Điều khiển động cơ không đồng bộ ở chế độ tiết kiệm năng lượng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ZY LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ Ở CHẾ ĐỘ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Chuyên ngành: Điều Khiển Học Kỹ Thuật Mã số ngành : 2.05.01 GVHD: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc HVTH: KS Phạm Thiên Duy Tp Hồ Chí Minh, năm 2007 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 200 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phái: Ngày, tháng, năm sinh: .Nơi sinh: Chuyên ngành: MSHV: I- TÊN ĐỀ TÀI: II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi Quyết định giao đề tài): IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH Luận văn thạc sĩ tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH 1/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Lời cảm ơn, Quyển luận văn hoàn thành kiến thức q báu mà em có ngày hôm nhờ trình dạy bảo tận tình Thầy, Cô năm tháng qua, hết Thầy, Cô khoa Điện – Điện Tử, trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Lời đầu cho luận văn em kính gởi lời cảm ơn chân thành đến TSKH Hồ Đắc Lộc, người Thầy tận tình dạy bảo, uốn nắn kịp thời sai sót thời gian qua Em xin gởi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cô khoa Điện – Điện Tử trang bị cho em kiến thức q báu trình học tập, nghiên cứu trường Con xin chia sẻ niềm vui Cha Mẹ, người dõi theo bước Mình xin gởi lời cảm ơn chân tình đến tất bạn bè học tập nghiên cứu suốt thời gian qua bước đường sau naøy Luận văn thạc sĩ 2/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Bách Khoa 1-2007 Phạm Thiên Duy Luận văn thạc sĩ 3/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Nhận Xét CBHD Cán Bộ Hướng Dẫn (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Luận văn thạc sĩ 4/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Tóm tắt luận văn Mục tiêu đề tài Nghiên cứu ứng dụng phương pháp điều khiển tối ưu theo hướng tiết kiệm lượng ứng dụng điều khiển động không đồng Đề tài giải vấn đề xã hội quan tâm: giải tổn thất lượng thiết bị điện động khơng đồng đối tượng sử dụng rộng rãi cơng nghiệp dân dụng Tính khoa học cần thiết đề tài - Năng lượng đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế - xã hội Nhu cầu sử dụng lượng (sản xuất, sinh hoạt, kinh doanh, hoạt động khác…) ngày cao, dự trữ lượng tự nhiên ngày cạn kiệt Chính vậy, năm gần đây, vấn đề phương pháp tiết kiệm lượng, đặc biệt lượng điện, phát triển công nghệ tiết kiệm lượng nhà khoa học, nhà công nghệ giới đặc biệt quan tâm - Các nguyên lý tiết kiệm lượng đề xuất đa dạng – xuất phát từ kết cấu thiết bị (sử dụng vật liệu mới, hoàn thiện kết cấu…), xuất phát từ lựa chọn cấu trúc cơng nghệ tổn hao lượng nhất, xuất phát q trình vận hành thiết bị (vận hành tối ưu, điều khiển tối ưu mặt tổn hao lượng) Tuy vậy, nghiên cứu giới thực chủ yếu theo định hướng sau: + Hoàn thiện thiết kế hệ thống; + Vận hành hệ thống tối ưu mặt chi phí lượng; + Ứng dụng nguyên lý điều khiển cơng suất thích hợp (các thiết bị biến tần); + Nghiên cứu quy luật biến đổi lượng hệ thống từ xây dựng giải thuật điều khiển tối ưu mặt chi phí lượng - Các phương pháp tiết kiệm lượng ứng dụng