Đề tài Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu

107 trang yendo 6381

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề tài Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

de_tai_nghien_cuu_che_tao_he_thong_kich_thich_cho_may_phat_d.pdf

Nội dung text: Đề tài Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY ĐIỆN TỬ VÀ TIN HỌC VIỆT MAM CÔNG TY CỔ PHẦN VIETTRONICS ĐỐNG ĐA BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NĂM 2007 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG KÍCH THÍCH CHO MÁY PHÁT ĐIỆN, ỨNG DỤNG TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ THỦY ĐIỆN TRUNG BÌNH VÀ NHỎ, THAY THẾ HÀNG NHẬP KHẨU. Mã số:195-07RD/2007 Cơ quan chủ trì : Công ty Cổ phần Viettronics Đống Đa Số 56 - Nguyễn Chí Thanh – q. Đống Đa – tp. Hà Nội. Chủ nhiệm đề tài : Lưu Hoàng Long - Kỹ sư Điện - Giám đốc Cty. NTTULIB 6803 12/4/2008 HÀNỘI 12.2007
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT PSS (Power System Stabilizer) : Bộ ổn định hệ thống nguồn AVR (Auto voltage regulator) : Bộ điều ổn áp tự động FCR (Field control regulator) : Bộ điều chỉnh kích từ THYRISTOR BRIDGE : CẦU THYRISTOR DIODE BRIDGE : CẦU ĐIỐT IGBT BRIDGE : CẦU IGBT MUB : Card đo lường COB : Card điều khiển LCP : Panel điều khiển tại chỗ RCP : Panel điều khiển từ xa AC : Dòng điện xoay chiều DC : Dòng điện một chiều CROWBAR : Mạch diệt từ NTTULIB trang 2
MỤC LỤC Trang: MỞ ĐẦU 6 1. Giới thiệu chung 6 2. Cơ sở pháp lý/xuất xứ của đề tài 7 3. Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 7 4. Đối tượng/phạm vi và nội dung nghiên cứu 7 5. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và Cơ sở lý 7 thuyết 5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước 7 5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước 8 5.3 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 8 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH 9 I.1. Phân loại kích thích 10 I.2. Xem xét điều khiển kích thích máy phát 14 I.3. Xem xét về mặt điều khiển 16 I.4. Chức năng bảo vệ hệ thống. 17 CHƯƠNG II. KHẢO SÁT LỰA CHỌN MẪU 19 II.1. Giới thiệu hệ thống kích thích UNITROL5000 của hãng ABB: 19 II.2. Đặc điểm kỹ thuật của UNITROL 5000 19 II.3. Cấu hình hệ thống UNITROL 5000 20 II.3.1. Khối chuyển đổi côngNTTULIB suất 20 II.3.2. Khối mồi từ (Field Flashing) và diệt từ (Crowbar) 21 II.3.3. Khối điều chỉnh điện áp. 22 II.3.3.1. Chức năng điều chỉnh. 22 II.3.3.2. Chức năng giám sát và bảo vệ. 23 II.3.3.3. Chức năng ghi dữ liệu 23 II.3.3.4. Chức năng giám sát bộ xử lý. 23 II.3.3.5. Chức năng điều khiển ổn định hệ thống công suất (PSS). 23 II.3.3.6. Chức năng truyền thông với hệ thống. 24 trang 3
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 26 Quy trình công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển kích thích tĩnh 26 CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN 27 TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT SỐ IV.1. Thiết kế mô hình hệ thống 27 IV.1.1. Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống 27 IV.1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống 28 IV.1.3. Thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống 29 IV.1.4. Thiết kế mô hình cấu trúc hệ thống 30 IV.1.5. Nguyên lý điện của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh 33 IV.2. Nghiên cứu xây dựng phần mềm hệ thống kích thích 34 IV.3. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống kích thích 52 IV.3.1. Thiết kế chế tạo hệ thống tủ điều khển 52 IV.3.2. Chế tạo card (board) đo lường 57 IV.3.2.1. Đặc điểm của board đo lường: 57 IV.3.2.2. Mô tả: 57 IV.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường: 58 IV.3.2.4. Mô tả chức năng của các khối: 59 IV.3.2.5. Mô tả DSP TMS320VC5510: 68 IV.3.3. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển V1000SE (COB) 73 IV.3.2.1. Giới thiệu hệ thống môdul PC104 và các card I/O 74 IV.3.2.2. Mô tả Môdul PPM-GX500 - PC104 module 75 IV.3.2.3. Mô tả Môdul PC104 - PCM-A/D16 78 IV.3.2.4. Mô tả phần màn hình hiển thị LK204-25 của hãng MATRIX ORBITAL NTTULIB 85 IV.3.2.5. Thiết kế tổng thể phần cứng hộp bộ điều khiển 85 IV.3.2.6. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển loại V1000SE (COB) 86 IV.3.4. Chế tạo panel hiển thị tại chỗ và từ xa 86 IV.3.4.1. Mô tả phần màn hình hiển thị của hãng MATRIX ORBITAL 90 IV.3.4.2. Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển tại chỗ và từ xa 91 IV.3.4.3. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển tại chỗ và từ xa loại V1000SE LCP và RCP 91 IV.3.5. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển công suất 93 trang 4
IV.3.6. Chế tạo/ tích hợp bộ mồi từ 96 IV.3.7. Chế tạo/ tích hợp bộ diệt từ 96 CHƯƠNG V. THỰC NGHIỆM 98 V.1. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên 98 cứu V.2. Lắp ráp chạy thử hệ thống 98 V.3. Hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống 101 V.4. Chạy thủ nghiệm tại nhà máy phát điện 5MW 101 V.5. Kết quả thực nghiệm (nêu rõ các điều kiện tiến hành thực nghiệm 101 và kết quả đạt được) và thảo luận KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 1. Kết quả đạt được (kết luận) 106 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo (kiến nghị) 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 PHỤ LỤC 108 NTTULIB trang 5
MỞ ĐẦU 1 Giới thiệu chung Làm chủ công nghệ, tính tự động hóa, chất lượng điều khiển, tính ổn định, hiệu quả kinh tế là các tiêu chí hàng đầu đặt ra cho việc nghiên cứu chế tạo “Hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện có công suất trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu”. Việc làm chủ công nghệ và chủ động cung cấp các hệ thống điều khiển đồng bộ bằng nội lực hiện nay là một yêu cầu cấp bách, nhằm nâng cao tỷ trọng nội địa hoá các sản phẩm sản xuất trong nước. Do chưa làm chủ được công nghệ thiết kế chế tạo nên phần lớn các hệ thống thiết bị đồng bộ chúng ta vẫn phụ thuộc vào các tập đoàn Quốc tế. Tỷ trọng phần giải pháp công nghệ, thiết kế thông thường chiếm từ 30% đến 60%, thậm chí trong một vài dự án cụ thể nó chiếm tới 80% tổng giá thành của hệ thống thiết bị đồng bộ. Như vậy cho dù các điều kiện công nghệ sản xuất trong nước chưa cho phép ta sản xuất hết được các thiết bị điều khiển đòi hỏi công nghệ cao, chúng ta vẫn đạt được tỷ lệ sản xuất trong nước cao trong các hệ thống thiết bị đồng bộ bằng giá trị công nghệ, thiết kế trong hệ thống. Bài viết này đề cập về vấn đề nghiên cứu làm chủ công nghệ thiết kế, tích hợp, chế tạo hệ thống điều khiển đồng bộ về việc điều khiển kích từ (kích thích) máy phát cho các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện công suất trung bình và nhỏ. NTTULIB trang 6
2. Cơ sở pháp lý/xuất xứ của đề tài Công ty Cổ phần Viettronics Đống Đa là đơn vị thực hiện đề tài khoa học năm 2007 Theo hợp đồng số 195-07RD /HĐ-KHCN, ký ngày 01 thánđg 03 năm 2007 về việc “NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ” với nội dung “Nghiên cứu chế tạo Hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu”. Giữa bên giao là Bộ Công nghiệp và bên nhận là Công ty Cổ phần Viettronics Đống Đa. 3 .Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 9 Thay thế hàng ngoại nhập với chất lượng tương đương. 9 Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển kích thích cho máy phát điện trung bình, nhỏ. 9 Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo tiên tiến, đảm bảo tính khả thi. 4. Đối tượng/phạm vi và nội dung nghiên cứu 9 Nghiên cứu làm chủ công nghệ điều khiển kích thích máy phát điện. 9 Thiết kế chế tạo một hệ thống điều khiển công nghiệp trên cơ sở kết hợp thiết kế chế tạo ra các khối đo lường kỹ thuật số, khối mạch công suất, bảo vệ từ những linh kiện rời (Chíp DSP xử lý tín hiệu số - DS1609; DSP TMS320VC5510; DSP56303PV100, Dualport RAM - IDT 71342SA, EEPROM nhớ chương trình - M29F040B-70K6 & AM29F040-120JC, RAM cho dữ liệu - K6R1008V1C-JC12, Thạch anh 32MHz - SG-615PH C 32.0000M ) và ứng dụng các bộ điều khiển tiên tiến chuyên dùng cho công nghệp thuộc dòng PC104. 9 Thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế hệ thống. 9 Thử nghiệm thực tế hệ thống cho ngành điện nói chung, nhà máy điện công suất 5MW nói riêng. NTTULIB 5.Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước và Cơ sở lý thuyết 5.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước Hệ thống kích thích cho máy phát điện trung bình, nhỏ đã được nghiên cứu, chế tạo từ rất lâu tại các nước phát triển. Một số hang chế tạo hệ thống điều khiển kích thích nổi tiếng trên thế giới như: ABB, AREVA, BASLER, VATech trang 7
Cho đến nay các giải pháp về điều khiển kích thích cho nhà máy điện đã gần như hoàn thiện, không những hoàn thiện về tính năng và chất lượng điều khiển mà còn đáp ứng các tính năng liên quan khác như quản lý giám sát từ xa, thu thập và lưu giữ dữ liệu, kiểm soát ghi lại các trạng thái sự cố, giao diện thân thiện hơn 5.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước Các hệ thống kích thích cho các nhà máy điện hiện nay chủ yếu vẫn là nhập khẩu với giá thành cao, thời gian nhập khẩu kéo dài nhiều tháng, việc cài đặt hiệu chỉnh cũng phải thuê chuyên gia, giá công cao tính theo giờ. Trong khi đó nhu cầu về việc xây dựng các nhà máy phát điện ngày càng nhiều, theo quy hoạch phát triển ngành điện đến năm 2010 nước ta cần phải xây dựng 50 nhà máy điện các loại. Hiện nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, cũng như việc hội nhập của Việt Nam. Để chủ động về công nghệ cũng như kết hợp đội ngũ kỹ sư sẵn có chúng ta hoàn toàn có thể nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển kích thích phục vụ cho các nhà máy điện thay thế các thiết bị nhập ngoại, đảm bảo đáp ứng thời gian cung cấp, bảo hành thiết bị kịp thời. Làm chủ công nghệ để chủ động trong thiết kế, chế tạo các hệ thống thiết bị đồng bộ nói chung và hệ thống điều khiển đồng bộ nhà máy thuỷ điện nói riêng là một đòi hỏi cấp bách hiện nay, nó vừa là cơ hội và cũng là thử thách đối với các đơn vị chế tạo trong nước. Việc chế tạo được tất cả các thiết bị công nghệ cao để nâng cao tỷ lệ sản xuất trong nước và chủ động trong việc thiết kế chế tạo các hệ thống thiết bị đồng bộ là mong muốn của toàn Đảng, toàn dân ta trong giai đoạn hiện nay. Trình độ công nghệ chế tạo trong nước chưa cho phép chúng ta sản xuất hết được các thiết bị đòi hỏi công nghệ, nghiên cứu cơ bản rất cao như các thiết bị PLC, PC thiết bị đo lường đặc biệt để đạt tiêu chuẩn quốc tế với giá thành cạnh tranh thì giải pháp thiết kế tích hợp và lập trình điều khiển để chủ động cung cấp các hệ thống thiết bị đồng bộ là giải pháp tốt nhất hiện nay. Nếu làm được như vậy thì tỷ lệ nội địa hoá các hệ thống thiết bị đồng bộ đã đạt trên 50%, mặc dù chúng ta chưa chế tạo được các thiết bị công nghệ cao. NTTULIB 5.3 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 9 Khảo sát mẫu nhập ngoại 9 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển kích thích phù hợp với điều kiện các nhà máy điện trong nước. 9 Thử nghiệm hệ thống tại nhà máy điện 5MW và kiểm định các thông số kỹ thuật. trang 8
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH Máy phát điện muốn phát ra điện được, ngoài việc phải có động cơ sơ cấp kéo, còn phải có dòng điện kích thích. Dòng điện kích thích là một dòng điện một chiều, được đưa vào Rôto của máy phát để kích thích từ trường của Rôto máy phát. Hệ thống thiết bị tạo ra dòng điện một chiều này gọi chung là hệ thống kích thích máy phát Dòng điện kích thích máy phát, ngoài việc tạo từ trường cho Rôto, còn có thể dùng để điều chỉnh điện áp máy phát theo giá trị danh định hoặc theo giá trị đặt để hòa lưới. Ngoài ra, dòng điện này còn điều chỉnh công suất vô công của máy phát khi máy phát đã hòa vào lưới. Để có thể thay đổi trị số của dòng điện kích thích nhằm đáp ứng được các yêu cầu trên, cần phải có một bộ phận điều khiển. Hệ thống mạch điện để điểu khiển dòng điện kích thích gọi là hệ thống điều khiển điện áp, hay còn gọi tắt là bộ điều áp. Hệ thống kích thích, với chức năng cung cấp dòng kích thích cho máy điện đồng bộ bao gồm tất cả, công suất, sự điều chỉnh và bảo vệ để điều chỉnh ổn định điện áp đầu cực máy phát, ra đời và phát triển cùng với máy điện đồng bộ với các tính năng ngày càng hiện đại và đáp ứng yêu cầu cao về ổn định điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn [IEEE std 421.4 - 2004]. Hình I.1: Sơ NTTULIBđồ khối hệ thống kích từ và điều khiển kích từ Hệ thống điều khiển kich từ là một bộ điều khiển hồi tiếp bao gồm máy phát điện và hệ thống điều khiển kích thích của nó. Thông qua điện áp cảm nhận được từ đầu cực máy phát, hệ thống điều khiển kích thích sẽ cấp dòng kích thích phù hợp đến cuộn dây kích thích máy phát để ổn định điện áp đầu cực máy phát theo giá trị mong muốn. Khi máy phát điện hoạt động song song với các máy phát điện khác hoặc nối lưới, điện áp đầu cực máy phát là do lưới quy định, trong trường hợp này chức năng chính của hệ thống điều khiển kích thích là cung cấp dòng kích thích cho máy phát điện đồng bộ để giữ công suất cảm kháng trên lưới, từ đó ổn định điện áp đầu cực máy phát. trang 9
