Điều khiển tối ưu năng lượng động cơ không đồng ba pha

  TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ       BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC   ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA           Chủ nhiệm đề tài: LÊ MINH TÂN LÊ MINH PHONG                     Tháng 02 năm 2017    i   MỤC LỤC  Trang tựa                            TRANG  Mục lục   . i  Danh sách các chữ viết tắt    iv  Danh sách các hình  . ix  Danh sách các bảng   xii  CHƯƠNG TỔNG QUAN  . 1 1.1 Giới thiệu tổng quan   1  1.2 Tổng quan các giải pháp tiết kiệm điện năng cho động cơ KĐB 3 pha   2  1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ    2  1.4 Phạm vi nghiên cứu  . 3  1.5 Phương pháp nghiên cứu  . 3  1.6 Các bước tiến hành   3  1.7 Điểm mới  của đề tài   4  1.8 Giá trị thực tiễn của đề tài   . 4  1.9 Bố cục của đề tài   4  CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ PHỤ TẢI ĐIỆN VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG   5 2.1Tìm hiểu về tiết kiệm năng lượng trong động cơ và các hệ truyền động  cơ khơng đồng bộ   5  2.2 Điều khiển hiệu quả năng lượng của các ứng dụng HVAC   7  2.3 Tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng HVAC bằng cách điều khiển  biến tốc   9  2.4 Các ứng dụng với khả năng tiết kiệm năng lượng bằng điều khiển tốc độ   12  2.5 Kết luận  . 13  CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC LOẠI TỔN HAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG ĐCKĐB   14 ii 3.1 Tổn thất trong động cơ không đồng bộ thay đổi được tốc độ   14  3.1.1 Bộ biến tần  . 14  3.1.2 Động cơ không đồng bộ   16  3.1.3 Truyền động  . 21  3.1.4 Tổn hao lưới với động cơ điều chỉnh tốc độ   23  3.2 Tối ưu hóa năng lượng bằng việc giảm từ thơng motor   25  3.3 Điều khiển tối ưu năng lượng của bộ lái VVFF   27  3.4 Điều khiển tối ưu năng lượng của bộ lái VVVF   29  3.5 Điều khiển trạng thái đơn giản (Simple State Control)   31  3.5.1 Điều khiển cos(  ) (hệ số công suất)   31  3.5.2 Điều khiển tần số trượt stator   32  3.6 Điều khiển dựa vào mơ hình   33  3.6.1 Các động cơ vô hướng   33  3.6.2  Bộ  lái  điều  khiển  vector  hướng  trường  (Field  Oriented  Vector  Controlled Drives)  . 35  3.7 Điều khiển tìm kiếm (search control)   36  3.7.1 Điều khiển tìm kiếm truyền thống  . 36  3.7.2 Điều khiển tìm kiếm dùng Logic mờ và mạng thần kinh nhân tạo  . 39  3.8 Kết luận  . 41  CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TỪ THÔNG ROTOR   43 4.1 Phương pháp điều khiển định hướng trường   43  4.2 Kết luận và hướng nghiên cứu  . 48  CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ THIẾT KẾ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB BA PHA CÓ XÉT ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB   50 5.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tiết kiệm năng lượng  50  5.2 Thiết kế thuật tốn điều khiển tối ưu từ thơng   56  5.3 Xây dựng và mô phỏng khối điều chế từ thông tối ưu   58  iii 5.4 Kết quả mô phỏng  . 64  5.4.1 Kết quả mô phỏng với từ thông tối ưu  . 