thực tế chủ yếu xuất phát từ định hướng đầu Về người ta sử dụng biến tần để phối hợp công suất hợp lý hệ thống điện phụ tải Phương pháp tỏ hiệu với hệ thống có phụ tải học biến đổi khoảng lớn, phát huy hiệu với phụ tải ổn định, hay đầy tải Từ nhu cầu trên, việc tìm kiếm giải thuật điều khiển động khơng đồng theo hướng cực tiểu hóa hàm chi phí lượng cần thiết Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp tỏ hiệu cho toán tiết kiệm lượng Luận văn thạc sĩ 5/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Mục lục Chương 1: Giới thiệu 1.1 Điều khiển hiệu lượng ứng dụng HVAC .9 1.2 Tiết kiệm lượng ứng dụng HVAC cách điều khiển biến tốc 11 1.3 Các ứng dụng với khả tiết kiệm lượng điều khiển tốc độ .14 1.4 Thống kê sử dụng động cảm ứng .15 1.5 Phát biểu vấn đề 17 1.6 Xác định vấn đề 18 Chương 2: Tổng quan phương pháp điều khiển tối ưu lượng động không đồng 21 2.1 Tổn thất động không đồng thay đổi tốc độ 21 2.1.1 Bộ biến tần .21 2.1.2 Động cảm ứng (động không đồng bộ) 22 2.1.3 Truyền động .24 2.1.4 Tổn hao lưới với động điều chỉnh tốc độ .25 2.2 Tối ưu hóa lượng việc giảm từ thơng motor 27 2.3 Điều khiển tối ưu lượng lái VVFF .29 2.4 Điều khiển tối ưu lượng lái VVVF 31 2.5 Điều khiển trạng thái đơn giản (Simple State Control) 32 2.5.1 Điều khiển cos( ϕ ) (hệ số công suất) .32 2.5.2 Điều khiển tần số trượt stator 33 2.6 Điều khiển dựa vào mơ hình 34 2.6.1 Các động vô hướng .34 2.6.2 Bộ lái điều khiển vector hướng trường (Field Oriented Vector Controlled Drives) 36 2.7 Điều khiển tìm kiếm (search control) .37 2.7.1 Điều khiển tìm kiếm truyền thống 37 2.7.2 Điều khiển tìm kiếm dùng Logic mờ mạng thần kinh nhân tạo 39 2.8 Kết luận 41 Chương 3: Thiết kế thuật toán điều khiển tối ưu lượng 42 Luận văn thạc sĩ 6/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng 3.1 Xây dựng thuật toán: 42 3.2 Kết luận: 46 Chương 4: Kết mô 47 4.1 Sơ đồ mô phỏng: 47 4.2 Kết luận: 52 Chương 5: Thiết kế phần cứng kết 53 5.1 Khối vi điều khiển 55 5.2 Khối mạch đo cách ly 56 5.3 Khối nghịch lưu điều khiển công suất ngõ 58 5.4 Lưu đồ chương trình 60 5.5 Kết luận 61 Chương 6: Kết luận hướng phát triển đề tài 63 6.1 Các phương pháp điều khiển 63 6.2 Phương pháp điều khiển tối ưu ứng dụng HVAC 63 6.3 Phương pháp điều khiển sử dụng 64 6.4 Hướng phát triển đề tài 64 Tài liệu tham khảo 64 Phụ lục 65 Luận văn thạc sĩ 7/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Chương 1: Giới thiệu Nhiều chuyên gia môi trường thấy mối liên hệ khí hậu với sinh khí CO2 bầu khí Trong năm vừa qua, nhiệt độ trung bình tồn cầu tăng nhẹ đặt nhiệm vụ cho quốc gia cơng nghiệp: phải làm giảm lượng khí thải CO2 tương lai Ví dụ phủ Đan Mạch có kế hoạch “Energy21” tự cam kết đến năm 2005 phải giảm lượng khí thải CO2 20% so với năm 1988 Một nhóm chuyên gia khí hậu Liên hiệp quốc ước tính để tránh biến đổi nghiêm trọng khí hậu, lượng khí thải CO2 phải giảm nửa từ năm 1990 đến năm 2030, nhiệm vụ tương lai nhiều nước công nghiệp Một phương pháp để đạt mục đích giảm lượng tiêu thụ điện năng, đặc biệt quốc gia nghèo Việt Nam, lượng thủy điện không ổn định hạn hán, thiên tai Những yếu tố mơi trường nói tiêu quan trọng sách lượng Việt Nam lý cho việc giảm mức tiêu thụ điện