Tự động hoá thiết bị điện Điều chỉnh bộ điều khiển và thiết kế hệ thống

Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 1 Điều chỉnh bĐK vμ thiết kế hệ thống Điều chỉnh bộ điều khiển lμ thay đổi các thông số của bộ điều khiển (tỉ lệ, tích phân, vi phân) sao cho đạt đ−ợc các chỉ tiêu điều khiển mong muốn. Các chỉ tiêu điều khiển th−ờng gặp – Trong miền thời gian: Sai lệch tĩnh, thời gian tăng tr−ởng, tốc độ đáp ứng, tỉ số suy giảm, độ quá điều chỉnh. – Trong miền tần số: Giới hạn biên độ, giới hạn góc pha, điểm tần số gẫy. Điều khiển máy phát điện Nguyên lí lμm việc – ổn định tần số – ổn định điện áp phát ra Đặc tính lμm việc: – Đặc tính không tải: dmdqfWkE φ44,4= 60 .npf = E0 Ikt Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 2 – Đặc tính ngoài (đặc tính tải) It E Iđm Uđm 0 điện cảm điện dung điện trở – Đặc tính điều chỉnh It Ikt Iđm Ikt 0 điện cảm điện trở điện dung Các hệ thống kích từ – Hệ thống kích từ dùng máy điện một chiều – Hệ thống kích từ dùng máy điện xoay chiều có chổi than – Hệ thống kích từ dùng máy điện xoay chiều không chổi than – Hệ thống kích từ trực tiếp Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 3 Sơ đồ điều khiển kích từ trực tiếp máy phát điện Bộ điều khiển Biến áp nguồn G 3~ Phụ tải 3 pha SP PV e CV kt _ Biến áp phản hồi Sơ đồ khối điều khiển máy phát điện – BĐK: Bộ điều khiển – ĐT: Đối t−ợng (Máy phát điện và bộ biến đổi) – PH: Phản hồi (Biến áp phản hồi và bộ chỉnh l−u) – SP: Điểm đặt (điện áp đặt (mong muốn)) – PV: Biến quá trình (điện áp thực đầu ra máy phát) – PV1: Tín hiệu phản hồi – CV: Biến điều khiển (Điện áp điều khiển của bộ biến đổi) -PV1 SP BĐKΣ ĐT PH CVe PV Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 4 50% 380V220V0V CV (Uđk) 0% 100% PV (Uph) (Uđ) Quan hệ biến CV (Uđk) vμ PV (Ur) của bộ biến đổi đ−a vμo điều chỉnh máy phát điện 50% 380V220V0V CV (Uđk) 0% 100% PV (Ur) (Uđ) Quan hệ biến CV (Uđk) vμ PV1 (Uph) của bộ điều khiển U1 CVmới Yêu cầu: – Thiết kế nguyên lí mạch điều khiển cho ổn định điện áp ra máy phát điện có phản hồi điện áp (Có thể thiết kế theo băm áp một chiều hoặc chỉnh l−u có điều khiển) Tự kích máy phát điện Ikt E E0 E1 E2 E3 Exl I0 I1 I2 I3 Các ph−ơng pháp mồi kích từ */ Dùng đ−ờng cong tự kích */ Dùng ắcqui máy phát điện Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 5 đối t−ợng xác định đ−ợc hμm truyền Thiết kế xây dựng mạch ổn định tốc độ động cơ điện DC. Có các thông số sau: Uđm = 220 V ηđm = 0.85 nđm = 970 v/ph Iđm = 50 A jDC = 1.6 kgm2 p = 2 Uđk = 10 V Udo = 240 V Máy phát tốc TM-100-2000 có số liệu: Uđm = 100V nđm = 2000 v/ph Sơ đồ khối điều khiển tự động ổn định tốc độ ch−a xét việc hạn chế dòng khi khởi động. Xác định hμm truyền từng khâu trong hệ thống – Bộ chỉnh l−u: m: số pha chỉnh l−u (cầu m = 2.số pha) f: tần số l−ới SP -PV1 ĐC ωe Udk Ud FT CLΣ BĐK p clcl eKTF τ−= maxdk do cl U UK = fm. 1=τ s cl eTF 0033.024 −= Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 6 – Động cơ: Xác định hằng số thời gian cơ học Trong đó: J = 1.92 kg.m2 Ru = 0.413 RBA = 0.2 kφ = 1.969 Xác định hằng số thời gian điện từ Do Tc > 4Tu, nên cấu trúc hàm truyền động cơ nh− sau: ( ) ( )2 . φβ k RRJJT BAuC +== DCJJ )2.11.1( ữ= ( )sTC 59.0= ( )s RR LLT CLu CLu u 03.0=+ += ( ) ( )( )11 21 ++= sTsT KDCTF DC Trong đó: 507,01 =−== dmudm dm dm DC IRUk K ωφ 55,0411 21 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= C uC T TTT 031,0411 21 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −−= C uC T TTT ( ) ( )( )1031,0155,0 507,0 ++= ssDCTF Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 7 – Máy phát tốc: Yêu cầu thiết kế: – Trong miền thời gian: P.O nhỏ nhất Ts nhỏ nhất Δω = 0 ( ) FT FT FT FT FT G n UUFTTF ==== 477,055.9.ω ω -PV1 SP BĐKΣ ĐT FT Udke Trong đó đối t−ợng ĐT có hμm truyền: Sử dụng bộ điều khiển PID với cấu trúc hμm truyền tổng quát nh− sau: Hμm truyền của hệ thống kín nh− sau: ( ) ( ) ( )( ) DTGsssDTTF =+++= 1031.0155.0 507.0 10033.0 24 ( ) PIDIPD Gs KsKsKPIDTF =++= 2 den num GGG GGCLTF FTDTPID DTPID =+= 1 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 8 Trong đó: Ta đ−ợc hμm truyền vòng kín nh− sau: ssss KsKsK num IpD +++ ++= − 2344 2 614,0036,010.58,5 168,12168,12168,12 ( ) ( ) IPD IPD KsKsKss KsKsKCLTF 5515614,0036,010.58,5 168,12168,12168,12 2344 2 ++++++ ++= − ( ) ( ) ssss KsKsKssden IPD +++ ++++++= − − 2344 2344 614,0036,010.58,5 5515614,0036,010.58,5 Biến đổi hệ số Kp cho KD = Ki = 0: Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 9 Biến đổi hệ số Ki cho KP = 0.9; KD = 0: Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 10 Biến đổi hệ số KD cho KP = 0.9; Ki = 1.6: Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 11 Từ các dữ liệu tìm đ−ợc về hệ số KP, Ki, KD xác định đồ thị Bode của hμm truyền hệ kín Giới hạn biên độ: GM = 0dB - (-65,1dB) = 65,1 dB Giới hạn góc pha: PM = 1800 + (-107) = 630 Hệ thống có độ dự trữ về biên độ vμ góc pha lớn. Hệ thống có độ ổn định cao. Từ các dữ liệu tìm đ−ợc về hệ số KP, Ki, KD tiến hμnh xây dựng vμ thiết kế bộ điều khiển PID cấu trúc song song. Với Kp = 0.9; Ki = 1.6; KD = 0.024 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 12 – Tần số gẫy ở khu vực tần số thấp. – Tần số gẫy ở khu vực tần số cao. ( )srad K K P I CL /77.19.0 6.11 2 ==== τω ( )srad K K D I CH /66,66024.0 6.11 1 ==== τω Phản hồi âm tốc độ vμ phản hồi d−ơng dòng có ngắt. ω I Ing 1 2 3 Ikđ Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 13 đối t−ợng ch−a xác định đ−ợc hμm truyền