64  5.4.2 So sánh công suất tiêu thụ ứng với  từ thông tối ưu và  từ thông tham  chiếu ở các chế độ làm việc khác nhau   66  5.4.2.1 So sánh công suất tiêu thụ ứng với  từ thông tối ưu và các từ thông  tham chiếu khác nhau   66  5.4.2.2  So  sánh  công  suất  tiêu  thụ  ứng  với    từ  thông  tối  ưu    và  từ  thông  tham chiếu ở các tốc độ khác nhau   68  5.4.2.3  So  sánh  công  suất  tiêu  thụ  ứng  với    từ  thông  tối  ưu    và  từ  thông  tham chiếu  với các mức tải khác nhau   70  5.5 Kết luận  . 72  CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI   73 6.3 Kết luận  . 73  6.1 Các vấn đề đã thực hiện  . 73  6.2 Hướng phát triển của đề tài   74  TÀI LIỆU THAM KHẢO  . 75                            iv     DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT    Chữ viết tắt   Giải thích chữ viết tắt  EMDS (Electrical Motor Drive System): hệ thống điều khiển động động cơ điện  HVAC ( Heating, Ventilation and Air - Condition ): Nhiệt, thơng gió, Điều hịa   KĐB: khơng đồng bộ  FOC (Field Orientated Control): điều khiển định hướng từ thông  DRFOC (Direct Rotor Field Oriented Control): điều kiển định hướng từ thông rotor gián  tiếp  IRFOC (Indirect Rotor Field Oriented Control): điều kiển định hướng từ thông rotor gián  tiếp  n   Tốc độ đồng bộ   f   Tần số  fαs   Tần số stator trục α  fβs   Tần số stator trục β  fds   Tần số stator trục d  fqs   Tần số stator trục q  p   Số đơi cực   ia, ib, ic Đại lượng dịng điện stator   -   Tọa độ  d-q  Hệ tọa độ  Rs  Điện trở stator  Rr   Điện trở stator  Rd   Điện trở trục d  Rq   Điện trở trục q  is  Dòng điện stator  isd   Điện áp stator trục d  v isq   Điện áp stator trục q  ir  Đòng điện rotor  ird  Điện áp rotor trục d  irq   Điện áp rotor trục q  wa    Đốc độ gốc     Từ thơng móc vịng  m   Từ thơng khe hở khơng khí  r   Từ thơng rotor  s   Từ thông stator   dm   Từ thông định mức   rd   Từ thông rotor trục d   rq   Từ thông rotor trục q   r   Từ thông rotor trục α   r   Từ thông rotor trục β   sd   Từ thông stator trục d   sq   Từ thông stator trục q   s   Từ thơng stator trục α   s   Từ thơng stator trục β  j   Mật độ dịng điện  Ls  Cuộn cảm stator  Ls  Cuộn cảm stator trục α  Ls  Cuộn cảm stator trục β  Lr   Cuộn cảm rotor  Lr  Cuộn cảm rotor trục α  Lr  Cuộn cảm rotor trục β  Lm   Cuộn cảm khe hở khơng khí  us   Điện áp stator    vi usd   Điện áp stator trục d  usq   Điện áp stator trục q  us   Điện áp stator trục α  us   Điện áp stator trục β  ur   Điện áp rotor  urd   Điện áp rotor trục d  urq   Điện áp rotor trục q  us   Điện áp stator trục α  us   Điện áp stator trục β  P   Công suất động cơ  Te  Mômen điện từ  RFe   Điện trở sắt  iFe   Dòng điện sắt.   Ts  Hằng số thời gian stator  Tr   Hằng số thời gian rotor  c  Hệ số từ tản tổng  db   Tốc độ đồng bộ  s   Tốc độ từ thông stator  Pcu,s   Tổn hao đồng stato  Rso  Điện trở stator tại nhiệt độ T0   Rro  Điện trở stator tại nhiệt độ T0       Hệ số nhiệt độ của đồng  Pfe  Tổn hao sắt    Pe  Tổn hao do dịng điện xốy  Ph   Tổn hao do từ trể   γ  Hệ số phụ thuộc vào vật liệu từ hóa  Kh   Hệ số từ trể phụ thuộc vào vật liệu và hình dáng của động cơ.   