Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động van cánh hướng ứng dụng trong công nghiệp

Nội dung của luận văn: Với những vấn đề được đề xuất ở những phần trên bản luận văn này sẽ thực hiện và chia làm các phần sau: Chương 1: Tổng quan về điều khiển van trong công nghiệp Ch

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CAO THỊ THU

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

HỆ ĐIÊU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG VAN CÁNH HƯỚNG

ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

THÁI NGUYÊN, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

CAO THỊ THU

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

HỆ ĐIÊU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG VAN CÁNH HƯỚNG

ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ QUANG LẠP

THÁI NGUYÊN, 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Cao Thị Thu

Sinh ngày: 27 tháng 09 năm 1981

Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Khí Nông nghiệp Tam Hợp – Bình Xuyên – Vĩnh phúc

Tôi xin cam đoan những gì tôi viết trong luận văn này là do sự tổng hợp

và nghiên cứu theo định hướng của giáo viên hướng dẫn không sao chép của người khác

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2014

Tác giả luận văn

Cao Thị Thu

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trong Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp, các thầy cô giáo trong Phòng quản lý đào tạo sau đại học, Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ tác giả rất nhiều về kiến thức chuyên môn, tài liệu nghiên cứu để tác giả có thể hoàn thành luận văn của mình

Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên luận văn vẫn còn nhiều thiếu sót Tác giả rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của Hội đồng chấm luận văn, các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Thái nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2014

Tác giả luận văn

Cao Thị Thu

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục ……… iii

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt ……… vi

Danh mục các hình vẽ và đồ thị……… ……… vii

Mở đầu 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VAN TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Van điều khiển 3

1.1.1 Cấu trúc cơ bản của van điều khiển 3

1.1.2 Kiểu tác động của van 7

1.2 Ứng dụng van để điểu khiển khói cho lò hơi 8

1.3 Các hệ truyền động điều khiển van 11

CHƯƠNG 2

KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ T-Đ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VAN CHO LÒ HƠI 2.1 Tính toán và khảo sát hệ truyền động T-Đ: 21

2.1.1 Tổng hợp hệ điều khiển Ri và R : 23

2.1.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển dòng RI 24

2.1.1.2 Tổng hợp bộ điều khiển dòng R 24

2.2 Thí nghiệm: 27

2.2.1 Giới thiệu bài thí nghiệm 29

2.2.1.1 Mạch động lực của hệ T-Đ 29

a, Thiết bị mạch động lực 29

b, Nguyên lý làm việc của sơ đồ mạch điện 29

2.2.1.2 Mạch tạo xung điều khiển .31

a, Sơ đồ và thiết bị mạch 31

b, Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung điều khiển 33

2.2.1.2 Mạch phụ tải .34

a, Thiết bị mạch phụ tải .34

b, Sơ đồ nguyên lý mạch phụ tải 34

2.2.2 Sơ đồ lắp ráp 35

2.2.3 Qúa trình thí nghiệm 39

2.2.3.1 Điện áp đồng bộ hóa và điện áp răng cưa 39

2.2.3.2 Thí nghiệm 41

2.3 Đánh giá kết qua thí nghiệm hệ truyền động T-Đ 47

CHƯƠNG 3 KHÁO SÁT MẠCH VÒNG VỊ TRÍ ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG

CÁNH HƯỚNG VAN HƠI 3.1 Đặt vấn đề 48

3.2 Quá trình tổng hợp hệ điều khiển chuyển động vị trí 49

3.3 Mô phỏng hệ điều khiển vị trí ổn định cánh hướng van 51

3.3.1.Tính toán các thông số của hệ 51

3.3.1.1.Các thống số cho trước của hệ truyền động 51

3.3.1.2.Tính toán các thông số và hàm số truyền của hệ 49

3.3.2 Kết quả mô phỏng chất lượng bộ điều khiển PID 53

3.3.2.1.Tín hiệu đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vào đặt=10V 52

3.3.2.1.Tín hiệu đầu ra tương ứng với các giá trị khác nhau của vị trí đặt đầu vào đặt=6V 52

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIÊN MỜ THÍCH NGHI ĐÊ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG VAN CHO LÒ HƠI CÔNG NGHIỆP 4.1 Đặt vấn đề 53

4.2 Định nghĩa hệ mờ thích nghi 53

4.2.1 Địều khiển mờ .53

4.2.2 Địều khiển thích nghi 53

4.2.2.1 Tổng hợp bộ điều khiẻn thích nghi trên cơ sở lý thuyết gradient 61

4.2.2.2 Tổng hợp bộ điều khiẻn thích nghi trên cơ sở lý thuyết lyapunov 62

4.2.2 3 Phân loại 63

4.2.2.4 Các phương pháp điều khiển mờ thích nghi .63

4.3 Thiêt kế bộ điều khiên mờ thích nghi 66

4.3.1.Thiêt kế bộ điều khiên mờ .66

4.3.1.1.Mô hình toán học của bộ điều khiển mờ 67

4.3.2 Xây dựng hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu song song 71

4.3.2.1.Hệ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu dùng lý thuyết kinh điển 71

4.3.3 Qúa trình thiết kế cụ thể: 75

4.3.3.1 Sơ đồ khối mờ 75

4.3.3.2 Định nghĩa tập mờ 75

4.3.3.3 Xây dựng các luật điều khiển “ nếu thì .77

4.3.3.4 Chọn luật hợp thành .79

4.3.3.5 Giải mờ .79

4.3.3.6 Sơ đồ mô phỏng .81

4.3.3.7 Kết quả mô phỏng chất lượng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ thích nghi 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .85

TÀI LIỆU THAM KHẢO .87

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ

1 ĐC Động cơ điện một chiều

2 ADC Analog Digital Convert

3 DAC Digital Analog Convert

4 XA-Đ Điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1-1 Cấu trúc cơ bản của một thiết bị chấp hành 3 Hình 1-2 CÊu tróc tiªu biÓu cña mét van cÇu khÝ nÐn 4

Hình 1-8 Phân bố áp suất của hệ thống khói gió 12

Hình 1-10 Hệ điều khiển cánh hướng van dùng cơ cấu liên kết góc quay 15

Hình 1-11 Hệ điều khiển cánh hướng van dùng cơ cấu liên kết góc

Hình 1-12 Sơ đồ khối điều khiển cánh hướng van 19 Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vị trí van chovlò hơi 21

