hiện này.

= (1-9) Cuối cùng ta được mômen chỉ thị của động cơ là; m

Giá trị mômen phụ thuộc vào mức nhiên liệu cung cấp cho chu trình và tốc độ của động cơ, tạo nên mối quan hệ phi tuyến quan trọng Kết luận này khẳng định rằng các thông số của mô hình toán sẽ thay đổi trong quá trình hoạt động.

Mô hình toán của Diesel:

Phương trình biểu thị trạng thái động của Diesel được thể hiện như sau:

Trong đó: J - Mômen quán tính của chi tiết quay so với trục động cơ

 - Vận tốc góc của động cơ (vòng/phút)

Md - Mômen quay do động cơ sinh ra (KGm)

Mkd - Mômen quay được tạo ra bởi khí nén khởi động (KGm), chỉ xảy ra khi khởi động

Mt - Mômen cản ma sát (KGm)

Mpt - Mômen cản của phụ tải (KGm)

Khi động cơ làm việc có tải máy phát

Trong trường hợp này, do mômen khởi động bằng không, mômen ma sát có giá trị rất nhỏ so với mômen phụ tải nên có thể bỏ qua

Tín hiệu ra của động cơ được xác định qua vòng quay hoặc vận tốc góc ω, trong khi tín hiệu vào là lượng nhiên liệu cấp h Để mô tả động cơ, ta lập phương trình động kết hợp tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu từ tải Mômen quay do động cơ tạo ra phụ thuộc vào vận tốc góc ω và lượng nhiên liệu được cung cấp cho bơm cao áp h.

Mpt = f(,Npt) (1-14) Dựa vào khai triển maclaurin có thể khai triển phương trình mômen của động cơ dưới dạng

Tiến hành khai triển tương tự cho mômen phụ tải

= pt pt pt pt pt pt pt pt pt pt pt pt pt pt

Bằng cách thay thế phương trình 2 vào phương trình 1 và bỏ qua các thành phần có đạo hàm bậc cao, đồng thời xem xét điều kiện ở trạng thái cân bằng tĩnh Md0 = Mpt0, ta có thể rút ra được các biểu thức liên quan đến pt.

Ta chia cả hai vế của phương trình trên cho giá trị lưu lượng nhiên liệu định mức hn và đặt

 =   độ lệch tương đối của vận tốc góc h n

 = độ dịch chuyển tương đối của thanh răng nhiên liệu bơm cao áp, ptn pt

= độ thay đổi tương đối của phụ tải

0 hệ số chỉnh cùa động cơ pt pt d n ptn pt N

=  hệ số biểu thị sự ảnh hưởng của phụ tải

Hệ số Td là hằng số thời gian đặc trưng cho động cơ về tính quán tính,

Hệ số Kd là hệ số chỉnh đặc trưng cho tính chất ổn định của động cơ,

Hệ số Kpt là chỉ số quan trọng phản ánh sự biến đổi của phụ tải đối với động cơ Trong thực tế, các hệ số như Td, Kd và Kpt thường xuyên thay đổi, ví dụ như hệ số chỉnh Kd phụ thuộc vào vòng quay và tình trạng của động cơ Sau khi xác định phương trình động của động cơ, cần xây dựng thuật toán điều khiển cho bộ điều tốc nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và đạt được chất lượng mong muốn.

Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezen để ổn định tần số máy phát điện

Từ hình vẽ 1.4: ta xây dựng được sơ đồ khối của hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel như hình vẽ:

Hình 1-6: Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel

Ri, Rω, Rφ là các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và vị trí, có nhiệm vụ tổng hợp và tạo ra điện áp điều khiển cho các mạch phát xung Việc lựa chọn các lượng phản hồi và thiết lập các thông số của bộ điều chỉnh vị trí là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Rφ, tốc độ Rω và bộ điều khiển dòng điện Ri thích hợp sẽ đảm bảo chất lượng của hệ thống ở chế độ tĩnh và động

U  * , U  - Điện áp ứng với vị trí cho trước và phản hồi vị trí

U n * , U n - Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước và phản hồi tốc độ quay