Ke    Hệ số dịng điện xốy phụ thuộc vào vật liệu và hình dáng của động cơ.  Pcore,s  Tổn hao sắt trong stator  vii Pcore,r  Tổn hao sắt trong rotor  Pcore  Tổng tổn hao sắt   s         Độ trượt  ms         Khối lượng sắt stator  mr         Khối lượng sắt rotor  Pmech        Tổn hao tổng do ma sát và quạt gió          Hệ số ma sát khơ  kvent        Hằng số quạt gió  η         Hiệu suất của động cơ điện khơng đồng bộ  Ploss,rect      Tổn hao truyền dẫn của bộ chỉnh lưu  Prect,out       Công suất đầu ra của bộ chỉnh lưu diode  VD        Điện áp chuyển tiếp của diode   Vdc        Điện áp liên kết với thành phần dc (dc-link voltage)   Ploss,dc-choke      Tổn hao do dc-link choke   Pdc-choke      Tổng điện trở DC trong dc-link chokes   Pinv, in        Công suất đầu vào của bộ chỉnh lưu  Rout-choke       Điện trở dc của cuộn cảm kháng đầu ra  Von,T        Tổn hao do bộ biến tần  V0,T,r0,T, Bcon, T    Hằng số đặc trưng của transistor tổn hao truyền dẫn  V0,T,r0,D, Bcon, D    Hằng số đặc trưng của diode trong tổn hao truyền dẫn  Vo,T , von, D        Điện áp transistor và diode ở trạng thái đóng  iT, iD        Dịng thuận của transistor và diode  Pon,T        Tổn hao cơng suất tức thời của transistor và diode    E(sw,on,T) ; E(sw,off,T)  Tổn hao năng lượng khi transistor đóng và tắt   Esw,D        Tổn hao năng lượng khi diode tắt   Asw,on,T ,Bsw,on,T     Hằng số đặt trưng cho tổn hao khi transistor đóng   Asw,off,T ,Bsw,off,T    Hằng số đặt trưng cho tổn hao khi transistor tắt  A(sw,D) ; B(sw,D)     Hằng số đặt trưng cho tổn hao khi diode tắt  viii P(sw,on,T); P(sw,off,T)   Tổn hao cơng suất ở trạng thái đóng và tắt của 1  transistor  P(sw,D)     fsw  Tần số chuyển mạch      E(con,n)  Dn      Tổn hao công suất ở trạng thái tắt của 1 diode   Tổn hao truyền dẫn trong chu kỳ Tsw    Chu trình hoạt động của transistor ở chu kỳ chuyển mạch n   Dn+1    Chu trình hoạt động của transistor ở chu kỳ chuyển mạch n+1  Esw, n    Tổn hao năng lượng ở một nhánh trong suốt chu kỳ Tsw   Ploss, inv   R’r    Tổng tổn hao cơng suất ở bộ biến tần  Điện trở quy đổi của rotor  L’s    Điện kháng quy đổi của stator  L’m    Điện kháng từ hóa quy đổi    Pcu,s    Tổn hao đồng stator  Pcu,r    Tổn hao đồng rotor                    ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH                            TRANG Hình 1.1 Phân bố lượng điện năng tiêu thụ ở các lĩnh vực  1  Hình 2.1 : Giản đồ tổn hao năng lượng trong động cơ KĐB  . 5  Hình 2.2 : Phân bố nguồn năng lượng sử dụng  trong động cơ KĐB với các  dạng Cơng suất và  phụ tải khác nhau   6  Hình 2.3 : Phân bố nguồn năng lượng tổn hao trong động cơ KĐB với các  dạng Công suất và  phụ tải khác nhau   6 Hình 2.4 : Điều khiển cơ khí cho máy bơm khơng có điều áp  . 9  Hình 2.5 : Điều khiển cơ khí cho máy bơm có điều áp   10  Hình 2.6 : Điều khiển biến tốc cho máy bơm khơng điều áp  . 10  Hình 2.7 : Điều khiển biến tốc cho máy bơm có điều áp   11  Hình 2.8 : Phân bố cơng suất tương đối của các hệ thống bơm từ hình 2.4  đến 2.7  . 