Hình 2-3 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng dòng điện 24 Hình 2-4 Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ 26 Hình 2-5 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động T-Đ 26 Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha 29 Hình 2-7 Giản đồ điện áp của chỉnh lưu cầu 3pha 32 Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung điều khiển 33 Hình 2-9 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển theo pha đứng 34

Hình 2-12 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ tải 37 Hình 2-13 Sơ đồ bố trí thiết bị trên module chỉnh lưu cầu 3 pha 38

Hình 2-15 Điện áp đầu ra khâu phát sóng răng cưa 42

Hình 2-17 Khi động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển P 44 Hình 2-18 Động cơ quay theo chiều thuận với bộ điều khiển PI 45 Hình 2-19 Động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển P 46 Hình 2-20 Động cơ quay theo chiều ngược với bộ điều khiển PI 46

Hình 4-1 Diễn biến thời gian của điều chỉnh vị trí tuyến tính 59

Hình 4-3 Sơ đồ chức năng của bộ đièu khiên mờ 60

Hình 4-8 MRAFC điều chỉnh hệ số khuếch đại đầu ra 63 Hình 4-9 MRAFC điều chỉnh hệ số khuyếch đại đầu ra và hệ số tích

Hình 4-10 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thích nghi theo mô hình 64 Hình 4-11 Sơ đồ khối MRAS dựa trên lý thuyến Lyapunov cho đối

Hình 4-12 Cấu trúc phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp 67 Hình 4-13 Cấu trúc của phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp 67 Hình 4-14 Điều khiển thích nghi có mô hình theo dõi 68 Hình 4-15 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển mờ hai đầu vào 69 Hình 4-16 Định nghĩa hàm liên thuộc cho các biến vào/ ra 70

Hình 4-18 Quan hệ vào ra của luật hợp thành tuyến tính 71 Hình 4-19 Sự hình thành ô suy luận từ luật hợp 72 Hình 4-20 Kết quả của phép lấy Max - Min trong ô suy luận 73

Hình 4-22 Bộ điều khiển mờ với hệ số khuếch đại đầu ra K 73

Hình 4-25 Quan hệ vào ra của bộ điều khiển mờ 84 Hình 4-26 Sơ đồ mô phỏng so sánh chất lượng bộ điều khiển PID và

Hình 4-27 Sai lệch tốc độ giữa bộ điều khiển mờ thích nghi và bộ điều

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Van điều khiển được ứng dụng nhiều trong công nghiệp: van khí nén, van điện, van thủy lực là thiết bị chấp hành trong hệ điều khiển tự động Trong luận văn này tác giả chọn van điện để điều khiển khói cho lò hơi trong nhà máy nhiệt điện Việc chọn hệ thống truyền động cho van này một cách hợp

lý nghĩa là vừa thỏa mãn được yêu cầu truyền động cho van đồng thời thích hợp với các thiết bị thí nghiệm của nhà trường, có như vậy luận án này vừa giải quyết được lý thuyết đồng thời kiểm nghiệm được thực tế Trên cơ sở nghiên cứu, kháo sát hệ truyền động đề xuất phương pháp đê nâng cao chất lượng cho

hệ điều khiên chuyển động làm cho hệ đam bao chất lượng cao Với cách đặt vấn đề như trên khi giải quyết thành công bản luận án này sẽ mang tính thực tiễn,tính lý thuyết chứa đựng tính khoa học cao

2 Mục tiêu của luận văn:

- Tìm hiêu tổng quan những yêu cầu của hệ điều khiển chuyển động van được ứng dụng cho lò hơi công nghiệp từ đó đề xuất được hệ truyền động thích hợp nghĩa là đáp ứng dược yêu cầu truyền động nhưng đồng thời thí nghiệm được trong phòng thí nghiệm

- Về mặt lý thuyết đã giải quyết đầy đủ những vấn đề liên quan đến chuyển động van bao gồm tính toán, khảo sát và mô phỏng hệ điều khiển chuyển động cho hệ điều khiển van giúp cho việc đánh giá sơ bộ khả năng ứng dụng của hệ cho van cánh hướng

- Thí nghiệm thành công hệ truyền động của trường cụ thế là hệ T-Đ với những chế độ làm việc khác nhau từ kết quả này so sánh với kết quả lý thuyết

để từ đó khẳng định hệ truyền động được chọn và đã thí nghiệm là hệ T-Đ thỏa mãn để điều khiển chuyển động van

- Xây dựng được hệ điều khiển ổn định vị trí của van cánh hướng dựa trên cơ sở

hệ T-Đ đã chọn để khảo sát, đánh giá sơ bộ chất lượng hệ điều khiển vị trí này

- Trên cơ sỏ phân tích những hạn chế của mạch vòng vị trí đề xuất bộ điều khiển phi tuyến thích hợp(mờ lai, mờ thích nghi) nhằm nâng cao chất lượng hệ thống

3 Dự kiến kết quả:

- Hoàn thành phẩn tổng quan về truyền động van

- Chọn hệ truyền động thích hợp bao gồm cả tính toán lý thuyết và thí nghiệm thành công

- Xây dựng được hệ điều khiển mạch vòng vị trí đồng thời mô phỏng, đánh giá

sơ bộ hệ thống này

- Chọn phương án mờ thích nghi để nâng cao chất lượng

4 Nội dung của luận văn:

Với những vấn đề được đề xuất ở những phần trên bản luận văn này sẽ thực hiện và chia làm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về điều khiển van trong công nghiệp

Chương 2: Khảo sát,tính toán và kiểm nghiệm hệ T-Đ để điều khiển van

cho lò hơi Chương 3: Khảo sát mạch vòng vị trí ổn định chuyển động cánh hướng

van hơi Chương 4 : Ứng dụng điều khiên mờ thích nghi để nâng cao chất lượng

hệ truyền động van cho lò hơi công nghiệp Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VAN TRONG CÔNG NGHIỆP