Nhưng đồng thời cịn có lý khác Sự tiêu thụ điện nhiệt gia tăng bất chấp mục tiêu sách, sớm muộn cần phải có đầu tư lớn cho hệ thống cung cấp truyền tải điện Nếu giảm mức tiêu thụ điện năng, đầu tư loại bớt tiết kiệm nhiều tiền Với người sử dụng cuối cùng, tất nhiên có động tiết kiệm tiền họ thực cơng việc tiêu thụ lượng cách dùng quy trình chuyển đổi lượng hiệu Một phần lớn điện tiêu thụ động cảm ứng Chúng sử dụng nhiều lĩnh vực khác bao gồm gia dụng, công nghiệp, thương mại, dịch vụ công cộng, máy kéo nông nghiệp Trong thực tế, động điện tiêu thụ khoảng 56% tổng lượng điện, đó, động cảm ứng chiếm 96% [1, tr.156] Điều chứng tỏ khoảng 53% tổng điện tiêu thụ động cảm ứng Sự sử dụng rộng rãi động cảm ứng dẫn đến thực tế giảm mát lượng việc điều khiển động cảm ứng vài phần trăm đủ tạo hiệu lớn tổng số điện tiêu thụ Lý việc sử dụng phổ biến động kiểu người biết: giá rẻ, nhỏ gọn, bảo trì khơng tốn có khả khởi động trực tiếp Dù động cảm ứng thuộc cấp thấp so với động động đồng dùng nam châm vĩnh cửu động DC mặt hiệu suất danh định, thiết bị tiêu thụ điện nhiều năm qua ưu điểm sử dụng phổ biến Luận văn thạc sĩ 8/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Với mục đích giảm điện tiêu thụ động cảm ứng, đặc biệt quan tâm giải phận thị trường tiêu thụ gọi ứng dụng HVAC HVAC, viết tắt nhứng chữ Heating (thiết bị nhiệt), Ventilation (thơng gió) Air-Condition (điều hồ khơng khí), nhóm ứng dụng có liên hệ đến động cảm ứng Các thiết bị có ứng dụng HVAC tiêu biểu thơng gió, máy bơm, nén khí tủ lạnh Trong chương sau, thấy rõ thiết bị tiêu thụ phần lớn tổng số điện tiêu thụ động cảm ứng Lý để quan tâm đến ứng dụng HVAC nhiều thiết kế ngày nay, ứng dụng lái động cảm ứng tốc độ khơng đổi, kết tiến trình điều khiển phương tiện khí, làm mát lượng lớn lượng Nhưng ứng dụng HVAC điều khiển tốc độ, mát lượng giảm đáng kể Các động cảm ứng truyền thống vận hành trực tiếp từ lưới thơng qua khởi động mềm, với tốc độ không đổi Nhưng kể từ có phát triển chuyển đổi công suất điện tử năm 70, ngày sử dụng lái điều chỉnh tốc độ (ASD – Adjustable Speed Drives) Điều có nghĩa là, cách thêm chuyển đổi động hệ thống cũ lưới điện, đạt lái động điều chỉnh tốc độ mà giữ tất ưu điểm động cảm ứng liệt kê phần Trong ứng dụng, đơn giản cách chèn converter bỏ điều khiển khí (ví dụ: van), giảm lượng đáng kể Vì ứng dụng HVAC chiếm tỷ lệ lớn tổng điện tiêu thụ, điều khiển tốc độ biến đổi đóng góp lớn cho việc giảm lượng tiêu thụ Các quy trình đại cải tiến lái động Hiệu suất động cải tiến thành động gọi động hiệu suất cao cách chế tạo động sử dụng nhiều loại vật liệu Hơn nữa, hiệu suất toàn lái tối ưu hoá cách sử dụng điều khiển tối ưu lượng trực tuyến Đề tài tập trung đặc biệt vào vấn đề cuối, tìm kiếm phát triển chiến lược điều khiển chi phí thấp cho converter động cảm ứng để tối thiểu hoá lượng mát điều kiện tải Để thực việc này, sử dụng động điện ứng dụng HVAC phân tích sâu hơn, để đồ án tập trung vào lĩnh vực có khả tiết kiệm lượng cao Trong phần giới thiệu này, trước tiên đề cập đến điều khiển ứng dụng HVAC Sau phân tích lượng tiết kiệm cách điều khiển tốc độ, ứng dụng khoảng cơng suất tiết kiệm công suất đạt lớn Sự phân tích dẫn đến phát biểu chi tiết