I.1. Phân loại kích thích Căn cứ vào cách tạo ra dòng kích thích cung cấp cho dây quấn kích thích, nguời ta chia hệ thống kich từ thành hai nhóm chính: Hệ thống kích thích quay xây dựng trên các bộ kích thích quay một chiều DC (DC Exciter), bộ kích thích quay xoay chiều AC (AC Exciter) và hệ thống kích thích tĩnh xây dựng trên các bộ kích thích tĩnh (Static Exciter). Bộ kích thích AC và DC được xây dựng trên cơ sở sử dụng các máy phát điện một chiều (DC Exciter) hoặc xoay chiều có chỉnh lưu (AC Exciter) gắn đồng trục của Rotor, quay đồng bộ với Rotor để cấp dòng cho dây quấn kích thích. Bộ kích thích tĩnh (Static Exciter) đặt độc lập với máy phát, cấp dòng kích thích cho dây quấn kích thích qua cơ cấu chổi quét vòng góp điện. Dòng kích thích của bộ kích thích tĩnh được lấy từ đầu cực máy phát thông qua khối cầu chỉnh luư Thyristor có điều khiển. a) Hệ thống kích thích một chiều (DC) Ngày nay, bộ kích thích DC vẫn còn được sử dụng ở nhiều máy phát đồng bộ (Synchronous Generator-SG) có công suất thấp hơn 100MVA. Nó được cấu tạo gồm hai máy phát điện một chiều kiểu vành góp điện DC (DC commutator electric generator) đóng vai trò là: Bộ kích thích chính (Main Exciter- ME) và bộ kích thích bổ trợ (Auxiliary Exciter- AE) gắn đồng trục và quay đồng bộ với Rotor máy phát. Hinh I.2: Hệ thống kích thích một chiều Khi Rotor quay, máy phát đNTTULIBiện AE sẽ tạo ra dòng điện cấp cho máy phát điện ME. Tới lượt mình, ME sẽ tạo ra dòng một chiều cấp cho dây quấn kích thích máy phát để tạo ra sức điện động cảm ứng trên đầu cực máy phát. Bộ kích thích DC được điều khiển bởi AVR thông qua điện áp điều khiển Vcon. Hệ AE và ME đóng vai trò như một bộ khuyếch đại công suất với hệ số khuyếch đại lên tới 600/1 (20.30), do vậy ta chỉ cần công suất thấp để cấp cho bộ kích thích. Tuy nhiên lợi thế này bị trả giá bởi: - Đáp ứng thời gian chậm, mà nguyên nhân là hằng số thời gian ở cuộn dây kích thích ở ME và AE lớn. - Vấn đề ăn mòn chổi quét ở ME và AE trang 10
- Có thể gây ra hiện tượng xoán trục khi có tải, mà nguyên nhân là đáp ứng chậm của nó. - Không có khả năng dự phòng online, rất khó cho bảo vệ khi tất cả các thành phần của hệ thống đều là cơ cấu quay. Vì những nguyên nhân này mà hiện nay phần lớn hệ thống kích thích DC đã được thay thế bằng hệ thống kích thích tĩnh b) Bộ kích thích xoay chiều (AC) Bộ kích thích AC vẫn được sử dụng trong công nghiệp ngay cả ở các máy đồng bộ mới. Nó được thiết kế trên cơ sở sử dụng một máy phát điện đồng bộ (Excitation Synchronous Generator-ESG) và một cầu chỉnh lưu diode gắn trên trục của nó. Bộ kích thích AC gắn đồng trục với máy phát. Hình I.3: Hệ thống kích thích xoay chiều Khi hệ thống hoạt động, điện áp xoay chiều đầu cực ESG được chỉnh lưu bằng cầu chỉnh lưu diode để tạo ra dòng DC cấp trực tiếp tới dây quấn kích thích của máy phát.Điện áp đầu cực máy phát được điều khiển bởi bộ AVR thông qua điện áp Vcon. Bộ kích thích AC có hệ số khuyếch đại khoảng 1/20(30) do chỉ sử dụng một máy phát kích thích, do vậy chỉ cần công suất bé để cấp cho hệ thống. Hệ thống kích thích AC có đặc điểm - Đáp ứng thời gian của hệ thống vẫn còn lớn. - Công suất điều khiểnNTTULIB nhỏ - Vẫn còn khả năng gây xoán trục khi có tải. - Khả năng dự phòng thấp, chỉ có thể dự phòng hệ chỉnh lưu. - Không có khả năng dự phòng online, rất khó cho bảo vệ khi tất cả các thành phần của hệ thống đều là cơ cấu quay, không tĩnh. c) Bộ kích thích tĩnh Bộ kích thích tĩnh, thiết kế trên cơ sở cầu chỉnh lưu Thyristor có điều khiển, được sử dụng rộng rãi từ những năm 1960. Trong bộ kích thích tĩnh, điện áp (có thể cả dòng điện) ở đầu cực máy phát được chuyển đổi về một mức thích hợp, được chỉnh lưu có trang 11
hoặc không có điều khiển và cấp trực tiếp tới dây quấn kích thích thông qua cơ cấu chổi quét, vòng góp điện. Hình I.4: - Vị trí của hệ thống kích thích tĩnh Hình I.5: Hệ thống kích thích tĩnh Sự ra đời IGBT công suất lớn mở ra hướng thay thế cầu chỉnh lưu Thyristor có điều khiển bằng hệ Diode-IGBT NTTULIBđiều khiển bằng phương pháp điều chế biên độ xung PWM Hệ chỉnh lưu Diod-IGBT có ưu điểm về điều khiển và bảo vệ là huớng phát triển triển vọng trong tương lai. trang 12
V_EX Hình I.6: Cầu chỉnh lưu công suất có điều khiển dùng Thyristor và IGBT Hệ thống kích thích tĩnh có ưu điểm về tính ổn định cao, dễ dàng thiết kế, chế tạo, vận hành và thuận lợi cho dự phòng thay thế. Hơn nữa, bộ kích thích tĩnh được thiết kế trên cơ sở bộ chỉnh lưu Thyristor, có công suất kích thích được lấy từ đầu cực máy phát do vậy hằng số thời gian của hệ thống là bé. Tuy nhiên, Hệ thống kích thích tĩnh gặp một số hạn chế như: - Nguồn kích thích được lấy trực tiếp từ đầu cực máy phát nên cần phải có một nguồn công suất phụ độc lập để mồi từ cho hệ thống. Hơn nữa, dễ sinh ra tia lửa điện ở cơ cấu vành trượt và chổi than. - Điện áp đầu cực máy phát biến thiên liên tục trong một dải lớn, do vậy miền biến thiên của điện áp kích thích là lớn, gây ra những ảnh hưởng xấu tới thiết bị nối với máy cũng như dây quấn Rotor và Stator. Những hạn chế này là nhỏ và được giải quyết bởi trình độ của khoa học kỹ thuật hiện tại. Người ta có thể đưa ra các khái niệm về giới hạn kích thích và định ra giới hạn hoạt động của hệ thống. Do vậy, hệ thống kích thích tĩnh được sử dụng rộng rãi, phổ biến trong các nhà máy phát điện. Bộ kích thích tĩnh có hai kiểu chính: - Kiểu kích thích chỉnh lưu nguồn thế (Potential source-rectifier exciter) - Kiểu kích thích chỉnhNTTULIB lưu nguồn hỗn hợp (Compound source-rectifier exciter) d) Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn thế Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn thế, được sử dụng phổ biến hiện nay có công suất kích thích được cấp từ một máy biến thế (Potential Transformer - PT) nối với đâu cực máy phát, và được chỉnh lưu bởi cầu chỉnh lưu Thyristor hoặc hệ Diode-IGBT có điều khiển. e) Bộ kích thích chỉnh lưu nguồn hỗn hợp Bộ kích thích kiểu nguồn hỗn hợp, được sử dụng trong một vài ứng dụng cụ thể, yêu cầu duy trì dòng ngắn mạch 3 pha trên đầu cực máy phát.Dòng ngắn mạch này không phải do lỗi gây ra mà là do dòng khởi động của một động cơ rất lớn gây nên sụt giảm điện áp máy phát gây ra. Khi qua quá trình khởi động động cơ, điện áp sẽ được phục trang 13
hồi một cách nhanh chóng. Trong trường hợp này hệ thống sẽ không thực hiện việc cắt máy cắt vì không phải là lỗi Trong bộ kích thích này, ngoài biến áp lực người ta còn sử dụng 2 hoặc 3 biến dòng công suất lớn để cấp dòng kích thích trực tiếp tới cuộn Rotor khi ngắn mạch. Bởi vì trong trường hợp đó ta không điều khiển được điện áp nữa do sự sụt giảm rất nhanh của điện áp đầu cực khi ngắn mạch, hoặc sụt áp. I.2 Xem xét điều khiển kích thích máy phát Hầu hết các đối số điều chỉnh mà ảnh hưởng đến thao tác của hệ thống điều khiển kích thích được chứa trong các phần tử của hệ thống kích thích bao gồm bộ xác định lỗi điều chỉnh điện áp, các bộ bù, các giới hạn và bộ ổn định hệ thống kích thích. Điều khiển điện áp đầu cực là chức năng đầu tiên của bộ điều khiển kích thích, trong trường hợp máy phát điện đồng bộ nối lưới, chức năng điều khiển của hệ kích thích được chuyển sang ổn định công suất phản kháng hoặc ổn định hệ số công suất. f) Chức năng điều khiển bằng tay Điều khiển bằng tay là một thành phần không thể thiếu của hệ thống kích thích, chức năng điều khiển bằng tay thường được thiết kế để điều chỉnh máy dòng điện hoặc điện áp kích thích từ không tải đến đầy tải. Chức năng này được thực hiện khi thí nghiệm bàn giao (commissning) hệ thống và điều khiển dự phòng khi có lỗi xảy ra với bộ điều khiển tự động. g) Chức năng điều khiển tự động Chức năng điều khiển tự động bao gồm các giới hạn của nó chứuc năng ổn định, điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát đồng bộ bởi cung cấp tín hiệu điều khiển tới cầu chỉnh lưu công suất. Tất cả sự điều chỉnh, máy phát và hệ thống công suất đều ảnh hưởng đến điện áp đầu cực máy phát. Đặc tính ổn định Đáp ứng của hệ thống kích thích biến đổi chậm theo tải, tần số và nhiệt độ của môi trường, tất cả kết hợp nênNTTULIB đặc tính ổn định của hệ thống. Thuật ngữ điều chỉnh tải là điểm quan tâm kế của sự thay đổi điện áp mà kết quả là sự thay đổi tải. Giả sử tải thay đổi từ không tải đến đủ tải trừ các trường hợp khác. Bộ điều chỉnh tải thường được lấy ở +/-0.5%. Đặc tính tín hiệu nhỏ. Đặc tính tín hiệu nhỏ tham chiếu tới các đáp ứng của nó khi sự không tuyến tính trong thực hiện của hệ thống điều khiển kích thích có thể bỏ qua. Đặc tính quá độ và tần số kết hợp với hệ thống điều khiển hồi tiếp là cơ sở đặc biệt của đặc tính tín hiệu nhỏ. trang 14
Đặc tính tín hiệu lớn Đặc tính tín hiệu lớn tham chiếu tới các đáp ứng của đầu ra hệ thống kích thích bất ngờ thay đổi lớn theo hệ tải mà đặc tính thực hiện của hệ thống kích thích không tuyến tính. a) Chức năng điều khiển bù Một số lớn các chức năng điều khiển bù ảnh hưởng đến đặc tính của hệ thống kích thích. Các chức năng này có thể không được trang bị trong hầu hết các hệ thống hoặc chỉ được active trong các trường hợp đặc biệt khi thực hiện ở chế độ điều khiển tự động. Thông thường nó bao gồm các thành phần trong hệ thống điều khiển kích thích máy phát đồng bộ và không bao gồm các chức năng bảo vệ, mặc dù nó cần thực hiện đóng với vài chức năng bảo vệ nào đó. Những hệ thống kích thích hiện đại thường được kết hợp giữa hai phần này. Hệ thống kích thích được kết hợp bao gồm những thành phần: Bộ điều khiển điện áp tự động, bộ điều chỉnh bằng tay, giới hạn kích thích, bộ ổn định hệ thống công suất, giới hạn Volts/Hertz. Các chức năng điều khiển bù bao gồm: Bù độ chúc cảm kháng, Bù sự chênh lệch cảm kháng khi các máy nối lưới hoặc nối song song với nhau, bù sự sụt áp gây ra do tải. Chức năng điều khiển ổn định hệ thống công suất(PSS) là một chức năng điều khiển bổ sung để trang bị cho hệ thống kích thích nhằm tăng tính ổn định của hệ thống công suất, ổn định của tần số máy phát khi máy nối tải.PSS sẽ giảm thiểu sự giao động của tần số máy phát. b) Chức năng giới hạn. Giới hạn dưới kích thích Giới hạn dưới kích thích được tính đến trong hầu hết các ứng dụng để ngăn cản sự hoạt động phần dưới kích thích của đường cong khả năng của máy đồng bộ (thướng gây ra sự nóng của lõi thép Stator), hoặc hoạt động trong một khu vực tiệm cận với giới hạn cân bằng trạng thái ổn định hoặc cả hai. Mặc dù giới hạn dưới kích thích thường là một thiết bị cảm nhận trở kháng, mục đích là nó có thể được so sánh với đường cong khả năng của máy phát điện đồng bộ hoặc giới hạn cân bằng trạng thái ổn định. Thao tác của nó được kết hợp với bảo vệ mất kích thích cho máy phát đồng bộ. Trong một vài trường hợp, giới hạn dưới kích thích không được đóng với PSS. Giới hạn dưới kích thích có thể được chỉ lại trênNTTULIB cơ sở nhiệt độ hoạt động của máy phát điện đồng bộ. Giới hạn quá kích thích Giới hạn quá kích thích được sử dụng ban đầu để tránh sự quá nhiệt của cuộn dây kích thích máy phát điện đồng bộ khi dòng kích thích trên sự hoạt động danh định. Nhiệt độ quá tải của cuộn dây này tỉ lệ nghịch với thời gian, và hơn nữa giới hạn này có thể được chậm trể. Giới hạn này thường được kết hợp trong một hệ điều khiển đa bậc và các khối bảo vệ cho dây kích thích. Giới hạn quá kích thích có thể được đưa ra trên cơ sở làm lạnh máy phát điện đồng bộ. Giới hạn Volts/Hertz trang 15
