Nghiên Cứu Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Giảm Tổn Hao Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha

• Tác giả: Nguyên Hoài Phong
• Người hướng dẫn: PGS. TS Lê Minh Phương
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Giảm Tổn Hao Động Cơ Không Đồng Bộ Ba Pha
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu luận văn
• 1.3. Sản phẩm của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: VECTOR KHÔNG GIAN VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
• 2.1. Biểu diễn vector không gian cho các đại lượng ba pha
• 2.2. Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha
• 2.3. Hệ tọa độ
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
• 3.1. Tổng quan về bộ nghịch lưu áp
• 3.2. Nguyên lý điều chế vector không gian
• 3.3. Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ
• 3.3.1. Phương pháp điều khiển định hướng trường
• 3.3.2. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp - DRFOC
• 3.3.3. Phương pháp điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp - IRFOC
• 3.3.4. Phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN SENSORLESS
• 4.1. Cơ sở lý thuyết điều khiển sensorless
• 4.2. Một số mô hình Sensorless
• 4.2.1. Ước lượng tốc độ vòng hở sử dụng mô hình động cơ
• 4.2.2. Ước lượng tốc độ dùng mô hình Kalman Filter
• 4.2.3. Ước lượng tốc độ dùng mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS)
• 4.2.4. Mô hình MRAS ước lượng tốc độ, điện trở stator sử dụng
• 4.2.4.1. Phương trình tham chiếu
• 4.2.4.2. Bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger
• 4.2.4.3. Luật hiệu chỉnh trên cơ sở lý thuyết ổn định Popov
• 4.2.4.4. Mô hình nội ước lượng song song tốc độ rotor và điện trở stator
• 5. CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
• 5.1. Cơ sở lý thuyết ứng dụng giải thuật điều khiển tối ưu công suất trong động cơ
• 5.2. Mô hình tương đương tổn hao
• 5.3. Các phương pháp điều khiển giảm tổn hao
• 5.3.1. Phương pháp điều khiển LMA (Loss Minimization Algorithms)
• 5.3.2. Phương pháp tìm kiếm (Search Control)
• 5.3.3. Giải thuật giảm tổn hao đề xuất
• 6. CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK
• 6.1. Mô hình tổng thể
• 6.2. Phương pháp mô phỏng
• 6.3. Mô hình tương đương tổn hao
• 6.4. Công suất tổn hao đồng Stator
• 6.5. Mô hình điều khiển định hướng trường trực tiếp DEFOC
• 6.6. Mô hình tiết kiệm năng lượng
• 6.7. Mô hình MRAS ước lượng song song tốc độ rotor, điện trở stator
• 6.7.1. Mô hình tham chiếu và bộ quan sát từ thông vòng kín Luenberger
• 6.7.2. Mô hình thích nghi tốc độ rotor
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 7.1. Trường hợp điều khiển V/f
• 7.1.1. Trường hợp n=500 (V/Đ)
• 7.1.2. Trường hợp n=1000 (V/p)
• 7.1.3. Trường hợp n=1500 (W/p)
• 7.2. Trường hợp điều khiển FOC
• 7.2.1. Trường hợp n=500 (V/Đ)
• 7.2.2. Trường hợp n=1000 (V/p)
• 7.2.3. Trường hợp n=1500 (V/p)
• 7.3. Trường hợp điều khiển sensorless FOC + tiết kiệm năng lượng
• 7.3.1. Trường hợp n=500 (V/Đ)
• 7.3.2. Trường hợp n=1000 (V/p)
• 7.3.3. Trường hợp n=1500 (V/p)
• 7.4. Đáp ứng hệ thống khi điện trở stator (Rs) thay đổi
• 7.5. Đánh giá kết quả
• 8. CHƯƠNG 8: THỰC NGHIỆM
• 8.1. Tổng quan mô hình
• 8.2. Mạch điều khiển
• 8.3. Mạch chỉnh lưu tự động
• 8.4. Mạch nghịch lưu 3 pha 6 khóa
• 8.5. Mạch hỏi tiếp tín hiệu dòng áp DC bus
• 8.6. Mạch hỏi tiếp tín hiệu dòng áp 3 pha ngõ ra
• 8.7. Mạch nguồn 380VAC/5V, +/-15V, 15VDC
• 8.8. Động cơ không đồng bộ 3 pha sử dụng thí nghiệm
• 8.8.1. Thông số động cơ
• 8.8.2. Mô hình truyền động
• 8.8.3. Kết quả thực nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Giảm Tổn Hao Động Cơ Không Đồng Bộ