1 Van điều khiển:

Một hệ thống/thiết bị chấp hành có chức năng can thiệp tới biến điều khiển theo tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển như hình 1.1 minh họa cấu trúc cơ bản của một bộ chấp hành Thành phần can thiệp tới biến điều khiển được gọi

là phần tử điều khiển, ví dụ van tỉ lệ van on/off tiếp điểm, sợi đốt, băng tải Phần tử điều khiển được truyền năng lượng, truyển động từ cơ cấu chấp hành,

ví dụ như các hệ thống động cơ, cuộn hút và cơ cấu khí nén, thủy lực Trong hệ thống điều khiển quá trình thì hầu hết các biến điều khiển là lưu lượng van điều khiển là thiết bị chấp hành tiêu biểu nhất và quan trọng nhất Van điều khiển cho phép điều khiển lưu lượng của một lưu chất qua ống dẫn tỉ lệ với tín hiệu điều khiển Trong nội dung sau đây ta tập trung nghiên cứu các yếu tố

cơ bản của một van điều khiển

1.1 Cấu trúc cơ bản của van điều khiển:

Một van điều khiển bao gồm thân van được ghép nối với một cơ chế chuyển động cùng với phụ kiện liên quan Trên hình vẽ 1-2 là hình ảnh mặt cắt van cầu khí nén với cơ chế chuyển động màng rung lò xo Phần thân van gồm các phụ kiện được gắn với đường ống dẫn, đóng vai trò là phần tử điều khiển

Biến điều khiến (MV)

Đầu ra của bộ

điều khiến (CO)

Cơ cấu chấp hành

Phần tử điều khiến Thiết bị chấp hành

Hình 1-1 Cấu trúc cơ bản của một thiết bị chấp hành

Hình 1-2 Cấu trúc tiêu biểu của một van cầu khí nén

Độ mở và lưu lượng qua van được xác định bởi hình dạng và vị trí chốt van Ta có thể phân loại van dựa theo thiết kế và kiều chuyển động của chốt van như sau:

 Van cầu: chốt trượt có hình cầu hoặc hình nón, chuyển động lên xuống

 Van nút: chốt xoay hình trụ (có đục các lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình trụ

 Van bi: chốt xoay hình cầu (có đục các lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình cầu

 Van bướm: chốt xoay hình đĩa

Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tạo ra chuyển động cho chốt van thông qua cần van (đối với chuyển động trượt) hoặc trục van (chuyển động xoay) Phần lớn van điều khiển công nghiệp được cấp nguồn khí

nén, song một số năng lượng khác như điện, điện từ hoặc thủy lực cũng có thể đựơc sử dụng Ta có thể phân loại van dựa theo cơ chế truyền động như sau:

 Van khí nén: loại dùng phổ biến nhất, truyển động khí nén sử dụng màng

lò xo hoặc piston Tín hiệu đầu vào có thể là khí nén, dòng điện hoặc tín hiệu Nếu tín hiệu điều khiển là dòng điện, ta cần bộ chuyển động điện – khí nén (I/P) tích hợp bên trong hoặc tách riêng bên ngoài

 Van điện: Cơ chế chấp hành sử dụng động cơ servo hoặc động cơ bước điều khiển trực tiếp từ tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển, thông thường dòng điện tương tự 4÷ 20mA hoặc tín hiệu số Van điện được sử dụng cho những ứng dụng công suất nhỏ đòi hỏi độ chính xác cao

 Van thủy lực: cơ chế chấp hành sử dụng hệ thống bơm dầu kết hợp kiều chắn hoặc piston, bơm dầu được điều khiển bới tín hiệu ra từ bộ điều khiển Van thủy lực được sử dụng cho các ứng dụng có công suất lớn

 Van từ: cơ chế chấp hành cuộn hút kết hợp lò xo, lực nén yếu và độ chính xác kém chỉ phù hợp với các bài toán đơn giản

Dưới đây là hình ảnh một số loại van điều khiển công nghiệp Đa số các nhà cung cấp van điều khiển cho phép chọn phần cơ chế chấp hành và phần thân van một cách riêng biệt

Hình 1-3 Van bi

1.2 Kiểu tác động của van:

Phần lớn van điều khiển công nghiệp được thiết kế để có tính an toàn cơ học, có nghĩa là khi không có tín hiệu điều khiển (ví dụ do mất nguồn) thì van hoặc phải đóng hoàn toàn hoặc phải mở hoàn toàn để ngăn chặn nguy cơ xảy ra tai nạn Ví dụ, một van khí nén có thể sử dụng lò xo thì chốt van sẽ được kéo về

vị trí ban đầu nếu mất nguồn năng lượng cung cấp nhưng không phải van nào cũng có thể giữ an toàn cơ học, ví dụ van điện hoặc van khí nén không sử dụng

lò xo đối lực sẽ giữ nguyên vị trí mở van sau khi mất tín hiệu điều khiển hoặc mất nguồn năng lượng cấp

Hình 1-3 minh họa các hình thức biểu diễn kiểu tác động cho van điều khiển Chiều mũi tên chỉ xuống tới thân van thể hiện kiểu van là đóng an toàn,

Hình 1-4 Van bướm

còn mũi tên chỉ ngược lại chỉ thị kiểu mở an toàn Sự lựa chọn kiểu tác động của van thuần túy dựa trên nguyên tắc đảm bảo an toàn trong trường hợp mất tín hiệu điều khiển hoặc mất nguồn năng lượng cung cấp Hình 1-4 minh họa ví

dụ hệ thống tháp chưng cất hai sản phẩm Ta cần chọn van đóng an toàn (FC) cho dòng sản phẩm đáy để tránh làm cạn tháp, trong khi chọn van mở an toàn(FO) cho dòng sản phẩm đỉnh để tránh ngập bình ngưng dẫn tới tăng áp suất trong tháp Kiểu tác động của van cấp hơi nước hầu như bao giờ cũng được chọn là đóng an toàn để tránh tình trạng quá nhiệt Ngược lại, van cấp nước làm lạnh lại cần mở an toàn để giảm nhiệt và giảm áp suất trong tháp

Sự lựa chọn kiểu tác động van điều khiển ảnh hưởng tới lựa chọn hệ số khuếch đại của bộ điều khiến sau này Van đóng an toàn có độ mở van lớn hơn khi tín hiệu điều khiển tăng, trong khi van mở an toàn có độ mở van nhỏ khi tín hiệu điều khiển tăng Lưu ý khái niệm ‘’chiều tác động’’ của bản thân van điều khiển được định nghĩa trong tài liệu chuẩn dựa theo chiều chuyển động của chốt van Chiều tác động thuận được định nghĩa là độ mở van giảm khi tín hiệu điều khiển tăng (có nghĩa là cần van chuyển động theo chiều thuận từ trên xuống dưới đối với van trượt) Chiều tác động nghịch được định nghĩa là độ mở van tăng lên khi tín hiệu điều khiển tăng (cần van chuyển động theo chiều nghịch từ dưới lên trên đối với van trượt)

2 Ứng dụng van để điều khiển khói cho lò hơi

Các thiết bị của hệ thông khói gió bao gồm:

- Quạt gió vào

Hình 1-5 Van đóng an toàn

Hình 1-6.Van mở an toàn

- Quạt hút khói ra

- Quạt gió sơ cấp (dùng cho loại máy nghiền kiểu áp suất)

- Quạt hút (dùng cho máy nghiền kiểu hút áp lực)

- Bộ gia nhiệt không khí

- Hệ thống các đường ống dẫn khói và gió

- Các van và các cánh hướng điều chỉnh khói gió

- Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Gió ngoài trời có nhiệt độ theo mùa khoảng từ 100C – 390C được hút vào quạt gió (FD) Lưu lượng gió qua quạt FD có thể được điều chỉnh bởi độ mở cánh hướng hoặc tốc độ của quạt gió sau quạt FD được chia làm hai thành phần, một lượng gió qua bộ gia nhiệt không khí, phần còn lại được dẫn đến quạt sơ cấp PA coi như thành phần cung cấp gió lạnh cho máy nghiền, để điều chỉnh nhiệt độ ra của máy nghiền

Thành phần gió sau khi qua bộ phận gia nhiệt không khí sẽ tăng nhiệt độ lên khoảng 1000C gió sau khi gia nhiệt lại được chia thành hai thành phần, một phần với hàm lượng lớn gió sẽ đi thẳng vào lò gọi là gió cấp 2 (hay gió thứ cấp, gió cháy) Gió cấp 2 được phân bố đều đến tất cả các góc của buồng đốt Thành phần còn lại của gió đã gia nhiệt sẽ theo các đường ống dẫn đến quạt gió

sơ (PA) được gọi là gió nóng cấp 1

Quạt gió sơ cấp (PA) cung cấp đồng thời gió nóng và gió lạnh cho máy nghiền Mỗi đường ống gió nóng và gió lạnh đều có các cánh hướng điều chỉnh lưu lượng gió và cánh hướng điều chỉnh liên thông giữa gió nóng và gió lạnh Trong một số loại máy nghiền thì từ đường ống gió lạnh được trích một phần

ra để chèn vào các lỗ hổng của máy nghiền gọi là gió chèn

Có một số máy nghiền thì sử dụng quạt hút thay cho quạt gió sơ cấp (PA), nó được đặt sau máy nghiền (giữa máy nghiền và vòi đốt) Quạt hút tạo chân không để hút đồng thời cả than và gió vào buồng đốt

Khói sau khi ra khỏi lò có nhiệt độ rất cao khoảng hơn 2150C, sẽ được

dẫn qua bộ tiết kiệm để hâm nóng nược tuần hoàn Sau khi ra khỏi bộ tiết kiệm,

khói được đưa vào bộ gia nhiệt không khí để làm tăng nhiệt độ cho gió vào

Nguyên lý của bộ gia nhiệt không khí là gia nhiệt bởi khói nóng thoát ra từ lò

Trong bộ gia nhiệt không khí thì gió và khói đi qua 2 mặt của một tấm

kim loại quay, 2 dòng gió và khói ngược chiều nhau và truyền nhiệt cho nhau

Khói ra khỏi bộ gia nhiệt không khí sẽ qua bộ lọc bụi tĩnh điện để loại bỏ các

chất bẩn trước khi được quạt khói (ID) hút lên ống khói khí quyển

Trên đường lưu thông của gió có sự thay đổi áp suất trên mỗi đoạn do có

sự thay đổi tiết diện giữa các đường ống dẫn, các ống bẻ cong chuyển hướng

dòng lưu thông làm tổn hao lưu lượng và áp suất gió Bộ gia nhiệt bù phần

năng lượng mất đi do sự tổn hao này, đảm bảo tốc độ gió phun vào buồng đốt,

ống khói nhà máy nhiệt điện phải có độ cao và đường kính đủ lớn sao cho đảm

bảo sự chênh lệch áp suất với khí quyển,khói thoát tốt sẽ giảm thiểu tổn hao với

thành lò

Nếu sử dụng gió tự nhiên, tuần hoàn tự nhiên thì tổn hao nhỏ hơn nhiều

so với khi dùng gió cưỡng bức bởi quạt Vòng tuần hoàn này được tạo ra hoàn

toàn do hiệu ứng của ống, độ cao của ống khói, các ống dẫn khói và nhiệt độ

khói gió Khi có sự trao đổi nhiệt giữa khói gió và bề mặt truyền nhiệt nhiều

hơn, hiệu suất lò đạt cao hơn Đứng trên quan điểm về kinh tế thì nên sử dụng

tuàn hoàn tự nhiên nhưng nếu phải phụ thuộc vào tự nhiên thì nhà máy không

thể hoạt động ổn định, không đạt được các yêu cầu kỹ thuật nên bắt buộc phải

sử dụng hệ thống quạt gió và quạt khói để tạo đường lưu thông khói gió

Vai trò của gió thể hiện như sau:

Gió cấp 1 là gió đưa trực tiếp vào máy nghiền bao gồm hỗn hợp gió nóng

và gió lạnh Gió cấp 1 có nhiệm vụ chính:

- Vận chuyển than bột đến các vòi đốt

- Sấy khô than trước khi đưa vào buồng đốt

Gió được thổi vào máy nghiền, những hạt than bụi có kích thước nhỏ sẽ được gió vận chuyển đến bộ phận phân ly của máy nghiền, tại đầu ra của máy nghiền là hỗn hợp than và gió Hỗn hợp nhiên liệu này được vận chuyển theo các đường ống đến các vòi đốt của lò hơi

Ngoài vận chuyển than bột thì gió cấp 1 có tác dụng sấy khô than trong máy nghiền Thông thường than khô từ máy cấp có độ ẩm cao, khi than có độ

ẩm cao sẽ gây khó khăn trong việc vận chuyển đến các vòi đốt vì than rất dễ vón cục trong đường ống Ngoài ra khi than ẩm ướt sẽ làm giảm hiệu suất của

lò do bị mất một lượng ẩn nhiệt làm bốc hơi nước trong than Tuy nhiên than cũng không được quá khô, khi đó dễ xảy ra sự tự cháy trong máy nghiền gây hỏng thiết bị Để nhận biết khả năng cháy trong máy nghiền người ta đo nồng

độ CO, nồng độ khí CO phải nhỏ hơn giá trị cho phép Thông thường nhiệt độ trong máy nghiền được giữ khoảng từ 1400C đến 1600