Giới hạn Volts/Hertz có cùng tên như vậy vì từ thông tỉ lệ với điện áp đầu cực trên tần số. Từ thông dư thừa này có thể gây ra sự quá nhiệt và phá hỏng lõi sắt và sự cách điện của cuộn dây Stator. Giới hạn V/Hz được sử dụng để ngăn cản sự quá nhiệt xuất hiện từ sự dư thừa từ thông do sự hoạt động dưới tần số hoặc quá áp hoặc cả hai. Giới hạn V/Hz thường được dùng để bảo vệ một máy phát điện đồng bộ (và các máy biến thế kết nối với nó) trong suốt quá trình khởi động, các chủ thể có thể của máy phát (và các máy phát kết nối với nó) tới hệ kích thích trong suốt quá trình giảm tốc độ (và sau đó là giảm tần số). Nó cũng được dùng để bảo vệ máy phát đồng bộ (và các máy biến thế nối với nó) từ mức từ thông cao, khi điều này xảy ra với máy ở chế độ off-line, trong suốt quá trình đó không có dòng cảm ứng phần ứng để chống lại sự tăng điện áp đầu cực máy phát tương ứng với sự tăng dòng kích thích. Cũng như vậy, thỉnh thoảng được sử dụng khi hai máy đồng bộ được khởi động đồng bộ với nhau, một như motor và một như máy phát. Trong kiểu hoạt động này, giới hạn V/Hz hành động khi điện áp đầu cực máy phát tăng khi tần số tăng. Đặc tính V/Hz nên được xem xét. Chức năng điều khiển Var/Pf Trong vài ứng dụng, bộ điều khiển điện áp thỉnh thoảng được bổ sung hoặc thay thế với một bộ điều khiển hoặc điều chỉnh Var hoặc hệ số công suất PF. Vậy đối tượng điều khiển lúc đó sẽ là công suất phản kháng Q(Var), hoặc hệ số công suất Cosϕ. I.3.Xem xét về mặt điều khiển a. Diệt từ Phương pháp triệt tiêu năng lượng có thể bao gồm một ngắt từ AC kết hợp với mạch shunt cầu chỉnh lưu có điều khiển crowbar và một điện trở lớn. Mạch điều khiển kích thích đặc biệt cưỡng bức đầu ra tới không hoặc điện áp âm có thể được sử dụng trong hầu hết các hệ thống kích thích hiện đại. Phương pháp shutdown dự phòng thường sử dụng để chống lại lỗi của ngắt. Trong các cấu hình của hệ thống kích thích tĩnh cho phép dùng một bộ ngắt ngắn mạch. Đặc biệt mạch điều khiển kích thích cưỡng bức đầu ra tới 0 được sử dụng cho hầu hết hệ thống. Bộ diệt từ tác động nhanh có thể được thực hiện theo phương pháp số. b. Đơn vị điều khiển bằng NTTULIBtay Chức năng điều khiển bằng tay có thể dùng một biến trở trong trường hợp bộ kích thích quay DC. Chức năng điều khiển này thường được dùng trong hệ chỉnh lưu quay. Trong hầu hết kiểu kích thích, vài dạng điều chỉnh DC được kết hợp để cung cấp chức năng điều khiển điện áp kích thích hoặc dòng kích thích. Quá trình tự động điều chỉnh tới chức năng điều khiển bằng tay điện áp hoặc dòng hoặc cả hai có thể là kết quả từ lỗi gây ra bởi một thành phần điều khiển, hoặc khi phát hiện ra lỗi hoặc quá kích thích (quá áp hoặc quá dòng). Trong vài hệ thống, AVR được yêu cầu cho thao tác vận hành độc lập. Trên các hệ thống này, chuyển đổi tới thao tác điều khiển bằng tay không cho phép và lỗi của AVR có thể là làm đóng ngắt một thiết bị chuyển mạch hoặc chuyển sang chế độ hoạt động dự phòng. trang 16
c. Đơn vị điều khiển tự động Chức năng điều khiển tự động được xây dựng theo yêu cầu điều khiển máy điện đồng bộ. Thông thường một hệ thống điều khiển kích từ được trang bị nhiều chức năng điều khiển như điều khiển điện áp đầu cực máy phát, điều khiển công suất phản kháng, hệ số công suất Mỗi chức năng điều khiển hoạt động theo yêu cầu và trong các trường hợp khác nhau. Chức năng điều khiển tự động của hệ thống điều khiển kích thích có thể được điều khiển và giám sát từ xa, qua giao tiếp mạng. Một đơn vị tự động start/stop được xem xét để đưa hệ thống kích thích vào hoạt động hoặc remove nó ra khỏi hệ thống trên cơ sở đóng mở các tiếp điểm. I.4.Chức năng bảo vệ hệ thống. Chức năng bảo vệ hệ thống được xem xét trên cơ sở những sự cố có thể xảy ra và ảnh hưởng của nó đối với hệ thống kích thích và các thiết bị liên kết với hệ thống. Theo đó, những lỗi được xem xét khi xây dựng hệ thống kích thích là: - Mất cảm nhận hồi tiếp tới AVR - Lỗi ở AVR - Lỗi cầu chỉnh lưu Thyristor - Ngắn mạch - Chạm đất cuộn dây Rotor a) Mất cảm nhận hồi tiếp tới AVR Khi mất cảm nhận hồi tiếp tới AVR do nguyên nhân lỗi đường truyền từ máy biến thế trường tới AVR. AVR nhận được một điện áp rất thấp và sẽ cố làm tăng nó bằng cách điều khiển tăng điện áp kích thích, dấn đến điện áp đầu cực sẽ tăng. Điện áp đầu cực có thể tăng đến 60% tùy vào các giá trị quá kích thích, hoặc dưới kích thích đặt cho máy. Đây là mức điện áp nguy hiểm đối với cuộn dây máy phát và các thiết bị sử dụng. Nếu máy nối lưới, khi tăng công suất kích thích không làm tăng điện áp đầu cực máy phát mà chỉ làm tăng công suất phản kháng lên lưới. Những máy khác sẽ hấp thụ công suất phản kháng của lưới để duy trì sự ổn định điện áp đầu cực, gây ra sụt công suất tác dụng của toàn lưới và làm quá nhiệt ở cuộn dây Rotor. Lỗi này được xử lý bởi cácNTTULIB Roler quá áp đặt ở đầu vào dây quấn Rotor, các Roler quá áp để quan sát điện áp pha hoặc một chuỗi các Role quan sát cảm nhận đầu vào AVR. b) Lỗi ở AVR Lỗi ở AVR thường tạo ra một trong hai chế độ hoạt động của máy phát đó là: Chế độ hoạt động thiếu hoặc mất kích thích và chế độ hoạt động quá kích thích. Hệ thống hoạt động ở chế độ mất kích thích: Lỗi này thường xảy ra khi có sự sụt áp đầu cực máy phát, do các nguyên nhân như ngắn mạch Trong trường hợp này, máy sẽ không đủ công suất cấp cho tải. Ngoài ra, công suất từ trong máy nhỏ hơn công suất cơ rất nhiều, góc tải sẽ tăng nhanh vượt quá 900 gây mất tính đồng bộ của máy. Điều này sẽ làm tăng nhiệt độ của cuộn dây Stator, trang 17
phá hỏng lớp cách điện của dây dẫn. Khi máy nối lưới, máy sẽ hấp thụ công suất phản kháng của lưới để duy trì điện áp đầu cực. Máy sẽ biến thành động cơ với công suất được cấp bởi lưới có thể gây ra xoắn trục Rotor, quá nhiệt ở cuộn dây Rotor do dòng kích thích cưỡng bức phản hồi từ lưới. Hệ thống hoạt động ở chế độ quá kích thích: Trong trường hợp này, dòng kích thích lớn sẽ gây ra hiện tượng quá nhiệt và có thể làm hỏng lớp cách nhiệt ở cuộn dây Rotor. Ngoài ra, điện áp đầu cực của máy sẽ rất lớn gây ra quá áp ở tải cũng như quá nhiệt ở cuộn Stator. Khi máy nối lưới, máy sẽ bơm công suất phản kháng vào lưới, các máy khác sẽ hấp thụ công suất phản kháng của lưới để duy trì điện áp lưới ổn định, gây ra sụt công suất tác dụng của toàn lưới và gây ra quá nhiệt trên cuộn Rotor. Đây là hai chế độ hoạt động nguy hiểm đối với máy phát và các thiết bị kết nối với máy. Để bảo vệ, ở đầu các cuộn dây kích thích, người ta sẽ gắn các Roler bảo vệ quá/dưới dòng, áp. Các cảm biến nhiệt được cài đặt để đo nhiệt độ của dây quấn Rotor và Stator. c) Lỗi cầu chỉnh lưu Thyristor. Các lỗi xảy ra với cầu Thyristor là: Mất điều khiển, luôn mở, luôn đóng, hoặc một chiếc Thyristor nào đó bị hỏng Khi đó chất lượng điện áp cạnh DC của Thyristor sẽ không tốt, hài không mong muốn, ảnh hưởng xấu đến điện áp kích thích cung cấp cho máy. Để bảo vệ, người ta sử dụng các Rơle quan sát độ gợn sóng của dòng kích thích. Lỗi cầu Thyristor còn xảy ra khi nhiệt độ trong tủ đựng là lớn, ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của Thyristor. Do vậy ở trong các tủ đựng Thyristor nhiệt độ làm việc luôn được điều khiển và quan sát, hệ thống làm mát và bảo vệ quá nhiệt phải được lắp đặt tại đây. d) Ngắn mạch. Dưới điều kiện ngắn mạch, đáp ứng của hệ thống kích thích phụ thuộc vào thiết kế, và khoảng cách từ vị trí ngắn mạch tới. Khi ngắn mạch xảy ra điện áp đầu cực máy phát sẽ giảm, dòng điện đầu cực tăng, có thể gây mất điều khiển AVR. AVR có thể chuyển sang hoạt động ở chế độ điều khiển FCR hoặc ngắt mạch khi dòng tăng quá lớn và điện áp đầu cực tiến tới 0. Dòng điện tăng đột ngột nàyNTTULIB có thể phá hỏng Thyristor vì vậy trên các đầu vào của mỗi van chỉnh lưu Thyristor người ta còn đặt các cầu chì tác động nhanh để giới hạn dòng điện bảo vệ Thyristor. e) Lỗi chạm đất. Lỗi này được xem xét một cách ngiêm túc do hậu quả mà nó gây ra. Cơ cấu chổi quét vòng góp điện có khả năng bị bụi bám vào gây chạm đất, vì thế người ta có thể xem đó là điểm đất của dây Rotor và máy vẫn hoạt động bình thường. Tuy nhiên, nếu vì một nguyên nhân nào dó mà mạch từ có điểm chạm đất thứ 2. Khi đó, sự quá nhiệt nội tại của các thanh dẫn có thể phá hỏng sự cách điện của dây quấn Rotor. Trong trường hợp này một rơle xác định điểm chạm đất được áp dụng cho điểm chạm đất thứ nhất, và cảnh báo hoặc ngắt mạch khi có một điểm chạm đất thứ 2 xuất hiện. trang 18
CHƯƠNG II KHẢO SÁT LỰA CHỌN MẪU Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng nổi tiếng chế tạo hệ thống điều khiển kích thích máy phát, với công nghệ hiện đại với các hãng như Basler, ABB, AREVA và hầu hết việc ứng dụng điều khiển các máy phát là những hệ thống kích thích tĩnh vì nó bộc lộ nhiều ưu điểm đáp ứng được yêu cầu hiện nay. Thực tế, chúng tôi đã được chứng kiến phía công ty Nhiệt điện Uông Bí tại thị xã Uông Bí tỉnh Quảng Ninh đã và đang sử dụng 02 hệ thống kích thích tĩnh UNITROL5000 của hãng ABB cho hai máy phát 55MW từ năm 2001, hệ thống này đã thay thế hẳn phần máy phát kích nối liền trục với máy phát chính nên đã hạn chế nhiều sự cố do khâu máy phát kích luôn phải đại tu, hoặc sự cố và nhược điểm lớn nhất là do chổi than và vành trượt. Đến nay hệ thống kích thích tĩnh làm việc rất ổn định, điều khiển tối ưu, gần như không gặp phải sự cố trong nhiều quý vận hành nên năng xuất phát điện của công ty tăng lên rõ rệt. Trên cơ sở đó, chúng tôi đã chọn hệ thống điều khiển kích thích tĩnh của hãng ABB để làm mục tiêu nghiên cứu học hỏi với mục đích chế tạo, tích hợp hệ thống để có sản phẩm tương tự và có giá thành rẻ hơn, chất lượng vẫn đảm bảo, làm chủ hơn về công nghệ. Sau đây chúng tôi sẽ đề cập đến các vấn liên quan: II.1.Giới thiệu hệ thống kích thích UNITROL5000 của hãng ABB: UNITROL 5000 là dòng sản phẩm Hệ thống kích thích sử dụng công nghệ vi xử lý công nghệ mới nhất. UNITROL là dòng sản phẩm kế thừa kinh nghiệm 40 năm chế tạo bộ chuyển đổi công suất và 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực chế tạo hệ thống kích thích trên cơ sở sử dụng bộ vi xử lý. Hệ thống kích thích tĩnh (Static Excitation Systems - SES) được sử dụng cho các nguồn công suất 50Hz, 60Hz hoặc 16 2/3 Hz với dòng kích thích từ 1000Adc đến hơn 10.000Adc. Bộ điều chỉnh điện áp tự động (Automatic Voltage Regulating Systems – AVR) điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát được thiết kế đặc biệt sử dụng được với tần số từ 16 2/3 đến 400Hz. Ứng dụng truyền thông quaNTTULIB cáp quang, cáp đồng trục với chuẩn ARCnet. II.2.Đặc điểm kỹ thuật của UNITROL 5000 - Có 2 bộ điều khiển điện áp, một bộ có chức năng dự phòng (có thể lựa chọn). - Tín hiệu đầu vào được xử lý số bao gồm: o Điện áp 3 pha o Dòng điện 3 pha. - Các chức năng điều khiển bổ sung được thực hiện bằng phần mềm, không cần bổ sung thêm phần cứng. - Dễ dàng mở rộng thêm đầu vào ra tương tự và số với bus ARCnet. trang 19
- Có chức năng tự động ghi chép lại các sự kiện và các lỗi với tính thời gian thực. - Có khả năng truy nhập từ xa thông qua các giao thức chuẩn như: o Modbus, Mobus+, Profibus. - Bộ chuyển đổi công suất (Power Converter) được dự phòng. Có thể lên tới 8 bộ chuyển đổi công suất được kết nối song song. Sự dự phòng độc lập với cấu hình điều khiển. - Bộ chuyển đổi công suất được trang bị một thiết bị giám sát và hiển thị bao gồm: o Giám sát dòng vào thyristor o Giám sát và điều khiển quạt o Giám sát cầu chì, nhiệt độ bộ chuyển đổi công suất, luồng gió làm mát o Hiển thị dòng qua cầu thiristor. - Một Panel điều khiển được sử dụng để điều khiển hệ thống, hiển thị các thông số của máy phát, với khoảng cách lên tới 300m. - Một phần mềm CMT được sử dụng để giám sát và chẩn đoán từ xa các lỗi gây ra cho hệ thống. II.3.Cấu hình hệ thống UNITROL 5000 Hệ thống kích thích tĩnh UNITROL 5000 được thiết kế trên cơ sở ghép nối các module được chế tạo riêng biệt. Hệ thống kích thích tĩnh được xây dựng trên cơ sở ghép nối các ngăn module chức năng (hình II.1): Ngăn thứ nhất chứa các bộ điều khiển, cấp nguồn điều khiển và panel điều khiển – hiển thị. Ngăn tiếp theo là ngăn cấp nguồn chính cho mạch lực bao gồm máy cắt chính, thiết bi đo phía xoay chiều, Tiếp nữa là một hoặc nhiều bộ chuyển đổi công suất dùng cầu sáu Thyristor trong một hoặc nhiều ngăn, ngăn cuối là phần bảo vệ diệt từ (Crowbar), mạch mồi từ (Field Flashing) và phần đầu ra một chiều. Sự trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều chỉnh, giữa các thành phần bộ chuyển đổi công suất và với các thiết bị hiển thị được thực hiện thông qua bus nối tiếp ARCnet. Các Panel điều khiển có thNTTULIBể đặt và thao tác với khoảng cách lên tới 1000m thông qua cáp quang. II.3.1 Khối chuyển đổi công suất UNITROL 5000 sử dụng hoặc bộ chuyển đổi công suất kiểu DCS500 hoặc UNL 13300. Kiểu và số bộ chuyển đổi công suất mắc song song dựa trên yêu cầu về điện áp trần và chu kỳ làm việc lớn nhất đối với hệ thống. Các chọn lựa có thể được đáp ứng theo: trang 20