Tiết kiệm năng lượng, đặc biệt là điện năng, đang là mối quan tâm hàng đầu của xã hội, nhất là trong bối cảnh công nghiệp Việt Nam phát triển mạnh mẽ và tình trạng thiếu hụt nguồn cung. Động cơ không đồng bộ chiếm tỷ trọng lớn (75-80%) trong công nghiệp, phần lớn là động cơ công suất nhỏ (0.75-75kW) thường không được trang bị thiết bị điều khiển, gây lãng phí điện năng. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển tiết kiệm điện cho động cơ không đồng bộ là rất cấp thiết và mang lại lợi ích kinh tế lớn. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu, thiết kế và thi công mô hình giảm tổn hao cho động cơ không đồng bộ ba pha, góp phần vào mục tiêu tiết kiệm năng lượng quốc gia.

1.1. Tình Hình Nghiên Cứu Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng

Ý tưởng nghiên cứu các giải thuật giảm tổn hao công suất đã xuất hiện từ những năm 1983 với các phương pháp điều khiển đơn giản như điều khiển theo hệ số công suất. Tuy nhiên, phương pháp này khó xác định hệ số công suất yêu cầu. Với sự phát triển của điều khiển các bộ biến đổi công suất, một số phương pháp hiện đại hơn liên quan đến điều khiển tần số được đề xuất vào những năm 1996-2000 như phương pháp điều khiển tần số trượt. Hiệu suất của các hệ truyền động được nâng cao nhưng thực hiện hệ thống điều khiển khá khó khăn do hệ số trong các biểu thức tính từ thông được xác định bằng thực nghiệm.

1.2. Phạm Vi Nghiên Cứu Luận Văn Về Động Cơ Không Đồng Bộ

Luận văn tập trung vào nghiên cứu xây dựng giải thuật điều khiển tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ 3 pha, có tính đến sự thay đổi của đặc tính năng lượng của động cơ phụ thuộc vào tần số của điện áp stator. Nghiên cứu xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu thích nghi cho động cơ không đồng bộ 3 pha, ước tính thông số điện trở stator nhằm đảm bảo mô hình chạy ổn định khi điện trở stator thay đổi, điều này có ý nghĩa thực tế vì khi làm việc động cơ nóng dần lên điện trở stator sẽ thay đổi khá lớn ảnh hưởng đến bộ quan sát tốc độ.

II. Thách Thức Giảm Tổn Hao và Điều Khiển Sensorless Động Cơ

Đối với các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao về tốc độ, cảm biến tốc độ (encoder) là bắt buộc. Việc loại bỏ cảm biến tốc độ (sensorless) giúp giảm chi phí và đơn giản hóa lắp đặt, bảo trì hệ thống động cơ không đồng bộ 3 pha. Đây là xu hướng phát triển chung của các bộ điều khiển động cơ cao cấp hiện nay. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu hiện tại còn hạn chế trong điều kiện thực tế, khi nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện cảm cuộn dây thay đổi, ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ thông, gây sai lệch trong tính toán giảm tổn hao và điều khiển tốc độ.

2.1. Ảnh Hưởng của Thông Số Động Cơ Đến Hiệu Quả Điều Khiển

Trên thực tế khi làm việc lâu dài nhiệt độ động cơ tăng, điện trở và điện cảm cuộn dây thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến bộ ước lượng tốc độ và tính toán từ thông, gây sai lệch đáng kể về tính toán giảm tổn hao cũng như điều khiển tốc độ. Luận văn nghiên cứu tập trung ứng dụng giảm tổn hao sắt từ trong động cơ cũng như điều khiển sensorless với thông số điện trở stator được quan sát theo thời gian. Điều này đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, vì điện trở stator ảnh hưởng chính đến việc tính toán từ thông.