11  Hình 3.1 : Xem xét dịng cơng suất chảy qua động cơ  . 14  Hình 3.2 : Bộ chuyển đổi nguồn áp được điều chế độ rộng xung (PWM-VSI)  với  diode  chỉnh  lưu  được  sử  dụng  phổ  biến  trong  các  bộ  điều  khiển  tiêu  chuẩn   15  Hình 3.3 : Sơ đồ thay thế của động cơ khơng đồng bộ ba pha   16  Hình 3.4 : Dịng hiệu dụng khi được nối trực tiếp với lưới điện và khi được  nối thơng qua một bộ converter   24  Hình 3.5 : Đường  cong  hiệu suất  ở  tốc  độ  định mức  với  từ thơng  khe  hở  khơng khí khơng đổi và với hiệu suất được tối ưu của một motor 2.2kW   25  Hình 3.6 : Động cơ không đồng bộ được điều khiển bằng một bộ converter  VVFF (khởi động mềm)   28  Hình 3.7 :Bộ PWM-VSI với diode chỉnh lưu trong phần lớn các ASD (bộ  lái điều khiển được tốc độ) ngày nay   29  x   Khi  n = 300 v/p, Tm = 60 N.m (giữ momen tải ở định mức), ta tra được các thông  số fsl = 0.46  (tần số trượt),  ψ m = 0.58    f 50 Tần số stator:         fs = =   = 25Hz   p Suy ra hệ số trượt:  s = fsl 0.46 =   = 0.0185   fs 25 Suy ra:  Pcore1  = 18.02(1+0.69×0.0185).0.581.8 ×25+0.234(1+0.69×0.01852 )0.582 ×252         = 220.35 W   Suy ra: Pcore = 6.03x220.35 = 1322 W    Ta có:  K3 =          ΔPcore0 314 ×ψ  =  r0 1322 314 ×0.96 14.5   ψ = Te  2852+ ω  76   -0.25  =  Te 2852+0.19ω2 * ropt   = 14.5×10-3    -0.25   Từ trường hợp 1, 2 và 3 ta có cơng thức chung để tính từ thơng tham chiếu như cơng thức  5.18:    -0.25   14.5   ψ =  Te  2852+ ω  76     Từ cơng thức 5.12  thiết kế một hệ thống con với ngõ vào là tín hiệu tốc độ rotor  * ropt  =  Te 2852+Kω2  -0.25      (5.18)  hồi tiếp, ngõ ra là tín hiệu từ thơng tham chiếu theo cơng thức:  Trong đó hệ số K= 0.13; 0.45; 0.19.  Hình 5.9 Sơ đồ mơ phỏng khối điều chế từ thơng tối ưu  lxxv   Hình 5.10 Vị trí của khối điều chế từ thơng tối ưu theo thuật tốn tiết kiệm năng  lượng trong mơ hình điều khiển               (khối màu xanh lá - ngõ vào: tốc độ hồi tiếp, Ngõ ra : từ thơng tối ưu).  5.4 Kết mơ 5.4.1 Kết mô với từ thông tối ưu    Thiết lập các thơng số mơ phỏng:  - Tốc độ đặt khơng đổi 120 rad/s   - Mơmen thay đổi từ 0 đến 200 N.m ở t = 1.8s   - Khối từ thơng rotor tối ưu chọn K = 0.19      lxxvi Hình 5.11 Đồ thị các thành phần U, I, ω , Tm của từ thơng tối ưu    Hình 5.12 Đồ thị từ thơng tối ưu  ψ r opt   *   Hình 5.13 Đồ thị cơng suất tiêu thụ  của động cơ với từ thơng tối ưu  Nhận xét: Điện áp dây Vab ngõ ra bộ nghịch lưu cung cấp cho điện áp mạch stator có biên  độ 780V, điện áp này được điều chế theo ngun lý độ rộng xung (PWM).  Dịng xoay chiều 3 pha, ngõ ra bộ nghịch lưu cung cấp cho mạch stator động cơ.  Dịng điện ban đầu lớn vì đây là dịng khởi động của động cơ sau 0.7s thì dịng giảm  xuống  hoạt  động  ở  chế  độ  không  tải  xác  lập.  Đến  thời  điểm  t  =  1.8s  đóng  tải  thì  dịng tăng dần và giữ giá trị ổn định trong suốt thời gian xác lập.  