Gió cấp 2 là gió được đưa trực tiếp vào lò ngay sau khi được gia nhiệt bởi khói Gió cấp 2 có nhiệm vụ chính là cung cấp O2 cho quá trình cháy của nhiên liệu trong lò Để đảm bảo quá trình cháy được ổn định thì lượng O2 phải đảm bảo luôn được duy trì theo yêu cầu Lượng O2 thừa hay thiếu đều giảm hiệu suất của lò hơi Nếu gió cấp 2 đưa vào ít tức là lượng O2 đưa vào thiếu sẽ không đủ cho quá trình cháy thì nhiên liệu sẽ không cháy hết và xỉ sẽ đượ tạo

ra nhiều Nếu gió cấp 2 đưa vào lò quá nhiều thì quá trình cháy sẽ xảy ra quá nhanh,lượng hơi sinh ra nhanh gây ảnh hưởng đến tải

Ứng với lượng nhiên liệu đưa vào nhất định thì theo lý thuyết tính được lượng O2 thích hợp để đảm bảo hiệu suất lò tối ưu nhất cho quá trình cháy Khi yêu cầu tải thay đổi thì lượng nhiên liệu cung cấp vào lò cũng thay đổi vì lượng gió cấp 2 đưa vào lò cũng phải được điều chỉnh để thay đổi tương ứng với thay đổi của nhiên liệu Tuy nhiên với cùng một lưu lượng than đưa vào lò thì lưu lượng gió cấp 2 còn phụ thuộc vào chất lượng than Khi chất lượng than tốt sẽ

có thể cần ít O2 hơn do vậy gió cấp 2 đưa vao lò cũng cần ít hơn và ngược lại

Vì vậy trong điều khiển khói cho lò hơi luôn có hệ thống đo lường và phân tích O2 dư trong khói thoát ra từ lò hơi Nếu phần trăm O2 nhở hơn giá trị cho phép tức là gió đưa vào lò thừa ra vì vậy hệ thống điều khiển cần đưa ít gió cấp 2 vào lò hơn và ngược lại

3 Các hệ truyền động điều khiển van:

Đầu vào lò là quạt hút gió(FD) được đưa vào để tạo O2 cho quá trình cháy trong lò Đầu ra của lò là khói được hút ra bởi quạt hút (ID) áp suất trong

lò luôn được giữ ở giá trị âm không đổi Việc giữ áp suất âm trong lò là cần thiết để đảm bảo cho quá trình cháy của nhiên liệu và an toàn cho người và thiết bị Hơn nữa để tạo ra ngọn lửa có hình W với đỉnh ngọn lửa tỏa nhiệt lớn nhất nên hiệu suất lò sẽ cao hơn

Gió vào lò được hút vào nhờ áp suất do quạt FD tạo ra Gió qua bộ gia nhiệt để tăng nhiệt độ sau đó qua hộp trộn với nhiên liệu phun vào buồng đốt

Khói cháy từ buồng đốt được đưa ra khỏi buồng đốt qua bộ gia nhiệt Khói sau cùng được hút bởi quạt hút rồi thoát ra ngoài khí quyển theo ống khói Khi tải tăng hay giảm sẽ yêu cầu nhiên liệu tăng hay giảm lượng nhiên liệu tương ứng Lượng nhiên liệu thay đổi đòi hỏi lưu lượng gió thay đổi theo

ống khói

Nhiên liệu

Gió

Lò

Bộ gia nhiệt không khí

khói

Quạt hút khói ID Quạt gió vào FD

Hình 1-7 Sơ đồ cân bằng gió

để cung cấp đủ oxy đốt cháy nhiên liệu Lưu lượng gió cấp vào phải đảm bảo yêu cầu sau:

- Cung cấp đủ Oxy để đốt cháy nhiên liệu

- Đảm bảo hiệu suất cháy của lò và ổn định quá trình cháy: cung cấp lượng oxy vừa đủ theo hệ số không khí thừa nhất định và phân bố áp suất theo một luật phân bố nhất định

Điều khiển quạt gió vào FD phụ thuộc chính vào yêu cầu của nhiên liệu, đảm bào đủ Oxy cho nhiên liệu cháy với hiệu suất cao nhất Sự thay đổi lưu lượng gió vào buộc lưu lượng khói hút ra cũng phải đảm bảo theo, điều khiển quạt hút ID để giữ cho áp suất chân không buồng đốt không đổi, đảm bảo cho

lò hoạt động ổn định Như vậy, điều khiển quạt ID phụ thuộc vào giá trị áp suất chân không buồng đốt và lưu lượng gió vào

Hình 1-8 biểu diễn phân bố áp suất của hệ thống khói gió từ đầu ra của quạt gió đến ống khói Tại đầu ra của quạt gió FD, áp suất có giá trị dương lớn,

do áp suất dương cao nên gió được vận chuyển tới hộp trộn với áp suất dương thấp hơn

Ở buồng đốt ta có áp suất âm do lượng khói hút ra nhiều, tại đầu ra của quạt gió ID áp suất rất âm do vậy sau quạt ID khói sẽ được hút dần đến ống khói để ra khí quyển, áp suất ở ống khói bớt âm hơn so với đầu ra quạt hút

Hộpgió Đầu ra

khói.Từ phân tích trên ta thấy, điều khiển gió đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo quá trình cháy của nhiên liệu tức là đảm bảo sự biến đổi từ nhiên liệu thành nhiệt năng yêu cầu Đại lượng điều khiển là dòng lưu thông gió vào

và khói cháy, đối tượng điều khiển là tốc độ quạt và van cánh hướng điều chỉnh lưu lượng gió và khói Thông tin được dùng để điều khiển là; lượng nhiên liệu,

áp suất chân không buồng đốt và nồng độ oxy trong khói Quá trình điều khiển các đối tượng điều khiển có sự liên kết với nhau, phối hợp với nhau để lò hoạt động ổn định, hiệu suất cao, đảm bảo an toàn lao động

Hệ thống điều khiển gió là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng hoạt động và hiệu suất của lò hơi Trong hệ thống điều khiển khói gió nói chung thì gió vào được điều khiến khá độc lập, tín hiệu điều khiển chỉ phụ thuộc chính vào yêu cầu nhiên liệu Việc điều khiển lưu lượng gió vào được thực hiện bằng cách điều khiển tốc độ quạt hút FD và độ mở cánh hướng van bằng cách sau:

- Giữ nguyên tốc độ quạt hút và điều khiển độ mở cánh hướng van

- Giữ độ mở cánh hướng van có độ mở cực đại rồi điều khiển tốc độ quạt hút

- Điều khiển cả tốc độ quạt và độ mở cánh hướng van

Hai cách điều khiển trên đơn giản hơn nhưng có chất lượng điều khiển không cao, thường áp dụng cho lò hơi công nghiệp trung bình và nhỏ Cách điều khiến thứ 3 có cấu trúc phức tạp hơn với chất lượng điều khiển cao hơn, thường được áp dụng cho các lò hơi hiện đại, công suất lớn, yêu cầu độ chính xác cao

Thiết bị hiện nay được sử dụng phổ biến nhất trong hệ điều khiển khói gió là van chắn kiểu cánh hướng Với mỗi một độ mở cánh hướng của van điều chỉnh được lưu lượng khói gió đi qua Phương pháp này khá đơn giản tuy nhiên lại không phải có hiệu quả cao nhất Cánh hướng gồm hai nửa liên kết với nhau bởi một bản lề ở chính giữa, nên có thể quay đến gần 900khi góc mở của cánh hướng giảm thì lưu lượng gió qua nó sẽ giảm và ngược lại, ứng với mỗi góc mở

như vậy thì sẽ gây ra một trở lực chắn chống lại sự lưu thông của gió Trở lực chắn này sẽ làm giảm áp suất của dòng khói gió

Đặc tính lưu lượng – độ mở của cánh hướng là phi tuyến được biểu diễn ở hình trên ở vị trí cánh hướng gần đóng hoàn toàn thì thì một thay đổi nhỏ của góc mở cũng là nguyên nhân gây ra sự thay đổi lớn ở đầu ra của quạt Tương tự

ở vị trí cánh hướng gần như mở hoàn toàn thì một sự thay đổi lớn góc mở của cánh hướng sẽ chỉ gây ra ảnh hưởng nhỏ đến đầu ra của quạt Trong trường hợp

lý tưởng đặc tính của cánh hướng là tuyến tính, độ mở phần trăm của cánh hướng tỉ lệ với lưu lượng của gió qua van

Khi hệ gồm nhiều van cánh hướng , các cánh hướng được điều chỉnh có cùng hướng quay và cùng độ mở Đặc tính quan hệ giữa lưu lượng và độ mở của van cánh hướng tuyến tính hơn so với trường hợp sử dụng van cánh hướng đơn

Để điều khiển lưu lượng gió đặc tính mong muốn của của quan hệ giữa lưu lượng khói gió và tín hiệu điều khiển là tuyến tính Một phương pháp đơn giản là sử dụng cơ cấu điều khiển cánh hướng của van dựa vào khớp nối và góc quay gọi là hệ thống liên kế góc quay Góc quay của cánh hướng van khi đó

phụ thuộc góc quay và kích thước của liên kết khớp nối với cơ cấu Một liên kết góc quay được minh họa ở hình vẽ sau:

Trở lực chắn của van khi % sụt áp suất trung bình

Trở lực chắn của van khi % sụt áp suất là lớn

Trở lực chắn của van khi % sụt áp suất là lớn

Hình 1-10 Đặc tính lưu lượng – độ mở van cánh hướng

Ở hình trên cơ cấu điều khiển van có độ dài và góc quay tương ứng với cánh hướng van nên đặc tính điều khiển góc quay là tuyến tính Tuy nhiên

Van cánh hướng đơn

% Lưu lượng khối gió

Hệ nhiều van cánh hướng

trong nhiều trường hợp, các kích thước cơ cấu điều khiển và cánh hướng không bằng nhau, góc đặt và sự liên kết là không song song dẫn đến quan hệ giữa chúng bị thay đổi Khi đó đặc tính điều khiển góc quay là phi tuyến như biểu diễn trên hình vẽ

Quan hệ giữa lưu lượng khói gió và tín hiệu điều khiển góc mở cánh hướng có thể là tuyến tính bằng cách thiết kế cơ cấu điều khiến và tin hiệu điều khiển góc mở là phi tuyến Với cách này đặc tính phi tuyến của lưu lượng van cộng với đặc tính phi tuyến của cơ cấu điều khiển làm cho đặc tính điều khiển của hệ là tuyến tính, góc quay của cánh hướng tỉ lệ thuận với độ lớn tín hiệu điều khiển

Cơ cấu điều khiển van cánh hướng thường sử dụng hệ thống khí nén hoặc hệ thống điện Hệ thống sử dụng khí nén tín hiệu điều khiển là vị trí của thanh nối điều khiển cánh hướng van, được nối trực tiếp với pittong Nếu sử dụng tín hiệu điều khiển là analog ví dụ như dòng từ 4÷20mA thì cần có một bộ chuyển đổi điện – khí nén I/P để chuyền tín hiệu dòng đó sang tỉ lệ với cơ cấu khí nén Các tín hiệu xung số có thể điều khiển cơ cấu khí nén Khi dó các tín hiệu đó phải chuyển đổi thành tín hiệu chuẩn của hệ khí nén hoặc sử dụng bộ xác định vị trí kỹ thuật số để điều khiến tín hiệu xung số phù hợp vị trí chuyển động của pitiong điều khiển cánh hướng

Trong hệ điều khiển bằng khí nén, việc dừng chuyển động của pittong là khó khăn do chuyển động của pittong là do chênh lệch áp suất tạo bởi khí nén Điều khiển van cánh hướng sử dụng động cơ điện linh hoạt hơn trong điều khiển vị trí vì có thể dừng ở bất kỳ vị trí nào bằng cách điều khiển cấp nguồn cho động cơ Chuyển động quay tròn của động cơ thông qua một số cơ cấu chuyển đổi thành chuyển động góc quay khá là thuận tiện Ngoài ra, sủ dụng hệ thống điều khiển cánh hướng dùng động cơ điện cũng thuận lợi hơn nhiều trong việc phối hợp cùng với hệ thống điều khiển khác trong hệ thống Một sơ đồ cấu trúc điều khiển trình bày ở hình vẽ sau:

Một thiết bị đo sự sai lệch giữa tín hiệu đặt và tín hiệu đo lường vị trí, biên

độ của tín hiệu sai lệch này được khuếch đại đến điều khiển động cơ Chiều quay của động cơ tùy thuộc vào dấu của tín hiệu sai lệch Động cơ có hai tín hiệu điều khiển: điều khiển bằng tay và điều khiển tự động có nút chuyển đổi giữa hai tín hiệu này