2.2. Các Phương Pháp Điều Khiển Sensorless Hiện Tại và Hạn Chế

Nhiều phương pháp và giải thuật điều khiển tiết kiệm năng lượng cho động cơ không đồng bộ 3 pha được nghiên cứu và đề xuất, tuy nhiên chúng có một số nhược điểm sau: Phương pháp điều khiển theo hệ số công suất có thể thực hiện đơn giản, nhưng mỗi động cơ có hệ số công suất khác nhau, nên không thể tổng hợp mô hình thống nhất. Ngoài ra người điều khiển phải có kiến thức nhất định về động cơ và lợi ích kinh tế đem lại không lớn đặc biệt đối với các động cơ loại nhỏ.

2.3. Ưu Điểm Của Điều Khiển Định Hướng Trường FOC

Bên cạnh đó những năm gần đây việc điều khiển động cơ không đồng bộ không dùng cảm biến tốc độ (sensorless) phát triển mạnh vì những ưu điểm vượt trội của nó như: giảm giá thành, đơn giản hoá hệ thống cơ khí. Một trong những phương pháp điều khiển hay được sử dụng là phương pháp điều khiển định hướng trường FOC (Field Oriented Control) được phát triển bởi blaschke. Phương pháp FOC được đánh giá có khả năng đáp ứng tốt hơn phương pháp so với phương pháp hay được sử dụng thứ 2 là phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC(Direct Torque Control) được phát triển bởi Takahashi.

III. Giải Pháp Điều Khiển Tiết Kiệm Năng Lượng và Sensorless

Luận văn này đề xuất giải pháp điều khiển kết hợp giảm tổn hao sắt từ và điều khiển sensorless với việc quan sát điện trở stator theo thời gian. Giải pháp này đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, vì điện trở stator ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính toán từ thông. Đồng thời, luận văn cũng nghiên cứu xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) để ước tính thông số điện trở stator, giúp mô hình hoạt động ổn định khi điện trở stator thay đổi do nhiệt độ.

3.1. Ứng Dụng Giải Thuật Điều Khiển Tối Ưu Công Suất

Nghiên cứu xây dựng giải thuật điều khiển kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ 3 pha có tính đến sự thay đổi của đặc tính năng lượng của động cơ phụ thuộc vào tần số của điện áp stator. Nghiên cứu xây dựng bộ quan sát tốc độ vòng kín trên cơ sở mô hình tham chiếu thích nghi cho động cơ không đồng bộ 3 pha, ước tính thông số điện trở stator nhằm đảm bảo mô hình chạy ổn định khi điện trở stator thay đổi, điều này có ý nghĩa thực tế vì khi làm việc động cơ nóng dần lên điện trở stator sẽ thay đổi khá lớn ảnh hưởng đến bộ quan sát tốc độ.

3.2. Xây Dựng Mô Hình Tham Chiếu Thích Nghi MRAS

Trong khuôn khổ luận văn trình bày bộ ước tính tốc độ rotor trên mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS) trên cơ sở quan sát từ thông hệ thống. Ưu điểm, bộ quan sát MRAS là đơn giản tuy nhiên sai số lớn khi từ thông quan sát đầu vào sai. Để cải thiện chính xác bộ quan sát từ thông, trong đề tài dùng song song thêm mô hình tham chiếu thích nghi ước tính điện trở stator.

IV. Mô Phỏng và Thực Nghiệm Mô Hình Giảm Tổn Hao Động Cơ

Luận văn trình bày kết quả mô phỏng trên MATLAB Simulink và thực nghiệm trên mô hình thực tế. Các kết quả cho thấy giải pháp điều khiển đề xuất giúp giảm đáng kể tổn hao năng lượng của động cơ, đồng thời đảm bảo khả năng điều khiển tốc độ chính xác ngay cả khi thông số động cơ thay đổi. Mô hình thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở DSP TMS28335, cho phép kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của giải pháp trong điều kiện vận hành thực tế.

4.1. Mô Hình Mô Phỏng Trên MATLAB Simulink

Luận văn trình bày chi tiết về mô hình mô phỏng trên MATLAB Simulink, bao gồm các khối chức năng mô tả động cơ, bộ điều khiển, bộ ước lượng tốc độ và điện trở stator. Các thông số của mô hình được lựa chọn phù hợp với động cơ thực tế sử dụng trong thí nghiệm. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng giảm tổn hao và điều khiển tốc độ của giải pháp đề xuất.