U i * , U i - Điện áp ứng với dòng điện cho trước và điện áp phản hồi dòng điện

Bộ nguồn: Cung cấp nguồn cho động cơ

CBVT: Bộ cảm biến tèc độ

1.3.4: Các hệ thống truyền động được ứng dụng trong hệ ổn định tốc độ Diezel

A Hệ thống điều khiển vector biến tần động cơ không đồng bộ 3 pha

Cơ sở để định hướng từ thông trong hệ toạ độ tự theo từ thông rotor hình 1.7

Hình1-7: Định hướng từ thông trong hệ toạ độ tựa theo từ thông rotor (d,q)

Kết quả quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ cố định trên Stato (α, β) sang hệ tọa độ cố định trên Rotor (d, q) cho thấy sự chuyển đổi quan trọng trong việc phân tích và điều khiển động cơ.

Nếu ta giữ cho biên độ từ thông rotor ψ2 không đổi và vector không gian ψ2 trùng với trục 0x thì ta có :ψ2q = 0,ψ2d = ψ2 = const

Từ biểu thức (1-17) ta xác định được các thành phần của vector dòng điện stator:

Mômen điện từ khi đó là:

Khi điều chỉnh vector dòng điện stator theo quy luật M=Krψ2di1q =KrTωsLmi1di 1q (với ψ2d=Lm.i1d), vector từ thông ψ2 sẽ luôn trùng với trục 0d và biên độ của nó không thay đổi.

Các thành phần của vector dòng điện rotor là : q r q i q q d i d d i k i

Như vậy khi định hướng vector từ thông rotor trùng với trục 0d với biên độ không đổi thì ta rút ra được các đặc điểm quan trọng là :

- Vector dòng điện rotor luôn vuông góc với vector từ thông rotor

- Thành phần i1d có giá trị không đổi, đóng vai trò là dòng điện từ hoá

- Các thành phần i1q, i2q và mômen M tỷ lệ với nhau và tỷ lệ với tốc độ trượt ωs

Trong công thức (1-21) ta có thể xác định giá trị i1d theo các thông số định mức của động cơ như sau :

dm dm d r sdm m r dm dm m

Trong đó: Mđm - là mômen định mức ωđm - là tốc độ định mức (rad/s) ωsđm - là tốc độ trượt định mức (rad/s) sđm - là độ trượt định mức

Nếu coi từ thông rotor của động cơ không đồng bộ lúc không tải bằng từ thông định mức, thì vector dòng điện stator được xác định như sau: s q m d

Trong đó: I0m - là biên độ dòng điện không tải

I0 - là giá trị hiệu dụng của dòng điện không tải

3 / 2 - là hệ số quy đổi từ 3 pha về 2 pha

Dựa trên phân tích, chúng tôi đã xây dựng sơ đồ điều khiển cho động cơ không đồng bộ Hệ thống này thực hiện điều chỉnh vector dòng điện stator theo luật đã nêu, giúp định hướng vector từ thông rotor trong hệ tọa độ tựa theo từ thông (d,q) Các đại lượng điều chỉnh được chuyển đổi từ hệ tọa độ (d,q) sang hệ 3 pha (a,b,c) để điều khiển bộ nghịch lưu Tín hiệu phản hồi dòng điện cũng được quy đổi từ hệ 3 pha về hệ tọa độ (d,q) Các ma trận quy đổi có tham số phụ thuộc vào góc quay θ1 và được xác định theo công thức cụ thể.

Hình 1-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển véc tơ động cơ KĐB

Từ phương trình (1-20), có thể thấy rằng việc giữ từ thông rotor không đổi (ψ2d = const) đồng nghĩa với việc giữ dòng điện I1d không đổi (I1d = const) Khi đó, việc điều chỉnh dòng I1q cho phép thay đổi mômen, tương tự như cách điều chỉnh động cơ điện một chiều với hai mạch vòng Cụ thể, điều chỉnh I1q sẽ ảnh hưởng đến lượng vào của mạch vòng tốc độ, trong khi lượng ra của bộ điều chỉnh tốc độ sẽ xác định trị số điều chỉnh mômen của động cơ Do đó, thay đổi lượng vào tốc độ đồng nghĩa với việc thay đổi tốc độ đặt của động cơ, và việc điều chỉnh tần số của bộ biến tần sẽ dẫn đến sự thay đổi tốc độ của động cơ.