Đáp ứng tốc độ đã bám hồn tồn theo tốc độ đặt là 120 rad/s sau 3.5s và đảm  bảo các tiêu chuẩn ổn định của hệ thống điều khiển tự động.  lxxvii Đáp  ứng  mômen  điện  từ  cho  thấy  khi  khởi  động  mômen  đạt  giá  trị  cực  đại  Tmax = 300 N.m , ở chế độ xác lập không tải  dω =0  Te = Tm =0 , do đó ta thấy đáp  dt ứng mơmen dần về 0. Vào thời điểm t = 1,8 s đóng tải Tm = 200 N.m, mơmen điện  từ tăng dần và đạt giá trị 200 N.m ở xác lập.  Trong  thời  gian  khởi  động  từ  thông  rotor  tối  ưu  đạt  giá  trị  lớn  sau  đó  giảm  xuống, đến thời điểm t = 1.8 s đóng tải vào thì  tăng dần và đạt giá trị  ψ*r =1.16 Wb   opt ổn định trong suốt thời gian xác lập.  Trong thời gian khởi động cơ tiêu thụ cơng suất  cực đại Pmax = 39950 W tại t =  0.7 s. Khi đi vào chế độ xác lập khơng tải, cơng suất tiêu thụ giảm dần về 0 và khi  đóng  tải cho  động cơ  tại t  =  1.8  s  công  suất tăng  dần  và  đạt  giá trị  ổn định  trung  bình khoảng Pmax = 28500 W.  5.4.2 So sánh cơng suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu từ thông tham chiếu chế độ làm việc khác 5.4.2.1 So sánh công suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu từ thông tham chiếu khác Thiết lập các thông số mô phỏng:  - Tốc độ đặt khơng đổi 120 rad/s   - Mơmen thay đổi từ 0 đến 200 N.m ở t = 1.8s   - Khối từ thơng rotor tối ưu chọn K = 0.19  lxxviii Hình 5.14 Đồ thị cơng suất tiêu thụ  của từ thơng tối ưu và các từ thơng tham  chiếu khác nhau Nhận xét: Đường cong màu  xanh dương là các đường cong cơng suất tiêu thụ khi sử dụng  thuật tốn tối ưu năng lượng. Chúng nằm ở vị trí thấp hơn so với các đường cong  khác. Đặc biệt ở chế độ khởi động (t = 0 – 0.7 s), Pmax = 39950 W. Ở giai đọan xác  lập khỏang P = 28500 W.  Đường cong màu hồng tương ứng với cơng suất của từ thơng rotor tham chiếu  định mức, nó nằm cao hơn so với  đường cơng suất với từ thơng tối ưu P = 41200  W ở giai đọan q độ và khoảng P = 30000 W ở giai đoạn xác lập.   Đường cong nằm trên cùng màu xanh lá cây (phir* = 0.7) và màu đỏ (phir* =  0,6)  ở  giai  đọan  quá  độ  Pmin  =  27000  W,  Pmax  =  52000  W.  Ở  giai  đọan  xác  lập  khỏang P = 34000 W và P = 35 000 W.   Phần trăm năng lượng tiết kiệm được giữa khi sử dụng từ thông tối ưu và từ  thông tham chiếu phir* = 0,96:  %P  P   P  r ropt P    2.85  100%  5%   r Phần trăm năng lượng tiết kiệm được giữa khi sử dụng từ thông tối ưu và từ  thông tham chiếu phir* = 0,7:  lxxix %P  P   P  r ropt P   3.4  2.85 100%  16.1%   3.4 r Phần trăm năng lượng tiết kiệm được giữa khi sử dụng từ thông tối ưu và từ  thông tham chiếu phir* = 0,6:  %P  P   P  r ropt P   3.5  2.85  100%  18.5%   3.5 r Ta thấy rằng thuật tốn tối ưu năng lượng mà cụ thể là cơng thức tính từ thơng  rotor theo tín hiệu hồi tiếp tốc độ  đã làm cực tiểu tổn hao đồng và tổn hao sắt từ  trong động cơ khơng đồng bộ, từ đó đã làm giảm cơng suất tiêu thụ cho hệ thống ở  chế độ khởi động và xác lập, đặc biệt là đối với các từ thơn tham chiếu càng nhỏ thì  năng lượng tiết kiệm càng lớn.  5.4.2.2 So sánh cơng suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu từ thông tham chiếu tốc độ khác Giá trị đặt: - Thời gian [0 4 6]  - Tốc độ [100 120 140] rad/s   - Mơmen thay đổi từ 