Luận văn:Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ lai điều khiển bộ lọc tích cực cho tải biến tần

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

78
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sử dụng biến tần trong băng tải đảm bảo vận hành tin cậy, giảm chi phí bảo dưỡng và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ. Bài viết dưới đây của PEKKA PULKKI, ABB OY, Phần Lan sẽ đề cập chi tiết đến những lợi ích khi sử dụng biến tần.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển mờ lai điều khiển bộ lọc tích cực cho tải biến tần

B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG NGUY N NG C DŨNG NGHIÊN C U NG D NG B ĐI U KHI N M LAI ĐI U KHI N B L C TÍCH C C CHO T I BI N T N Chuyên ngành : T ñ ng hóa Mã s : 60.52.60 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - 2011
-2- Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. PHAN VĂN HI N Ph n bi n 1 : TS. NGUY N Đ C THÀNH Ph n bi n 2 : PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ K thu t t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 07 tháng 05 năm 2011. * Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
-3- M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Cùng v i s phát tri n c a ñ t nư c thì ñi n năng ñóng m t vai trò r t quan tr ng và nh hư ng không nh ñ n tình hình kinh t chính tr xã h i c a m t qu c gia. V i nhu c u s d ng ñi n ngày càng cao, nguy cơ thi u h t ñi n năng là ñi u không th tránh kh i. V n ñ ñ t ra là ph i có các bi n pháp tích c c ñ nâng cao ñ tin c y cung c p ñi n, ñ m b o ch t lư ng ñi n áp, gi m t n th t ñi n năng, tăng hi u qu khai thác, s d ng ñi n. Theo lý tư ng dòng ñi n xoay chi u trên lư i ñi n c a các công ty ñi n l c cung c p cho các h tiêu th ph i là hình sin. Tuy nhiên, s t n t i các ph n t phi tuy n trên lư i ñi n c a nhà cung c p cũng như v phía ph t i làm xu t hi n các sóng hài, nh hư ng ñ n tính năng v n hành c a lư i ñi n và thi t b . Các sóng hài lan truy n theo ñư ng dây không nh ng gây t n th t ñi n năng mà còn có th gây ra các v n ñ như: n t l c, t bù, quá nhi t cho ñ ng cơ, các thi t b hi n th b ch p ch n, thi t b ño cho k t qu sai, gây nhi u các thi t b truy n thông ... Hi n nay v i s xu t hi n ngày càng nhi u c a các thi t b nh y c m v i ch t lư ng ñi n năng thì v n ñ gi m các tác h i c a sóng hài ñã và ñang ñư c quan tâm. Vi c nghiên c u ch t o các b l c tích c c và áp d ng r ng rãi ñ nâng cao ch t lư ng ñi n năng ñang là v n ñ th i s c a lĩnh v c khoa h c công ngh c a nư c ta. Vi c nghiên c u thi t k b ñi u khi n m lai ñ ñi u khi n và nâng cao ch t lư ng, tăng ñ m m d o và ñ linh ho t c a h truy n
-4- ñ ng, c th là ñi u khi n b l c tích c c là m t v n ñ m i có ý nghĩa cao v khoa h c Trong th i gian c a khóa h c cao h c, chuyên ngành T Đ ng Hóa t i trư ng Đ i H c Bách Khoa - Đ i H c Đà N ng, ñư c s giúp ñ c a nhà trư ng và th y giáo TS. Phan Văn Hi n tác gi ñã ch n ñ tài “Nghiên c u ng d ng b ñi u khi n m lai ñ ñi u khi n b l c tích c c cho t i bi n t n” ñ làm ñ tài nghiên c u. 2. M c ñích nghiên c u - Đ gi i quy t v n ñ t ch nh ñ nh thích h p các tham s c a b ñi u khi n PID mà không c n “thăm dò” hay ch nh ñ nh không t ñ ng. - ng d ng ñi u khi n m lai trong h th ng ñi u khi n b l c tích c c ñ gi m sóng hài. 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u Đ i tư ng nghiên c u: - B l c tích c c - B ñi u khi n m lai PID - T i bi n t n. Ph m vi nghiên c u: - Nghiên c u thi t k b ñi u khi n m lai cho b l c tích c c trong trư ng h p ngu n 3 pha lý tư ng, t i ñ i x ng. - Mô ph ng trên ph n m m Matlab/Simulink h th ng ñi u khi n b l c tích c c cho t i bi n t n.