vấn đề giải đề tài 1.1 Điều khiển hiệu lượng ứng dụng HVAC Các nhiệm vụ tiêu biểu việc lắp đặt HVAC điều khiển áp suất, lưu lượng, nhiệt độ mức chất lỏng, việc lựa chọn phương pháp điều khiển Luận văn thạc sĩ 9/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Vi điều khiển Motorola 68HC908 tích hợp sẵn chuyển đổi A/D để chuyển tín hiệu tương tự đo thơng số dịng điện điện áp khâu DC thành tín hiệu số để xử lý Như thiết kế vào cho vi điều khiển gồm có: ngõ vào tương tự, ngõ vào số để đo tốc độ, ngõ vào bàn phím nhấn để chọn chế độ lập trình sẫn ngõ để điều khiển nghịch lưu hiển thị 5.2 Khối mạch đo cách ly Khối mạch điều khiển cách ly hoàn toàn với board mạch công suất vi mạch cách ly quang điện từ, sơ đồ khối khâu cách ly sau: J J7 J8 GNDA isol 10 11 12 13 14 15 VCC +15V iso AD_v oltage VCC iso AD_Current Ov er-Current I sense GNDA I sense Sensing board Connector GND V_bus Sense J9 Voltage and Current Sensing SPD Tacho connector VCC Tacho GND Tacho Tacho IC SPEED SENSING 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 UNI2 Khâu cách ly cấp nguồn độc lập (được cách ly hoàn toàn với khối điều khiển) thực truyền tín hiệu tương tự qua mạch cách ly Luận văn thạc sĩ 56/71 I sense I sense GNDA isol GNDA_I C48 100uF/16V +15V ISO - 10 + +15V iso C47 47uF/25V GNDA_I U13B MC34074 +15V ISO R64 2K R54 22 GNDA_I C49 104 +15V ISO GNDA_I 1K R66 10 GND VCC C50 104 U14 GNDA VCC C51 104 HCPL7800 U16 HCPL7800 C46 10nF D19 5V6 GNDA_I GNDA_I R60 VCC ISO C40 10nF GNDA_I D18 5V6 MC34074 U13C GNDA_I +15V ISO VCC ISO GNDA_I C44 3n3 2K0 R59 MC34074 1K R50 VCC iso GNDA_I 100 R58 R56 U13A GNDA_I GNDA_I 22K - + 11 11 V_bus Sense 11 GNDA VCC GNDA VCC 5K R70 GNDA GNDA 2K2 2K2 C42 GNDA - + U15B + 1M 4K7 VCC R68 GND VCC LM339 VCC GND GNDA 4K7 R52 U12B R65 4K7 33K R62 MC33202 U15A 150nF R71 VCC MC33202 GNDA - + VCC 12K R57 150K R55 13K R67 12K GNDA C45 150pF 150nF C41 2K2 R53 C43 100nF R61 R63 2K2 R51 C39 100nF VCC 13K +15V ISO VCC ISO C38 + - Luận văn thạc sĩ 12 R49 R69 1K Ov er-Current AD_Current GND GNDA VCC AD_v oltage Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Mạch thiết kế sử dụng IC HCPL7800 để truyền tín hiệu tương tự mà đảm bảo giá trị xác tuyến tính theo ngõ vào Tồn mạch hoạt động nguyên tắc khuếch đại tuyến tính dùng op-amp 57/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Mạch đo tốc độ động nhìn khơng thấy cách ly điện, nhiên hệ thống cách ly cảm biến khơng có liên hệ điện với phần động lực (mạch lái) motor VCC VCC + GND C35 100uF/16V VCC R43 100K VCC GND R44 15K 10K R47 + Tacho 2.2K C36 224/100V Tacho U12A Tacho IC 12 6.8K R45 R46 VCC D17 R48 1N5817 LM339 VCC 470 GND GND GND GND C37 104 GND GND 5.3 Khối nghịch lưu điều khiển công suất ngõ Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu dùng để điều khiển công suất ngõ cung cấp cho động sử dụng linh kiện FET (hoặc thay IGBT) để dễ dàng việc điều khiển hệ thống: Luận văn thạc sĩ 58/71 Luận văn thạc sĩ J1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 VCC J6 VCC C16 10uF/50V C19 100nF VCC ISO C20 1000uF C22 10uF 330 R23 330 R21 330 R17 330 R13 330 R10 330 R6 330 R2 +15V ISO VCC ISOLATION BARRIER C21 100nF ISOLATED-AUXILIARY POWER SUPPLY C15 100nF AUXILIARY -POWER SUPPLY J3 UNI2 8*10K RN1 4 4 4 U1 8 U6 8 U10 HP4504 HP4504 U9 HP4504 U7 HP4504 HP4504 U4 HP4504 U3 HP4504 C17 100nF C13 100nF C10 100nF C8 100nF C5 100nF C3 100nF C1 100nF VCC ISO 2K2 R22 2K2 R20 2K2 R16 2K2 R12 2K2 R8 2K2 R5 2K2 R1 J4 10 11 12 13 14 15 DC_BUS C B A I2 I1 GNDP -15V ISO VCC ISO SENSOR BOARD CONNECTOR 8 8 8 +15V ISO C18 100nF VCC ISO LO COM VCC VS VB HO 13 12 11 10 13 12 11 LO COM VCC VS VB HO LO COM VCC VS VB HO DC_BUS IR2112/DIP14 VSS LIN SHDN HIN VDD U8 R31 R 1M R11 1R0 R3 R19 C14 220nF 1M R29 C11 220nF 1R0 C9 220nF C7 220nF 1R0 C4 220nF C2 220nF D13 1N4004 R28 VCC ISO 7 GNDP IR2112/DIP14 VSS LIN SHDN HIN VDD U5 IR2112/DIP14 VSS LIN SHDN HIN VDD U2 10 13 12 11 10 1M R30 D9 MUR160 D5 MUR160 D1 MUR160 CON2 J5 +15V ISO D11 MUR160 D7 MUR160 D3 MUR160 C23 100uF/400V 100R R26 100R 100R R25 R24 100R 100R R18 100R R15 R14 100R R9 100R 100R R7 R4 I2 0R1 R27 I1 D12 22V D10 22V D8 22V D6 22V D4 22V D2 22V Q2C MFQ6660P Q2B MFQ6660P GNDP 473 C12 Q2A MFQ6660P Q1C MGP7N60ED 473 C6 Q1B MGP7N60ED Q1A MGP7N60ED J2 MOTOR TERMINALS Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng 59/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Mạch hoạt động nguyên tắc truyền tín hiệu xung kích từ vi điều khiển đến linh kiện cơng suất cấp tín hiệu cho động cơ, mạch bao gồm opto cách ly quang hoạt động chế độ on-off điều khiển cho vi mạch lái FET chuyên dụng chip IR2112 hãng Rectifier Mỗi vi mạch cho phép lái FET khác tùy theo tín hiệu điều khiển số ngõ vào 5.4 Lưu đồ chương trình Tồn hệ thống lập trình điều khiển từ máy tính thơng qua ngơn ngữ lập trình cho vi điều khiển, lưu đồ giải thuật hệ thống sau (phần phụ lục trình bày số chương trình viết ngơn ngữ C cho vi điều khiển): Luận văn thạc sĩ 60/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Nhận lệnh điều khiển tốc độ Đọc giá trị dòng, áp DC Xử lý lệnh, hiển thị LED Đo tốc độ từ tacho Xử lý độ dốc liệu Khâu điều khiển PI Thuật tốn thích nghi tối ưu lượng Điều khiển PWM cho nghịch lưu 5.5 Kết luận Việc thiết kế điều khiển bao gồm sơ đồ khối biến tần điều khiển động không đồng công nghiệp Tuy nhiên, yêu cầu giải thuật điều khiển tìm kiếm phải có thơng tin tải nên cần thêm cảm biến tốc độ việc đo đạc công suất ngõ vào Do thời gian kinh nghiệm thiết kế hạn chế, nên hệ thống thiết kế chưa làm việc theo ý muốn thiết kế ban đầu Ngồi ra, có vi mạch thiết Luận văn thạc sĩ 61/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng kế ban đầu (được tra từ tai liệu nhà sản xuất) khó tìm thấy thị trường, việc thay vi mạch linh kiện, thiết kế tương đương làm cho hiệu hoạt động mạch Giải thuật thích nghi với bước nhảy thay đổi phức tạp để nạp vào vi mạch mang chức điều khiển, nên hạn chế tài nguyên tốc độ xử lý liệu số học Để thực giải thuật cách tốt cần thiết phải phát triển sử dụng chip DSP vi xử lý có cấu hình mạnh Luận văn thạc sĩ 62/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Chương 6: Kết luận hướng phát triển đề tài 6.1 Các phương pháp điều khiển Đề tài thực việc tìm hiểu mơ hình tổn hao động khơng đồng bộ, kết tổng hợp từ nghiên cứu khác toàn giới để đưa nhìn tổng qt, tồn diện lĩnh vực nghiên cứu Từ mơ hình tổn hao trên, phương pháp phân tích đưa số