Điện áp (V) Dòng điện (A) Tốc độ (rad/s) Mômen (N.m) Từ Thông (Wb) Công suất (W) Hình 5.7 Đồ thị các thành phần U, I,, Tm, , P của động cơ
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 nguyên lý độ rộng xung (PWM).
- Dòng xoay chiều 3 pha, ngõ ra bộ nghịch lưu cung cấp cho mạch stator động cơ. Dòng điện ban đầu lớn vì đây là dòng khởi động của động cơ sau 0.7s thì dòng giảm xuống hoạt động ở chế độ không tải xác lập. Đến thời điểm t = 1.8s đóng tải thì dòng tăng dần và giữ giá trị ổn định trong suốt thời gian xác lập.
- Đáp ứng tốc độ đã bám hoàn toàn theo tốc độ đặt là 120rad/s sau 3.5s và đảm bảo các tiêu chuẩn ổn định của hệ thống điều khiển tự động.
- Đáp ứng mômen điện từ cho thấy khi khởi động mômen đạt giá trị cực đạiTmax 300 .N m, ở chế độ xác lập không tải 0)Te Tm 0
dt
d , do đó ta thấy
đáp ứng mômen dần về 0. Vào thời điểm t1.8sđóng tảiTm200 .N m, mômen điện từ tăng dần và đạt giá trị 200Nm 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 = 0.1.8s đóng tải vào thì tăng dần và đạt giá trị
1.02(W )
opt
r b
ổn định trong suốt thời gian xác lập
- Trong thời gian khởi động cơ tiêu thụ công suất cực đại Pmax 25.9( W)k tại t=0.7s. Khi đi vào chế độ xác lập không tải , công suất tiêu thụ giảm dần về 0 và khi đóng tải cho động cơ tại t=1.8s công suất tăng dần và đạt giá trị ổn định
19.05( )
5.3.3 So sánh kết quả từ thông rotor tối ƣu (TTRTU) với từ thông rotor tham chiếu định mức (TTRTCĐM)
5.3.3.1 Điện áp
Hình 5.8 Đồ thị điện áp dây Vab của TTRTU và TTRTCĐM
Điện áp dây Vab của 2 chế độ TTRTU và TTRTCĐM lệch pha nhau và có biên độ là 780(V)
5.3.3.2 Dòng điện
Hình 5.9 Đồ thị dòng điện xoay chiều 3 pha ngõ ra bộ nghịch lưu của TTRTU và TTRTCĐM
Dòng điện ở chế độ từ thông tối ưu tiêu thụ ít hơn so với chế độ từ thông tham chiếu cả thời gian khởi động và xác lập, đoạn xác lập không tải thì tiêu thụ bằng nhau.
5.3.3.3 Tốc độ
Hình 5.10 Đồ thị tốc độ của động cơ của TTRTU và TTRTCĐM
Đáp ứng tốc độ cả hai chế độ là như nhau đều bám theo tốc độ đặt 120rad/s sau thời gian 3.5s
5.3.3.4 Momen
Hình 5.11 Đồ thị mômen của động cơ của TTRTU và TTRTCĐM
Mômen ở chế độ TTRTU đạt được lớn hơn và quá trình dao động cũng nhiều hơn sơ với momen ở chế độ TTRTCĐM
5.3.3.5 Từ thông
Hình 5.12 Đồ thị TTRTU và TTRTCĐM của động cơ
TTRTU thì sau 3s đi vào trạng thái xác lập đạt được 1.02(W )
opt
r b
, còn TTRTCĐM là giá trị hằng số mọi thời điểm r 0.96(W )b
5.3.3.6 Công suất tiêu thụ (CSTT)
Hình 5.13 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM
Công suất tiêu thụ của TTRTU tiêu thụ ít hơn công suất tiêu thụ của TTRTCĐM cả thời gian khởi động và xác lập. Để thấy rõ hơn ta lấy đồ thị công suất tiêu thụ của TTRTU trừ cho đồ thị công suất tiêu thụ TTRTCĐM
Hình 5.14 Đồ thị hiệu CSTT của TTRTU và TTRTCĐM
Vì chế độ hoạt động xác lập là chế độ hoạt động lâu dài của động cơ nên ta chỉ xét và tính phần trăm năng lượng tiết kiệm được ở đoạn xác lập. Từ hình 6.7 ta tính được phần trăm năng lượng tiết kiệm được: % 650 100 3.3%
19650 r P P P
Nhận xét : Sau khi tính ra được ta thấy chỉ tiết kiệm được 3.3% năng lượng công suất, năng lượng tiết kiệm được cũng tương đối ít tuy nhiên khi tải có công suất lớn và hoạt động trong thời gian dài thì việc tiết kiệm năng lượng cũng tương đối đáng kể. Ngoài ra khi động cơ hoạt động ở các chế độ từ thông rotor tham chiếu (TTRTC) khác với định mức và các tốc độ đặt khác nhau thì việc tiết kiệm năng lượng sẽ tăng lên so với TTRTU
5.3.4 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các chế độ TTRTC khác nhau TTRTC khác nhau
Thiết lập các thông số mô phỏng: - Tốc độ đặt không đổi 120 rad/s
- Mômen thay đổi từ 0 đến 200N.m ở t = 1.8s - Lần lượt thay đổi TTRTC và so sánh với TTRTU
Khi r 0.8(W )b
Hình 5.15 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với r 0.8(W )b
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được: % 2.040 1.905 100 6.61% 2.040 r ropt r P P P P Khi r 0.7(W )b
Hình 5.16 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với r 0.7(W )b
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được: % 2.115 1.905 100 9.93% 2.115 r ropt r P P P P
Khi r 0.6(W )b
Hình 5.17 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với r 0.6(W )b
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 2.220 1.905 100 14.18% 2.220 r ropt r P P P P
Nhận xét : Theo số liệu tính toán được thì khả năng tiết kiệm càng lớn khi động cơ hoạt động với TTRTC càng nhỏ ( so với TTRTCĐM ) và so sánh với TTRTU
