Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ điều khiển PID (A proportional integral derivative controller) là bộ điều khiển sử dụng kỹ thuât điều khiển theo vòng lặp có hồi tiếp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động. Một bộ điều khiển PID cố gắng hiệu chỉnh sai lệch giữa tín hiệu ngõ ra và ngõ vào sau đó đưa ra một một tín hiệu điều khiển để điều chỉnh quá trình cho phù hợp
ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT PHẦN I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TẦN I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.Phân loại biến tần Biến tần thường được chia làm hai loại: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 1.1.Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lưới ( f 1 < f lưới ). Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng. 1.2.Biến tần gián tiếp Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau: SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 1 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 3-1: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Chức năng của các khối như sau: a) Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Chỉnh lưu có thể là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh. Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến đổi. Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển. Trong các bộ biến đổi công suất lớn, người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải. Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định. b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu. c) Nghịch lưu: Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau: SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 2 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT - Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp. - Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn là sức điện động thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện. Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin. Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải. II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản (hình 3-2). Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 3 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ hình 3-2 :sơ đồ nguyên lý biến tần Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ M =n2 phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA. SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 4 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT 1.Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch lưu. Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng mở van công suất. Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ. Hình 3-2: Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung (v o1 là thành phần sin cơ bản, v i là điện một chiều vào bộ nghịch lưu, v o là điện áp ra ) Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực. Trong đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực. Phương pháp điều chế cơ bản là: - Điều chế theo phương pháp sin PWM (SPWM) 1.1Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác v tri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn v c SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 5 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT (gọi là tín hiệu điều khiển). Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hòa cơ bản có tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển v c và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang. Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển. Hình 3-3 miêu tả nguyên lý của của phương pháp điều chế SPWM một pha: Hình 3-3: Nguyên lý điều chế SPWM một pha Khi: v c > v tri , V A0 = V dc /2 v c < t tri , V A0 = -V dc /2 Đối với nghịch lưu áp ba pha có sơ đồ như hình 3-4. Để tạo ra điện áp sin ba pha dạng điều rộng xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu. SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 6 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 3-4: Nghịch lưu áp ba pha Nguyên lý điều chế và dạng sóng như sau: SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 7 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 3-5: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha Hệ số điều chế biên độ m a được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu điều khiển với biên độ của sóng mang: c a tri V m V = (3-1) m a - hệ số điều biến V c - biên độ sóng điều khiển V tri - biên độ sóng mang SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 8 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Trong vùng tuyến tính (0 < m a < 1), biên độ của thành phần sin cơ bản V A01 (điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức: dc A01 a V mV 2 = (3-2) Đối với điện áp dây là: dc AB1 a V 3V m 2 = (3-3) Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 < m a < 1). Hệ số điều chế tỷ số m f là tỷ số giữa tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều khiển: tri f c f m f = (3-4) m f - hệ số điều chế tỷ số f tri - tần số sóng mang, bằng tần số PWM f c - tấn số tín hiệu điều khiển SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 9 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Giá trị của m f được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ. Nếu m f là một giá trị không nguyên thì trong dạng sóng đầu ra sẽ có các thành phần điều hòa phụ (subharmonic). Nếu m f không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại thành phần một chiều và các hài bậc chẵn. Giá trị của m f nên là bội số của 3 đối nghịch lưu áp ba pha vì trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài là bội số của ba. Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin chuẩn v c . Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hòa của điện áp ra. Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM. Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyển mạch lại tăng lên. 2. Định nghĩa đơn giản về PID 2.1 Điều chỉnh tỷ lệ (P) là gì: Điều chỉnh tỷ lệ là phương pháp điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều chỉnh tỷ lệ với sai lệch đầu vào. 2.2 Điều chỉnh tích phân (I) là gì: Phương pháp điều chỉnh tỷ lệ để lại một độ lệch (offset)sau điều chỉnh rất lớn. Để khắc phục ta sử dụng kết hợp điều chỉnh tỷ lệ với điều chỉnh tích phân. Điều chỉnh tích phân là phương pháp điều chỉnh tạo ra tín hiệu điều chỉnh sao cho độ lệch giảm tới O. 2.3 Điều chỉnh vi phân( D): Khi hằng số thời gian hoặc thời gian chết của hệ thống rất lớn điều chỉnh theo P hoặc PI có đáp ứng quá chậm thì ta sử dụng kết hợp với điều chỉnh vi phân. Điều SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 10 [...]... độ bảo vệ IP 55 Loại 1 pha công suất hoạt động 230V ± 10%, tần số hoạt động 50Hz, Loại 3 pha công suất hoạt động 230/400V ± 10% tần số hoạt động 50Hz có thể lên đến 4kW, Công suất hoạt động có thể trên 400/690V ± 10% Bảo vệ quá tải Cấp sẵn trong động cơ cung cấp do người sử dụng dùng cho loại động cơ 3 pha 2.Sơ đồ kết nối Sơ đồ kết nối cảm biến áp suất với biến tần ABB SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 17... trung tâm của màn hình LCD • gia số một giá trị của thâm số đươc chọn • gia số giá trị tham khảo nếu góc trên bên phải được tô đậm Giữ phím xuống thay đổi giá trị nhanh hơn 7 LOC/REM – thay đổi giữa điều khiển cục bộ và kiểm soát từ xa của biến tần Mô tả các thông số được đánh giá tại trung tâm của màn hình hiển thị 9 STOP – dừng biến tần trong chế độ kiểm soát cục bộ 10 START – khởi động biến tần trong... phía trên bên trái – điều khiển vị trí: EXIT ENTER LOC: biến tần điều khiển cục bộ điều khiển từ bảng điều khiển REM: biến tần điều khiển từ xa từ tín hiệu I/O của biến tần b Trên bên phải – đơn vị của giá trị hiển thị c Giữa – biến ; nói chung, cho thấy các thông số và giá trị tín hiệu các menu hoặc danh sách, ngoài ra nó còn hiển thị báo động và lỗi d Giữa và bên trái phía dưới – trạng thái thao... thay đổi giá trị nhanh hơn 6 LOC/REM – Thay đổi giữa kiểm soát cục bộ và kiểm soát từ xa của biến tần 7 DIR – Thay đổi hướng quay của động cơ 8 STOP – Dừng biến tần trong kiểm soát cục bộ 9 START 1 Tình trạng LED – xanh cho hoạt động bình thường.nếu LED nháy, hoặc đỏ, xem chọn LEDs trên trang 1.2 Thông số Cảm biến áp suất M515X-12345P-010BG = 4-20 mA current loop, with a custom pressure port to drawing... năng tự động xác định tham số PID Chức năng tự động này làm việc rất tốt với các hệ thống điều chỉnh nhiệt độ và tốc độ động cơ Các hệ thống lớn không có chức năng tự đông xác định thông số nhưng được trang bị hệ thống vẽ đồ thị tín hiệu đo được của biến quá trình (proces value- PV) và biến đầu ra của bộ điều khiển (manipulated value-MV) Ta có thể dễ dàng nhìn được dạng PV và đo được chu kỳ dao động cũng... tình trạng biến, tùy thuộc vào phương thức hoạt động, xem phần Status line trên trang 80 b biến trung tâm; nói chung , cho thấy tín hiệu và giá trị tham số, menus hoặc danh sách Cũng cho thấy các lỗi và báo động c line dưới – cho thây chức năng hiện tại của 2 phím mềm và, nếu được, kích hoạt ,màn hình hiển thị đồng hồ 3 phím mềm 1 – chức năng phụ thuộc thuộc tính.Các văn bản ở góc dưới bên trái của màn... điều khiển tỉ lệ Sau đó giảm dải tỉ lệ cho đến khi dao động xuất hiện đo chu kì của dao động (khoảng thời gian giữa hai điểm cực đại hoặc cực tiểu của dao động Ta gọi thời gian này là chu kỳ tự nhiên) Bước 2: Đặt thời gian tích phân bằng chu kỳ tự nhiên Quan sát chu kỳ dao động mới , nó sẽ tăng thêm khoảng 40~43% của chu kỳ tự nhiên Nếu chu kỳ dao động lớn hơn mức trên thì cần tăng thời gian tích phân... II SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀUKHIỂN BIẾN TẦN CHO BƠM VỚI ÁP SUẤT KHÔNG ĐỔI LÀ 6 BAR I SƠ ĐỒ KẾT NỐI 1.Thông số thiết bị 1.1 Phần cứng biến tần ABB SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 13 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Đặc điểm: - Dùng điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 Pha, 220V/0.37…11 kW, 380V/0.37…22 kW - IP20, NEMA 1 (tuỳ chọn); Tần số ra: 0-500 Hz; Hệ số công suất 0.98 - Tương... ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Sơ đồ chân biến tần ABB SVTH:NGUYỄN ĐỨC THUẬN Trang 19 ĐỒ ÁN 3 GVHD: NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Sơ đồ khối PID control II.VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Cài đặt cho biến tần sử dụng Assistant Control Panel Bảng sau đây tóm tắt các chức năng chính và hiển thị trên Assistant Control Panel 1 Tình trạng LED – xanh cho hoạt động bình thường.nếu LED nháy, hoặc đỏ, xem chọn... tin hiển thị – Khởi động biến tần trong kiểm soát cục bộ Ban đầu, bảng điều khiển ở chế độ đầu ra, nơi bạn có thể khởi động, dừng, thay đổi hướng, chuyển đổi giữa kiểm soát cục bộ và điều khiển từ xa, sữa đổi các giá trị tham chiếu và màn hình lên đến 3 giá trị thực tế để làm nhiệm vụ khác, đi tới Main menu và chọn chế độ thích hợp trên menu Cài đặt ngôn ngữ Cấp nguồn vào biến tần Đầu tiên bảng điều . NGUYỆT PHẦN I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TẦN I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.Phân loại biến tần Biến tần thường được chia làm hai loại: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 1.1 .Biến tần trực tiếp Biến tần trực. sin. Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải. II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản (hình 3-2). Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều. LOC: biến tần điều khiển cục bộ điều khiển từ bảng điều khiển . REM: biến tần điều khiển từ xa từ tín hiệu I/O của biến tần . b. Trên bên phải – đơn vị của giá trị hiển thị . c. Giữa – biến