4.2. Xây Dựng Mô Hình Thực Nghiệm Với DSP TMS28335

Nghiên cứu xây dựng mô hình thực nghiệm điều khiển kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ 3 pha. Nghiên cứu xây dựng giải thuật lập trình trên cơ sở DSP TMS 28335. Mô hình điều khiển động cơ KDB công suất 1HP kiệm điện năng trên cơ sở DSP TMS320F28335.

4.3. Đánh Giá Kết Quả Mô Phỏng và Thực Nghiệm

Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm được so sánh và đánh giá để kiểm chứng tính chính xác của mô hình và hiệu quả của giải pháp điều khiển. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống cũng được phân tích và đề xuất các giải pháp cải thiện.

V. Kết Quả Nghiên Cứu và Hướng Phát Triển Mô Hình Giảm Tổn Hao

Luận văn đã đạt được các kết quả chính sau: Xây dựng thành công giải pháp điều khiển giảm tổn hao và sensorless cho động cơ không đồng bộ ba pha; Chứng minh tính hiệu quả của giải pháp thông qua mô phỏng và thực nghiệm; Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo cho nghiên cứu, bao gồm việc tối ưu hóa giải thuật điều khiển, ứng dụng cho các loại động cơ khác nhau và tích hợp với các hệ thống điều khiển thông minh.

5.1. Các Bài Báo Khoa Học Được Công Bố

Bài báo khoa học đăng hội nghị khoa học và tạp chí KHCN: 03 bài báo khoa học được nhận đăng trên Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 16, số K4-2013: “Thiết kế bộ nguồn cung cấp liên tục trên cơ sở bộ biến đổi DC/DC Push-Pull hiệu suất cao”. Bài báo khoa học được nhận đăng trên Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 16, số K3-2013: “Điều khiển trực tuyến giảm tổn hao trong động cơ cảm ứng trên cơ sở DSP TMS320LF2812”.

5.2. Hướng Phát Triển Tiếp Theo Của Đề Tài

Hướng phát triển đề tài: Cần phải có các giải thuật điều khiển tối ưu tìm từ thông hay dòng điện từ hóa để giảm thiểu các tổn hao này. Nhiều giải thuật điều khiển đề xuất mới chỉ dừng ở mức mô phỏng, chỉ có một số được thực nghiệm sử dụng DSPACE, vi điều khiển và áp dụng cho tải dạng tỷ lệ thuận với tốc độ và bình phương của tốc độ.

Tổng quan nghiên cứu

Tiết kiệm năng lượng, đặc biệt là tiết kiệm điện năng trong công nghiệp, đang trở thành vấn đề cấp thiết tại Việt Nam trong bối cảnh phát triển công nghiệp mạnh mẽ và nguồn cung điện còn hạn chế. Động cơ không đồng bộ ba pha chiếm tỷ trọng lớn trong công nghiệp, khoảng 75%-80%, với phần lớn công suất từ 0.75 đến 75 kW. Tuy nhiên, đa số các động cơ này chưa được trang bị thiết bị điều khiển hiện đại, dẫn đến lãng phí điện năng đáng kể. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là thiết kế và thi công mô hình giảm tổn hao động cơ không đồng bộ ba pha không dùng cảm biến tốc độ (sensorless) dựa trên nền tảng DSP TMS320F28335, nhằm nâng cao hiệu quả tiết kiệm điện năng và đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ trong điều kiện thay đổi thông số điện trở stator do nhiệt độ.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào động cơ không đồng bộ ba pha công suất khoảng 1 HP, với mô hình toán học và phương pháp điều khiển sensorless áp dụng trong môi trường MATLAB Simulink và thực nghiệm trên phần cứng DSP. Luận văn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc giảm chi phí đầu tư, đơn giản hóa hệ thống điều khiển, đồng thời nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng trong các hệ truyền động công nghiệp. Các chỉ số hiệu quả như giảm tổn hao sắt từ, cải thiện độ chính xác ước lượng tốc độ rotor và giảm tiêu thụ điện năng được đánh giá chi tiết trong nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình toán động cơ không đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ d-q: Đây là mô hình cơ bản để phân tích và điều khiển động cơ, cho phép biểu diễn các đại lượng điện áp, dòng điện và từ thông dưới dạng vector quay đồng bộ với rotor, giúp điều khiển độc lập từ thông và moment.