B Hệ thống thyristor - động cơ

Hiện nay, hệ thống truyền động điện một chiều T – Đ với mạch vòng phản hồi kín đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, giúp đảm bảo các chỉ tiêu tĩnh và động của hệ thống Công nghệ này có khả năng ứng dụng cho nhiều loại hệ truyền động, từ công suất nhỏ đến công suất lớn.

Cấu trúc hệ thống điều khiển T – Đ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện

1-9: Hệ thống điều chỉnh tốc độ có đảo chiều thyristor - động cơ

VF và VR là hai loại bộ chỉnh lưu có điều khiển được mắc song song ngược Việc điều khiển các nhóm van trong bộ chỉnh lưu giúp tạo ra các chế độ hoạt động như dừng, quay thuận và quay ngược của động cơ.

Bộ điều chỉnh dòng điện RI và bộ điều chỉnh tốc độ Rω có vai trò quan trọng trong việc tổng hợp và tạo ra điện áp điều khiển cho các mạch phát xung Việc lựa chọn các đại lượng phản hồi và thiết lập các thông số phù hợp cho bộ điều chỉnh tốc độ Rω và bộ điều chỉnh dòng điện RI sẽ đảm bảo chất lượng hoạt động của hệ thống trong cả chế độ tĩnh và động.

GVF, GVR: Thiết bị phát xung cho hai bộ chỉnh lưu có điều khiển VF, VR

Un: Điện áp ứng với tốc độ quay cho trước và điện áp phản hồi tốc độ quay

Điện áp phản hồi dòng điện và điện áp ứng với dòng điện là hai tín hiệu quan trọng trong hệ thống điều chỉnh Để tổng hợp chúng, hệ thống sử dụng hai bộ điều chỉnh riêng biệt: một cho tốc độ quay và một cho dòng điện, được kết nối theo cách ghép nối tiếp Cụ thể, đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ quay sẽ là đầu vào cho bộ điều chỉnh dòng điện, và đầu ra của bộ điều chỉnh dòng điện sẽ điều khiển thiết bị phát xung của hai bộ chỉnh lưu bán dẫn sử dụng Thyristor.

Từ góc độ cấu trúc mạch vòng kín, hệ thống điều khiển tốc độ bao gồm hai mạch: mạch vòng trong để điều chỉnh dòng điện và mạch vòng ngoài để điều chỉnh tốc độ Hệ thống này nhằm đảm bảo độ ổn định và đạt được các chỉ tiêu chất lượng động, bao gồm độ quá điều chỉnh, tốc độ, thời gian điều chỉnh và số lần dao động.

Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định và đường đặc tính tĩnh là công cụ quan trọng để phân tích hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín Đường đặc tính tĩnh này thường có hai trạng thái: bão hoà, khi đầu ra đạt giá trị biên, và không bão hoà, khi đầu ra chưa đạt giá trị biên Trong trạng thái bão hoà, đầu ra không còn là hằng số, và sự biến đổi của đầu vào có thể ảnh hưởng đến đầu ra, trừ khi tín hiệu đầu vào ngược chiều làm cho bộ điều chỉnh mất bão hoà Điều này tương đương với việc tách khâu điều chỉnh khỏi mối liên hệ giữa đầu vào và đầu ra, dẫn đến trạng thái vòng hở Tuy nhiên, trong thực tế, bộ điều chỉnh dòng điện thường không bao giờ bị bão hoà khi hoạt động bình thường.

Đối với đường đặc tính, có hai vùng chính tương ứng với hai trường hợp: bộ điều chỉnh tốc độ quay bão hòa và không bão hòa.