Hình II.1: Hệ thống tủ kích thích tĩnh - Mức độ làm mát tự nhiên hoặc cưỡng bức. - Các quạt làm mát dự phòng - Khả năng thực hiện công việc bảo dưỡng mỗi bộ chuyển đổi công suất trong trong khi hệ thống đang làm việc (với 5 cực cách ly). Bộ chuyển đổi công suất điều chỉnh phân bố tổng dòng giữa các đơn vị tích cực, điều này có thể ngăn cản sự quá tải đối với mỗi nhánh Thyristor và giảm tính lỗi cho bộ chuyển đổi công suất riêng biệt. II.3.2.Khối mồi từ (Field Flashing) và diệt từ (Crowbar) Chức năng chính là tạo từ trường ban đầu cho hệ thống khi từ dư trong roto máy phát không đủ, diệt từ trong các trường hợp đặc biệt, như cắt kích từ đột ngột, sự cố roto hoặc ngắn mạch từ lưới. NTTULIBLúc đó điện áp sẽ bị hạn chế giá trị đỉnh sao cho trong vùng an toang, không gây phóng điện chọc thủng cách điện của thiết bị. Hình II.2: Mô tả khối mồi từ và diệt từ trang 21
II.3.3.Khối điều chỉnh điện áp. Hình II.3: Tủ điều khiển (COB) Hình II.4: Khối điều khiển 2 kênh Khối (bộ) điều chỉnh điện áp được xây dựng trên cơ sở kỹ thuật Vi xử lý, sử dụng công nghệ kỹ thuật số và thực hiện bởi phần mềm UNITROL 5000. Đặc trưng nổi bật của UNITROL 5000 đó là sự mở rộng bổ sung các chức năng được thực hiện bằng phần mềm và không cần bổ sung thêm các thiết bị phần cứng. Hình II.5: Card diều khiển (COB) Hầu hết các chức năng của UNITROL được thực hiện bằng phần mềm. Phần mềm chuẩn được đưa ra bao hàm nhiều chức năng tạo sự hoạt động ổn định cho hệ thống kích thích, bao hàm cả các bộ ghi chép dữ liệu tự động, các sự kiện chẩn đoán và bảo dưỡng. II.3.3.1.Chức năng điều chỉnh.NTTULIB - Bộ điều chỉnh điện áp với PID (chế độ điều khiển tự động) - Bộ điều chỉnh dòng kích thích với PI (Chế độ điều khiển bằng tay) - Chức năng bù tải phản kháng, hoặc bù độ dốc khi có tải tác dụng - Chức năng chuyển đổi giữa các kênh điều khiển, giữa các chế độ hoạt động thường trực/dự phòng. - Chế độ hoạt động tự động/bằng tay. - Bộ ổn định hệ thống công suất phù hợp với IEEE-PSS2A - Bộ ổn định hệ thống công suất tự thích nghi - Bộ ổn định hệ thống công suất nhiều dải. trang 22
II.3.3.2.Chức năng giám sát và bảo vệ. - Thời gian tăng kích thích. - Bảo vệ quá dòng (tức thời/ thời gian) - Bảo vệ Volts/Hertz - Bảo vệ mất kích thích - Nhiệt độ bộ chuyển đổi công suất - Nhiệt độ Rotor - Giám sát sự dẫn thyristor - Giám sát cầu chì của bộ chuyển đổi công suất - Giám sát quạt của bộ chuyển đổi công suất - Giám sát mạch đo lường. - Chức năng giám sát và bảo vệ được phân lớp theo 3 mức khác nhau: o Chỉ hiện thỉ lỗi o Chuyển đổi kênh hoạt động đến thứ 2 hoặc bộ điều chỉnh dự phòng hoặc dùng bộ chuyển đổi công suất dự phòng. o Đóng ngắt tức thời cả hệ thống kích thích. II.3.3.3.Chức năng ghi dữ liệu Phần mềm UNITROL 5000 có một bộ ghi các sự kiến (ghi chép tự động lỗi), nó có thể ghi tới 100 sự kiện và cảnh báo với thời gian thực. Các sự kiện này được đọc và phân tích với Panel điều khiển hoặc một phần mềm CMT. Có đến 6 tín hiệu đo có thể được ghi chép trong thời gian thực với bộ ghi chép dữ liệu (Bộ ghi chép tự động dữ liệu). Các dữ liệu này có thể được hiển thị trên màn hình trong phần mềm hoặc hình LCD riêng. II.3.3.4.Chức năng giám sát bộ xử lý. Sau khi bộ cung cấp công suất được chuyển mạch on, bộ xử lý bắt đầu quá trình tự kiểm tra. Bộ xử lý cũng giám sát sự biến đổi của điện áp cung cấp công suất. Card xử lý có chức năng watchdog giám sát chính xác sự vận hành của chương trình. II.3.3.5.Chức năng điều khiển ổn định hệ thống công suất (PSS). Mục đích của PSS là cải thiNTTULIBện sự ổn định của nguồn bằng cách cản lại sự dao động của tải. PSS được thực hiện bởi bổ sung vào đầu vào của bộ điều chỉnh điện áp, mang lại hiệu quả lớn đối với hệ thống kích thích tĩnh, nhưng cũng có hiệu quả cho hệ thống kích thích quay. ABB đưa ra 3 kiểu khác nhau của PSS. - PSS phù hợp với IEEE Với PSS phù hợp với 1EEE-PSS2A, cố định các đối số được xác định bởi sự tối ưu sự cản với bộ lọc điều chỉnh lead/lag. Để xác định các đối số này, ABB có một phần mềm tính toán để lấy số liệu máy phát và dữ liệu hệ thống kích thích, cũng như máy biến áp và độ cảm kháng của lưới. trang 23
- Bộ ổn định hệ thống công suất thích nghi (APSS) Bộ ổn định hệ thống công suất thích nghi (APSS) làm việc với các đối số biến đổi được tính toán liên tục với các điểm làm việc và trạng thái dòng của hệ thống công suất. Với UNITROL 5000, không cần phải bổ sung phần cứng như UNITROL P. - Bộ ổn định hệ thống công suất đa dải (MBPSS) Thay vì một bộ lọc LEAD/LAG, MBPSS có 3 dải điều chỉnh làm việc riêng lẻ. Đảm bảo làm việc hiệu quả trên một dải tần số rộng 0.05 4.0Hz. Ba dải được thiết kế để ngăn cản các dao động từ trường tại tần số thấp, trung bình và cao. Bộ ổn định hệ thống nguồn là đặc thù tiêu chuẩn của hệ thống UNITROL500. Chức năng này được thực hiện trong phần mềm của card đo lường. Mục đích của PSS là thiết lập một tín hiệu ổn định được yêu cầu để cải thiện làm giảm dao động của máy đồng bộ và dao động của hệ thống nguồn, vì thế để đóng góp ổn định hoàn toàn hệ thống. Thuật toán điều khiển của PSS là dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE Std.421-Type 2A Sự ổn định tín hiệu phù hợp với kết quả tín hiệu nguồn tăng từ sự kết hợp các tín hiệu đầu vào lưới điện (Pe) và tần số góc rotor (∆ω). Tín hiệu ra được đưa tới bộ điều khiển AVR. Hình II.6 Dưới đây mô tả toàn bộ các hàm truyền và sự tính toán đầy đủ cho tính năng PSS Trong đó: Pe: tín hiệu đầu vào lưới điện NTTULIB ∆ω: tần số góc rotor. Txx, Kxx: Hằng số thời gian và hệ số của các khối. Hình II.6: Toàn bộ các hàm truyền và sự tính toán đầy đủ cho tính năng PSS II.3.3.6.Chức năng truyền thông với hệ thống. Panel phục vụ vận hành (LCP) nối với hệ thống thông qua giao tiếp RS485. Bộ hiển thị 4 line được sử dụng để chỉ chức năng của hệ thống, các đối số của hệ thống, giá trị đo lường, các báo hiệu dạng text. Hệ thống kích thích có thể được điều khiển thông qua các phím Push-buttons. trang 24
Panel điều khiển LCP có thể được sử dụng cho bộ điều khiển tại chỗ, hặc từ xa. Kết nối truyền thông với bộ điều khiển qua chuẩn ARCnet. LCP được sử dụng để điều khiển hệ thống, hiển thị các gía trị hiện thời như điện áp và dòng điện Satator, điện áp và dòng điện rotor, công suất P, Q, tần số và các sự kiện trong quá trình vận hành. Hình II.7: Panel điều khiển tại chỗ và từ xa UNITROL 5000 có thể được kết nối tới máy tính với phần mềm CMT và thông qua một kết nối quang. Điều này đảm bảo truyền thông nhanh với hệ thống kích thích. Các thao tác điều khiển hệ thống có thể thực hiện ngay trên máy Hình II.8: Khả năng truyền thông với máy tính tính. Việc hiển thị, giám sát các trạng thái làm việc cũng dễ dàng. NTTULIB trang 25
CHƯƠNG III THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Quy trình công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển kích thích tĩnh STT Nội dung công việc Người/ đơn vị thực hiện Tổng quan về hệ thống kích thích 1 Nhóm thiết kế, nghiên cứu máy phát của nhà máy điện 2 Khảo sát lựa chọn mẫu Nhóm thiết kế, nghiên cứu Thiết kế và xây dựng quy trình 3 Nhóm thiết kế, nghiên cứu công nghệ Nghiên cứu xây dựng phần mềm 4 Nhóm thiết kế, nghiên cứu điều khiển hệ thống kích thích Thiết kế chế tạo phần cứng kích Nhóm thiết kế, nghiên cứu, Xí 5 thích nghiệp Cơ - Điện tử Xí nghiệp Cơ - Điện tử, Nhóm 6 Lắp ráp chạy thử hệ thống thiết kế, nghiên cứu 7 Hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống Nhóm thiết kế, nghiên cứu NTTULIB Chạy thử nghệm tại nhà máy phát Nhóm thiết kế, nghiên cứu & Cơ 8 điện 5MW. quan chủ quản hệ thống máy phát 9 Lập hồ sơ báo cáo tổng kết đề tài Nhóm thiết kế, nghiên cứu Việc triển khai các công việc cụ thể, chúng tôi sẽ trình bày trong các chương sau. trang 26
CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, ĐIỀU KHIỂN TRÊN CƠ SỞ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT SỐ Sau khi nghiên cứu tìm hiểu về hệ thống kích thích tĩnh máy phát loại UNITROL5000 của hãng ABB, chúng tôi lựa chọn thiết kế hệ thống điều khiển kích thích ứng dụng cho các máy phát điện công suất trung bình và nhỏ, làm chủ công nghệ, thay thế hàng nhập ngoại. Các thông số cần kiểm soát đó là giá trị điện áp tại đầu cực máy phát, của lưới khi máy đã được hòa, giá trị dòng điện Stator, công suất phản kháng Q, hệ số công suất cosϕ, giá trị dòng điện Rotor, điện áp Rotor. Sở dĩ chúng tôi chọn thiết kế hệ thống này là trên cơ sở nội địa hóa sản phẩm, cạnh tranh hàng nhập ngoại và vì: Ngành Điện là ngành hiện đang phát triển rất mạnh mẽ và hiện là trong nhóm ngành dẫn đầu về tốc độ trăng trưởng cũng như nhu cầu cấp bách của Nhà nước đề ra. Đặc biệt việc phát triển những nhà máy thủy điện công suất trung bình và nhỏ đang được Nhà nước khuyến khích xây dựng. Hiện nay nhiều công ty Nhiệt điện và Thủy điện cũng đã và đang sử dụng hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát với độ ổn định và hiệu suất rất cao nên chúng tôi có thể dễ dàng so sánh, đánh giá thiết bị với phương pháp điều khiển này so với các hệ kích thích quay trước đây. Sau đây chúng tôi xin trình bày về thiết kế hệ thống trong đề tài này. IV.1. Thiết kế mô hình hệ thống IV.1.1. Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống Mục tiêu chung khi thiết kế hệ thống điều khiển kích thích tĩnh cho ngành điện là đảm bảo các tính năng sau: a) Tính mở của hệ thống Cho phép mở rộng, nối ghép thêm các loại thiết bị khác nhau và phát triển thêm các chức năng phần mềm quNTTULIBản lý, giám sát, điều hành chung trên cùng hệ thống. Ngoài ra hệ thống cũng cần được sử dụng công nghệ tiên tiến phù hợp với su thế phát triển trong công nghệ. b) Tính linh hoạt của hệ thống Hệ thống phải dễ dàng cho phép thêm hay bớt các thành phần trong hệ thống, mở rộng hệ thống, quản lý và cấu hình lại hệ thống tùy vào điều kiện của cơ sở ứng dụng. c) Tính thống nhất Thể hiện trong xây dựng giao diện phần mềm, giao thức truyền thông giữa các khối làm việc trong hệ thống. d) Tính thích ứng cao trang 27
Hệ thống phải là một bộ phận trong hệ thống tự động hóa quản lý, điều hành chung của ngành điện. Điều này được thể hiện thông qua việc hệ thống có khả năng kết nối mạng Internet. Trên cơ sở những yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ thống, chúng tôi xây dựng mô hình tổng thể chung như sau: Hệ thống được xây dựng trên cơ sở mô hình phân cấp, theo đó hệ thống được phân ra làm 3 cấp chính: 9 Cấp điều hành quản lý: bao gồm thiết bị điều khiển trung tâm (từ xa) đặt tại trung tâm điều hành sản xuất và máy tính được phép truy cập thông qua các chuẩn truyền thông công nghiệp và mạng LAN. 9 Cấp điều khiển tại chỗ: (tại trạm điều khiển tại chỗ) Đo lường, giám sát, điều khiển tại chỗ. 9 Cấp thiết bị hiện trường: Hệ thống máy phát, các biến áp lực và đo lường, các máy ngắt cấp nguồn lực và nguồn điều khiển. các tín hiệu trạng thái làm việc của thiết bị được đưa về trạm điều khiển tại chỗ. IV.1.2. Quan điểm thiết kế hệ thống 9 Quan điểm thiết kế thiết bị điều khiển trung tâm: Thiết bị điều khiển trung tâm cần có các yêu cầu sau: - Quản lý: Lưu trữ dữ liệu lên quan phục vụ việc báo cáo tổng hợp, phân tích, cũng như nguồn cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác. - Điều khiển: Cho phép hệ thống chạy/ dừng và đặt các thông số theo yêu cầu sản xuất. - Giám sát, cảnh báo: Giám sát hoạt động của hệ thống, các thông số đo và cảnh báo các lỗi và nguyên nhân lỗi của hệ thống. 9 Quan điểm thiết kế thiết bị điều khiển tại chỗ (điều khiển tại chỗ và thiết bị chấp hành) - Có chức năng chính về tiếp nhận tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển trung tâm - Quản lý: Lưu trữ dữ liệu lên quan phục vụ việc báo cáo tổng hợp, phân tích, cũng như nguồn cung cấp dữ liệu cho các hệ thống khác. - Điều khiển: Cho phép hệ thống chạy/ dừng và đặt các thông số theo yêu cầu sản xuất. NTTULIB - Giám sát, cảnh báo: Giám sát hoạt động của hệ thống, các thông số đo và cảnh báo các lỗi và nguyên nhân lỗi của hệ thống. - Thực hiện các việc chuyển đổi, tác động chính theo các lệnh điều khiển từ xa và tại chỗ. - Có tính mở, có thể kết nối vào hệ thống lớn, dễ dàng thêm bớt mở rộng tính năng và công suất. 9 Quan điểm thiết kế cấp thiết bị hiện trường - Là phần tử trực tiếp cung cấp các tín hiệu đo lường, phản hồi phục vụ cho điều khiển, giám sát. trang 28
- Các giá trị tín hiệu phải theo chuẩn tín hiệu công nghiệp, đảm bảo tương thích với các thiết bị tiêu chuẩn. 9 Quan điểm về yêu cầu công nghệ truyền thông nội bộ và trong mạng - Dữ liệu truyền thông cần đảm bảo an toàn trong khoảng cách truyền hợp lý. - Đường truyền: trao đổi tín hiệu giữa các thiết bị điều khiển, giám sát thông qua chuẩn truyền thông RS485. - Trao đổi dữ liệu không bị nhiễu, sử dụng cáp chống nhiễu như cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục vỏ bọc kim hoặc cáp quang (có bộ chuyển đổi quang/điện) 9 Quan điểm về phần mềm - Xây dựng các giao thức truyền thông thống nhất thông qua phát triển các dịch vụ trao đổi dữ liệu giữa các trạm trên đường truyền RS485. - Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý và điều hành. - Xây dựng phương thức quản lý dữ liệu theo mã - Phần mềm trên thiết bị điều khiển trung tâm tự động nhận biết các trạng thái làm việc của hệ thống và điều khiển đáp ứng theo yêu cầu. - Phần mềm tại thiết bị điều kiển tại chỗ phải luôn cung cấp dữ liệu lên thiết bị điều khiển trung tâm, nhận biết lệnh điều khiển từ thiết bị điều khiển trung tâm và có khả năng hoạt động độc lập. IV.1.3. Thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống Bảng IV.1. Các thông số yêu cầu đáp ứng của hệ thống kích thích Mức chất lượng Số lượng Tên sản phẩm và chỉ tiêu chất Đơn Mẫu tương tự TT Kết quả sản lượng chủ yếu vị đo Trong đạt được Thế giới phẩm nước tạo ra (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) Hệ thống điều khiển kích thích 01 nhà máy điện Dải điện áp điều chỉnh danh định 1 (Tính theo điện áp định mức đầu % ±0.5 ±0.5 cự máy phát) NTTULIB Dải điều chỉnh bằng tay của điện 2 áp đặt cho điều chỉnh điện áp tự % 25-110 25-110 động tối thiểu phải đạt 3 Dải điều chỉnh bù tổn hao lưới % 10 10 4 Dải điều chỉnh bù công suất phản % 10 10 kháng Độ chính xác của hệ thống điều 5 khiển kích thích (tính theo điện áp % <0.5 <0.5 định mức đầu cực máy phát) trang 29
Thời gian đáp ứng của hệ thống 6 điều khiển kích thích không lớn s 0.1 0.1 hơn Điện áp cực đại của hệ thống điều 7 khiển kích thích không nhỏ hơn % 200 200 (tính theo điện áp kích thích định mức) Dòng điện cực đại của hệ thống 8 điều khiển kích thích không nhỏ % 200 200 hơn (tính theo dòng điện kích thích định mức) Thời gian triệt từ lớn nhất để điện 9 áp máy phát về không (0) trong s 1 1 điều kiện co sự cố không lớn hơn IV.1.4. Thiết kế mô hình cấu trúc hệ thống NTTULIB Hình: IV.1 Mô tả cấu trúc hệ thống Mô tả phần cấu trúc hệ thống Cấu trúc toàn bộ hệ thống kín bao gồm phần máy phát chính, nguồn cấp kích thích, khối đo lường điều chỉnh điện áp, khối chỉnh lưu điều khiển công suất và khối mồi từ/ xả năng lượng khi có phản ứng tự cảm hoặc do sự cố (Hình IV.1). Trong đó khối đo trang 30
lường điều chỉnh, khối chỉnh lưu điều khiển công suất và khối mồi từ/ xả năng lượng là thuộc hệ thống kích thích tĩnh. Phần nguồn cấp kích thích có thể lấy từ ngay đầu cựa máy phát hoặc từ một nguồn tự dùng của hệ thống. Tin hiệu phản hồi điện áp được lấy từ đầu cực máy phát qua máy biến áp đo lường vào khối đo. Tín hiệu dòng điện kích thích được lấy ngay phần hạ thế trước cầu chỉnh lưu điều khiển công suất. Tín hiệu điều khiển được điều chế thành tín hiệu chuẩn bởi khối đo lường và gửi tới khối điều chỉnh, khối điều chỉnh có nhiệm vụ gia công, tính toán (PID) và gửi tiếp đến khối điều khiển công suất (cầu chỉnh lưu có điều khiển), nó quyết định giá trị dòng điện cấp đến cuộn kích thích là bao nhiêu, tức là giá trị điện áp trên đầu cựa máy phát là bao nhiêu và giá trị công suất phản kháng là bao nhiêu nếu máy phát được nối lưới. Các tham số đặt được lập trình và lưu trong bộ điều chỉnh. Và việc điều chỉnh tự động sẽ được thực hiện bởi mạch vòng kín. Mô tả tóm tắt hoạt động của những khối chức năng chính trong hệ thống Việc mồi từ được thực hiện theo mô hình cấu trúc sau: Nguồn cấp được lấy từ nguồn một chiều độc lập (Batt) hoặc có thể một nguồn độc lập xoay chiều rồi qua khâu chỉnh lưu và điện trở giảm dòng. Dòng điện mồi từ được khống chế bởi thiết bị đóng ngắt (Field flashing breaker) qua đó dòng điện được cấp đến rotor. Xem hình IV.2 NTTULIB Hình IV.2. Cấu trúc mạch mồi từ trang 31
Cấu trúc hệ điều khiển hai kênh: Trên cơ sở hệ thống làm việc có dự phòng bộ điều khiển. Trường hợp có một kênh lỗi thì hệ thống sẽ tự động chuyển sang kênh còn lại để đảm bảo tính làm việc ổn định của hệ thống. Khối điều chỉnh điện áp tự động (AVR) và khối điều chỉnh dòng điện kích thích tại một kênh luôn đồng bộ với nhau đảm bảo không bị quá độ khi chuyển trạng thái. AVR: Bộ tự động điều chỉnh điện áp FCR: Bộ điều chỉnh kích từ đặt trước. Hình IV.3: Cấu trúc hệ điều khiển hai kênh COB: Khối điều khiển MUB: Khối đo lường Cấu trúc khối diệt từ (Crowbar) - Bao gồm các van bán dẫn mắc song song ngược rồi nối nối tiếp với RE. - Khối này làm việc tự động, khi năng lượng điện áp trên hai đầu dây quấn cuộn kích thích vượt quá giới hạn cho phép, các van sẽ tự động mở thông nối kín mạch xả qua điện trở RE. Hình: IV.4. Khối diệt từ NTTULIB trang 32
IV.1.5. Nguyên lý điện của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh NTTULIB Hình IV.5: Sơ đồ nguyên lý điện hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát trang 33
IV.2. Nghiên cứu xây dựng phần mềm hệ thống kích thích Để xây dựng phần mềm cho hệ thống, chúng ta có các quy trình như sau: Quy trình khởi động và dừng máy phát: NTTULIB Hình: IV.6 Giản đồ trình tự khởi động/dừng máy phát trang 34
Quy trình khởi động và dừng kích từ: NTTULIB Hình IV.7: Giản đồ trình tự khởi động/dừng kích từ trang 35
Các chế độ làm việc của máy phát: Máy phát có ba chế độ làm việc như sau: - Máy phát làm việc không tải - Máy phát làm việc có tải và có hòa lưới - Máy phát làm việc có tải độc lập. Khi làm việc, quan hệ năng lượng trong máy phát nói riêng và máy đồng bộ nói chung được thể hiện như trong hình IV.8. Tất cả những thông số làm việc phải nằm trong phạm vi giới hạn cho phép. Trên cơ sở các giới hạn, việc triển khai viết chương trình cho điều khiển, bảo vệ là rất cần thiết. Hình IV.8 : Đồ thị quan hệ năng lượng trong máy đồng bộ NTTULIB Trên cơ sở đáp ứng việc trình tự hoạt động của phần điều khiển, và theo yêu cầu công nghệ chúng tôi đưa ra hệ thống sơ đồ logic như sau: trang 36
NTTULIB Hình IV.9: Định nghĩa các tên địa chỉ đầu vào và đầu ra trang 37
NTTULIB Hình IV.10: Mã hóa tín hiệu, đối tượng trang 38
NTTULIB HìnhI IV.11: Lệnh điều khiển máy cắt kích từ trang 39
NTTULIB Hình IV.12: Hàm giới hạn trang 40
NTTULIB Hình IV.13: Hàm lựa chọn chế độ làm việc trang 41
NTTULIB Hình IV.14: Sơ đồ điều khiển AVR trang 42
NTTULIB Hình IV.15: Điều khiển công suất P, Q trang 43
NTTULIB Hình IV.16: Điều khiển bằng tay trang 44
NTTULIB Hình IV.17: điều khiển dừng kích thích trang 45
NTTULIB Hình IV.18: Dừng hệ thống trang 46
NTTULIB Hình IV.19: Sơ đồ điều khiển bộ gia nhiệt Heater trang 47
NTTULIB Hình IV.20: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 48
NTTULIB Hình IV.21: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 49
NTTULIB Hình IV.22: Cấu trúc điều khiển của RCP và LCP trang 50
NTTULIB Hình IV.23: Cấu trúc Menu điều khiển của COB. trang 51
IV.3. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống kích thích IV.3.1. Thiết kế chế tạo hệ thống tủ điều khiển Quan điểm thiết kế: 9 Theo tiêu chuẩn IEC về thiết kế lắp đặt tủ điện điều khiển. 9 Chắc chắn, có khả năng làm việc ở môi trường công nghiệp như rung động, chống ăn mòn hóa học nhất định. 9 Bố trí thiết bị hiển thị, thao tác thuận tiện cho người vận hành. 9 Sử dụng phần mềm điều khiển loại phổ biến, thuận lợi cho người viết chương trình. 9 Các giao diện truyền thông theo chuẩn công nghiệp quốc tế. 9 Có khả năng nâng cấp phần cứng và phần mềm giúp cho việc mở rộng công suất dễ dàng. Hệ tủ điện dạng môđun, hình 19. 9 Đầy đủ các tính năng bảo vệ đáp ứng hệ thống làm việc ổn định, tin cậy. 9 Các thiết bị vật tư là loại có sẵn, phổ biến trên thị trường đảm bảo rút ngắn thời gian phải dừng hệ thống khi sự cố hoặc khi đại tu sửa chữa. Mô tả thiết kế phần tủ: NTTULIB Hình IV.24: Bố cục, kích thước tủ điều khiển trang 52
NTTULIB Hình IV.25. Cấu trúc ngăn điều khiển trang 53
NTTULIB Hình IV.26. Cấu trúc ngăn cấp nguồn trang 54
NTTULIB Hình IV.27. Cấu trúc ngăn điều khiển công suất trang 55
NTTULIB Hình IV.28. Cấu trúc ngăn mồi từ và diệt từ trang 56
IV.3.2. Chế tạo card (board) đo lường IV.3.2.1. Đặc điểm của board đo lường: Hình IV.29. Sơ đồ khối tổng quát của board đo lường - Đo dòng điện và điện áp 3 phase ở đầu ra của máy phát. - Đo dòng điện và điện áp một pha tại thanh cái. - Tần số làm việc bình thường 16 2/3Hz, 50Hz, 60Hz. - Đầu vào điện áp có trở kháng cao và không cách li. - Xử lý tín hiệu số với bộ DSP (Digital Signal Processor). - Có chức năng giám sát diode chỉnh lưu. - Điều khiển công suất hệ thống (PSS- Power System Stabilizer). - Phát hiện lỗi biến thế (PT) và các chức năng giám sát khác. - Có mạch cấp nguồn trên board và có thể cấp nguồn cho COB. IV.3.2.2. Mô tả: Card đo (MUB) thực hiện các phép đo với DSP. Tất cả các tín hiệu đo sẽ đựoc lấy mẫu bới ADC và được xử lý bởi DSP. Các thông số sau sẽ được tính toán từ các tín hiệu đo: - Điện áp máy phát Ug. - Dòng điện máy phát Ig - Công suất tác dụnNTTULIBg P và công suất phản kháng Q. - I*sinϕ và I*cosϕ. - cosϕ. - Tần số f, f(Ep). - Upss. Các giá trị sau được giám sát thêm: - Điện áp máy phát Ug. - Kiểm tra Diode của kích từ quay. Tất cả các thông số trên được trao đổi với COB qua Dual-port RAM. trang 57
IV.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường: NTTULIB Hình IV.30: Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường trang 58
IV.3.2.4. Mô tả chức năng của các khối: a) Cấp nguồn: MUB được cấp nguồn 24 VDC và biến đổi ra thành tất cả các điện áp ra cần thiết như +5V, +3.3V, ±15V cho tất cả các mạch đo lường và cho board điều khiển. Tổng công suất các nguồn 45W. b) Đầu vào tương tự: Cho phép đo dòng điện và điện áp của mày phát và thanh cái. Đầu vào điện áp: * Điện áp máy phát: - Vào điện áp 3 phase. 100 110 120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0 180 VAC - Dải điện áp vào: 0 163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10 120 Hz - Số kênh: 3 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Điện áp thanh cái US-T: - Vào điện áp 3 phase. 100 110 120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0 180 VAC - Dải điện áp vào: 0 163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10 120 Hz - Số kênh: 1 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Độ chính xác: - Độ chính xác (ở điện áp danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% * Đầu vào áp có trở kháng cao, qua mạch chia áp và khuyếch đại vi sai. UG-R, UG-S, UG-T được đo. Điện áp được đưa qua mạch lọc trước khi đi vào ADC và được xử lý bằng DSP. Điện áp có thể được đo theo hai cách. NTTULIB Hình IV.31: Nguyên lý đo điện áp trang 59
Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. Đầu vào dòng điện: * Dòng điện máy phát: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0 1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0 150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10 120 Hz - Số kênh: 3 kênh * Dòng điện thanh cai IR: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0 1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0 150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10 120 Hz - Số kênh: 1 kênh * Độ chính xác: - Biến dòng kiểu T60404-N4644-X300 1 5:1000 - Độ chính xác ( tại giá trị dòng danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% - Sai pha tại 50Hz 0.4o tại 60Hz 0.5o tại 120Hz 1.0o * Dòng máy phát và dòng thanh cái được đo bằng biến dòng tỉ lệ 5:1000. Khoảng đo có thể chọn là 1A và 5A. Tín hiệu đo được đưa qua bộ lọc sau đó đưa vào ADC và xử lý bằng DSP. NTTULIB Hình IV.32: Nguyên lý đo dòng điện trang 60
Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. c) Bộ biến đổi ADC: Bộ biến đổi ADC xử dụng MAX125 của hãng Maxim có độ phân giải 14 bít, 2x4 kênh được lấy mẫu đồng thời và được biến đổi lần lượt sau đó. Vì vậy dữ liệu đo là phù hợp. MAX125 có các đặc điểm chính sau: - 4 kênh lấy mẫu đồng thời với 2 nhóm đầu vào có thể chọn ( 8 đầu vào đơn). - Thời gian biến đổi 3µs cho một kênh. - Tốc độ lấy mẫu: 250 ksps ( 1 kênh) 142 ksps ( 2 kênh) 100 ksps ( 3 kênh) 76 ksps ( 4 kênh). - Dải điện áp đầu vào: ±5V - Bảo vệ cho các đầu vào: ±17V - Nguồn cung cấp: ±5V - Điện áp chuẩn bên trong 2.5V hay sử dụng điện áp chuẩn ngoài. - Giao tiếp với DSP qua giao diện song song tốc độ cao. Sơ đồ chức năng của ADC như sau: NTTULIB trang 61
Hình IV.33: Sơ đồ chức năng của ADC d) Đo tần số: Tần số được đo bằng mạch logic khả trình (PLD). Có 2 bộ so sánh sẽ phát hiện điểm Zero của điện áp. Tín hiệu NTTULIBsẽ được truyền tới PLD và nó đếm thời gian giữa các điểm Zero. 6 giá trị sẽ được truyền tới DSP theo chu kỳ. DSP sẽ lấy giá trị trung bình của 6 giá trị cuối cùng. trang 62
Hình IV.34: Nguyên lý đo tần số e) Giao diện với board điều khiển (COB): Giao tiêp với COB được thực hiện thông qua dual-port RAM đặt trên MUB. Việc truỵ nhập dữ liệu được thực hiện bởi các tín hiệu điều khiển. Dual-port RAM sử dụng chip DS1609 của Dallas semiconductor, nó có các đặc điểm sau: - Có 256 byte bộ nhớ dual-port. - Bus địa chỉ và dữ liệu multiplexed cho phép số chân ít. - Bộ nhớ dual-port cho phép truy nhập mà không bị xung đột. - Mỗi một cổng có các tín hiệu điều khiển RAM chuẩn. - Thời gian truy nhập nhanh. - Công nghệ CMOS giúp tiết kiệm điện. - 24 chân DIP hay SOIC. - Tương thích với cả tín hiệu TTL và CMOS. - Hoạt động trong dải nhiệt độ cho thiết bị công nghiệp -400C - +850C. Sơ đồ khối của DS1609 như sau: NTTULIB Hình IV.35: Sơ đồ khối của DS1609 trang 63
Sơ đồ chân của IC DS1609: Hình IV.36: Sơ đồ chân của IC DS1609 f) Cổng lập trình: JTAG/OnCE cho phép phát triển và kiểm tra trên board. g) Giám sát lỗi: NTTULIB Các mức điện áp sau sẽ được giám sát: Mạch watchdog sẽ phát ra tín hiệu ngắt nếu nó không được reset bởi DSP trong khoảng 1,4 s. trang 64
h) Nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5: NTTULIB Hình IV.37: Sơ đồ nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5 trang 65
i) Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay: NTTULIB Hình IV.38: Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay trang 66
j) Nguyên lý của việc giám sát PT: NTTULIB Hình IV.39: Nguyên lý của việc giám sát PT trang 67
IV.3.2.5. Mô tả DSP TMS320VC5510: a) Đặc điểm chung của DSP TMS320VC5510: - Tính năng cao, công suất tiêu thụ nhỏ, xử lý dữ liệu dấu phảy tĩnh. + Thời gian thực hiện lệnh 6.5/5 ns. + Tần số Clock 160/200 MHz. + 1/2 lệnh thực hiện trên một chu kỳ. + Hai bộ nhân ( tới 400 triệu lệnh nhân trên 1s). + Có hai khối toán học/logic (ALU). + Một Bus bộ nhớ chương trình bên trong chip. + Có 3 Bus dữ liệu trong cho thao tác đọc toán hạng. + Có 2 Bus dữ liệu trong cho tháo tác ghi toán hạng. - Bộ nhớ Cache cho lệnh 24Kbyte. - 160K *16 bit RAM trên chip bao gồm: + 8 khối 4K*16 bit Dual access RAM (DARAM)(64Kbyte). + 32 khối 4K*16bit Single access RAM(SARAM)(256Kbyte). - 16K*16bit ROM trên chip (32Kbyte). - 8M*16 bit không gian địa chỉ bộ nhớ ngoài. - Giao diện 32 bit với bộ nhớ ngoài: + Asynchronous Static RAM (SRAM). + Asynchronous EPROM. + Synchronous DRAM (SDRAM) + Synchronous burst SRAM (SBSRAM) - Ngoại vi trên chip bao gồm: + 2 bộ thời gian 20 bit. + 6 kênh điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ (DMA). + 3 cổng truyền thông nối tiếp. + Cổng giao diện song song 16 bit. + Mạch vòng khoá pha số (DPLL) có thể lập trình được để phát Clock. + 8 chân vào ra đa mục đích. - Cổng JTAG. NTTULIB - IC 240 chân BGA. - 3.3 V cho tín hiệu vào ra. - 1.6 V cho lõi xử lý. trang 68
b) Sơ đồ tổng quan các chức năng của DSP: NTTULIB Hình IV.40: Sơ đồ tổng quan các chức năng của DSP Tổ chức bộ nhớ: 5510 có tổng 352 Kbyte bộ nhớ trên chip. Bộ nhớ chương trình và dữ liệu có thể thực hiện trên cùng một địa chỉ vật lý. * Dual Access RAM (DARAM) trên chip: DARAM trên chip được đặt trong dải địa chỉ 000000h-00FFFFh chia thành 8 khối 8K. Mỗi một khối DARAM có thể thực hiện 2 truy nhập trong một chu kỳ ( 2 đọc, 2 ghi, 1 đọc và 1 ghi). DARAM có thể truy nhập bởi Bus chương trình, dữ liệu hay DMA. trang 69
Bảng IV3: Mã địa chỉ ô nhớ của DARAM * Single Access RAM (SARAM) trên chip: SARAM được đặt trong dải địa chỉ 010000h - 04FFFFh chia thành 32 khối 8K.Mỗi một khối DARAM có thể thực hiện 1 truy nhập trong một chu kỳ. DARAM có thể truy nhập bởi Bus chương trình, dữ liệu hay DMA. NTTULIB Bảng IV4: Mã địa chỉ ô nhớ của SARAM * ROM trên chip: ROM được đặt trong dải địa chỉ FF8000h - FFFFFFh khi MPNMC=0 trong quá trình RESET. Nó được đặt trong một khối 32K. Khi MPNMC=1 trong quá trình RESET thì ROM không cho phép và không tồn tại trong không gian nhớ của DSP và vùng nhớ trên được dành cho bộ nhớ ngoài. trang 70
Bảng IV5: Mã địa chỉ ô nhớ của ROM * Cache lệnh: 24kbyte Cache lệnh được sử dụng theo 3 cấu hình: - Chỉ một khối cache 2 đường. - Một khối cache 2 đường và một khối RAMSET. - Một khối cache 2 đường và hai khối RAMSET. * Sơ đồ bộ nhớ của DSP: DSP được tổ chức như sau. NTTULIB Hình IV.41: Sơ đồ bộ nhớ của DSP trang 71
* Bootloader: Bootloader trên chip cung cấp cách để truyền mã lệnh từ bên ngoài tới RAM trên chip khi bật nguồn. 5510 cung cấp một vài cách nạp chương trình tới hệ thống. Bảng IV6: Tổ chức Bootloader trên DSP NTTULIB trang 72
IV.3.3. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển V1000SE (COB) COB được thực hiện bằng máy tính công nghiệp PC104. Card COB thực hiện toàn bộ các chức năng điều khiển của hệ thống kích từ. COB sẽ nhận tín hiệu đo lường từ board MUB thông qua bus ISA 104 chân tín hiệu. Các thông số đo được sẽ lưu trong dual port RAM và được đọc bởi card PC104. Máy tính sẽ thực hiện các thuật toán AVR và PSS cùng với các chức năng điều khiển khác. Ngoài việc nhận tín hiệu từ MUB, PC104 còn giám sát các tín hiệu đầu vào số (tín hiệu đóng cắt, báo lỗi liên động) và điều khiển các thiết bị khác bằng đầu ra số. Ngoài các tín hiệu số COB còn giám sát một số tín hiệu tương tự như nhiệt độ, điện áp và dòng kích từ thông qua các đầu vào tương tự. Đầu ra áp tương tự được gửi tới Firring Card để điều khiển thyristor và hiển thị trên các đồng hồ. Cấu trúc hệ COB bao gồm:Module PC104 PPM-GX: Đây là module xử lý chính của cả hệ thống: 9 PCM-DOC: Solid disk đây là ổ cứng ở thể rắn chứa hệ điều hành và các chương trình ứng dụng của hệ thống. 9 PCM-UIO96B: Card mở rộng đầu vào ra, có 96 đầu vào và ra có thể định nghĩa được. 9 PCM-D/A12: có 8 đầu ra điện áp tương tự cho các tín hiệu điều khiển. Đặc biệt tín hiệu cho Firing card. 9 PCM-A/D12: Có 16 đầu vào tương tự cho các tín hiệu giám sát như là nhiệt độ, áp và dòng kích từ. 9 PS-50W-1: module cấp nguồn 50W cho toàn bộ hệ thống. PPM-GX sẽ được nối với Các modulle khác thông qua bus PC104 và nó cũng nối với MUB thông qua bus này. Yêu cầu đáp ứng kỹ thuật: Để đáp ứng các tính năng của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh, yêu cầu cấu hình phần cứng tối thiểu phảiNTTULIB đáp ứng các thông số như sau: • Nguồn cấp: 24VDC ±5% • Phím chức năng: 04 phím • Vào tương tự: 8 kênh/ 0-:-5VDC • Kênh xuất ra màn hình: 01 chuẩn VGA • Vào số: 8 kênh - max 5VDC • /LCD / 01 chuẩn 232/485 • Ra tương tự: 3 kênh - 0-:-5VDC • • Ra số: 4 kênh 1colecor hở/ 3 rơle • ` Truyền thông: Giao diện RS485 trang 73
Cấu trúc phần cứng: Hình IV41: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển V1000SE (COB) IV.3.2.1. Giới thiệu hệ thống môdul PC104 và các card I/O PC104 là một hệ mô đun tính toán nhỏ có hệ số kích thước được tiêu chuẩn hóa được dùng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp hoặc các ngành phương tiện xe chuyên chở (có khả năng chNTTULIBịu sự rung động). PC104 đã có tên tuổi qua các máy vi tính cá nhân để bàn ban đầu được thiết kế bởi hãng IBM được gọi là PC, và từ các số lượng chân được dùng để kết nối với những card với nhau (104). Các card PC104 nhỏ hơn nhiều so với các card có bus ASA thấy trong các PC và các nhóm với nhau nó loại bỏ sự cần thiết phần main chính, panel gá, và/ hoặc phần khung card. Yêu cầu nguồn và điều khiển tín hiệu được giảm thiểu để phù hợp gắn vào hệ thống. Bởi vì PC104 bản chất một PC với hệ số hình dáng khác nhau, hầu hết các công cụ phát triển chương trình và cũng giảm tối đa tính phức tạp cho người lập trình và thiết kế phần cứng. trang 74
Hình IV42. Môdul PC104 a) Ứng dụng Các hệ thống PC104 được dùng trong môi trường rung động bao gồm các nhà máy, phòng thí nghiệm, các xí nghiệp chế biến, phương tiện xe chuyên chở, và hầu hết các thiết bị mọi nơi phải được điều khiển bởi máy tính có thể lập chương trình. Các hệ thống PC104 nhỏ và thường yêu cầu công suất thấp như là chúng có các ứng dụng cao để đơn giản hóa không mất nhiều không gian chiếm chỗ như máy tính để bàn. Hơn nữa, hệ thống PC104 được thiết kế khắt khe hơn là hệ thống để bàn. Xây dựng một hệ thống sủ dụng các modul PC104 thường có giá thành đắt hơn là máy tính thương mại, nhưng rẻ hơn hệ thống loại lắp trên giá (rack-mounted). b) Các môđun Hầu hết mọi thứ chúng ta có thể nghĩ đều dùng được như một modul PC104. Nó bao gồm những chức năng chung giống như các CPU, các cổng vào/ra nối tiếp, và các bộ điều khiển màn hình. Một khối của các modul PC104 có thể gắn kèm như là một bảng mạch mở rộng, hoặc đơn giản đặt trong tủ nhỏ làm việc độc lập. c) Nguồn gốc Hệ số hình dáng của PC104 được phát triển bởi hãng Ampro tại California vào cuối năm 1980. Thông số kỹ thuật được phổ biến năm 1992 trong xếp hạng phổ biến nổi trội hơn cả. Đến nay có hơn 150 nhà cung cấp sản xuất các sản phẩm tích hợp PC104 bao gồm các card điều khiển, phần mềm,NTTULIB và phụ kiện. IV.3.2.2. Mô tả Môdul PPM-GX500 - PC104 module Đặc điểm - Bộ xử lý AMD Geode™ GX500@1W - Module PC/104-Plus, 3,6" x 3,8" (90mm x 96mm) - Bộ nhớ hệ thống 512MB hỗ trợ DDR SDRAM trong ổ cắm SODIMM 200 pin SODIMM - Card CompactFlash (CF) Loại I và II - PC-compatible supports Linux, Windows® CE and XP embedded, plus other x 86- compatible RTOS - Bộ điều khiển video phân giải cao / Vận hành CRT or LCD operation - Màn hình Splash tùy chỉnh khi khởi động trang 75
- Độ phận giải CRT tới 1600 x 1200 - Độ phân giải bảng điều khiển tới 1024 x 768 - Bảng điều khiển màn hình màu hỗ trợ tới 18 bit/pixel - Nguồn Backlight - Bộ thích nghi LVDS tùy chọn - 10/100 Mbps Intel 82551ER PCI Ethernet controller. - 4 cổng COM nối tiếp chỉ 2 RS-232 và 2 với các mức RS-232/422/485 - Cổng TTL nối tiếp cho bộ nhận GPS tùy chọn bên ngoài - Cổng 2 chiều LPT hỗ trợ cho EPP/ECP - 2 cổng USB 1.1 - Bộ điều khiển tương thích ATA-5 với tốc độ truyền 33MB/giây ở chế độ UDMA - Bộ điều khiển đĩa mềm hỗ trợ 1 hoặc2 ổ đĩa - Bộ nối mở rộng PC/104 và PC/104- Hình IV43: Môdul PPM-GX500 Plus - Bộ điều khiển bàn phím AT và chuột PS/2 - AC97 Audio có MIC, Line In, và Line Out - Đồng hồ thời gian thực - Các đèn LED hoạt động trên bo mạch hiển thị trạng thái Thông số kỹ thuật: Về điện Đồng hồ PPM-GX CPU: thực 367MHz, tương đương 500MHz Giao diện PC/104: 16 bit, qua ngăn xếp / - Giao diện PC/104-Plus: PCI 32 bit, qua ngăn xếp Ethernet: 10/100 MB/giây NTTULIB / USB 1.1: 2 cổng Giao diện nối tiếp: 4 kênh nối tiếp bằng các mức RS-232 cộng với các kênh của RS- 422/485 trên cổng COM1 & 2 CRT: Độ phân giải tới 1600 x 1200 Bảng điều khiển màn hình phẳng: Độ phân giải tới 1024 x 768 Audio: AC97 có MIC vào, Line ra, và dây CD vào Giao diện LPT: LPT 2 chiều với ECP/EPP/ Giao diện IDE: hỗ trợ 2 ổ đĩa (UDMA66) Giao diện Đĩa mềm: BIOS hỗ trợ ổ 1,44M Bàn phím: giao diện Chuẩn USB hoặc PS/2 / Chuột: giao diện Chuẩn USB hoặc 5 pin Vcc = +5V ±5% tại 1,5A điển hình trang 76
Bộ nhớ Hệ thống Về cơ Dung lượng: 512MB với SDRAM Kích thước: 3,6" x 3,8" (90mm x 96mm) 200-pin trong bộ nối SODIMM (do Cầu nối: 2 mm2 người dùng tự cung cấp và lắp đặt) Các bộ nối Đĩa cứng COM1-4, LPT, Chuột, Dung lượng: Ổ cắm hỗ trợ Card Bàn phím, ENET, Reset: 80 pin Flash Compact Loại I hoặc Loại II Đĩa mềm và IDE: 80 pin, 2mm CRT: 14 pin trên lưới 2mm Bảng điều khiển màn hình phẳng: Hirose 31 pin Nguồn Backlight: Molex nội tuyến 5 pin Mô tả Môdul PC104 – Họ DiskOnChip®2000 Hình IV44: Môdul PC104 – Họ DiskOnChip®2000 GIỚI THIỆU CHUNG Họ sản phẩm DiskOnChip®NTTULIB2000 bao gồm một đĩa Flash thể đặc, chip đơn trong gói DIP tiêu chuẩn 32 pin. Có thể dùng những sản phẩm này làm đĩa Flash độc lập với dung lượng lưu trữ tới 144 MB cho các ứng dụng với yêu cầu bộ nhớ hạn chế và dung lượng đĩa cứng vừa phải. Hướng đối tượng cho máy tính tương thích với máy tính xách tay, các sản phẩm họ DiskOnChip®2000 giúp đem lại độ tin cậy cao hơn. Là một đĩa thể đặc, DiskOnChip®2000 không có thành phần chuyển động; đặc điểm này giúp giảm tiêu thụ năng lương đáng kể và làm tăng tính tin cậy. DiskOnChip®2000 được trang bị sẵn công nghệ TrueFFS (Công nghệ Hệ thống True Flash File cung cấp chức năng mô phỏng đĩa đọc/ ghi đầy đủ. TrueFFS có sự tương trang 77
thích đĩa cứng ở cả hai cấp sector và tệp. Nó làm việc ở các môi trường hệ điều hành đa dạng, như DOS, Win95/98, WinCE, WinNT, VxWorks, pSOS+ và QNX. Các sản phẩm họ DiskOnChip®2000 có dung lượng từ 2 - 144MB. Có 3 dải nhiệt độ cho các loại đĩa này: Thương mại (0ºC ÷ +70ºC), Tăng cường (-25ºC ÷ +75ºC), và Mở rộng (-45ºC ÷ +85ºC). Hiện tại, các mật độ 24MB không phù hợp với phiên bản nhiệt độ mở rộng. 9 Đặc tính 9 Vận hành với FLite (FAT-FLC-Lite) trong 9 Đĩa Flash đơn O/S-less 9 Dung lượng từ 2 MB - 288 MB 9 Tương thích với DOS, Windows95/NT/CE 9 Giao diện đơn giản, dễ sử dụng và hỗ trợ bổ sung: pSOS+, QNX, Linux, 9 Gói chuẩn PIP JEDEC 32 pin VxWorks và các Hệ điều hành khách 9 High performance - superior 9 Sử dụng cửa sổ bộ nhớ 8Kb Read/Write speeds 9 Chỉ có +5V 9 ECC/EDC for high data reliability 9 Công suất thấp 9 TrueFFS có sẵn tạo ra nhiều môi 9 Vận hành ở nhiệt độ Mở rộng trường tương thích Đọc/Ghi đĩa cứng đầy đủ IV.3.2.3. Mô tả Môdul PC104 - PCM-A/D16 NTTULIB Hình IV45: Môdul PC104 - PCM-A/D16 Đặc tính 9 Hệ thống con 12-bit A/D hoàn chỉnh: PCM-A/D12 9 Hệ thống con 16-bit A/D: PCM-A/D16 9 16 kênh vào đầu đơn hoặc 8 đầu vào vi sai 9 Hỗ trợ Sample and hold 9 Dải điện áp đầu vào: 0÷5V, ±10V trang 78
9 Tất cả các kênh đầu vào đều được bảo vệ ở ±30V 9 33 KHz throughput 9 Vận hành ở Chế độ Polled (thăm dò) hoặc Interrupt (gián đoạn) tại đầu chuyển đổi 9 Địa chỉ I/O lập trình được 9 Công suất và chi phí thấp 9 Có thể tương thích PC/104 9 Kích thước nhỏ: 3,6" x 3,8" (90 mm x 96 mm) 9 Dải nhiệt độ vận hành mở rộng: -40oC ÷ +85oC 9 Bộ chuyển đổi DC/DC tùy chọn để vận hành với nguồn điện đơn +5V 9 Panel điều khiển Bộ thích nghi Analog để nối dây từ trường, 4-20 mA, và quy định tín hiệu. 9 PCM-A/D12 và PCM-A/D16 là các bộ chuyển đổi AD gần như là kế nghiệp, chi phí thấp, mục tiêu sử dụng phổ biến, và có chi phí rẻ. Chúng hoạt động làm các module thu nhận dữ liệu để sử dụng với các hệ thống nhúng có thể tương thích PC/104. 9 PCM-A/D12 là một bộ chuyển đổi A/D 12-bit, còn PCMA/ D16 là bộ chuyển A/D 16- bit. Khi cả hai bo mạch có cùng đặc tính, chúng sẽ tương ứng với PCM-A/D trong bảng số liệu này. TÍNH NĂNG Giao diện PC/104 - PCM-A/D được sắp xếp cổng I/O và cần có 4 địa chỉ kế tiếp nhau trên bất kỳ ranh giới 4 cổng nào. Bộ chuyển đổi Tương tự - Số - PCM-A/D12 sử dụng chip 7806 có thể cấu hình được bằng phần mềm với chip 7807 và có cùng tốc độ chuyển đổi. PCM-A/D16 dùng bộ chuyển đổi tương tự – số 16 bit, Burr-Brown 7807, công suất thấp. Thiết bị có thể lấy mẫu và số hóa thành trong 25 micro giây. Hỗ trợ hai dải đầu vào: 0 ÷ +5V và ±10V. Bo mạch được chọn bằng một tùy chọn cầu nối để cấu hình cho hoặc là vận hành đơn cực hoặc là vận hành lưỡng cực. Mã hóa là các phần bù của 2 đối với số nhị phân và nhị phân thẳng đối với vận hành đơn cực. Bộ đo điện thế nằm trên CaNTTULIBrd cho phép điều chỉnh cả thu nhận và offset. Bắt đầu chuyển đổi - Quá trình chuyển đổi bắt đầu bằng cách ghi một từ vào thanh ghi điều khiển để lựa chọn kênh. Dữ liệu đầu ra bị khóa và PCM-AIO thiết lập một cờ báo ‘Bận’ cho biết quá trình chuyển đổi hoàn thành. Các gián đoạn – Quá trình chuyển đổi Tương tự – Số bắt đầu mỗi khi số kênh được ghi vào bo mạch. Cuối quá trình sẽ sinh ra một gián đoạn là cầu nối trường có thể lựa chọn cho 1 trong 11 dây yêu cầu gián đoạn (IRQ 2 - 7, 10 - 12, 14, và 15) trên Bus PC/104. Bộ đa thành phần – Module PCM-A/D bao gồm 2 bộ đa thành phần tương tự 508ACMOS chống lỗi 8 kênh có bảo vệ điện. Hai bộ đa thành phần này có thể chịu trang 79
được điện áp đầu vào tương tự liên tục ±30V có thể loại trừ khả năng gây hư hại thiết bị khi cắt nguồn cấp. Quan trọng tương tự, chúng có thể chịu được các xung tạm thời đầu vào mà nếu không thì cần có lưới bảo vệ bên ngoài phức tạp. Cấu hình đầu vào - Mỗi kênh A/D đi vào từ một bộ nối 26 pin đơn. WinSystems giới thiệu CBL-120-3 là một cáp nhựa dài 3 foot, số 28 AWG được thiết kế nhằm đáp ứng truy cập tới các tín hiệu từ bộ nói 26-pin, lưới 0,100” trên PCM-A/D. Ở chế độ vi sai, IN+ và IN- được lựa chọn từ các cặp CH0/CH8, CH1/CH9, CH2/CH10, CH3/CH11, CH4/CH12, CH5/CH13, CH6/CH14, và CH7/CH15. Đồng thời cũng có sẵn là CBL-130-4, một cáp nhựa dài 4 foot sẽ nối PCM-AIO với ADP-Tương tự. ADP-Tương tự là một bộ quy định tín hiệu không cách ly và bảng đấu nối các tín hiệu tương tự để sử dụng với các bộ chuyển đổi A/D của WinSystems. Hình IV46: Sơ đồ khối cấu trúc môdul PC104 - PCM-A/D16 NTTULIB trang 80
Bảng IV8: Các chân đầu vào tương tự Nối điện trường – Có sẵn bo mạch đấu nối ADP-Tương tự để đấu nối điện trường. Bảng điều khiển quy định tín hiệu này được dùng với các module PCM-A/D của WinSystems. Nó cung cấp vô số các tùy chọn đấu nối bao gồm chức năng bảo vệ tín hiệu cho các tín hiệu đầu vào tương tự; thêm vào đó, nó còn đóng vai trò nối dây tới bộ thích nghi cáp nhựa. PCM-A/D và ADP-Tương tự được nối bằng bộ nối cáp nhựa CBL-130-4, 26 pin. Các đầu vào hoặc từ 0 ÷ +5V hoặc từ 0 ÷ ±10V mới được nhận trên 16 kênh. Đối với các sensor 4-20 mA, có thể lắp các điện trở cầu đấu 25Ω dung sai kín trên bảng đấu nối ADP-Tương tự. Tín hiệu tỉ lệ thuận +1÷+5V sẽ sinh ra trên điện trở sun. THÔNG SỐ KỸ THUẬT Về điện Phần A/D Yêu cầu công suất PCM-A/D16: Số kênh: 16 đơn hoặc 8 vi sai Có lắp đặt bộ chuyển đổi DC/DC Độ phân giải A/D: 16-bit (PCM-A/D16) +5 VDC +5% tại 200mA (điển hình) 12-bit (PCM-A/D12) Không lắp bộ chuyển đổi DC/DC Dải đầu vào: 0 ÷ +5 V; -10 ÷NTTULIB +10 V; +5 VDC +5% tại 150mA (điển hình) đầu đơn hoặc vi sai +12VDC +5% tại 5mA (điển hình) Mã hóa: nhị phân tự nhiên (đơn cực) -12VDC +5% tại 5mA (điển hình) Phần bù của 2 (lưỡng cực) Về cơ Phi tuyến tính: ±1,5 LSB (PCM-A/D16) Kích thước: 3,6" x 3.8" (90 mm x 96 mm) ±0,5 LSB (PCM-A/D12) Bộ nối Lỗi thu nhận: điều chỉnh được về 0 Đầu vào: số đôi 26-pin trên lưới 0,100" Tổng thời gian chuyển đổi: 30 micro Về môi trường giây Nhiệt độ vận hành: -40oC ÷ +85oC trang 81
Hình IV47: Môdul PC104 - PCM-AIO TÍNH NĂNG Chi phí thấp, A/D và D/A 12 bit Có tới 8 kênh đầu vào: • Mỗi kênh có thể cấu hình được cho điện áp Đơn cực (0 ÷ +5V) hoặc Lưỡng cực (-2,5 ÷ +2,5V) • Có sẵn Sample-and-Hold • Tốc độ chuyển đổi 10 micro giây • Có sẵn A/D chỉ đối với bo mạch chi phí thấp nhất Hai kênh đầu ra điện áp tương tự độc lập • Các dải điện áp ra bao gồm 0 ÷ +5V và ±5V I/O được bố trí trên Bus PC/104 Kích thước nhỏ: 3,6” x 3,8” Công suất rất thấp NTTULIB Dải nhiệt độ Mở rộng: 0oC ÷ +65oC PCM-AIO là một module đầu ra tương tự và đầu vào tương tự 12 bit đa mục đích; có thể đóng vai trò làm bo mạch điều khiển và thu nhận dữ liệu sử dụng với các hệ thống nhúng tương thích PC/104. Đầu vào tương tự có thể cấu hình phần mềm được với hoặc các đầu vào đầu đơn hoặc các đầu vào vi sai. Mỗi kênh bất kỳ đều có thể cấu hình được thành đơn hoặc lưỡng cực cho tính linh hoạt cao nhất. Có thể sắp đặt thứ tự cho module PCM-AIO mà không cần mạch điện D/A nhằm tạo ra chức năng A/D chi phí thấp nhất. Module PCM-AIO cũng cung cấp 2 kênh đầu ra điện áp tương tự 12 bit độc lập; có thể trang 82
cấu tạo từng kênh cho 1 trong 2 dải. Cả 2 kênh đều được đệm kép và vận hành ở chế độ cập nhật đồng thời. TÍNH NĂNG TỔNG HỢP Giao diện PC/104 - PCM-AIO được bố trí cổng I/O và yêu cầu 12 địa chỉ kế tiếp. Bộ chuyển đổi Tương tự - Số - PCM-AIO sử dụng chip thu nhận dữ liệu 12 bit Maxim MAX180, kết hợp một bộ đa thành phần đầu vào 8 kênh, Track-and-Hold băng tần cao, tham chiếu low-drift zener, và giao diện vi xử lý với bộ chuyển đổi tương tự – số tương đối có tốc độ chuyển đổi cao. Thiết bị có thể lấy mẫu và số hóa trong 10 micro giây. MAX180 có thể cấu hình được phần mềm cho vận hành đơn hoặc lưỡng cực và cho các đầu vào đơn hoặc vi sai trên cơ sở mỗi kênh. Mã hóa đầu ra bao gồm nhị phân tự nhiên đối với vận hành đơn cực có 1 LSB = 1,22mV (5V/4096). Mã hóa là các phần bù của 2 đối với số nhị phân. Bộ đo điện thế nằm trên Card cho phép điều chỉnh cả thu nhận và offset. Bắt đầu chuyển đổi – Quá trình chuyển đổi bắt đầu bằng cách ghi một từ vào thanh ghi điều khiển để lựa chọn kênh và xác định xem đó là đầu đơn/vi sai và đơn cực/lưỡng cực. Dữ liệu đầu ra bị khóa và PCM-AIO thiết lập một cờ báo ‘Bận’ cho biết quá trình chuyển đổi hoàn thành. Yêu cầu gián đoạn đồng thời phát sinh sau mỗi chuyển đổi hoàn thành. Một cầu nối sẽ lựa chọn IRQ2 thông qua IRQ7 trên Bus PC/104. Cấu hình đầu vào – Mỗi kênh A/D đi vào từ một bộ nối 26 pin đơn. WinSystems giới thiệu CBL-120-3 là một cáp nhựa dài 3 foot, số 28 AWG được thiết kế nhằm đáp ứng truy cập tới các tín hiệu từ bộ nói 26-pin, lưới 0,100” trên PCM-AIO. Đồng thời cũng có sẵn là CBL-130-4, một cáp nhựa dài 4 foot sẽ nối PCM-AIO với ADP-Tương tự. ADP-Tương tự là một bộ quy định tín hiệu không cách ly và bảng đấu nối các tín hiệu tương tự để sử dụng với các bộ chuyển đổi A/D của WinSystems. Bộ chuyển đổi Số – Tương tự - PCM-AIO bao gồm một AD7537 của các thiết bị tương tự. Hai DAC 12 bit độc lập nằm trên một chip nguyên khối và được cấu hình nhằm tạo tín hiệu ra hoặc đơNTTULIBn cực hoặc lưỡng cực. Các dải tín hiệu ra bao gồm 0 ÷ +5 hoặc ±5V. Để cập nhận D/A 12 bit, cần phải ghi I/O 2 byte I/O. Phần đầu vào tín hiệu số được đệm kép cho phép nâng cấp đồng thời cả hai DAC. Những thanh ghi này sẽ cài từ khóa số 12 bit và giữ cho đầu ra của bộ chuyển đổi D/A là hằng số cho đến khi nó được cập nhật thành giá trị mới trong một giai đoạn. Cấu hình đầu ra – Các kênh đầu ra D/A được nối dây với bộ nối 26 pin. Các dây nối đất qua lại, đi đôi với dây tín hiệu của mỗi một kênh đầu ra sẽ cải thiện khả năng chống nhiễu và làm giảm cross talk. trang 83
Hình IV48: Sơ đồ khối PCM-AIO THÔNG SỐ KỸ THUẬT Về điện Phần A/D Nhị phân Offset (lưỡng cực) Số kênh: 8 Dải điện áp ra: 0 ÷ +5V; ±5V tại 5 mA Độ phân giải A/D: 12-bit Phi tuyến tính: ±1 LSB Dải đầu vào: 0 ÷ +5 V; single-ended Độ chính xác tương đối: ±1 LSB -2,5 ÷ +2,5 V đầu đơn; vi sai Thời gian ổn định đầu ra: 5 micro giây Mã hóa: nhị phân tự nhiên (đơn cực) Yêu cầu điện áp: Phần bù của 2 (lưỡng cực) NTTULIB+5 VDC ±5% tại 30 mA (điển hình) Phi tuyến tính: ±1 LSB -12VDC ±10% tại 25 mA (điển hình) Lỗi tiếp nhận: điều chỉnh được về 0 Về cơ Tốc độ chuyển đổi: 10 micro giây Kích thước: 3,6” x 3,8” (90mm x 96mm) Phần D/A Bộ nối Số kênh: 2 Đầu vào A/D: Số đôi 26-pin trên lưới 0,100” Độ phân giải D/A: 12-bit Đầu ra D/A: Số đôi 26-pin trên lưới 0,100” Mã hóa: Nhị phân thẳng (đơn cực) Về môi trường Nhiệt độ vận hành: 0oC ÷ +65oC trang 84
IV.3.2.4. Mô tả phần màn hình hiển thị LK204-25 của hãng MATRIX ORBITAL Hình IV49: Màn hình hiển thị loại LK204-25 Thông số kỹ thuật: • Nguồn cấp: 24VDC • Giao diện: RS232 hoặc I2C • Phân giải: 20cột x4 dòng ký tự • Có giao diện bàn phím • Kiểu hiển thị: có sẵn font theo mã • Kích thước: 60x98x27.5 • Màn hình có nền sáng • • Độ tương phản có thể thay đổi • ` Bảng mã đặt hiển thị cho LK204-25 Bảng IV9: Bảng mã đặt hiển thị cho LK204-25 NTTULIB IV.3.2.5. Thiết kế tổng thể phần cứng hộp bộ điều khiển trang 85
80 Hình IV50: Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển Các phím chức năng Cổng truyền thông 232/485 Cáp tín hiệu vào ra Màn hình hiển thị Hình IV51: Mô tả chức năng bộ điều khiển IV.3.2.6. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển loại V1000SE (COB) Bảng điều khiển có 4 phím,NTTULIB một màn hình tinh thể lỏng LCD với 4x20 kí tự và được gắn ngay trên mặt của bộ điều khiển. Đặc điểm là kết cấu gọn, mỏng kết cấu kiểu dán. trang 86
Us ___ VAC Is ___AAC Uf ___ VDC If ___ ADC Hình IV52: Bảng phím chức năng trên bộ điều khiển V1000SE Bảng dịch vụ (SPA) được kết nối với các thiết bị của loại máy V1000SE thông qua đường truyền nối tiếp. Tốc độ truyền dữ liệu là 9600 bit/s.Việc cấp nguồn cho bảng cũng được thực hiện thông qua cáp truyền nối tiếp và trong bản thân các thiết bị thì không có pin nguồn. Các phím chức năng: Bàn phím được dùng để chuyển các chế độ hiển thị khác nhau và thực hiện các chức năng khác nhau trên bảng. Chức năng của các phím riêng biệt được tóm tắt trong bảng sau. Các chức năng khác nhau sẽ được khảo sát cụ thể hơn ở các trang sau. Kí tự tham Chức năng Phím NTTULIB chiếu OK Chọn / vào ESC Thoát / không vào Phím có chức năng khác nhau tùy theo chế độ hiển thị: election of a parameter or signal [Mũi tên lên] - Chọn một thông số / tín hiệu - Thay đổi chậm giá trị một thông số - Dịch chuyển con trỏ theo dòng trang 87
Kí tự tham Chức năng Phím chiếu Phím có chức năng khác nhau tùy theo chế độ hiển thị: [Mũi tên - Chọn một thông số / tín hiệu xuống] - Thay đổi chậm giá trị một thông số - Dịch chuyển con trỏ theo dòng Dạng thức hiển thị Màn hình hiển thị LCD của bảng dịch vụ thay đổi tùy thuộc vào chế độ vận hành đang được sử dụng. Chế độ vận hành hiển thị được quyết định bằng cách nhấn các phím sau: Giám sát tất cả các giá trị, nhấn phím mũi tên lên. Hiển thị cấu hình hệ thống, nhấn phím mũi tên xuống. Hiển thị chế độ cài đặt, nhấn phím mũi tên xuống. Lưu thông số, nhấn phím mũi tên xuống. Để quay trở về màn hình ban đầu nhấn phím mũi tên lên. Chế độ giám sát Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Kích hoạt chế độ giám sát Chọn chức năng giám sát. Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn thông số Để xem tất cả các giá trị nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống. NTTULIB Chế độ cấu hình hệ thống Hoạt động điều khiển Phím Kết qủa hiển thị 1. Kích hoạt chế độ cấu hình hệ Chọn chức năng cấu hình thống hệ thống. Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn thông số Để thay đổi các thông số của tất cả các giá trị, nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống. trang 88
Chế độ cấu hình hệ thống Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Kích hoạt chế độ cài đặt Chọn chế độ chức năng.Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn chế độ Nhấn phím OK để chọn ba chế độ AVR, PF và VAR. 3. Chọn Bộ giới hạn Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức năng bộ giới hạn. Nhấn phím OK hoặc ESC để xem và thay đổi giá trị cài đặt. (dòng kích từ max, dòng kích từ min, thời gian khởi động, thời gian cường hành). 4. Chọn Điểm đặt Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức năng điểm đặt. Nhấn OK hoặc ESC để xem và thay đổi giá trị điểm đặt. (AVR, PF, VAR, Ie). 5. Chọn Dò tìm Nhấn phím mũi tên lên xuống để chọn chức năng dò tìm. Nhấn phím OK hoặc ESC để thay đổi giá trị dò tìm. (AVR tune,PF tune, Var tune, Manual tune). 6. Chọn Mặc định Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức NTTULIB năng mặc định. trang 89
Ghi lại thông số: Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Chọn chức năng cài đặt. Sau đó nhấn OK để đăng nhập. 2. Chọn Có/Không ghi lại Nhấn phím mũi tên lên xuống để chọn Có/không ghi lại. Sau đó nhấn OK để xác nhận. IV.3.4. Chế tạo panel hiển thị tại chỗ và từ xa Trên cơ sở tích hợp các bộ điều khiển chúng tôi sử dụng bộ điều khiển PC104 kết hợp các mô đun chức năng để đáp ứng yêu cầu. Panel điều khiển tại chỗ và từ xa là giống nhau, chi khác nhau về địa chỉ khi cài đặt. Việc hiển thị và các phím lệnh chúng tôi trình bày như sau: IV.3.4.1. Mô tả phần màn hình hiển thị của hãng MATRIX ORBITAL NTTULIB Hình IV53: Màn hình hiển thị loại GLK24064-25 Thông số kỹ thuật: • Nguồn cấp: 24VDC • Giao diện: RS232 hoặc I2C • Phân giải: 240x64pixel • Có giao diện bàn phím • Kiểu hiển thị: có sẵn font hoặc có • Kích thước: 65x180x29.1 thể nạp vào. • Màn hình có nền sáng • • Độ tương phản có thể thay đổi • ` trang 90
IV.3.4.2. Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển tại chỗ và từ xa Hình IV54: Panel điều khiển tại chỗ và từ xa. Vùng hiển thị Vùng phím giám sát Đèn báo trạng thái Vùng phím điều khiển Hình IV55: Kích thước Panel điều khiển tại chỗ và từ xa. IV.3.4.3. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển tại chỗ và từ xa loNTTULIBại V1000SE LCP và RCP Chế độ vận hành a) Liên động Nhấn phím này rồi nhấn các phím khác để kích hoạt các phím chức năng. b) Kiểm tra đèn tín hiệu Nhấn phím này để kiểm tra các đèn tín hiệu. trang 91
c) Hiển thị tín hiệu số Nhấn phím này, 8 tín hiệu số cùng các số kênh của chúng xuất hiện trên màn hình và đèn LED vàng sáng. Các tín hiệu số khác nũa cũng có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. d) Thanh hiển thị Nhấn phím này, 4 tín hiệu số cùng các số kênh của chúng và các thanh tương ứng xuất hiện trên màn hình. Đồng thời, đèn LED vàng cũng sáng. Các tín hiệu khác nữa có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. e) Các dòng báo lỗi Khi nhấn phím này ,có tới 8 dòng báo lỗi xuất hiện trên màn hình khi có bất kì một lỗi nào xảy ra (đèn LED đỏ sáng). Lỗi đầu tiên thường xuất hiện ở dòng đầu tiên và các lỗi tiếp theo được sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống. Các dòng báo lỗi khác có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. Khi dòng báo lỗi đầu tiên xuất hiện, bộ điều khiển tự động chuyển sang màn hình báo lỗi. Nhấn phím này để định dạng một dòng báo lỗi, đèn LED đỏ bật sáng. Nếu không có lỗi nào thì đèn sẽ tắt. Khi một lỗi mới xuất hiện, đèn LED lại nháy sáng. f) Phím Con trỏ Nhấn phím con trỏ để chọn các dòng từ 1 8 cũng như 1 4 trên màn hình. # Dòng được chọn có số kênh ngược. Đến dòng cuối cùng con trỏ dịch chuyển sang dòng đầu tiên. Phím con trỏ chỉ hoạt động trên màn hình hiển thị thanh và số. g) Phím Vòng Nhấn phím vòng trên màn hình hiển thị tín hiệu số và hiển thị thanh, số kênh ngược và giá trị của nó thay đổi. Nhấn phím này trên màn hình hiển thị dòng báo lỗi, tất cả các lỗi trên các dòng từ 2 đến 8 dịch chuyển xuống dòng dưới hoặc lên dòng trên. Dòng đầu tiên cùng với lỗi đầu tiên vẫn giữ nguyên không đổi. h) Phím Chuyển trang Nhấn phím chuyển trang để thay đổi 10 và 6 vị trí các số kênh và các số lỗi tươngNTTULIB ứng. Mặt khác, phím này cũng có những chức năng tương tự như phím vòng. i) Phím In Nhấn phím In, các dòng tín hiệu số từ 1 8 được gửi đến máy in qua đường truyền nối tiếp RS-232. Nếu trên màn hình hiển thị xuất hiện các dòng báo lỗi, chúng cũng được gửi sang máy in. Đèn LED vàng chỉ sáng khi dữ liệu được truyền đi và máy in đang ở chế độ sẵn sàng. Đèn bắt đầu nháy khi chức năng in cũng hoạt động thông qua chương trình ứng dụng PSR. trang 92
Quá trình điều khiển Bảng điều khiển có 16 phím chức năng F1 F16 với các đèn LED vàng. Trạng thái của các phím được đưa tới chương trình ứng dụng PSR qua Fieldbus. Giữ phím tắt trong 150 ms. Chương trìng ứng dụng PSR bật hoặc tắt các đèn LED thông qua Fieldbus. Mỗi đèn LED được trang bị một lệnh kiểm tra. Hình IV56: Vị trí các phím lệnh trên Panel. j) Bảo vệ màn hình Để tăng tuổi thọ của màn hình, sau 60 phút hãy tắt màn hình và ánh sáng nền. Bật lại màn hình bằng cách nhấn một trong 10 phím chức năng hoặc màn hình tự động bật lại do có một dòng báo lỗi. Nó cũng có thể được bật lên nhờ chương trình PSR và cài đặt thời gian phát sáng màn hình. IV.3.5. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển công suất Quan điểm chế tạo: 9 Đáp ứng làm việc ổn định ở chế độ dài hạn, có thể làm việc ở môi trường có rung động. 9 Dự phòng công suất tối thiểu 30% 9 Đảm bảo tính mở khi kết nối mở rộng công suất 9 Tổn hao công suất trên thiết bị nhỏ. (Thể hiện khi chọn van) NTTULIB trang 93
Sơ đồ áp dụng: Ở đây chúng tôi sử dụng cầu chỉnh lưu 3 pha 6 thyristor vì dạng sóng điện áp ra co chất lượng hợp lý hơn cả. Việc điều khiển kích mở các van này phải sử dụng bộ phát 6 tín hiệu xung cách ly. Sơ đồ trình bày ở hình IV56. Thông số đáp ứng: Đầu vào: 3pha, 50Hz, max 380VAC Đầu ra: max 1000A, 513VDC. Cho phép cường hành trong Hình IV57: Sơ đồ cầu chỉnh lưu 3 pha 10s tại dòng 2000ADC. điều khiển đối xứng. Giới thiệu về Thyristor công suất – SKT1800 Đây là sản phẩm của hãng SEMIKRON chế tạo, là một trong những nhà sản xuất thiết bị bán dẫn hàng đầu thế giới, với công suất tổn hao nhỏ, công xuất xung điều khiển thấp và được thiết kế gọn chiếm it không gian lắp đặt và là điều kiện cho việc yêu cầu không gian khi thiết kế tủ điện tối ưu hơn. Sau đây là sự mô tả về thiết bị sử dụng cho việc nghiên cứu: Đặc điểm: Loại thyristor này được thiết kế bọc kín, cách điện bằng vật liệu gốm. Được bao gói kiểu làm mát hai mặt. Thiết kế với một mặt làm mát Hình IV58 : Thyristor SKT 1800 Trạng thái khóa và điện áp ngược lên đến NTTULIB1600V. Thông số kỹ thuật chính: Dòng điện trung bình: 1800A Điện áp ngược: 1600V trang 94
Hình IV59 : Điều kiện kích mở tại cực điều khiển (a) (b) Hình IV60: Quan hệ nhiệt độ và dòng điện làm việc (a) Quan hệ dòng điện và thời gian (b). Phần card điều khiển Chúng tôi sử dụng loại card RT380T của SEMIKRON, với thông số đáp ứng như sau: - Đáp ứng cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 6 thyristor - Nguồn cấp kết hợp với nguồn đồng pha 220VAC-400VAC - Tín hiệu điều khiển 0-5VDC, 0-10VDC, 4-20mA (điện áp ra sau chỉnh lưu tỉ lệ thuận với điện áp điều khiển) NTTULIB trang 95
IV.3.6. Chế tạo/ tích hợp bộ mồi từ Roto máy phát chỉ cần mồi từ khi nguồn cấp cho mạch lực kích từ lấy ngay từ đầu cực máy phát, tức là điện áp của máy phát. Nguyên lý của bộ mồi từ là khi roto của máy phát đã đạt 85% tốc độ định mức, và là thời điểm chuẩn bị kích từ, lúc đó bộ điều khiển sẽ phát lệnh cấp dòng điện vào roto, thời gian 3- 5s. Giá trị dòng điện là >0,3% dòng kích từ định mức. Cấu trúc bộ mồi từ gồm một thiết bị đóng ngắt có điều khiển, một điện trở để giảm dòng, và một cầu chỉnh lưu nếu nguồn cấp là nguồn xoay chiều. Sơ đồ ứng dụng: Hình IV61 IV.3.7. Chế tạo/ tích hợp bộ diệt từ Khi xuất hiện sự cố mà trong mạch rotor bị mất kích từ đột ngột hoặc do ngắn mạch từ lưới, tại cuộn dây của rotor xuất hiện một sức điện động cảm ứng với biên độ rất cao. Vì vậy hiện tượng quá áp đó sẽ gây chọc thủng cách điện dây quấn hoặc phá hủy phần thiết bị liên quan đặc Hình IV61: biệt là phía cầu chỉnh lưu thyristor. Do vậy mạch Sơ đồ mạch mồi từ cho rotor diệt từ có tác dụng cắt đi một phần biên độ điện áp đảm bảo biên độ nằm trong dải cho phép. Và phần năng lượng còn lại sẽ được tiêu tán qua điện trở công suất R02 (hình IV62). Cấu trúc mạch bao gồm cặNTTULIBp thyristor đấu song song ngược, tại các cực điều khển có gắn các van tự động, khi có biến động quá ngưỡng điện áp đặt, nó sẽ tự mở thông cấp dòng co cực điều khiển và khép kín mạch xả năng lượng qua điện trở. Phần mạch điện như trình bày tại hình IV62. trang 96
Hình IV62 : Sơ đồ mạch diệt từ Trên đây là toàn bộ những phần thiết kế cơ bản cho hệ thống kích thích tĩnh ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và thiết bị điện tử công suất cho mạch lực. Phần chế tạo, thử nghiệm sẽ được trình bày trong chương sau. NTTULIB trang 97
CHƯƠNG V. THỰC NGHIỆM V.1. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu Phần thiết bị: 9 Hệ thống tủ, panel gá lắp 9 Các thiết bị đóng cắt, cầu dao, cầu chì bảo vệ 9 Các bộ nguồn 9 Linh kiện bán dẫn Công suất và cho Đo lường điều khiển 9 Hóa chất silicon dẫn nhiệt cho làm mát Thyristor 9 Máy tính lập trình 9 Máy hiện sóng kỹ thuật số 9 Đồng hồ vạn năng 9 Máy biến áp tự ngẫu 9 Phụ kiện khác phục vụ đấu nối 9 Tải cho hệ thống Phần cung cấp điện: 9 Lưới điện 3 pha 380V, 50HZ V.2. Lắp ráp chạy thử hệ thống Hệ thống kích thích tĩnh sau khi được thiết kế, phê duyệt, bước kế tiếp là lắp ráp chạy thử hệ thống. Quá trình này cũng được thực hiện theo quy trình, từ các số liệu thiết kế, công ty CP Viettronics Đống Đa đã tổ chức triển khai thi công nhập khẩu các thiết bị và chế tạo, lắp ráp những hạng mục thiết bị liên quan. Trước khi chạy thử hệ thống thì phải qua giai đoạn chạy thử từng phần theo các thiết bị đơn lẻ, có kết quả đáp ứng công nghệ sau đó là chạy thử theo từng khối chức năng, liên động giữa các khối. Các mạch bảo vệ, chỉ thị cũng được kiểm tra kỹ càng. Đặc biệt trước khi đóng điện hệ thống phải được kiểm tra cách điện giữa các pha, các thành phần mang điện với vNTTULIBỏ máy, đảm bảo nối đất an toàn cho hệ thống. Hệ thống sau khi được lắp ráp, được trình bày trên các hình V.1, V.2, V.3, V.4. Thực hiện đấu nối điện cho hệ thống: Nguồn điện 3 pha 50HZ được cấp vào cầu đấu tại ngăn số 2 của tủ (nhìn từ bên trái của tủ). Phần tải được đấu vào cầu đấu ra một chiều, Bước 1 là sử dụng tải tĩnh và điều chỉnh dòng điện theo chế độ FCR. Các phần tín hiệu phản hồi, đo nhiệt độ đều được mô phỏng bằng tín hiệu từ máy biến áp tự ngẫu và biến trở. Kết quả đã đáp ứng với thiết kế, tiếp tục triển khai bước tiếp theo. Bước 2 là đấu trực tiếp đầu ra một chiều của tủ vào dây quấn roto, các tín hiệu phản hồi được lấy từ đầu cực máy phát 55MW. Tiếp tục khởi động và theo dõi các thông số. trang 98