Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ ở chế độ tiết kiệm năng lượng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu đối tượng là các động cơ điện hoạt động ở các chế độ tiết kiệm năng lượng; Đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng; Thiết kế giải thuật điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng; Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển động cơ không đồng bộ ở chế độ tiết kiệm năng lượng

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Thanh Phƣơng (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM ngày 28 tháng 09 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Chủ tịch : TS. Ngô Cao Cường 2. Phản biện 1: TS. Nguyễn Hùng 3. Phản biện 2: TS. Võ Hoàng Duy 4. Uỷ viên : TS. Huỳnh Châu Duy 5. Uỷ viên,thƣ ký : TS. Huỳnh Quang Minh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có): ……………………………………………………………………… ……………………………………...................................................................................... .................................................................................................................................................. Chủ tịch hội đồng đánh giá LV TS. Ngô Cao Cƣờng
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 10 Tháng 01 năm 2013. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Ngô Đình Khôi Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/03/1968 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1141830012 I-TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển động cơ không đồng bộ ở chế độ tiết kiệm năng lượng II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu đối tượng là các động cơ điện hoạt động ở các chế độ tiết kiệm năng lượng - Đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng - Thiết kế giải thuật điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng - Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng. - Khảo sát và so sánh kết quả mô phỏng III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/01/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/06/2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thanh Phương CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Ngô Đình Khôi
LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đối với TS Nguyễn Thanh Phương, người thầy đã hết lòng, tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại học và khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trường. Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học lớp 11SMĐ1 đã đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013 NGƯỜI THỰC HIỆN Ngô Đình Khôi
TÓM TẮT Luận văn trình bày về phương pháp điều khiển giảm tổn thất của động cơ không đồng bộ 3 pha. Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu về phương thức điều khiển động cơ sao cho giảm tối thiểu tổn thất sắt từ cho động cơ không đồng bộ ba pha. Tìm hiểu tổng quan về các phụ tải điện thông dụng thuộc nhóm HVAC ( Heating, Ventilation and Air-Condition ) và chứng minh được khả năng tiết kiệm năng lượng bằng cách điều khiển tốc độ. Trình bày vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển tiết kiệm năng lượng của động cơ không bộ là kết quả tổng hợp các nghiên cứu khác nhau trên thế giới để đưa ra cái nhìn tổng quan toàn diện về lĩnh vực nghiên cứu. Xây dựng giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng mà đối tượng chính là động cơ không đồng bộ. Dựa trên nền tảng cơ bản của phương điều khiển định hướng trường rotor gián tiếp (Indirect Field Oriented Control ) kết hợp với việc tìm ra giá trị từ thông rotor tối ưu mục đích để giảm các tổn hao trong động cơ tiết kiệm được năng lượng Thực hiện mô phỏng giải thuật tiết kiệm năng lượng trên phần mềm Matlab. Nhận xét các thành phần chính của động cơ như: điện áp, dòng điện, tốc độ, mômen, từ thông và công suất tiêu thụ . So sánh các kết quả khi sử dụng giải thuật từ thông rotor tối ưu với từ thông rotor tham chiếu để tính được lượng năng lượng tiết kiệm được. Và thực hiện mô phỏng lần lượt với từ thông tham chiếu, tốc độ đặt, mômen tải khác nhau để thấy được khả năng tiết kiệm là khác nhau.
ABSTRACT This thesis present a reduce loss control method for induction motor. The goals of this thesis is study a control methology how to reduce to minimum the iron loss of the induction motor. Learn an overview of the electricity load of group common HVAC (Heating, Ventilation and Air-Condition) and proven ability to save energy by controlling the speed. Presenting problems loss and some control methods of saving energy of asynchronous motor was the collective results of different studies around the world to provide a comprehensive overview of research areas. Building control algorithms of saving energy which is the basic object asynchronously. Based on the fundamentals of the Indirect Field Oriented Control method with finding the value of optimal rotor flux goal to reduce the loss of engine power saving Perform algorithms simulation of saving energy on Matlab software. Reviews the major components of the engine such as voltage, current, speed, torque, flux and power consumption. Comparison of results when using algorithms optimized rotor magnetic flux with reference rotor flux for calculating the amount of energy savings. Performance simulation and in turn with reference flux, the speed set, different load torque to realize its potential for savings is different.
MỤC LỤC Lời cam đoan…… ................................................................................................ .i Lời cảm ơn ........................................................................................................... .ii Tóm tắt……. ........................................................................................................ iii Abstract ................................................................................................................ .iv Mục lục ……………………………………………………………………………v Danh mục các từ viết tắt…………………………………………………………..viii Danh mục các bảng………………………………………………………………..ix Danh mục biểu đồ hình ảnh………………………………………………………..x Chƣơng 1: Tổng quan .......................................................................................... 1 1.1 Giới thiệu tổng quan ....................................................................................... 1 1.2 Mục đích nghiên cứu ...................................................................................... 2 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài ................................................... 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 3 1.5 Giá trị thực tiễn của đề tài................................................................................ 3 1.6 Bố cục của luận văn ......................................................................................... 3 Chƣơng 2: Tổng quan về phụ tải điện năng và khả năng tiết kiệm năng lƣợng ...................................................................................................................... 5 2.1 Thống kê về sử dụng các động cơ cảm ứng ..................................................... 5 2.2 Điều khiển hiệu quả năng lượng của các ứng dụng HVAC ............................. 8 2.3 Tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng HVAC bằng cách điều khiển biến tốc ......................................................................................................................... 10 2.4 Các ứng dụng với khả năng tiết kiệm năng lượng bằng điều khiển tốc độ .... 13 Chƣơng 3: Vấn đề tổn hao và các phƣơng pháp điều khiển tối ƣu năng lƣợng trong DCKĐB ..................................................................................................... 15 3.1 Tổn thất trong động cơ không đồng bộ thay đổi được tốc độ ........................ 15
3.1.1 Bộ biến tần .............................................................................................. 14 3.1.2 Động cơ không đồng bộ ......................................................................... 17 3.1.3 Truyền động ............................................................................................ 19 3.1.4 Tổn hao lưới với động cơ điều chỉnh tốc độ ........................................... 21 3.2 Tối ưu hóa năng lượng bằng việc giảm từ thông động cơ ............................ 23 3.3 Điều khiển tối ưu năng lượng của bộ lái VVFF ............................................. 25 3.4 Điều khiển tối ưu năng lượng của bộ lái VVVF ............................................ 27 3.5 Điều khiển trạng thái đơn giản ....................................................................... 29 3.5.1 Điều khiển cos (  ) (hệ số công suất) ...................................................... 30 3.5.2 Điều khiển tần số trượt stator ................................................................... 30 3.6 Điều khiển dựa vô hình ................................................................................. 31 3.6.1 Các động cơ vô hướng ............................................................................. 31 3.6.2 Bộ lái điều khiển vector hướng trường (Field Oriented Vector Controlled Drives) .................................................................................................................. 34 3.7 Điều khiển tìm kiếm (search conttrol) ........................................................... 35 3.7.1 Điều khiển tìm kiếm truyền thống ........................................................... 35 3.7.2 Điều khiển tìm kiếm dùng Logic mờ và mạng thần kinh nhân tạo .......... 38 3.8 Kết Luận ......................................................................................................... 40 Chƣơng 4: Phƣơng pháp điều khiển định hƣớng trƣờng ( Field Oriented Cotrol – FOC) và hƣớng nghiên cứu ................................................................ 42 4.1 Phương pháp điều khiển định hướng trường ................................................. 42 4.2 Kết luận và hướng nghiên cứu .................................................. …………….48 Chƣơng 5: Phƣơng pháp thiết kế, mô phỏng và kết quả của hệ thống điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lƣợng .......................................... 50 5.1 Phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng .................................................................................................................... 50 5.1.1 Xây dựng thuật toán ................................................................................. 50
5.1.2 Kết luận .................................................................................................... 55 5.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng 55 5.1.2 Xây dựng và mô phỏng khối điều chế từ thông tối ưu............................. 55 5.2.2 Xây dựng sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lương ... 61 5.3 Kết quả ........................................................................................................... 66 5.3.1 Xác định từ thông rotor tối ưu (TTRTU) ................................................. 66 5.3.2 Kết quả mô phỏng .................................................................................... 67 5.3.3 So sánh kết quả từ thông rotor tối ưu (TTRTU) với từ thông rotor tham chiếu định mức (TTRTTCĐM) ............................................................................ 69 5.3.3.1 Điện áp ................................................................................................ 69 5.3.3.2 Dòng điện ............................................................................................ 69 5.3.3.3 Tốc độ .................................................................................................. 70 5.3.3.4 Momen ................................................................................................ 70 5.3.3.5 Từ thông .............................................................................................. 71 5.3.3.6 Công suất tiêu thụ (CSTT) .................................................................. 71 5.3.4 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các chế độ TTRTTC khác nhau ............................................................................................. 72 5.3.5 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các tốc độ đặt khác nhau ...................................................................................................................... 74 5.3.6 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các momen đặt khác nhau.............................................................................................................. 76 5.4 Kết luận .......................................................................................................... 78 Chƣơng 6: Kết luận ........................................................................................... .79 6.1 Kết luận ……….…………………………………………………….…… 79 6.2 Các vấn đề đã thực hiện ................................................................................. 79 6.3 Các vấn đề còn tồn tại .................................................................................... 79 6.2 Hướng phát triển đề tài .................................................................................. 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...81
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HVAC Heating, Ventilation and Air-Condition CSTT Công Suất Tiêu Thụ ĐCKĐB Động Cơ Không Đồng Bộ PPĐK Phương Pháp Điều Khiển TTRTU Từ Thông Rotor Tối Ưu TTRTCĐM Từ Thông RotorTham Chiếu Định Mức
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Khả năng tiết kiệm năng lượng bằng điều khiển tốc độ cho 4 ứng dụng HVAC……………………………………………………….……………………..14 Bảng 3.1. Các hoạt động có thể được thực hiện để làm giảm tổn hao …………….17 Bảng 3.2. Hiệu quả của các bộ truyền động lái motor……………………………..20 Bảng 3.3: Ước lượng của các phương pháp điều khiển tối ưu năng lượng cho bộ lái động cơ không đồng bộ………………………………………………….....41 Bảng 5.1: Thông số động cơ tiêu chuẩn …………………………………………..56 Bảng 5.2: Thông số của động cơ đang xét như sau:……………..………………...56 Bảng 5.3. Thông số động cơ dùng trong sơ đồ mô phỏng…………………………64
DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sự tiêu thụ điện năng được chia theo các ứng dụng ở Đan mạch từ năm 1988 –1992………………………......…………………………………………...….6 Hình 2.2: Tiêu thụ năng lượng ở động cơ cảm ứng trong các ứng dụng thông gó, bơm, nén khí và lạnh ttrong 1 năm ở Đan Mạch ( ngoài dân dụng )……………......7 Hình 2.3: Tổn thất năng lượng của động cơ cảm ứng ttrong các ứng dụng HVAC ( không thuộc dân dụng ) ở Đan Mạch trong 1 năm………………………….………8 Hình 2.4: Điều khiển cơ khí cho máy bơm không có đầu…………………………11 Hình 2.5: Điều khiển cơ khí cho máy bơm có đầu ………..……………………....11 Hình 2.6: Điều khiển biến tốc cho máy bơm không có đầu .……………………...12 Hình 2.7: Điều khiển biến tốc cho máy bơm có đầu ……………….…………….12 Hình 2.8: Phân bố công suất tương đối của các hệ thống bơm từ hình 2.4 đến 2.7.13 Hình 3.1: Xem xét dòng công suất chảy qua động cơ……..………………………15 Hình 3.2: Bộ chuyển đổi nguồn áp được điều chế độ rộng xung với diod chỉnh lưu được sử dụng phổ biến trong các bộ điều khiển tiêu chuẩn...……………………...16 Hình 3.3: Dòng hiệu dụng khi được nối trực tiếp với lưới điện và khi được nối thông qua một bộ converter ………………………………………………………22 Hình 3.4: Đường cong hiệu suất ở tốc độ định mức với từ thông khe hở không khí không đổi và với hiệu suất được tối ưu của một động cơ 2.2KW…………….….24 Hình 3.5: Động cơ không đồng bộ được điều khiển bằng một bộ converter VVFF ( khởi động mềm )……………….……………………………………………...26 Hình 3.6: Bộ PWM-VSI với diod chỉnh lưu trong phần lớn các ASD ( bộ lái được điều khiển tốc độ ) ngày nay……………………………………………………27 Hình 3.7: Sơ đồ khối điều khiển cho việc tối ưu hiệu suất của một bộ lái động cơ 28 Hình 3.8: Ví dụ về bộ điều khiển cos (  ) trong một bộ lái vô hướng…. ………..30 Hình 3.9. Ví dụ về điều khiển tần số trượt tối ưu mà giá ttri5 tham khảo được đặt trong bảng tra …………………………………………...................................31 Hình 3.10. Ví dụ về việc thực thi điều khiển dựa theo mô hình trong động cơ vô hướng ………………………………………………………..............................32
Hình 3.11. Ví dụ về điều khiển tối ưu hiệu suất dựa trên mô hình trong động cơ được thực hiện trong khung tham chiếu hướng trường……………...................34 Hình 3.12. Thực thi điều khiển tìm kiếm cho bộ điều khiển theo từ thông rotor.....36 Hình 3.13. Ví dụ về điều khiển tối ưu hiệu suất tìm kiếm ttrong một bộ lái vô hướng………………………………………………………...............................38 Hình 3.14. Điều khiển mờ tối ưu năng lượng được thự hiện với điều khiển motor hướng trường………………………………………………………...................39 Hình 4.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển định hướng trường...................43 Hình 4.2. Hệ trục từ thông rotor……………………………………………………46 Hình 4.3: Sơ đồ điều khiển gián tiếp…………………………………....................47 Hình 5 .1: Sơ đồ mô phỏng khối điều chế từ thông tối ưu …………….…………..60 Hình 5.2: Cho thấy vị trí khối điều chế từ thông tối ưu theo thuật toán tối ưu năng lượng ( màu xanh tối )……………………………………………………………..60 Hình5.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển………………….………………………61 Hình 5.4: Nguyên tắc điều khiển vec tơ……………………………………………62 Hình 5.5: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống điều khiển động cơ……………………...65 Hình 5.6: Đồ thị công suất tiêu thụ TTRTU với K = 0.13, K = 0.145, K = 0.19………………………………………………………………………………..66 Hình 5.7: Đồ thị các thành phần U, I,  , Tm,  r , P của động cơ …………………67 Hình 5.8 : Đồ thị điện áp dây Vab của TTRTU và TTRTCĐM ……………...69 Hình 5.9 : Đồ thị dòng điện xoay chiều 3 pha ngõ ra bộ nghịch lưu của TTRTU và TTRTCĐM………………………………………………………………………...69 Hình 5.10: Đồ thị tốc độ của động cơ của TTRTU và TTRTCĐM ...…………….70 Hình 5.11: Đồ thị mômen của động cơ của TTRTU và TTRTCĐM ……………..70 Hình 5.12. Đồ thị TTRTU và TTRTCĐM của động cơ …………………………..71 Hình 5.13. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM……………………………..71 Hình 5.14. Đồ thị hiệu CSTT của TTRTU và TTRTCĐM ………………………..72 Hình 5.15. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với  r  0.8(Wb) …………..73
Hình 5.16. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với  r  0.7(Wb) …………..73 Hình 5.17. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với  r  0.6(Wb) …………..74 Hình 5.18. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với   110(rad / s) ……….75 Hình 5.19. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với   100(rad / s) ……….75 Hình 5.20. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với   90(rad / s) ………..76 Hình 5.21. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm  100 N .m ……….…..77 Hình 5.22. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm  150 N .m …………..77 Hình 5.23. Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm  190 N .m …………..78
Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quan Hiện nay, điện năng chiếm tỉ lệ rất lớn trong nguồn năng lượng tiêu thụ của con người. Ðiện năng con người sử dụng đều được hình thành từ những dạng năng lượng khác. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp trên thế giới, điện năng tiêu thụ càng nhiều, gây cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên. Các nguồn năng lượng mới và cách chuyển đổi những nguồn năng lượng đó thành điện năng đã và đang được nghiên cứu, phát triển (năng lượng nguyên tử, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, sản xuất điện năng trực tiếp từ nước..) Bên cạnh với sự phát triển những nguồn năng lượng mới, yêu cầu cấp thiết về tiết kiệm điện năng được đặt ra. Các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu để đưa ra những giải pháp tiết kiệm điện năng tốt nhất: cách sử dụng điện năng, các thiết bị điện hiệu suất cao, các giải thuật điều khiển thiết bị giảm tổn hao… Bài toán về tiết kiệm năng lượng luôn được đặt ra trong tất cả các hệ thống sản xuất và luôn là ưu tiên hàng đầu. Trong thực tế, các động cơ điện tiêu thụ khoảng 56% tổng năng lượng điện, trong đó, các động cơ cảm ứng chiếm 96%. Điều này chứng tỏ rằng khoản 53% tổng điện năng được tiêu thụ bởi các động cơ không đồng bộ. Do vậy vấn đề tiết kiệm năng lượng cho động cơ là rất quan trọng. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến mới, các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho phép các động cơ có thể tiết kiệm điện khoảng 20% tổng khối lượng điện năng tiêu thụ. Gần đây trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về giải thuật điều khiển giảm tổn hao cho động cơ không đồng bộ đem lại hiệu quả cao. Với sự phổ biến được sử dụng rộng rãi của động cơ không đồng bộ, kết hợp với tính năng tiết kiệm điện năng 1
hứa hẹn sẽ làm nên bước phát triển mới trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho các ngành công nghiệp. Chính vì vậy, đề tài “ Điều khiển động cơ không đồng bộ ở chế độ tiết kiệm năng lượng “ với mục đích cực tiểu hóa tổn thất công suất trong cơ đồng nghĩa với việc tiết kiệm được năng lượng với hy vọng là sẽ đáp ứng được những vấn đề cấp thiết của thời đại 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp điều khiển tối ưu theo hướng tiết kiệm năng lượng ứng dụng trong điều khiển động cơ không đồng bộ. Đề tài tập trung giải quyết vấn đề giảm tổn thất năng lượng trong các thiết bị điện trong đó động cơ không đồng bộ là đối tượng được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài 1. Nghiên cứu đối tượng là các động cơ điện hoạt động ở các chế độ tiết kiệm năng lượng 2. Đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng 3. Thiết kế giải thuật điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng 4. Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm bộ điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng. 5. Khảo sát và so sánh kết quả mô phỏng 1.3.2 Giới hạn của đề tài 1. Giải thuật tiết kiệm năng lượng chỉ ứng dụng cho đối tượng chính ở đây là động cơ không đồng bộ 3 pha 2
2. Các nhà khoa học trên thế giới đã đưa ra nhiều giải thuật điều khiển theo hướng tiết kiệm năng lượng khác nhau. Trong đề tài chỉ tập trung vào nghiên cứu giải thuật tối ưu hóa từ thông rotor mục đích để giảm tổn hao 3. Việc khảo sát giải thuật điều khiển chỉ thực hiện mô phỏng trên phần mềm Matlab. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1. Thu thập tất cả các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. 2. Tìm hiểu lý thuyết về động cơ không đồng bộ 3. Tìm hiểu lý thuyết Matlab 4. Tìm hiểu về phụ tải điện HVAC và khả năng tiết kiệm 5. Tìm hiểu các vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển theo hướng tiết kiệm năng lượng của động cơ không đồng bộ 6. Tìm hiểu phương pháp định hướng trường 7. Thiết kế giải thuật điều khiển 8. Mô phỏng trên phần mềm Matlab 9. Đánh giá, so sánh kết quả. 1.5 Giá trị thực tiễn của đề tài 1. Ứng dụng xây dựng mô hình vật lý và khảo sát hoạt động của bộ điều khiển 2. Ứng dụng thiết kế chi tiết thiết bị điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng 3. Tài liệu và kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phục vụ các nghiên cứu ở mức độ cao hơn. 1.6 Bố cục của luận văn Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Tổng quan phụ tải điện và khả năng tiết kiệm năng lượng 3
Chƣơng 3: Vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển tối ưu năng lượng trong ĐCKĐB . Chƣơng 4: Phương pháp điều khiển định hướng trường và hướng nghiên cứu Chƣơng 5: Phương pháp thiết kế, mô phỏng và kết quả của hệ thống điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng Chƣơng 6: Kết luận 4
Chƣơng 2 TỔNG QUAN VỀ PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG 2.1 Thống kê về sử dụng các động cơ cảm ứng Ngoài sự hiểu biết ứng dụng nào đặc biệt thích hợp với điều khiẻn bến tốc, cũng cần biết mức độ phổ biến của các ứng dụng này, và chúng được sử dụng chủ yếu trong khoảng công suất nào. Kiến thức này sẽ được dùng để định hướng nghiên cứu vào lĩnh vực có khả năng tiết kiệm năng lượng cao nhất. Nhứng kiến thức này có được qua sự phân tích dựa trên các dữ liệu thống kê về sự sử dụng các động cơ điện ở Đan Mạch. Dữ liệu được thu thập bởi các cố vấn năng lượng trong khoảng thời gian 1988-1992 trong 1200 trường hợp. 1200 trường hợp này chiếm tổng năng lượng tiêu thụ là 900GWh, tương đương 750MWh/trường hợp. Tất nhiên, có thể bàn đến việc tập dữ liệu có đủ lớn để cho một kết quả đáng tin cậy hay không, nhưng điều đó còn xa so với mục tiêu của đề tài này. Chúng ta chỉ cần lưu ý rằng khi phân tích dữ liệu có những yếu tố ngẫu nhiên trong dữ liệu. Tuy nhiên, có thể dự đoán rằng có khả năng rút ra những kết luận chung từ các dữ liệu. Các khảo sát về sự sử dụng các động cơ cảm ứng cũng đã được thực hiện ở các quốc gia khác, hẳng hạn ở Mỹ và Thụy Điển, nhưng chúng không được đề cập ở đây. 5
Hình 2.1 Sự tiêu thụ điện năng được chia theo các ứng dụng ở Đan Mạch từ năm 1988-1992 Hình 2.1 minh họa sự tiêu thụ điện năng được chia theo các ứng dụng ơ Đan Mạch. Biết rằng các động cơ điện được dùng cho cả các loại quạt, máy nén khí, máy bơm, tủ lạnh lẫn cho sản xuất, biểu đồ tròn ở trên cho thấy khoảng 55.6% năng lượng điện tiêu thụ bởi các động cơ điện, và 35.8% tổng điện năng được dùng trong các ứng dụng HVAC, gồm các bộ thông gió, bộ nén khí, các máy bơm và các tủ lạnh. Không phải tất cả các động cơ điện đều là hoạt động cơ cảm ứng. Một lượng nhỏ năng lượng được tiêu thụ bởi các loại động cơ khác, bao gồm các động cơ đồng bộ, các động cơ DC và các động cơ bước. Dựa trên số liệu bán động cơ tại Mỹ năm 1989 được ước tính trong, 96% các động cơ sông suất hàng ngựa là động cơ cảm ứng. Dù con số này có thể hơi khác lạ tại Châu Âu, có thẻ chắc chắn rằng một lượng rất lớn công suất lái động cơ là dành cho động cơ cảm ứng. Có thẻ kết luận rằng các động cơ cảm ứng chiếm 53% (0.556x0.96=0.53) tổng điện năng tiêu thụ. Chúng ta cúng khảo sát xem điện năng được tiêu thụ trong khoảng công suất nào. Trong phần phân tích nà, tiêu điểm được đặt vào 4 ứng dụng HVAC: các máy thông gió, các máy bơm, các bộ nén khí, và các tủ lạnh. Ta lưu ý đến tổng năng lượng mất mát trong mỗi năm trên hình 2.2. Ở công suất thấp, các bộ thông gió và thiết bị lạnh là các ứng dụng chiếm ưu thế, nhưng ở mức công suất cao, sự khác biệt trở nên nhỏ hơn. Đáng chú ý là trong khi lượng tiêu thụ bởi sự thông gió giảm 6