Hình 1-10: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín

**) Chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín a Mô hình toán học trạng thái động

Dựa trên sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T – Đ với hai mạch vòng kín là âm tốc độ quay và âm dòng điện, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ điều khiển hai mạch vòng kín.

Hình 1-11: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín

Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện được biểu thị qua các ký hiệu WRω và WRI Trong sơ đồ cấu trúc trạng thái động của động cơ điện, cần làm rõ dòng điện mạch roto Id Bài viết sẽ phân tích quá trình khởi động của động cơ.

Hình 1-12: Đồ thị tốc độ quay và dòng điện của quá trình khởi động hệ thống điều chỉnh tốc độ

Mục đích chính của việc điều khiển hai mạch vòng kín là đạt được quá trình khởi động gần như lý tưởng Để phân tích chất lượng động của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng, cần hiểu rõ quá trình khởi động Trong nghiên cứu hệ thống này, giả thiết rằng khi động cơ đứng yên, điện áp đầu vào ucđ = conts được áp dụng để khởi động Quá trình quá độ của dòng điện và tốc độ quay được minh họa trên hình 1-12, trong đó bộ điều chỉnh Rω trải qua ba giai đoạn: không bão hòa, bão hòa và thôi bão hòa, được đánh dấu bằng các đường I, II và III.

Hệ thống thyristor - động cơ

NẦNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH TẦN SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN DIEZEN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRƯỢT 3.1 Tổng hợp bộ điều khiển mờ trượt

Ngày đăng: 22/12/2021, 22:39

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi - Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Điều chỉnh tự động truyền động điện
Nhà XB: NXB Khoa học và kỹ thuật
[2]. Nguyễn Phùng Quang – Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội năm 2002 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Truyền động điện thông minh
Nhà XB: NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội năm 2002
[3]. Nguyễn Trọng Thuần – Điều khiển logic & ứng dụng – NXB Khoa học & kỹ thuật Hà Nội năm 2006 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Điều khiển logic & ứng dụng
Nhà XB: NXB Khoa học & kỹ thuật Hà Nội năm 2006
[4]. Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước –Lý thuyết điều khiển mờ - NXB Khoa học Hà Nội 2006 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Lý thuyết điều khiển mờ
Nhà XB: NXB Khoa học Hà Nội 2006
[5]. TS. Trần Thọ, PGS.TS. Võ Quang Lạp (2004) - Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội Sách, tạp chí
Tiêu đề: Cơ sở điều khiển tự động truyền động điện
Nhà XB: NXB Khoa học và kỹ thuật

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1-1: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh tần số thứ cấp - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 1: Sơ đồ khối bộ điều chỉnh tần số thứ cấp (Trang 15)
Hình 1-3: Đường đặc tính tĩnh của Diezel (1,2,3) và phụ tải (1 ’ ,2 ’ ,3). - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 3: Đường đặc tính tĩnh của Diezel (1,2,3) và phụ tải (1 ’ ,2 ’ ,3) (Trang 17)
Hình 1.4:Giới thiệu hệ điều tốc máy phát Diezel - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1.4 Giới thiệu hệ điều tốc máy phát Diezel (Trang 22)
Hình 1-6: Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 6: Sơ đồ khối hệ truyền động trong bộ điều tốc Diezel (Trang 26)
Hình 1-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển véc tơ động cơ KĐB - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển véc tơ động cơ KĐB (Trang 29)
Hình 1-10: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 10: Sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn định hệ thống điều chỉnh (Trang 32)
Hình 1-14: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 14: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi PWM dạng H (Trang 38)
Hình 1-13: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung động - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 13: Sơ đồ khối hệ thống truyền động điều chế độ rộng xung động (Trang 38)
Hình 1-15: Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 1 15: Đồ thị điện áp của bộ biến đổi PWM dạng H (Trang 39)
Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh vị trí (Trang 41)
Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp hệ truyền động PWM-Đ (Trang 42)
Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động PWM - D (Trang 43)
Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi (Trang 44)
Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện (Trang 45)
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như sau: - Võ văn hùng  nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động ổn định tần số máy phát điện diezen
Sơ đồ c ấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như sau: (Trang 47)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w