phương pháp điều khiển trường hợp cụ thể nhằm tối ưu hiệu sử dụng lượng Trong đó, việc sử dụng lượng ứng dụng HVAC chiếm tỉ trọng lớn việc tìm kiếm giải thuật điều khiển nhằm vào đối tượng Điều khiển on/off: sử dụng có phần tồn sản phẩm cần thiết thời gian dài Nếu thiết bị hoạt động tải định mức động bật, điều khiển on/off cho hiệu suất lượng cao, ngược lại hiệu suất lượng bị giảm Điều khiển bước (stepwise): Ưu điểm phương pháp động tiến trình hoạt động gần với tải định mức với hiệu suất lượng tốt thời điểm Nhược điểm gia tăng chi phí lắp đặt có khả điều khiển theo bước Điều khiển q trình khí: nhược điểm phương pháp điều khiển khí tạo thêm mát lượng tránh khỏi không cần đầy tải Do q trình xem gây tổn thất lượng nhiều Điều khiển tốc độ thay đổi: dù chi phí lắp đặt cao, điều khiển biến tốc chọn chất lượng điều khiển, khả tiết kiệm lượng giảm nhiễu âm 6.2 Phương pháp điều khiển tối ưu ứng dụng HVAC Các chương phân tích phương pháp điều khiển khác Trong bao gồm việc phân tích tối ưu hóa lượng cách giảm từ thông motor, điều khiển tối ưu lái VVFF, lái VVVF, phân tích phương pháp điều khiển trạng thái đơn giản (bao gồm điều khiển thay đổi hệ số công suất điều khiển hệ số trượt), điều khiển dựa theo mơ hình cuối phương pháp điều khiển tìm kiếm (điều khiển thích nghi) Sau q trình phân tích, nhận thấy điều khiển tìm kiếm phương pháp tối ưu đáp ứng yêu cầu điều khiển ứng dụng HVAC Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi thơng tin phản hồi tốn chi phí cho việc trang bị cảm biến Hệ là, tùy theo trường hợp cụ thể mà có lựa chọn thích hợp để giải cho tốn kinh tế - kỹ thuật Luận văn thạc sĩ 63/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Do điều kiện khả hạn chế, nên thực việc so sánh hiệu phương pháp điều khiển khác thực nghiệm, kết nhận xét trình chủ yếu rút từ báo cáo khoa học nghiên cứu thực nghiệm giới sở phân tích lý thuyết có 6.3 Phương pháp điều khiển sử dụng Cơ sở lý thuyết điều khiển tìm kiếm khơng phải lĩnh vực điều khiển tự động trình, nhiên việc thực lĩnh vực đối tượng khác phức tạp Phương pháp tương đối nhạy cảm với nhiễu gây bất ổn định trình điều khiển Để tích hợp lập trình thuật tốn điều khiển điều khiển độc lập DSP (bộ xử lý tín hiệu số) cần phải tốn nhiều thời gian, địi hỏi kỹ lập trình cao Một giải pháp dung hòa cho việc kiểm chứng lý thuyết thực nghiệm sử dụng máy tính chế độ thời gian thực cho việc vận hành hệ thống, điều khiển gián tiếp qua chip vi điều khiển nhằm đảm bảo giao tiếp, cách ly an toàn động 6.4 Hướng phát triển đề tài Đề tài thực việc phân tích sở lý thuyết, tìm phương pháp điều khiển tối ưu cho động cảm ứng ứng dụng HVAC Để hoàn thiện việc nghiên cứu triển khai kết vào thực tiễn phục vụ sản xuất đời sống, cần phải thực tiếp việc sau đây: ¾ Ứng dụng thuật tốn điều khiển hệ thống nhúng (embedded system) đủ lớn, ví dụ hệ thống 16 bit 32 bit ¾ So sánh thực nghiệm để kiểm chứng hiệu phương pháp điều khiển chọn với phương pháp điều khiển khác Đánh giá hiệu kinh tế - kỹ thuật từ q trình ¾ Hồn thiện thiết kế phần cứng, giảm thiểu chi phí sản xuất thấp để ứng dụng rộng rãi cho chương trình tiết kiệm lượng quốc gia ¾ Mở rộng giải thuật tối ưu lượng cho ứng dụng ngồi HVAC ¾ Cơng bố cơng