• Phương pháp điều khiển định hướng trường (Field Oriented Control - FOC): Phương pháp này cho phép điều khiển moment và từ thông động cơ một cách độc lập, nâng cao hiệu suất và khả năng đáp ứng của hệ truyền động. FOC có hai dạng chính là điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp (DRFOC) và gián tiếp (IRFOC).

• Phương pháp điều khiển trực tiếp moment (Direct Torque Control - DTC): DTC điều khiển moment động cơ trực tiếp thông qua việc lựa chọn trạng thái đóng ngắt của bộ nghịch lưu, giúp cải thiện đáp ứng động và giảm tổn hao.

• Bộ quan sát tốc độ sensorless dựa trên mô hình tham chiếu thích nghi (MRAS): MRAS được sử dụng để ước lượng tốc độ rotor và điện trở stator trong điều kiện không có cảm biến tốc độ, giúp giảm chi phí và tăng độ tin cậy hệ thống.

• Mô hình tổn hao công suất trong động cơ không đồng bộ: Bao gồm tổn hao đồng, tổn hao sắt từ và tổn hao phụ, được sử dụng để xây dựng giải thuật điều khiển tối ưu nhằm giảm tổn hao năng lượng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thực nghiệm từ mô hình động cơ không đồng bộ 3 pha công suất 1 HP, mô phỏng trên MATLAB Simulink và kết quả thực nghiệm trên phần cứng DSP TMS320F28335. Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình động cơ thực tế, được lựa chọn do tính phổ biến trong công nghiệp và khả năng áp dụng rộng rãi.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học động cơ trên hệ tọa độ d-q, mô phỏng các phương pháp điều khiển FOC, DTC và sensorless.

• Thiết kế bộ quan sát MRAS song song ước lượng tốc độ rotor và điện trở stator, nhằm đảm bảo độ chính xác trong điều kiện thay đổi nhiệt độ.

• Phát triển giải thuật điều khiển giảm tổn hao dựa trên mô hình tổn hao công suất, tối ưu hóa điện áp và dòng điện từ hóa.

• Thực hiện mô phỏng chi tiết các trường hợp vận hành ở các tốc độ khác nhau (500, 1000, 1500 vòng/phút) để đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng.

• Thí nghiệm thực tế trên mô hình phần cứng DSP để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của giải thuật.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn xây dựng mô hình, phát triển giải thuật, mô phỏng và thực nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giảm tổn hao sắt từ: Giải thuật điều khiển giảm tổn hao sắt từ trên động cơ không đồng bộ ba pha đã giảm tổn hao sắt từ khoảng 10-15% so với phương pháp điều khiển truyền thống, đặc biệt hiệu quả ở tốc độ 1000 vòng/phút với mức giảm tổn hao đạt gần 14%.

2. Độ chính xác ước lượng tốc độ rotor: Bộ quan sát MRAS song song ước lượng tốc độ rotor và điện trở stator cho sai số ước lượng dưới 3% trong điều kiện điện trở stator thay đổi do nhiệt độ, giúp duy trì ổn định hoạt động của động cơ.

3. Tiết kiệm điện năng thực tế: Mô hình điều khiển sensorless kết hợp giảm tổn hao đã tiết kiệm điện năng khoảng 8-12% trong các trường hợp vận hành thực tế, với hiệu quả cao nhất đạt 12% ở tốc độ 1500 vòng/phút.

4. Đáp ứng hệ thống với thay đổi thông số: Khi điện trở stator thay đổi đến 20% do nhiệt độ tăng, hệ thống điều khiển vẫn duy trì được độ ổn định và chính xác trong ước lượng tốc độ, giảm sai số điều khiển xuống dưới 5%, vượt trội so với các phương pháp không quan sát điện trở.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả tiết kiệm năng lượng là do giải thuật điều khiển tối ưu tổn hao sắt từ, kết hợp với việc ước lượng chính xác điện trở stator giúp điều chỉnh từ thông và dòng điện từ hóa phù hợp trong suốt quá trình vận hành. So với các nghiên cứu trước đây chỉ thực hiện trong điều kiện lý tưởng, luận văn đã mở rộng phạm vi nghiên cứu trong điều kiện thực tế với sự biến đổi thông số động cơ theo thời gian.

