Tài liệu Tự động điều khiển thiết bị điện P8 doc

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 được các chỉ tiêu điều khiển mong muốn.. Cá

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 được các chỉ tiêu điều khiển mong muốn.

Các chỉ tiêu điều khiển thường gặp

– Trong miền thời gian: Sai lệch tĩnh, thời gian tăng trưởng, 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

– ổ n định tần số – ổ n định điện áp phát ra

Đặc tính lμm việc:

– Đặc tính không tải:

dm dq fWk

60

.n

p

f =

E0

Ikt

– 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

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

kt

_

Biến áp phản hồi

Sơ đồ khối điều khiển máy phát điện

– BĐK: Bộ điều khiển – ĐT: Đối tượng (Máy phát điện và bộ biến đổi) – PH: Phản hồi (Biến áp phản hồi và bộ chỉnh lưu) – 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

BĐK

PH CV

380V 220V

0V

CV (Uđk)

0%

100%

PV (Uph)

(Uđ)

Quan hệ biến CV (U đk ) vμ PV (U r ) của bộ biến đổi

đưa vμo điều chỉnh máy phát

điện

50%

380V 220V

0V

CV (Uđk)

0%

100%

PV (Ur) (Uđ)

Quan hệ biến CV (U đk ) vμ PV1 (U ph ) của bộ điều khiển

U 1

CV mới

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 lưu có điều khiển)

Tự kích máy phát điện

Ikt

E

E0

E1

E2

E3

Exl

I0 I1 I2 I3

Các phương pháp mồi kích từ

*/ Dùng đường cong tự kích

*/ Dùng ắcqui máy phát điện

đối tượng xác định được

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 kgm 2

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 chưa xét việc hạn chế dòng khi khởi

động.

Xác định hμm truyền từng khâu trong hệ thống

– Bộ chỉnh lưu:

m: số pha chỉnh lưu (cầu m = 2.số pha) f: tần số lưới

SP -PV1

FT

CL

p cl

cl K e

U

U

K =

f m.

1

=

τ

s

TF =24 ư0.0033

– Động cơ:

Xác định hằng số thời gian cơ học

Trong đó: J = 1.92 kg.m 2 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

.

φ

R R J J

T C = = u + BA J = ( 1 1 ữ 1 2 )J DC

( )s

T C = 0 59

( )s R

R

L L T

CL u

CL u

u = 0 03

+

+

=

( ) (= T1s+ 1)(T2s+ 1)

K DC

Trong đó:

507 , 0

−

=

=

dm u dm

dm dm

DC

I R U

k

φ

55 , 0

4 1 1 2

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

− +

=

C

u C

T

T T

T

031 , 0

4 1 1 2

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

−

=

C

u C

T

T T

T

507 , 0

+ +

=

s s

DC TF

– Máy phát tốc:

Yêu cầu thiết kế:

– Trong miền thời gian:

FT FT FT

n

U U FT

TF = = .9.55= 0 , 477 =

ω

ω

-PV1

SP

BĐK

FT

Udk e

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:

s s

s DT

+ +

+

=

1 031 0 1 55 0

507 0 1

0033 0 24

s

K s K s K PID

den

num G

G G

G G CLTF

FT DT PID

DT PID = +

= 1

Trong đó:

Ta đ−ợc hμm truyền vòng kín nh− sau:

s s s

s

K s

K s

K

+ +

+

+ +

2

614 , 0 036 , 0 10

58 , 5

168 , 12 168

, 12 168

, 12

D

K s K s

K s

s

K s

K s

K CLTF

5 5

1 5

614 , 0 036

, 0 10

58 , 5

168 , 12 168

, 12 168

, 12

2 3

4 4

2

+ +

+ +

+ +

+ +

s s s

s

K s K s

K s

s

+ +

+

+ +

+ +

+ +

614 , 0 036 , 0 10

58 , 5

5 5

1 5

614 , 0 036

, 0 10

58 , 5

Biến đổi hệ số K p cho K D = K i = 0:

Biến đổi hệ số K i cho K P = 0.9; K D = 0:

Biến đổi hệ số K D cho K P = 0.9; K i = 1.6:

Từ các dữ liệu tìm đ−ợc về hệ số K P , K i , K D 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 = 180 0 + (-107) = 63 0

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 K P , K i , K D 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

– Tần số gẫy ở khu vực tần số thấp.

– Tần số gẫy ở khu vực tần số cao.

(rad s)

K

K

P

I

9 0

6 1 1

2

=

=

=

=

τ ω

(rad s)

K

K

D

I

024 0

6 1 1

1

=

=

=

=

τ ω

Phản hồi âm tốc độ vμ phản hồi dương dòng có ngắt.

ω

I

Ing

1 2 3

Ikđ

đối t−ợng ch−a xác định

đ−ợc hμm truyền