trình nghiên cứu tạp chí quốc tế sau đạt kết định Luận văn thạc sĩ 64/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Tài liệu tham khảo [1] S Nadel, M Shepard, S Greenberg, G Katz, A T de Almeida, “EnergyEfficient Motor Systems”, 1992 by American Council for an Energy-Efficient Economy, 1001 Connecticut Avenue, N.W., Suite 801, Washington D.C 20036, ISBN 0-918249-10-4 [2] A.M Trzynadlowski, R.L Kirlin, S Legowski, “Space vector PWM Technique with Minimun Switching Losses and a Variable Pulse Rate”, Proceed Of IECON ’93, 1993, pp.689-694 [3] A H Bonnett, “An Update on AC Induction Motor Efficiency”, IEEE Trans Ind App., Vol 30, No 5, Sep/Oct 1994, pp 1362-1372 [4] H Sugimoto, “Power Control Circuit for Induction Motor”, U.S Patent 379 258 Apr 5, 1983 [5] K L Earle, “Variable Speed Induction Motor Control System”, U S Patent, Feb 3, 1981 [6] Energy Optimal Control of Induction Drives, Flemming Abrahamsen, Institute of Energy Technology, Aalborg University, Feb 2000 [7] Cơ sở Điều Khiển Tự Động Truyền Động Điện, TS Trần Thọ, PGS TS Võ Quang Lạp, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Luận văn thạc sĩ 65/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Phụ lục Chương trình cho vi điều khiển: /* Include Header Files */ #include "MR24IO.H" // #include "VECTORS.H" /* file contains interrupt vectors */ #include "RAM.H" /* file contains RAM global variables */ #include "CONST.H" /* file contains global constants and definitions */ /* Global Variables (External) - bit */ extern unsigned char Amplitude; modulation*/ /* to 255 gives to 100% extern unsigned char Pwm_count; /* counter for PWM interrupt */ extern unsigned char Fault_flags; /* bit fault flag register */ extern unsigned char Speed_control; OPEN/CLOSED loop */ /* Control register for /* Global Variables (External) - 16 bit */ extern signed int V_command; /* command speed */ extern signed int V_com_actual; /* actual ramp speed */ extern signed int Accel; /* acceleration constant */ extern signed int Decel; /* deceleration constant */ extern unsigned int Boost_slope; /* Boost slope pre-calculation */ /* Local Variables - bit */ unsigned char count1; /* count_down during initialisation */ /* Local Variables - 16 bit */ unsigned int count; /* count_down during initialisation */ unsigned int Time_ptr_1; /* time constant for timeout loop SPEED */ unsigned int Time_ptr_2; /* time constant for timeout loop PI */ unsigned int Temp_tacnt; /* temporary timer A counter register */ /* Local Variables - 32 bit */ unsigned long temp32; Luận văn thạc sĩ /* temporary register */ 66/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng /* External Modules */ extern void PWMcalc (void); extern void speed (void); /* PWM calculation routine */ /* Speed routine */ // extern void tacho (void); /* Tacho IC interrupt handler */ extern void pi (void); /* PI controller routine */ extern void fault (void); /* Over Current Fault routine */ /* DEFINITION_END */ void main(void) { /* clear RAM */ // _asm("ldhx #$0060\n "); // _asm("loop:\n"); // _asm("clr ,X\n"); // _asm("aix #1\n"); // _asm("cphx #$035f\n"); // _asm("blo loop\n"); /* setup PLL clock */ PBWC = 0x80; PCTL &= ~(0x20); /* set Auto Bandwidth Control */ /* turn PLL off to be able to program multiplier */ PPG=0x87; PCTL |= 0x20; /* turn on the PLL */ while (~PBWC & 0x40); /* wait for PLL lock */ PCTL |= 0x10; /* use PLL clock */ /* setup PWM module */ MOR = 0x00; PMOD = PWM_MODULUS; /* for 8MHz Bus Frequency DEADTM=15; /* 2microsecond deadtime= 16 */ DISMAP=0xff; /* when PWM disabled, disable PWM1-6 */ PCTL2 = 0x80; /* interrupt every 4th pwm loads */ Luận văn thạc sĩ 67/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng PCTL1 |= 0xc0; /* disable MCPWM */ PWMOUT = 0x00; /* output port control is PWM */ PCTL1 |= 0x02; /* set LDOK bit */ FCR = 0x08; /* Flt2 enabled in manual mode */ PVAL1 = PWM_MODULUS/2; /* set phase A pwm to 50% */ PVAL3 = PWM_MODULUS/2; /* set phase B pwm to 50% */ PVAL5 = PWM_MODULUS/2; /* set phase C pwm to 50% */ /* setup PORTs input/output */ DDRA=0x80; /* PORT A: 0123456 inputs, output */ PORTA=0x00; DDRB=0x00; /* PORT B: A/D */ DDRC=0x70; /* PORT C: bits 0-3:inputs; 4,5,6:outputs */ PORTC &= ~(FAULT_LED); /* FAULT_LED OFF */ PORTC |= YELLOW_LED; PORTC &= ~(MCS_LED); /* STATUS_LED OFF*/ DDRE=0x00; /* bit 0-7:input */ DDRF=0x00; /* not used */ /* setup Timer A for IC (on TCH3A) & for software timer reference */ TASC |= 0x20; /* stop TIMA */ TASC &= 0xe0; /* reset TIMA */ TASC=TBSC | 0x06; /* sets prescaller for Clock/64 */ TASC3 = 0x44; /* setup ADC */ ADCLK = 0x70; /* MANUAL/DEMO Operating Mode set-up */ Om_mode = PORTA & 0x04; /* OM set-up coppied to Om_mode variable */ /* Initialise Variables */ Tacho_pulses = 0x0b40; Accel = (ACC * PI_CONST)>>8; /* acceleration */ Decel = (DEC * PI_CONST)>>8; /* deceleration */ temp32 = ((long)FREQ_BOOST*(long)0xffff); Boost_slope = temp32/FREQ_BASE; /* scale the VOLTS_MIN const and substract */ Luận văn thạc sĩ 68/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng Boost_slope = Boost_slope - (VOLTS_BOOST * 0x028f); Mcs_status |= MCS_STAND_BY; /* Stand_by state */ Speed_control = 0; /*****************************************************************/ /* OPEN/CLOSED Speed_control = OPEN_LOOP; speed control loop */ /* Disactivate the line for Closed Loop */ /*****************************************************************/ /* wait */ count1 = 0x04; while (count1 != 0) { count1 ; count = 0xffff; while (count != 0) { COPCTL = 0x00; count ; } } /* START */ PCTL1 |= 0x20; /* enables pwm interrupts */ PCTL1 |= 0x01; /* enables PWM */ FTAC |= 0x04; /* clears FFLAG2 - fault2 flag bit */ TASC=TASC & 0xdf; /* starts timer A - clear stop bit */ TASC3 &= 0x7f; ADSCR = 0x00; /* clears CHANNEL0 Flag Bit */ /* starts AD conversion - Pot_voltage */ /* ADC channel */ Time_ptr_1 = TACNT; /* initialise software timer pointer */ Time_ptr_2 = TACNT; cli(); /* enables interrupt */ endless_loop: Temp_tacnt = TACNT; Luận văn thạc sĩ /* Software Time No */ 69/71 Điều khiển động không đồng chế độ tiết kiệm lượng if ((Temp_tacnt >= Time_ptr_1) && (!((Temp_tacnt READ_CONST)) && (Time_ptr_1 < READ_CONST)))) > (0xFFFF - { Time_ptr_1 += READ_CONST; speed(); } Temp_tacnt = TACNT; /* Software Time No */ if ((Temp_tacnt >= Time_ptr_2) && (!((Temp_tacnt > (0xFFFF - PI_CONST)) && (Time_ptr_2