Điều khiển nâng cao hiệu suất động cơ khi làm việc ở chế độ non tải

Bài viết Điều khiển nâng cao hiệu suất động cơ khi làm việc ở chế độ non tải được nghiên cứu nhằm tìm kiếm phương pháp điều khiển đưa động cơ về chế độ làm việc sao cho hiệu suất là cao nhất ứng với một chế độ làm việc xác định, đặc biệt đối với động cơ không đồng bộ làm việc ở chế độ non tải, mà chúng ta thường thấy đối với các máy bơm, quạt gió, máy nén khí...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển nâng cao hiệu suất động cơ khi làm việc ở chế độ non tải Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO HIỆU SUẤT ĐỘNG CƠ KHI LÀM VIỆC Ở CHẾ ĐỘ NON TẢI Lê Quang Cường Trường Đại học Thuỷ lợi, email: cuonglq@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của tổn thất trong động cơ theo các đại lượng như Các động cơ khi thiết kế chế tạo được tính toán sao cho hiệu suất của động cơ là cao hình 1 và hình 2 [1]. nhất khi làm việc ở chế độ định mức. Nhưng trong thực tế khi sử dụng không phải lúc nào động cơ cũng làm việc với tải định mức. Nhiều trường hợp động cơ làm việc ở chế độ non tải, lúc này hiệu suất của động cơ sẽ thấp hơn khi làm việc định mức. Tổn hao trong động cơ không đồng bộ bao gồm các tổn hao: + Tổn hao đồng (P cu1 ) và (P cu2 ): Do điện trở của cuộn dây stato và roto gây ra. + Tổn thất sắt từ (P Fe): Gây ra do dòng Hình 1. Tổn thất tổng theo hệ số trượt xoáy và hiện tượng trễ của mạch từ. + Tổn hao cơ khí (P co ): Do gió và ma sát. + Tổn hao phụ (P f ): Là tổn hao đồng và tổn hao sắt từ do thành phần không sin phân bố trong khe hở, tổn hao do hiệu ứng mặt ngoài của dây dẫn và hiệu ứng khe hở của trong stato. Theo [1], các thành phần tổn hao trong các động cơ 10kW và 100kW như sau: Hình 2. Tổn thất tổng theo dòng điện I ds Dựa vào hình 1 và hình 2 ta thấy rằng, ứng với một chế độ làm việc cụ thể thì luôn tồn tại một điểm làm việc tối ưu để cho tổng tổn hao là bé nhất, tức là hiệu suất của động cơ là Trong tất cả các loại tổn hao trên ta thấy lớn nhất. tổn hao do ma sát, do gió (P co ) và tổn hao Nghiên cứu này nhằm tìm kiếm phương phụ (P f ) gần như không thể thay đổi ứng với pháp điều khiển đưa động cơ về chế độ làm momen và tốc độ xác định. Tổn hao đồng việc sao cho hiệu suất là cao nhất ứng với (P cu1 , P cu2) và tổn hao sắt từ (PFe) có thể thay một chế độ làm việc xác định, đặc biệt đối đổi bằng việc điều khiển tần số và điện áp, và với động cơ không đồng bộ làm việc ở chế độ có thể tối thiểu hoá các tổn thất này ứng với non tải, mà chúng ta thường thấy đối với các momen và tốc độ đặt trước. máybơm, quạt gió, máy nén khí... 533 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU * Nếu: P(x1 1 ) < P(x1 2 ): Thì khoảng tìm Nghiên cứu lý thuyết về thuật toán tìm kiếm còn lại sẽ là [x1 2 , xmax]. kiếm điểm làm việc tối ưu và xây dựng mô hình mô phỏng trên máy tính để kiểm tra tính đúng đắn của lý thuyết. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Thuật toán tìm kiếm điểm làm việc tối ưu hiệu suất - Bước 3: Cứ tiếp tục như thế khoảng Theo phân tích ở trên, tổn thất của động cơ nghiệm thu hẹp dần đến khi thỏa mãn: có dạng như hình 2, do đó tổng công suất tiêu xmax  xmin   (Với  cho trước) thụ ở chế độ tải nhất định đều có dạng đặc x x tính như hình 3. - Bước 4: Cuối cùng: x opt  max min 2 Tuỳ theo việc lựa chọn các điểm x1 1 và x1 2 trong khoảng [xmin , xmax] mà có độ hội tụ khác nhau. Có nhiều phương pháp chọn các giá trị x1 1 và x1 2 , nổi bật trong đó các phương pháp hiệu quả như: Phương pháp lát cắt vàng, phương pháp Fibonacci, phương pháp xấp xỉ Hình 3. Đặc tính công suất tiêu thụ của ĐC parabol... Phương pháp lát cắt vàng: Phương Nhận xét hàm số P  f x  (x là biến điều pháp lát cắt vàng là phương pháp lấy các khiển) có những tính chất như sau: điểm x 1 và x1 2 trong khoảng [xmin , xmax] sao 1 - Là hàm đơn điệu giảm từ 0 đến xopt và sau cho mỗi lần chia, cả 2 phía đều có tỷ lệ giữa đó đơn điệu tăng từ xopt đến xmax. khoảng lớn và toàn bộ khoảng nghiệm bằng - Bài toán tìm điểm tối ưu này thực chất là tỷ lệ giữa khoảng nhỏ và khoảng lớn. bài toán tìm điểm cực tiểu của một hàm một 3.2. Mô phỏng HT điều khiển động cơ biến trong khoảng [0,xmax]. KĐB tìm kiếm tối ưu hiệu suất bằng Phương pháp giải bài toán tối ưu hàm một phương pháp Lát cắt vàng biến có đặc tính dạng như trên, có nhiều phương pháp. Sau đây là một trong số phương Xây dựng hệ thống theo mô hình sau: pháp rất hiệu quả trong việc tìm kiếm. Phương pháp tìm xop t bằng cách từng bước thu nhỏ khoảng tìm kiếm [xmin ,x max ]: - Bước 1: Trong khoảng tìm kiếm [xmin , xmax] lấy 2 điểm x1 1 , x12 (x11 > x12 ). Xác định P(x1 1 ) và P(x1 2 ). - Bước 2: So sánh 2 giá trị: P(x1 1) với P(x12). * Nếu: P(x1 1 ) > P(x12 ): Thì khoảng tìm kiếm ( khoảng nghiệm) còn lại sẽ là [xmin , x1 1 ]. Hình 4. Cấu trúc HT điều khiển ĐK - tìm kiếm tối ưu tổn thất Thực hiện mô phỏng hệ thống cho động cơ: ...