5.3.5 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các tốc độ đặt khác nhau khác nhau
Thiết lập các thông số mô phỏng :
- Mômen thay đổi từ 0 đến 200N.m ở t = 1.8s - Từ thông lúc này là TTRTU và TTRTCĐM - Lần lượt thay đổi tốc độ đặt khác nhau
Khi 110(rad s/ )
Hình 5.18 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với 110(rad s/ )
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.818 1.757 100 3.35% 1.818 r ropt r P P P P Khi 100(rad s/ )
Hình 5.19 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với 100(rad s/ )
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.672 1.608 100 3.83% 1.672 r ropt P P P P
Khi 90(rad s/ )
Hình 5.20 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với 90(rad s/ )
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.525 1.460 100 4.26% 1.525 r ropt r P P P P
Nhận xét : Theo số liệu tính toán được thì khả năng tiết kiệm năng lượng càng lớn khi động cơ hoạt động với tốc độ càng nhỏ với việc so sánh TTRTU với TTRTCĐM
5.3.6 Xét các đồ thị công suất tiêu thụ khi động cơ hoạt động ở các mômen đặt khác nhau
Thiết lập các thông số mô phỏng : - Tốc độ đặt không đổi 120 rad/s
- Từ thông lúc này là TTRTU và TTRTCĐM - Lần lượt thay đổi mômen đặt khác nhau
Khi Tm 100 .N m
Hình 5.21 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm 100 .N m
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.055 1.040 100 1.42% 1.055 r ropt r P P P P Khi Tm 150 .N m
Hình 5.22 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm 150 .N m
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.5 1.465 100 2.33% 1.5 r ropt r P P P P
Khi Tm 190 .N m
Hình 5.23 Đồ thị CSTT của TTRTU và TTRTCĐM với Tm 190 .N m
Phần trăm năng lượng tiết kiệm được:% 1.872 1.815 100 3.04% 1.872 r ropt r P P P P
Nhận xét : Theo số liệu tính toán được thì khả năng tiết kiệm năng lượng càng lớn khi động cơ hoạt động với mômen tải càng lớn với việc so sánh TTRTU với TTRTCĐM
5.4 Kết luận
Từ kết quả mô phỏng thấy rằng ở trạng thái xác lập, phương pháp điều khiển tối ưu năng lượng đã đạt được kết quả phù hợp với lý thuyết. Như vậy với việc điều khiển từ thông như thuật toán ban đầu đã giới thiệu, thì công 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 quá độ và khởi động của hệ thống. Mặc dù vậy, thuật toán vẫn có một ý nghĩa quan trọng vì trong thực tế thời gian khởi động và quá độ là rất nhỏ so với thời gian xác lập, cho nên công suất tiêu tán trong giai đoạn này là không đáng kể.
Chƣơng 6 KẾT LUẬN 6.1 Kết luận
Đề tài đã giải quyết được vấn đề cơ bản của lý thuyết là tìm kiếm một giải thuật điều khiển tối ưu nhằm tiết kiệm năng lượng trong điều khiển ĐCKĐB. Bằng các kết quả mô phỏng dựa trên mô hình mô phỏng điều khiển động cơ KĐB theo phương pháp định hướng tựa từ thông rotor với từ thông tối ưu đã phần nào chứng minh được tính hiệu quả của thuật toán.
6.2 Các vấn đề đã thực hiện
1.Tìm hiểu tổng quan về phụ tải điện HVAC và khả năng tiết kiệm của chúng
2. Trình bày các vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển theo hướng tiết kiệm năng lượng
3. Xây dựng giải thuật điều khiển ĐCKĐB tiết kiệm năng lượng 4. Thực hiện mô phỏng giải thuật trên phần mềm Matlab
5.Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng
6. So sánh kết quả của giải thuật tiết kiệm với từ thông rotor tối ưu với từ thông tham chiếu. Nhận xét và đánh giá kết quả
6.3 Các vấn đề còn tồn đọng
1. Chưa mô phỏng khâu điều khiển trượt tốc độ và từ thông đã thiết kế trong chương 5
2. Chưa mô phỏng các giải thuật điều khiển giảm tổn hao đã giới thiệu trong chương 3
6.4 Hƣớng phát triển
1. Thực nghiệm giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng trong đề tài trên mô hình thật. Nhận xét, so sánh và đánh giá kết quả so với lý thuyết đã mô phỏng. Trên cơ sỏ đó có thể ứng dụng chế tạo thiết bị điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết kiệm năng lượng
2. Thực hiện mô phỏng khâu điều khiển trượt tốc độ và từ thông thay cho khâu PI truyền thống. Nhận xét, so sánh và đánh giá kết quả
3. 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 mô hình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Phùng Quang (2006), 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(2002), Truyền Động Điện Thông minh, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
4. Fleming Abrahamsen. Energy Optimal Control of Induction Drives, Aalborg University, Feb- 2000.