0 đến 200 N.m ở t = 1.8 s   - Khối từ thơng rotor  K = 0.19    lxxx Hình 5.15 Đồ thị các thành phần U, I, ω , Tm với từ thơng tối ưu ở các tốc  độ 100,120,140 rad/s  Hình 5.16 Đồ thị cơng suất tiêu thụ của từ thơng tối ưu và từ thơng tham  chiếu với các tốc độ khác nhau  Cơng suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu từ thông tham chiếu tốc độ 90 rad/s: Thiết lập thông số mô phỏng:  - Tốc độ 90 rad/s   - Mômen thay đổi từ 0 đến 200N.m ở t = 1.8 s   - Khối từ thông rotor  K = 0.19  lxxxi Hình 5.17 Đồ thị các thành phần U, I,  , Tm, với từ thơng tối ưu ở tốc độ  90 rad/s  Hình 5.18  Đồ thị cơng suất tiêu thụ của từ thơng tối ưu và từ thơng tham  chiếu với tốc độ 90 rad/s  Nhận xét: Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:  %ΔP= Pψ* -Pψ* r ropt Pψ* = 2.4-2.2 ×100% = 8.3%   2.4 r Công suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu luôn nằm thấp hơn so với công suất  tiêu thụ của từ thông tham chiếu. Công suất tiêu thụ giảm mạnh ở  các tốc độ thấp  hơn định mức.  5.4.2.3 So sánh công suất tiêu thụ ứng với từ thông tối ưu từ thông tham chiếu với mức tải khác Thiết lập thông số mô phỏng: - Tốc độ đặt không đổi 120 rad/s   - Mômen thay đổi từ 0 đến 180N.m ở t = 1.8s   - Khối từ thông rotor tối ưu chọn K = 0.19  lxxxii Hình 5.19 Đồ thị các thành phần U, I,  , Tm, của từ thơng tối ưu với mơn men tải  T=180 N.m  Hình 5.20 Đồ thị cơng suất tiêu thụ của từ thơng tối ưu và từ thơng tham chiếu  với moomen tải T=180 N.m   Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:  %ΔP= Pψ* -Pψ* r ropt Pψ* r lxxxiii = 2.7-2.6 ×100% = 3.7 %   2.7 Thiết lập thông số mô phỏng: - Tốc độ đặt khơng đổi 120 rad/s   - Mơmen thay đổi từ 0 đến 150 N.m ở t = 1.8s   - Khối từ thơng rotor tối ưu chọn K = 0.19    Hình 5.21 Đồ thị các thành phần U, I,  , Tm, của từ thơng tối ưu với mơn men tải  T=150 N.m Hình 5.22 Đồ thị cơng suất tiêu thụ của từ thơng tối ưu và từ thơng tham chiếu với  momen tải T=150 N.m  Nhận xét:   Cơng suất tiêu thụ giảm mạnh hơn trong trường hợp động cơ mang tải lớn, với  các tải nhỏ thì cơng suất tiêu thụ ứng với từ thơng tối ưu và từ thơng tham chiếu gần  bằng nhau.  lxxxiv 5.5 Kết luận   Từ kết quả mơ phỏng thấy rằng ở trạng thái xác lập, phương pháp điều khiển tiết  kiệm năng lượng đã đạt được kết quả phù hợp với lý thuyết. Như vậy với việc điều  khiển từ thơng như thuật tốn ban đầu đã giới thiệu, thì cơng suất tiêu thụ trên động  cơ  là  nhỏ  nhất.  Một  nhược  điểm  của  phương  pháp  này  là  chưa  chứng  minh  được  tính tối ưu năng lượng trong giai đoạn q độ và khởi động của hệ thống. Mặc dù  vậy, thuật tốn vẫn có một ý nghĩa quan trọng vì trong thực tế thời gian khởi động  và q độ là rất nhỏ so với thời gian xác lập, cho nên cơng suất tiêu tán trong giai  đoạn này là khơng đáng kể.  Dựa trên mơ hình điều khiển động cơ KĐB theo phương pháp tựa từ thơng rotor,  đã thiết kế khối điều chế đáp ứng từ thơng rotor theo tín hiệu tốc độ hồi tiếp. Với từ  thơng này cơng suất tiêu thụ của hệ thống có giảm so với từ thơng định mức và đặc  biệt giảm  mạnh so với các từ thơng khác định  mức. Việc sử dụng vẽ đồ thị trong  Matlab giúp cho việc so sánh khi sử dụng các giá trị từ thơng khác nhau, từ đó đánh  giá được hiệu quả của thuật tốn  tìm ra từ thơng tối ưu tiết kiệm năng lượng.  