-5- 4. Phương pháp nghiên c u - Nghiên c u lý thuy t v sóng hài, các phương pháp l c sóng hài, lý thuy t ñi u khi n m . - Trên cơ s nghiên c u lý thuy t, xây d ng mô hình mô ph ng h th ng ñi u khi n b l c tích c c trên ph n m m Matlab/Simulink. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài Ý nghĩa khoa h c: - Đ tài s d ng b ñi u khi n m lai nh m nâng cao ch t lư ng ñi u khi n, tăng ñ m m d o và linh ho t cho h truy n ñ ng. Ý nghĩa th c ti n: - K t qu nghiên c u là m t hư ng ñi u khi n góp ph n gi m thi u sóng hài trên lư i ñi n có ph t i phi tuy n. 6. C u trúc lu n văn C u trúc lu n văn g m: M Đ U Chương 1 - TÌM HI U V SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP L C SÓNG HÀI Chương 2 - T NG QUAN V ĐI U KHI N M VÀ B ĐI U KHI N M LAI PID Chương 3 - THI T K B ĐI U KHI N M CH NH Đ NH PID Đ ĐI U KHI N B L C TÍCH C C CHO T I BI N T N K T LU N VÀ KI N NGH
-6- CHƯƠNG 1 TÌM HI U V SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP L C SÓNG HÀI 1.1. Gi i thi u t ng quan 1.2. Tìm hi u v sóng hài 1.2.1. Gi i thi u chung Sóng hài hay sóng ñi u hòa là m t d ng nhi u không mong mu n, có th coi là t ng c a các d ng sóng sin mà t n s c a nó là b i s c a t n s cơ b n. Hình 1.1. D ng sóng sin và sóng ñi u hòa THD là m t tham s quan tr ng ñ ñánh giá sóng ñi u hòa và ñư c g i là h s méo d ng (Total Harmonic Distortion). ∞ ∑X n=2 2 n TDH = X1 (1-4) Trong ñó:
-7- X1 là biên ñ thành ph n cơ b n Xn là biên ñ thành ph n ñi u hòa b c n 1.2.2. Các ngu n t o sóng ñi u hòa 1.2.2.1. Máy ñi n 1.2.2.2. Thi t b ñi n t công su t 1.2.2.3. Các ñèn huỳnh quang 1.2.2.4. Các thi t b h quang 1.2.3. nh hư ng c a sóng ñi u hòa b c cao 1.3. Các b l c sóng ñi u hòa 1.3.1. B l c th ñ ng * B l c RC Hình 1.17. B l c RC * B l c LC
-8- Hình 1.18. B l c LC 1.3.2. B l c tích c c 1.3.2.1. Tác d ng c a m ch l c tích c c a. Bù công su t b. Bù sóng ñi u hòa - Bù sóng ñi u hòa ñi n áp - Bù sóng ñi u hòa dòng ñi n 1.3.2.2. Các ph m vi công su t c a l c tích c c a. Ph m vi công su t th p: b. Ph m vi công su t trung bình: c. Ph m vi công su t r t l n: 1.3.2.3. Phân lo i m ch l c tích c c a. Phân lo i theo b bi n ñ i công su t - C u trúc m ch l c tích c c VSI: - C u trúc m ch l c tích c c CSI: b. Phân lo i theo sơ ñ : - M ch l c tích c c song song (AF)
-9- Hình 1.26. C u hình b l c tích c c song song (AF) - M ch l c tích c c n i ti p (AFs) Hình 1.28. C u hình b l c tích c c n i ti p (AFs) c. Phân lo i theo ngu n c p - M ch l c tích c c hai dây - M ch l c tích c c ba dây - M ch l c tích c c b n dây 1.3.3. B l c h n h p Th c ch t là s k t h p c a b l c ch ñ ng và b l c th ñ ng.
- 10 - Hình 1.33. M ch l c h n h p Ngoài ra khi k t h p AF và AFs ta ñư c b UPQC (Unified Power Quality Conditioner) Hình 1.34. Sơ ñ c u trúc UPQC 1.4. K t lu n chương 1 Ta th y sóng ñi u hòa b c cao có nh ng tác h i l n cho h th ng ñi n, làm gi m ch t lư ng ñi n, gây ra các t n th t…Như v y ñ c i thi n ch t lư ng ñi n năng thì c n ph i l c các thành ph n dòng ñi u hòa b c cao. Có nhi u thi t b khác nhau có th th c hi n l c dòng ñi u hòa b c cao. Tùy thu c vào yêu c u kinh t k thu t mà l a ch n thi t b và phương pháp phù h p.
- 11 - CHƯƠNG 2 T NG QUAN V ĐI U KHI N M VÀ B ĐI U KHI N M LAI PID 2.1. L ch s phát tri n 2.2. Đi u khi n m 2.2.1. Sơ ñ kh i c a h ñi u khi n m Đ u vào Đ u ra x H p thành Gi i m y (Inference Mechanism) (Defuzzifiers) Kh i m hóa (Fuzzifiers) Lu t m (Rule-base) Hình 2.1. Sơ ñ kh i b ñi u khi n m 2.2.1.1. Kh i m hoá 2.2.1.2. Kh i h p thành (Inference Mechanism) 2.2.1.3. Kh i lu t m (Rule-base) 2.2.1.4. Kh i gi i m (Defuzzifier) 2.2.2. Phân lo i ñi u khi n m 2.2.3. C u trúc cơ b n c a b ñi u khi n m
- 12 - 2.3. Đi u khi n m nâng cao 2.3.1. H ñi u khi n thích nghi m 2.3.2. H ñi u khi n m lai PID 2.3.2.1. B ñi u khi n m lai kinh ñi n x e B ñi u B ñi u u Đ i tư ng y khi n PID khi n m ñi u khi n - Thi t b ño lư ng Hình 2.9. Mô hình b ñi u khi n m lai kinh ñi n 2.3.2.2. B ñi u khi n m ch nh ñ nh tham s b ñi u khi n PID Hình 2.10. Phương pháp ch nh ñ nh m tham s b ñi u khi n PID Các tham s KR, TI, TD hay KR, KI, KD c a b ñi u khi n PID ñư c Zhao, Tomizuka và Isaka chu n hoá như sau:
- 13 - KP − KP min K − KD min kp = ; kd = mD (2-6) K P ax − K P m min K D ax − K D min ñ có 0≤ kR, kD ≤ 1 Như v y, b ch nh ñ nh m s có hai ñ u vào là e(t), và Ti K2 ba ñ u ra là kP, kD, α, trong ñó: α = ; Ki = P (2-7) TD α KD 2.4. K t lu n Chương 2 Vi c áp d ng lô-gic m ñã cho t o ra các b ñi u khi n m , m lai, ... v i nh ng tính ch t khá t t nh m ñáp ng yêu c u trong ñi u khi n t ñ ng, ví d ñi u khi n các ñ i tư ng ph c t p. Ngoài ra, các b ñi u khi n m cho phép l p l i các tính ch t c a các b ñi u khi n kinh ñi n. Thi t k b ñi u khi n m cũng r t ña d ng, qua vi c t ch c các nguyên t c ñi u khi n và ch n t p m cho các bi n ngôn ng cho phép ngư i ta thi t k các b ñi u khi n m khác nhau.
- 14 - CHƯƠNG 3 THI T K B ĐI U KHI N M CH NH Đ NH THAM S PID Đ ĐI U KHI N B L C TÍCH C C CHO T I BI N T N 3.1. nh hư ng c a t i bi n t n lên lư i ñi n Sơ ñ mô hình h th ng khi chưa có b l c tích c c: Hình 3.1. Mô hình h th ng khi chưa có AF 3.1.1. Ngu n Xét h th ng trong trư ng h p ngu n lý tư ng u sa = 220 2 sin ωt u sb = 220 2 sin(ωt − 120 0 ) u sb = 220 2 sin(ωt + 120 0 )
- 15 - 3.1.2. T i bi n t n Hình 3.3. Bi n t n dùng ch nh lưu không ñi u khi n v i b ngh ch lưu PWM 3.1.3. Khâu ño lư ng 3.1.4. Khâu hi n th 3.1.5. K t qu mô ph ng Hình 3.8. Dòng ñi n ngu n và ph dòng ñi n ngu n
- 16 - Ta th y dòng ñi n ngu n không còn d ng hình sin n a mà b méo d ng ñi r t nhi u so v i d ng chu n do nh hư ng c a thành ph n sóng hài b c cao. Đ i chi u v i tiêu chu n IEEE std 519 ta th y h s méo d ng dòng ñi n THD = 12.03% vư t quá tr s quy ñ nh trong tiêu chu n là h s TDH ph i nh hơn 5%. 3.2. Thi t k b l c tích c c cho ngu n t i bi n t n Hình 3.9. C u trúc h th ng s d ng b l c tích c c Dòng ñi n t i có th phân tích thành hai thành ph n: thành ph n cơ b n iC và thành ph n sóng ñi u hòa ih: iL = iC + ih Ta ñi u khi n dòng do AF bơm lên ñu ng dây: iF = ih Khi ñó dòng trên ñư ng dây s là: iS = iL - i h = iC + ih - i h = iC
- 17 - Như v y dòng trên ñư ng dây ch ch a thành ph n cơ b n, các thành ph n ñi u hòa b c cao ñã ñư c b l c lo i b . 3.2.1. Gi i pháp ñi u khi n Hình 3.10. C u trúc ñi u khi n cho b l c tích c c AFs: B l c tích c c BPF: B l c thông d i 3.2.1.1. Xác ñ nh dòng ñi n bù hài Lu n văn s d ng gi i pháp tách dòng ñi n hài b ng b l c thông dãi BPF (Bandpass Filter). Hình 3.11. Gi i pháp xác ñ nh dòng ñi n bù h i 3.2.1.2. Phương pháp ñi u ch PWM S d ng phương pháp ñi u ch PWM ñ di u khi n ñóng m các van IGBT c a b l c.
