Trong thực tế các thông số động cơ thay đổi theo thời gian và điều kiện phụ tải độ. Trong luận văn sử dụng matlab simulink để mô phỏng theo điều kiện lý tưởng hóa động cơ không đồng bộ 3 pha. Trên cơ sở lý thuyết và kết quả mô phỏng đạt được, luận văn có thể được phát triển trong mô phỏng và thực nghiệm như sau:
(1) Sử dụng MRAS ước lượng song song giá trị điện trở Stator R với vận tốc Rotor ω để hiệu chỉnh giá trị điện trở Stator R từ đó tăng độ bền vững cho phương pháp tiết kiệm năng lượng không dùng cảm biến mà tác giả vừa trình bày trong luận văn này.
(2) Sử dụng phương pháp IRFOC điều khiển tiết kiệm năng lượng động cơ không đồng bộ 3 pha có xét tổn hao sắt từ.
(3) Nghiên cứu thiết kế, thi công bộ điều khiển tiết kiệm năng lượng trên cơ sở các DSP.
REFERENCE
[1] A. Kusko, D. Galler, “Control means for minimization of lossses in ac and dc motor drives,” IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. 1A-19, no.4, 1983, pp. 561-570.
[2] D. S. kirschen, “Optimal efficiency control of induction machines,” Ph.D dissertation, University of Wisconsin, 1985.
[3] S. K. Sul, M. H. Park,”A novel technique for optimal efficiency control of a current-source inverter-fed induction motor,” IEEE trans. Power. Elect. Vol. 3, no.
2, 1998, pp. 192-199.
[4] J. R. Pottebaum, “Optimal characteristics of a variable frequency centrifugal pump motor drives,” IEEE trans. Ind. Appl. Vol. IA-20, no.1, 1984, pp. 23-31.
[5] S. Suijitjorn, K. L. Areerak, “Numerical approach to loss minimization in an induction motor,” Applied Energy, Vol. 79, 2004, pp. 87-96.
[6] B. Pryymak, et al., “Neural Network flux optimization using a model of loss in induction motor drives,” Mathematics and computers in Simulation, Vol. 71, 2006, pp. 290-298.
[7] F. F. Bernal, A. G. Cerrada, “Model-based minimization for DC and AC vector controlled motors including core saturation,” IEEE trans. Ind. Appl. Vol. 36, no.3, 2000, pp. 755-713.
[8] G. O. Garcia, “An efficient controler for an adjustable speed induction motor drives” IEEE trans. Ind. Elec. Vol. 41, no. 5, 1994, pp 533-539.
[9] M. Nasir Uddin, Sang Woo Nam, “New online Loss-Minimization-Based Control of an induction motor drives,” IEEE transations on power electronics, vol.
23, no. 2, mar 2008, pp. 926-933.
[10] S. Lim and K. Nam “Loss-minimising control scheme for induction motors”
IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 4, July 2004.
[11] L. R. Valdenebro, E. Bim, “A Genetic algorithm approach for adaptive field oriented control of induction drives,” IEEE conf. Proc. Electric machines and drives, IEMD, WA, USA, 1999, pp. 643-645.
[12] E. S. Abdin et al., “Efficiency optimization of a vector controlled induction motor drives using an aftificial neuron network,” IEEE conf. Proc. IECON, 2003, pp. 2543-2548.
[13] P. Famouri, J. J. Cathey, “Loss minimization control of an induction motor drives,” IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. 27, No.1, 1991, pp. 32-37.
[14] J. L. Cleland, “Design of an optimization controller of inverter fed AC induction motors,” Pro. Of IEEE Conferrence, 1995, pp. 16-21.
[15] Kioskesidis, N. Margaris, “Loss minimization in scalar controlled induction motor drives with search controller,” IEEE. Trans. Power electronics, Vol. 11, No.2, 1996, pp. 213-220.
[16] J. S. Kim, et al, “Control of induction motor for both high dynamic performance and high power efficiency,” IEEE trans. Ind. Electron., vol. 39, 1992, pp. 323-333.
[17] G. C. D. Sousa, Bimal. K. Bose, John. G. Cleland, “Fuzzy logic based on-line efficiency optimization control of an indirect vector-controlled induction motor drive,” IEEE trans. On industrial electronic, Vol. 42, No. 2, April 1995, pp. 192- 198.
[18] J. Moreno, et al., “Fuzzy logic based improvements in efficiency oftimization of induction motor drives,” Proc. Of IEEE Fuzzy system, 1997, pp. 219-222.
[19] Chandan Chakraborty, Minh C. Ta, et al., “Fast search controllers for efficiency maximization of induction motor drives based on DC link power measurement,” in Proc. IEEE conf. PCC-Osaka, 2002, pp. 402-408.
[20] E. S. Sergaki, G. S. Stavrakakis, “Online search based fuzzy optimum efficiency operation in steady and transient states for DC and AC vector controlled motors,” IEEE conf. Proc. ICEM, 2008, pp. 967-974.
[21] Peter Vas, “Sensorless Vector and Direct Torque Control,” Oxfoxd science publications, 1998.
[22] C. Schauder, “Adaptive speed identification for vector control of induction motors without rotation transducers”, IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, San Diego Ca 1989, pp. 493-499.
[23] Joachim Holtz, “Sensorless control of induction motor drives,” IEEE. Proc, Vol. 90, No. 8, Aug. 2002, pp. 1359-1394.
[24] Liuping Wang, et al,. “PID and Predictive Control of Electrical Drives and Power Converters using Matlab/Simulink,”
[25] Marco Meza, et al.,“Sensorless Control Of Induction Motor With Core Loss,”
Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference, 201.
[26] H. A. Rud, et al., “High Performance Control of AC Drives With Matlab/Simulink Models,” A John Wiley & Sons. Ltd., 2012
[27] Kwang Hee Nam, “AC Motor Control and Electric Vehicle Applications,”
Taylor and Francis Group, 2010. A John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., 2015.
[28] C. Thanga Raj, S. P. Srivastava, and Pramod Agarwal “Energy Efficient Control of Three_Phase Induction Motor – A Review”, International Journal of Computer and Electrical Enghineering, Vol. 1, No. 1, april 2009.
[29] Bimal K.Bose, “Modern Power Electronocs and AC Dreives”. Prentice-Hall PTR, 2002.
[30] S. Lim and K. Nam “Loss-minimising control scheme for induction motors”
IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 4, July 2004.
[31] D. W. Novotny and T. A. Lipo “Vector Control and Dynamics of AC Drives”, Clarendon Pr, USA., Sep 1996.
[32] Liuping Wang, Shan Chai, PID and Predicttive Control of Electrical Drives and Power Converters. John Wiley & Sons Singapore, 2015.
[33] Jorge Rivera Domingues, Christian Mora-Soto “Copper and Core Loss Minimization for Induction Motors Using High-Order Sliding-Mode Control”, IEEE Transactions on Inductrial Electronics, Vol. 59, No. 7, july 2012.
[34] Werner Leonhard, “Control of Electrical Devices 3rd Edition”, Springer Verlag, Jun 2001.
[35] J. Jung and K. Nam, “A vector control scheme EV induction motor with the series iron loss model,” IEEE trans. On Ind. Electron., vol. 45, no. 4, Aug 1998.
[53] S. Vaez-Zadeh, F. Hendi, “A continous efficiency optimization controlled for induction motor drives,” Energy conversasion and Magnagement, Vol. 46, 2005, pp. 701-713
PHỤ LỤC Phụ lục chương 2:
Hình 2.1: biểu đồ vector phương trình (2.3) tại t=0s ... 11
Hình 2.2: hệ trục tọa độ ( ) và ( ) ... 12
Hình 2.3: mô hình tương đương IM trong hệ tọa độ đứng yên ( ) ... 15
Hình 2.4: biểu đồ quan hệ các hệ quy chiếu dq tổng quát với hệ quy chiếu αβ (stator, rotor) ... 17
Hình 2.5: mô hình tương đương IM trong hệ tọa độ dq tổng quát ... 19
Hình 2.6: mô hình tương đương IM trong hệ tọa độ dq đồng bộ ... 21
Hình 2.7: mô hình tương đương IM có tổn hao sắt từ trong hệ tọa độ ... 23
Hình 2.8: mô hình đơn giản khối ước lượng từ thông từ dòng, áp và vận tốc hồi tiếp ... 28
Hình 2.9: mô hình ước lượng vận tốc vòng hở (mô hình 1) ... 29
Hình 2.10: mô hình ước lượng vận tốc vòng hở (mô hình 2) ... 30
Hình 2.11a: mô hình MRAS tổng quát ... 31
Hình 2.11b: chi tiết mô hình Adaptation Model ... 31
Hình 2.12a: mô hình MRAS (dạng khối) ước lượng vận tốc từ giá trị từ thông rotor ... 32
Hình 2.12b: mô hình MRAS (chi tiết) ước lượng vận tốc từ giá trị từ thông rotor ... 33
Hình 2.13: mô hình tương đương IM trong hệ tọa độ dq từ thông rotor ... 35
Hình 2.14: (a) biểu diễn Vector ⃗ trên hệ trục tọa độ từ thông Rotor. (b) Biểu diễn
quan hệ , , , , trên hệ trục tọa độ từ thông Rotor... 37
Hình 2.14c: biểu diễn quan hệ các vector ⃗ , ⃗ , ⃗ ở trạng thái xác lập trên hệ trục tọa độ từ thông Rotor (phương trình (2.57i)) ... 37
Hình 2.15: mô hình điều khiển IM dựa trên phương pháp định hướng từ thông
Rotor gián tiếp hồi tiếp dòng (IRFOC). ... 38
Hình 2.16a: khối PI2 (Flux regulator) ... 38
Hình 2.16b: khối PI2 (Velocity regulator) ... 39
Hình 2.16c: khối PI3 (d-axis current controller)... 40
Hình 2.16d: khối PI4 (q-axis current controller) ... 40
Hình 2.17: mô hình điều khiển IM dựa trên phương pháp định hướng từ thông
Rotor gián tiếp (IRFOC), hồi tiếp dòng, áp, không dùng cảm biến tốc độ. ... 41
Phụ lục chương 3: Hình 3.1: mô hình tương đương IM có tổn hao sắt từ trong hệ tọa độ dq ... 43
Hình 3.2a: mô hình gần đúng của IM có tổn hao sắt từ chiếu lên trục d ... 46
Hình 3.2b: mô hình gần đúng của IM có tổn hao sắt từ chiếu lên trục q ... 46
Hình 3.3: biểu đồ giá trị Rd, Rq theo vận tốc (Rm không đổi) ... 48
Hình 3.4: biểu đồ thể hiện quan hệ Vs(limit), Is(limit), Te(limit), Flux(limit) và vận tốc ... 50
Hình 3.5: (a) biểu đồ Moment, đường tròn giới hạn Imax ; (b) biểu đồ đường tròn giới hạn Imax , giới hạn điện áp Vmax, giới hạn dòng Idn ; (c) biểu đồ Moment, đường tròn giới hạn Imax, giới hạn điện áp Vmax, giới hạn dòng Idn... 51
Hình 3.6: vùng giao nhau các tập {Ui}∩{ Uv}∩{ Ud} ... 53
Hình 3.7: quỷ đạo đường tối ưu tổn hao (Ploss_optimal( )) theo điều kiện vận tốc không đổi và moment tăng: (a) = 0.5 trong vùng I; (b) = 2 trong vùng II; (a) = 4 trong vùng III ... 58
Hình 3.8: lưu đồ giải thuật tối ưu từ thông rotor ... 59
Hình 3.9: mô hình điều khiển tối ưu công suất tổn hao dựa trên IRFOC, có cảm biến tốc độ ... 60
Hình 3.10: mô hình điều khiển tối ưu công suất tổn hao dựa trên IRFOC, không có cảm biến tốc độ ... 60
Phụ lục chương 4: Bảng thông số IM 3 pha 9kW được sử dụng trong mô phỏng:[4] ... 61
Hình 4.1: khối IM 3 pha lý tưởng... 62
Hình 4.2: các khối của IM 3 pha lý tưởng ... 63
Hình 4.3: phương trình (4.1a) – Tính giá trị ... 64
Hình 4.4: phương trình (4.1b) – Tính giá trị ... 64
Hình 4.5: phương trình (4.1c) – Tính giá trị từ thông ... 65
Hình 4.6: phương trình (4.1d) – Tính giá trị từ thông ... 65
Hình 4.7: phương trình (4.1e), (4.1f) - Tính các giá trị moment điện từ , vận tốc điện Rotor ... 66
Hình 4.8: đồ thị các đại lượng , ,| |, (của động cơ lý tưởng) thay đổi theo
moment tải cho trước, điện áp không đổi (380VAC/50Hz) ... 67
Hình 4.9: khối IM 3 pha có xét tổn hao sắt từ ... 68
Hình 4.10: các khối của IM 3pha có xét tổn hao sắt từ ... 69
Hình 4.11: phương trình (4.2c) - Tính giá trị từ thông ... 69
Hình 4.12: phương trình (4.2d) – Tính giá trị từ thông ... 70
Hình 4.13: phương trình (4.2a) - Tính giá trị ... 70
Hình 4.14: phương trình (4.2b) – Tính giá trị ... 71
Hình 4.15: phương trình (4.2e) – Tính giá trị ... 71
Hình 4.16: phương trình (4.2f) - Tính giá trị ... 72
Hình 4.17: phương trình (4.2g), (4.2h) - Tính các giá trị moment điện từ , vận tốc điện Rotor ... 72
Hình 4.18: đồ thị các đại lượng , ,| |, (của động cơ có tổn hao sắt từ)
thay đổi theo moment tải cho trước, điện áp không đổi (380VAC/50Hz) ... 73
Hình 4.19: đồ thị các đại lượng vận tốc rotor của động cơ lý tưởng và động cơ có xét tổn hao sắt từ. ... 74
Hình 4.20: đồ thị các đại lượng dòng điện stator của động cơ lý tưởng và động cơ có xét tổn hao sắt từ... 74
Hình 4.21: đồ thị các đại lượng moment điện từ của động cơ lý tưởng và động cơ có xét tổn hao sắt từ. ... 75
Hình 4.22: đồ thị các đại lượng từ thông rotor của động cơ lý tưởng và động cơ có xét tổn hao sắt từ.(từ thông rotor mô hình lý tưởng (1), từ thông rotor mô hình có tổn hao sắt từ (2)) ... 75
Hình 4.23: mô hình các khối trong phương pháp IRFOC điều khiển IM 3 pha lý tưởng ... 77
Hình 4.24: khối (αβ) (abc) ... 78
Hình 4.25: khối (αβ) (dq): ... 78
Hình 4.26: khối (dq) (αβ): ... 79
Hình 4.27: khối Slip Estimation – ước lượng vận tốc trượt ... 79
Hình 4.28: khối Flux Estimation - ước lượng từ thông ... 80
Hình 4.29: khối Flux and velocity regular ... 80
Hình 4.30: khối Isd,Isq regular ... 80
Hình 4.31: khối compensation ... 81
Hình 4.32: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt , công suất tổn hao tổn và điện trở sắt từ thay đổi. ... 82
Hình 4.33: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt. ... 83
Hình 4.34: biểu đồ đại lượng điện áp stator (giá trị biên độ luôn nhỏ hơn giá trị định mức 310V). ... 84
Hình 4.35: biểu đồ đại lượng dòng áp stator (giá trị biên độ luôn nhỏ hơn giá trị định mức 26.5A). ... 84
Hình 4.36: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt , công suất tổn hao tổng và điện trở sắt từ thay đổi (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) ... 85
Hình 4.37: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc Rotor, từ thông Rotor, điện áp và và dòng điện Stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức). ... 86
Hình 4.38: biểu đồ đại lượng điện áp Stator (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) ... 87
Hình 4.39: biểu đồ đại lượng dòng áp Stator (khi vận tốc lớn hơn 20% định mức) ... 87
Hình 4.40: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng thay đổi theo moment tải (khi vận tốc rotor bằng vận tốc định mức và non tải). ... 88
Hình 4.41: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment,
từ thông đặt. ... 89
Hình 4.42: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (ở vận tốc bằng vận tốc định mức) ... 90
Hình 4.43: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (ở vận tốc bằng nửa vận tốc định mức) ... 90
Hình 4.44: biểu đồ đại lượng vận tốc công suất tổn hao tổng thay đổi theo moment tải. (ở vận tốc bằng 1.2 lần vận tốc định mức) ... 91
Hình 4.45: So sánh các đại lượng công suất tổn hao theo cùng điều kiện tải nhưng vận tốc khác nhau ... 91
Hình 4.46: mô hình các khối trong điều khiển IM 3 pha lý tưởng dựa trên phương pháp IRFOC ... 93
Hình 4.47: mô hình khối MRAS ... 95
Hình 4.48: mô hình khối Reference Model của MRAS ... 95
Hình 4.49: mô hình khối Adjustable Model của MRAS ... 96
Hình 4.50:các đại lượng moment và vận tốc đặt ... 96
Hình 4.51: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng, điện trở sắt từ thay đổi ... 97
Hình 4.52: biểu đồ các đại lượng vận tốc rotor và vận tốc đặt ... 97
Hình 4.53: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt. ... 98
Hình 4.54: biểu đồ các đại lượng dòng và điện điện áp stator. ... 99
Hình 4.55: mô hình các khối trong bộ điều khiển tiết kiệm điện dựa trên IRFOC và mô hình công suất tổn hao, có cảm biến tốc độ ... 100
Hình 4.56: mô hình khối OPTIMAL (tối ưu từ thông ) ... 101
Hình 4.57: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng, điện trở sắt từ thay đổi ... 101
Hình 4.58: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment,
từ thông đặt. ... 102
Hình 4.59: đáp ứng điện áp Vs khi điều khiển tối ưu hiệu suất. ... 103
Hình 4.60: đáp ứng dòng điện Is khi điều khiển tối ưu hiệu suất ... 103
Hình 4.61: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng. Lúc này từ thông đặt là từ thông tối ưu từ ngõ ra của bộ LMC... 104
Hình 4.62: biểu đồ so sánh công suất tổn hao thu được từ hai phương pháp IRFOC và IRFOC +LMC (khi vận tốc =0.5 _ , tải thay đổi từ (0.20.5) )... 105
Hình 4.63: biểu đồ các đại lượng từ thông đặt (hay từ thông tối ưu) và dòng điện tối ưu... 105
Hình 4.64: biểu đồ so sánh công suất tổn hao thu được từ hai phương pháp IRFOC và IRFOC +LMC (khi vận tốc = _ , tải thay đổi từ (0.20.5) ) ... 106
Hình 4.65: mô hình các khối trong bộ điều khiển tiết kiệm điện dựa trên IRFOC và mô hình công suất tổn hao, không có cảm biến tốc độ (Sensorless) ... 107
Hình 4.66: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng. Lúc này từ thông đặt là từ thông tối ưu từ ngõ ra của bộ LMC. ... 108
Hình 4.67: đáp ứng điện áp Vs khi điều khiển tối ưu hiệu suất. ... 109
Hình 4.68: đáp ứng dòng điện Is khi điều khiển tối ưu hiệu suất. ... 109
Hình 4.69: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt. ... 110
Hình 4.70: biểu đồ các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt và công suất tổn
hao tổng. Giá trị công suất tổn hao tổng bằng giá trị của mô hình không dùng cảm biến. ... 111
Hình 4.71: biểu đồ các đại lượng moment điện từ, vận tốc rotor, từ thông rotor, điện áp và và dòng điện stator thay đổi đáp ứng với các đại lượng vận tốc, moment, từ thông đặt. Vận tốc rotor dao động khi quá độ... 112
Hình 4.72: đáp ứng điện áp Vs khi điều khiển tối ưu hiệu suất. ... 113
Hình 4.73: đáp ứng dòng điện Is khi điều khiển tối ưu hiệu suất. ... 113