lxxxv Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận Bằng  các  kết  quả  mơ  phỏng  dựa  trên  mơ  hình  điều  khiển  động  cơ  KĐB  theo  phương pháp định hướng tựa từ thơng rotor , sử dụng các giải thuật và mơ hình điều  khiển tối ưu đề xuất, có thể tiết kiệm từ 3,7% đến 18,5 % năng lượng mà vẫn đảm  bảo chất lượng điều khiển cao của động cơ ở các tốc độ và các tải khác nhau.  6.2 Các vấn đề thực  Tìm hiểu tổng quan về phụ tải điện HVAC và khả năng tiết kiệm của chúng   Trình bày các vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển theo hướng  tiết kiệm năng lượng   Xây dựng giải thuật điều khiển ĐCKĐB tiết kiệm năng lượng   Thực hiện mơ phỏng giải thuật trên phần mềm Matlab   Nhận xét và đánh giá kết quả mơ phỏng   So sánh kết quả của giải thuật tiết kiệm với từ thơng rotor tối ưu với từ thơng  tham chiếu. Nhận xét và đánh giá kết quả đề tài đã thực hiện việc tìm hiểu  các  mơ  hình  tổn  hao  trong  động  cơ  KĐB,  đây  là  kết  quả  tổng  hợp  từ  các  nghiên  cứu  khác  nhau  trên  tồn thế  giới,  để  đưa ra  cái  nhìn tổng  qt  tồn  diện về lĩnh vực nghiên cứu. Từ các mơ hình tổn hao trên và bằng phương  pháp phân tích đã đưa ra một số phương pháp điều khiển trong từng trường  hợp cụ thể nhằm tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng.  Trên cơ sở cực tiểu hàm tổn hao cơng suất trong động cơ (tổn hao đồng, tổn hao  lõi  thép)  và  tìm  ra  sự  phụ  thuộc  của  từ  thông  rotor  vào  tốc  độ  và  mômen   r  f  , Te    Đề  tài  đã  chọn  mơ  hình  điều  khiển  vector  cụ  thể  là  mơ  hình  điều  khiển  động cơ  KĐB  định  hướng  tựa  véc từ  thơng  rotor  để tính  tốn các giá  trị  từ  lxxxvi thơng u cầu  *r  , mà ứng với nó cho ta các đáp ứng cơng suất tiêu thụ đạt sự tối  ưu tiết kiệm năng lượng.  6.3 Hướng phát triển   Thực nghiệm giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng trong đề tài trên mơ  hình thật. Nhận xét, so sánh và đánh giá kết quả so với lý thuyết đã mơ phỏng. Trên  cơ sở đó có thể ứng dụng chế tạo thiết bị điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm  năng lượng     Thực  hiện  mô  phỏng  các  giải  thuật  điều  khiển  tiết  kiệm  năng  lượng.  Nhận  xét  và  so  sánh  kết  quả  để  đưa  phương  án  tiết  kiệm  tốt  nhất  và  cuối  cùng  thực  nghiệm trên mơ hình.  Có thể nghiên cứu thuật tốn tối ưu năng lượng trên các mơ hình điều khiển  véctơ khác như: điều khiển tựa từ thơng stator, tựa từ thơng khe hở khơng khí. Có  thể  theo  các  mơ  hình  này  có  thể  đạt  được  những  tối  ưu  hơn  so  với  sơ  đồ  truyền  thống.  Một hướng cũng cần nghiên cứu thêm là các tổn hao trong các thiết bị biến  đổi cơng suất và đưa ra giải thuật điều khiển tối ưu cho các thiết bị này.  