- 18 - 3.2.2. Tính toán các thông s h th ng 3.2.2.1. Xác ñ nh giá tr ñi n áp ngu n m t chi u c p cho ngh ch lưu Giá tr c c ti u c a ñi n áp m t chi u ñư c xác ñ nh: U dc min > U s 3 2 = 2,45U s = U d 0 Thông thư ng ch n ñi n áp m t chi u giá tr : Udc = (1,2 ÷ 1,3)Ud0 Ta tính ñư c ñi n áp ngu n m t chi u c p cho ngh ch lưu: Udc = 1,3Ud0 = 1,3.2,45.220 = 700 (V) 3.2.2.2. Xác ñ nh giá tr t ñi n C Sn 1 C= . U dc .∆U dc 2ω ∆Udc là ñ bi n thiên ñi n áp trên t (l y kho ng 5% Udc) Giá tr thành ph n hài dòng ñi n: ∞ I max = ∑I 2 n = 12,03% * 551 = 66,28( A) n=2 Công su t bi u ki n c a b l c: S = 3.220.66,28 = 43748 (VA) V y giá tr ñi n dung: 43748 1 C= . = 2,8.10 −3 ( F ) 700.5%.700 2.2π .50
- 19 - 3.2.2.3. Xác ñ nh giá tr ñi n c m Lf Đ bi n thiên dòng ñi n qua cu n dây: di U f − U s = di L Đ h n ch t n th t chuy n m ch gi a các van bán d n thì di ≤ λ = 4ξf t dt Suy ra ta có th tính ch n giá tr ñi n c m: U f −Us 700 − 220 L= = = 0,12.10 − 2 ( F ) 4ξf t 4.10.10000 3.2.2.4. Xác ñ nh và l a ch n thông s van bán d n Trong ñi u ki n b qua t n th t và ñi u ki n làm mát lý tư ng ta có th ch n van v i dòng qua van là: I = 2Imax = 2.66,28 = 132,56 (A) Sơ b ta có th ch n van v i dòng 200 (A). 3.3. Xây d ng h ñi u khi n m ch nh ñ nh tham s b ñi u khi n PID ñ ñi u khi n b l c tích c c AF 3.3.1. Đ t v n ñ 3.3.2. Xây d ng hàm truy n ñ t ñ i tư ng 3.3.2.1. B l c tích c c AF Hàm truy n ñ t b ngh ch lưu có d ng:
- 20 - K AF K AF W AF = = (1 + TĐK .s )(1 + TV 0 .s ) (1 + (TĐK + TV 0 ) s + TĐK .TV 0 .s 2 T n s chuy n m ch t i thi u c a m t pha dùng PWM: fc = 3.10.f = 3.10.50 = 1500 (Hz) Do ñó th i gian ñi u khi n c n tuân theo bi u th c: 1 1 TĐK ≤ = = 0,00067 f c 1500 Ch n TĐK = 0,00067 (s), TV0 = 0,0001 (s) K AF = 0,314 Vì TĐK và TV0 r t bé nên TĐK.TV0 r t bé có th b qua V y hàm truy n b ngh ch lưu: 0,314 W AF = (1 + 0,00077.s ) 3.3.2.2. B ñi u khi n PID Hình 3.13. Sơ ñ kh i h th ng ñi u khi n PID Đ i tư ng là khâu tích phân quán tính b c nh t. Do ñó b ñi u khi n t i ưu ñ i x ng là b PI: