Tự động hoá thiết bị điện - Chương 7 docx

T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 1
Điều chỉnh bĐK v
thiết kế hệ thống
Điều chỉnh bộ điều khiển l thay đổi các
thông số của bộ điều khiển (tỉ lệ, tích phân,
vi phân) sao cho đạt đợc các chỉ tiêu điều
khiển mong muốn.
Các chỉ tiêu điều khiển thờng gặp
Trong miền thời gian: Sai lệch tĩnh, thời gian tăng
trởng, 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 lm việc
ổn định tần số
ổn định điện áp phát ra
Đặc tính lm việc:
Đặc tính không tải:
dmdq
fWkE

44,4=
60
.np
f =
E
0
I

kt
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V 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
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V 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 tợng (Máy phát điện và bộ biến đổi)
PH: Phản hồi (Biến áp phản hồi và bộ chỉnh lu)
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

ĐT
PH

CV
e
PV
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 4
50%
380V
220V
0V
CV (Uđk)
0%
100%
PV (Uph)
(Uđ)
Quan hệ biến CV
(U
đk
) v PV (U
r
)
của bộ biến đổi
đa vo điều
chỉnh máy phát
điện
50%
380V
220V
0V
CV (Uđk)
0%

100%
PV (Ur)
(Uđ)
Quan hệ biến CV
(U
đk
) v 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 lu có điều khiển)
Tự kích máy phát điện
Ikt
E
E
0
E
1
E
2
E
3
E

xl
I
0
I
1
I
2
I
3
Các phơng pháp mồi kích từ
*/ Dùng đờng cong tự kích
*/ Dùng ắcqui máy phát điện
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 5
đối tợng xác định đợc
hm truyền
Thiết kế xây dựng mạch ổn định tốc độ
động cơ điện DC. Có các thông số sau:
U
đm
= 220 V
đm
= 0.85 n
đm
= 970 v/ph
I
đm
= 50 A j
DC
= 1.6 kgm

2
p = 2 U
đk
= 10 V U
do
= 240 V
Máy phát tốc TM-100-2000 có số liệu: U
đm
= 100V
n
đm
= 2000 v/ph
Sơ đồ khối điều khiển tự động ổn định tốc
độ cha xét việc hạn chế dòng khi khởi
động.
Xác định hm truyền từng khâu trong hệ
thống
Bộ chỉnh lu:
m: số pha chỉnh lu (cầu m = 2.số pha)
f: tần số lới
SP
-PV1
ĐC

e
Udk
Ud
FT
CL

BĐK
p
clcl
eKTF


=
max
dk
do
cl
U
U
K =
fm.
1
=

s
cl
eTF
0033.0
24

=
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V Thanh 6
Động cơ:
Xác định hằng số thời gian cơ học
Trong đó: J = 1.92 kg.m

2
R
u
= 0.413 R
BA
= 0.2
k = 1.969
Xác định hằng số thời gian điện từ
Do T
c
> 4T
u
, nên cấu trúc hàm truyền động cơ nh sau:
(
)
()
2
.


k
RRJ
J
T
BAu
C
+
==
DC
JJ )2.11.1(

ữ
=
(
)
sT
C
59.0
=
()
s
RR
LL
T
CLu
CLu
u
03.0=
+
+
=
()
()()
11
21
++
=
sTsT
K
DCTF
DC

Trong đó:
507,0
1
=

==
dmudm
dm
dm
DC
IRUk
K


55,0
4
11
2
1
=








+=
C

uC
T
TT
T
031,0
4
11
2
1
=








=
C
uC
T
TT
T
()
()( )
1031,0155,0
507,0
++
=

ss
DCTF
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 7
– M¸y ph¸t tèc:
Yªu cÇu thiÕt kÕ:
– Trong miÒn thêi gian:
P.O nhá nhÊt T
s
nhá nhÊt
Δω
= 0
()
FT
FT
FT
FT
FT
G
n
UU
FTTF ==== 477,0
55.9.
ω
ω
-PV1
SP
B§K
Σ
§T

FT
Udk
e
Trong ®ã ®èi t−îng §T cã hμm truyÒn:
Sö dông bé ®iÒu khiÓn PID víi cÊu tróc hμm
truyÒn tæng qu¸t nh− sau:
Hμm truyÒn cña hÖ thèng kÝn nh− sau:
()
()
()( )
DT
G
sss
DTTF =
+++
=
1031.0155.0
507.0
10033.0
24
()
PID
IPD
G
s
KsKsK
PIDTF =
++
=
2

den
num
GGG
GG
CLTF
F
T
D
T
P
ID
DTPID
=
+
=
1
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 8
Trong ®ã:
Ta ®−îc hμm truyÒn vßng kÝn nh− sau:
ssss
KsKsK
num
IpD
+++
++
=
− 2344
2
614,0036,010.58,5

168,12168,12168,12
()()
I
P
D
IPD
KsKsKss
KsKsK
CLTF
5515614,0036,010.58,5
168,12168,12168,12
2344
2
++++++
++
=
−
(
)
(
)
ssss
KsKsKss
den
IPD
+++
++++++
=
−
−

2344
2344
614,0036,010.58,5
5515614,0036,010.58,5
BiÕn ®æi hÖ sè K
p
cho K
D
= K
i
= 0:
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 9
BiÕn ®æi hÖ sè K
i
cho K
P
= 0.9; K
D
= 0:
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 10
BiÕn ®æi hÖ sè K
D
cho K
P
= 0.9; K
i
= 1.6:
Tự động hoá thiết bị điện

GV: Nguyễn Vũ Thanh 11
Tõ c¸c d÷ liÖu t×m ®−îc vÒ hÖ sè K
P
, K
i
, K
D
x¸c ®Þnh ®å thÞ Bode cña hμm truyÒn hÖ kÝn
Giíi h¹n biªn ®é:
GM = 0dB - (-65,1dB) = 65,1 dB
Giíi h¹n gãc pha:
PM = 180
0
+ (-107) = 63
0
HÖ thèng cã ®é dù tr÷ vÒ biªn ®é vμ gãc
pha lín. HÖ thèng cã ®é æn ®Þnh cao.
Tõ c¸c d÷ liÖu t×m ®−îc vÒ hÖ sè K
P
, K
i
, K
D
tiÕn hμnh x©y dùng vμ thiÕt kÕ bé ®iÒu
khiÓn PID cÊu tróc song song.
Víi K
p
= 0.9; K
i
= 1.6; K

D
= 0.024
T ng hoỏ thit b in
GV: Nguyn V 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
/77.1
9.0
6.11
2
====


()
srad
K
K
D
I
CH
/66,66
024.0
6.11

1
====


Phản hồi âm tốc độ v phản hồi dơng
dòng có ngắt.

I
I
ng
1
2
3
I
kđ
Tự động hoá thiết bị điện
GV: Nguyễn Vũ Thanh 13
®èi t−îng ch−a x¸c ®Þnh
®−îc hμm truyÒn