Trên  mơ hình điều  khiển véc tơ:  định hướng tựa từ thơng rotor,  mặc dù có  một số ưu điểm như: phân tích tự động điều khiển mơmen và từ thơng, hệ vận hành  ổn định và chính xác. Tuy nhiên đặc tính của hệ phụ thuộc rất nhiều vào việc xác  định chính xác các thơng số của động cơ, u cầu này thường khó thỏa mãn trong  thực tế. Do đó hướng phát triển của đề tài là áp dụng các phương pháp điều khiển  bằng quan sát, nhận dạng gián tiếp đặc biệt đối với từ thơng và vận tốc. Theo hướng  này ta cũng đã khử bỏ các cảm biến đo trực tiếp làm tăng độ tin cậy của hệ thống.              lxxxvii     TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]  Nguyễn  Phùng Quang,”  Matlab  và Simulink dành cho kỹ  sư điều khiển tự động”,  NXB Khoa học và Kỹ thuật.  [2] TS. Phan Quốc Dũng, Ths. Tô Hữu Phúc, “Truyền Động Điện”, NXB Đại học Quốc  gia Tp. HCM.  [3]  TS.  Nguyễn Phùng  Quang,  “Truyền  Động  Điện  Thông  minh”,  NXB  Khoa  học  và  Kỹ thuật.   [4] Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems,  International Energy Agency, 2011.  [5]  Fleming  Abrahamsen,  Energy  Optimal  Control  of  Induction  Drives,  Aalborg  University, Feb- 2000.  [6] Rakesh Singh Lodhi, Payal Thakur,” Performance & Comparison Analysis of  Indirect Vector Control of Three Phase Induction Motor”, IJETAE Vol 3, Issue  10, Oct 2013.  [7] Lê Minh Phương, Lê Đức Dũng, Nguyễn Viết Thuyên, Nguyễn Hoài Phong,”  Điều  khiển  trực  tuyến  giảm  tốn  hao  trong  Động  cơ  cảm  ứng  trên  cơ  sở  DSP  TMS320LF2812”, tạp chí phát triển KH&CN, tập 16, số K4-2013.  [8] Rahul Joge, A. S. Sindekar, “PI Controller and Fuzzy Logic Controller based  Loss  Minimization  Techniques  for  Induction  Motor  Drives”,  IJETAE  Vol  4,  Issue 5, May 2015.  [9] Lê Việt Sô,” Điều khiển động cơ không  đồng bộ ba pha ở chế  độ tiết kiệm  năng lượng”, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, 2012.  [10]  Nguyễn  Thanh  Tuấn  “Nghiên  cứu  các  phương  pháp  tiết  kiệm  điện  năng  trong hệ truyền động động cơ không đồng bộ pha”, trường Đại Học Sư phạm Kỹ  thuật TP.HCM, 2014  lxxxviii [11]  Zengcai  Qu,  Mikaela  Ranta,  Marko  Hinkkanen  and  Jorma  Luomi,”  Loss  Minimizing  Flux  Level  Control  of  Induction  Motor  Drives”,  IEEE  transactions  on industry applications, vol. 48, no. 3, may/june 2012   lxxxix ... : Hiệu quả của các? ?bộ? ?truyền? ?động? ?lái motor   22  Bảng 3.3 : Ước? ?lượng? ?của các phương pháp? ?điều? ?khiển? ?tối? ?ưu? ?năng? ?lượng? ? cho? ?bộ? ?lái? ?động? ?cơ? ?không? ?đồng? ?bộ? ? . 42  Bảng 5.1 : Thông số? ?động? ?cơ? ?tiêu chuẩn dùng trong sơ đồ mô phỏng như sau ... Nghiên cứu khả? ?năng? ?tiết kiệm? ?năng? ?lượng? ?các? ?động? ?cơ? ?điện   - Đề  xuất  phương  pháp  thiết  kế  bộ? ? điều? ? khiển? ? động? ? cơ? ? điện  có  xét  đến  tiết  kiệm? ?năng? ?lượng? ? - Thiết kế giải thuật? ?điều? ?khiển? ?động? ?cơ? ?xét đến tiết kiệm? ?năng? ?lượng? ?... PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA 3.1 Tổn thất trong? ?động? ?cơ? ?khơng? ?đồng? ?bộ? ?thay đổi được tốc độ  Hình 3.1 trình bày dịng? ?năng? ?lượng? ?chảy qua? ?động? ?cơ? ?từ nguồn vào đến tải  (bộ? ?