Mômen lớn nhất của động cơ tương ứng với điện áp lớn nhất cho phép cấp cho động cơ không vượt qua xấp xỉ 25% so với khi động cơ hoạt động đầy tải Nếu như hoạt động vượt quá mômen này thì một khóa giới hạn sẽ tác động cắt điện cấp cho động cơ, bảo vệ động cơ không bị quá tải Qúa tải 25% là giá trị cho phép khi khởi động hoặc khi có sự cố xảy ra, nó không cho phép hệ hoạt động thường xuyên trong tình trạng quá tải Khi điều khiển van cánh hướng thông thường tốc độ quạt được giữ là hằng số Gỉa sử lò hoạt động đầy tài (100%) lưu lượng gió cần thiết là 60.000cfm, công suất quạt là 87 mã lực, tốc độ quạt là 1160 vòng/ phút Khi tải lò giảm đi 17%, lưu lượng gió cần thiết

là 50.000cfm mà tốc độ quạt vẫn giữ nguyên, thì công suất quạt lúc xấp xỉ là 85

mã lực, công suất chỉ giảm khoảng 2,3%

Một số qui luật liên quan đến tốc độ quạt:

% góc quay điều khiển

Cơ cấu điều khiển

* Lưu lượng tỉ lệ với tốc độ quạt

* Áp suất tỉ lệ với bình phương tốc độ

* Công suất yêu cầu tỉ lệ với lập phương tốc độ quạt

Điều khiển tốc độ quạt gió có thể tối ưu hóa công suất yêu cầu của quạt, hiệu suất làm việc của quạt sẽ cao hơn Hệ thống điều chỉnh tốc độ quạt thường dùng là các bộ biến đổi điện tử công suất như các bộ điều áp xoay chiều hay biến tần

Tuy nhiên, khi tốc độ quạt giảm xuống 1/3 tốc độ dịnh mức thì ấp lực quạt tạo ra để hút gió lại giảm rất nhanh Điều này mặc dù không ảnh hưởng đến độ chính xác tốc độ nhưng lại làm ảnh hưởng đến động lực học điều khiển dòng khí dẫn đến lưu lượng khí giảm rất nhanh, không đáp ứng được yêu cầu oxy của quá trình cháy Vì vậy, tốc độ quạt hút đực thiết kế với phạm vi điều chỉnh là 2:1, tốc độ luôn được giữ lớn hơn 50% tốc độ định mức Như vậy, điều khiển dòng lưu lượng gió vào bằng điều chỉnh tốc độ quạt rất hiệu quả về mặt kinh tế nhưng phạm vi điều chỉnh hẹp, nếu hoạt động ngoài phạm vi điều khiển thì không đảm bảo yêu cầu kĩ thuật Khi đó phải khắc phục bằng cách phối hợp cùng với điều khiển độ mở van

Để đảm bảo sự lưu thông gió cấn thiết trong điều khiển quạt gió cần chú

Ở bản luận văn này sẽ nghiên cứu điều khiển van cánh hướng và sơ đồ khối được thể hiện như hình 1-12

Kết luận: Với sơ đồ cấu trúc điều khiển van cánh hướng như trên thì có nhiều hệ thống truyền động đáp ứng được yêu cầu truyền động van cánh hướng,

đó là:

- Hệ truyền động T-Đ

- Hệ điều khiển xung điện áp động cơ điện một chiều

- Hệ điều khiển biến tần động cơ không đồng bộ 3pha rôto ngắn mạch

- Hệ điều khiển biến tần động cơ đồng bộ xoay chiều 3pha roto nam châm vĩnh cửu

Với hệ thống truyền động trên kết hợp với các thiết bị thí nghiệm mà ở khoa Điện – Điện tử của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

có hệ thống truyền động T- Đ nên bản luận văn này chọn hệ thống T- Đ làm hệ thống truyền động để điều khiển chuyển động vị trí cánh hướng van Chương tiếp theo sẽ nghiên cứu, khảo sát hệ thống truyền động

Kết luận chương 1:

- Tổng quan về van điều khiên

Tín hiệu đặt

Phải Trái

Điều khiển bằng tay

Điều khiền động cơ

Động cơ và cơ cấu chuyển đổi

Điều khiển cánh hướng van

f(x)

Quay phải Quay trái

Phản hồi vị trí cánh hướng van

Hình 1-12 sơ đồ khối điều khiển cánh hướng van

R

- Ứng dụng van điều khiển để điều khiển khói cho lò hơi

- Chọn được hệ truyền động T- Đ làm hệ thống truyền động để điều khiển chuyển động vị trí cánh hướng van

- Chương tiếp theo sẽ tính toán khảo sát, và kiềm nghiệm cho lò hơi công nghiệp

-

CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ T-Đ ĐỂ ĐIỀU

KHIỂN VAN CHO LÒ HƠI

Sơ đồ khối hệ truyển động T-Đ cho truyền động van lò hơi được thể hiện như hình vẽ 2-1

Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vị trí van cho lò hơi

Trong đó: động cơ Đ truyền động cho van, đây là động cơ điện kích từ độc lập, động cơ này được cung cấp bởi hai bộ chỉnh lưu mắc song song ngược

là CRM1 và CRM2 và 2 bộ chỉnh lưu này được điều khiển theo nguyên tắc tuyến tính phụ thuộc Hệ truyển động có 2 mạch vòng phản hồi âm dòng điện

để ổn định dòng điện với bộ điều chỉnh là RI và mạch vòng thứ hai là mạch vòng phản hổi âm tốc độ để ổn định tốc độ với bộ điều chỉnh tốc độ là R để truyền động vị trí của cánh hướng van thì có 1 mạch vòng phản hồi vị trí với bộ điều chỉnh là R và tín hiệu vị trí được lấy về nhờ cảm biến vị trí

Cảm biến vị trí

Từ sơ đồ trên ta tiến hành tổng hợp hệ truyền động chọn thông số RI và R

để hệ truyền động T- Đ ổn định tốc độ làm cơ sở cho chuyển động vị trí cánh hướng van hơi Tiếp theo tiến hành tổng hợp chuyển động ổn định vị trí cánh hướng van hơi

2.1 Tính toán và khảo sát hệ truyền động T-Đ:

Ở hệ điều chỉnh tự động, cấu trúc mạch điều khiển và thông số của bộ điều khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của hệ vì vậy khi xây dựng ta phải thực hiện các thuật toàn nhằm đáp ứng yêu cầu đề ra Một số tiêu chuẩn thiết kế hay được sử dụng là tiêu chuẩn modul tối ưu, tiêu chuẩn tối ưu đối xứng, tùy theo các yêu cầu cụ thể của hệ điều khiển vị trí tương đối thường đòi hỏi các chỉ tiêu chất lượng cao như thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao, độ bền vững tốt… với mômen và tôc độ nằm trong giới hạn cho phép

* Tiêu chuẩn môđul tối ưu:

Đối với một hệ kín, khi tần số đến vô hạn thì môđul của đặc tính tần số

- biên độ phải tiến đến không Vì thế đối với tần số thấp, hàm truyền phải đạt điều kiện

F(j)=1

- Hàm chuẩn theo môđul tối ưu có dạng:   2 2

2 2

1

1

P P P

* Tiêu chuẩn môđun đối xứng:

Tiêu chuẩn này thường được áp dụng để tổng hợp các bộ điều khiển trong mạch vòng có yêu cầu vô sai cấp cao, nó cũng được áp dụng có hiệu quả

để tổng hợp các bộ điều khiển theo quan điểm nhiễu loạn

- Hàm chuẩn tối ưu của đối xứng:

3 3 2 2 DX

P 8 P 8 P 24 1

P 4 1 )

P ( F

- Hàm truyền của máy phát tốc:

Trong mạch vòng tốc độ, người ta phải tạo ra một tín hiệu điện áp tỉ lệ với tốc độ động cơ Để làm được điều đó thông thường người ta dùng máy phát tốc, nó được nối cứng với trục động cơ

Hàm truyền của máy phát tốc:

P T

K P

T - hằng số thời gian của máy phát tốc

K- hệ số phản hổi của máy phát tốc

- Hàm truyền của thiết bị đo điện:

Cũng như mạch vòng tốc độ để lấy tín hiệu dòng điện quay trở lại đầu vào khống chế hệ thống người ta tạo một tín hiệu điện áp tỷ lệ với tín hiệu dòng điện Có rất nhiều cách để lấy tín hiệu dòng điện nhưng đơn giản nhất có thể dùng máy biến dòng

Hàm truyền của khâu tín hiệu dòng điện:

P T

K P

W FT

1

1 1 ) (



Trong đó: T1 - hằng số thời gian của máy phát tốc

K1- hệ số phản hổi của máy phát tốc

2.1.1 Tổng hợp hệ điều khiển R i và R :

Việc tổng hợp các bộ điều khiển Ri, R đều được tiến hành theo phương pháp tiêu chuần mô đun tối ưu hoặc tiêu chuẩn mô đun đối xứng Nguyên tắc chung để thiết lập hệ điều khiển hai mạch vòng kín là: bắt đầu từ vòng trong, từng vòng từng vòng một mở rộng ra ngoài, có nghĩa là trước tiên ta phải điều chỉnh bộ điều khiển dòng điện, tiếp đến coi cả mạch điện là một khâu trong hệ thống điều chỉnh tốc độ quay để thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ quay, tiếp tục coi

cả mạch vòng tốc độ là một khâu trong hệ thống điều chỉnh vị trí để thiết kế bộ điều chỉnh vị trí

2.1.1.1 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện R I

Trong các hệ truyền động điện tự động cũng như chấp hành thì mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản có chức năng cơ bản là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc…

Ti=R.C: hằng số thời gian của cảm biến dòng điện

Bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động ta có sơ đồ cấu trúc thu gọn như sau:

1

K

V dk

R

1

1

1 K

i

K p

Từ sơ đồ hình 2-2 và hình 2-3 ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

) 1

)(

1 )(

1 )(

1 (

1

) ( ) (

u i

v đk

i cl ĐK oi

pT pT

pT T

p R

K K U

p I p S

1 (

)

(

u si

i cl

oi

T p T

p R

K K

p S

1 )

(

p p

) ( ) ( )

(

) ( )

( )

( ) ( 1

) ( ) ( )

(

p S p F p S

p F p

R P S p R

p R p R p F

oi MOi oi

MOi i

oi i

oi i MOi

( 2 ) 1

)(

1 (

.

1 )

(

p p

pT T

p

R K K p

R

u si

i CL i

1 1 (

2

.

2

1 )

(

u si

i CL

U si

CL

u i

T p T

K K

T R

R

T K p

pT p

Ri(p) là khâu tỉ lệ - tích phân (PI)

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng kín dòng điện bằng tiêu chuẩn môđul ta có:

p T p

T p T P

U

p U p

F

si si

si id

i OMi

2 1

1

2 2 1

1 )

(

) ( ) (

) 1 2 (

1 2

1 ).

( ) ( 0

K jp

K p T p

K P S P S

i

m m

i

m i



Đặt K=Km; T=2Ti

Suy ra:

) 1 ( ) (

P T T

K P

S

P o

K R

p T p

R

S C i

s

2 8

4 1 )

Như vậy bộ điều chỉnh tốc độ R(P) có dạng là một khâu P

R(P) là khâu tích phân – tỷ lệ(PI)

Kết quả sau khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu môđul

1 K

1 p T 2 p T 2 1

1 )

p ( u

) p (

S 2

2 s sw

icdKết quả tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có:

1 K

1 P T 8 P T 8 p T 4 1

1 )

P (

) P (

s 3

3 s 2 2 S s

d Nhận xét:

- Khi tổng hợp bằng phương pháp mudul tối ưu, ta xác định bộ điều chỉnh tốc độ là một khâu P

- Khi tổng hợp bằng phương pháp modul đối xứng, ta xác định bộ điều chỉnh tốc độ là một khâu PI

- Hai khâu này đưa vào hệ thống, hệ thống đều ổn định xuất phát từ modul tối ưu, nhưng chất lượng động và chất lượng tĩnh khác nhau

Với kết quả này hàm số ổn định

2.1.1.3 Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ truyền động T-Đ

I

R W

( )

C p W

I

CBW

ở hệ truyền động T- Đ ở mục trên Bài thí nghiệm này cũng được tiến hành ở phòng thí nghiệm Điện – Điện tử của nhà trường sơ đồ thiết bị được thể hiện như hình ảnh dưới đây:

Hình 2-5 Sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động T-Đ

2.2.1 Giới thiệu bài thí nghiệm:

2.2.1.1.Mạch động lực của hệ T-Đ:

a Thiết bị mạch động lực bao gồm:

Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý module chỉnh lưu cầu 3 pha