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy phương pháp sensorless MRAS song song là giải pháp hiệu quả, giảm chi phí hệ thống do loại bỏ cảm biến tốc độ, đồng thời nâng cao độ tin cậy và dễ dàng bảo trì. Biểu đồ so sánh tổn hao sắt từ và điện năng tiêu thụ giữa các phương pháp điều khiển truyền thống và giải thuật đề xuất minh họa rõ ràng sự cải thiện đáng kể.

Ngoài ra, việc áp dụng kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM) trong bộ nghịch lưu giúp giảm tổn hao do đóng ngắt và sóng hài, góp phần nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ truyền động.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giải thuật điều khiển sensorless MRAS song song trong các hệ truyền động công nghiệp: Động tác này nhằm giảm chi phí đầu tư và tăng độ tin cậy hệ thống, với mục tiêu giảm tổn hao điện năng ít nhất 10% trong vòng 12 tháng, do các nhà sản xuất và đơn vị vận hành thực hiện.

2. Tích hợp giải thuật giảm tổn hao sắt từ vào bộ điều khiển DSP TMS320F28335: Đề xuất phát triển phần mềm điều khiển tích hợp, tối ưu hóa thuật toán để phù hợp với các loại động cơ phổ biến, hoàn thành trong 6 tháng, do nhóm nghiên cứu và kỹ sư phần mềm đảm nhiệm.

3. Nâng cao công tác giám sát và điều chỉnh điện trở stator theo thời gian thực: Áp dụng bộ quan sát điện trở stator để đảm bảo độ chính xác điều khiển trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, giúp duy trì hiệu suất động cơ ổn định, thực hiện trong 3-6 tháng, do bộ phận bảo trì và kỹ thuật vận hành thực hiện.

4. Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng cho các loại tải khác nhau: Khuyến nghị nghiên cứu thêm về hiệu quả của giải thuật trên các loại tải phi tuyến và tải biến đổi, nhằm nâng cao tính ứng dụng rộng rãi, với thời gian nghiên cứu dự kiến 12 tháng, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế hệ truyền động công nghiệp: Có thể áp dụng giải thuật điều khiển sensorless và giảm tổn hao để thiết kế các hệ thống động cơ tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và bảo trì.

2. Các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình thực nghiệm chi tiết, hỗ trợ phát triển các giải pháp điều khiển mới và tối ưu hơn.

3. Doanh nghiệp sản xuất và vận hành nhà máy điện, nhà máy công nghiệp: Tham khảo để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm tổn hao điện năng và chi phí sản xuất thông qua ứng dụng công nghệ điều khiển hiện đại.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành thiết bị điện, tự động hóa: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến điều khiển động cơ không đồng bộ và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải thuật sensorless MRAS có ưu điểm gì so với cảm biến tốc độ truyền thống?
   Giải thuật MRAS loại bỏ cảm biến tốc độ vật lý, giảm chi phí và độ phức tạp hệ thống, đồng thời tăng độ tin cậy và dễ bảo trì. Ví dụ, trong các hệ truyền động công nghiệp, việc loại bỏ cảm biến giúp giảm hỏng hóc do môi trường khắc nghiệt.

2. Làm thế nào để giải thuật điều khiển giảm tổn hao sắt từ cải thiện hiệu suất động cơ?
   Giải thuật tối ưu từ thông và dòng điện từ hóa, giảm tổn hao trong lõi sắt và tổn hao phụ, từ đó giảm tiêu thụ điện năng. Mô phỏng cho thấy giảm tổn hao sắt từ khoảng 10-15% so với phương pháp truyền thống.

3. Phương pháp điều khiển FOC và DTC khác nhau như thế nào?
   FOC điều khiển moment và từ thông độc lập qua hệ tọa độ d-q, phù hợp cho điều khiển chính xác và ổn định. DTC điều khiển trực tiếp moment qua lựa chọn trạng thái bộ nghịch lưu, có đáp ứng nhanh nhưng phức tạp hơn. Cả hai đều được áp dụng trong nghiên cứu để so sánh hiệu quả.

4. Điện trở stator thay đổi ảnh hưởng thế nào đến điều khiển sensorless?
   Điện trở stator thay đổi do nhiệt độ làm sai lệch ước lượng tốc độ rotor, gây mất ổn định điều khiển. Bộ quan sát MRAS song song ước lượng điện trở stator giúp điều chỉnh kịp thời, duy trì độ chính xác và ổn định hệ thống.

5. Giải thuật này có thể áp dụng cho các loại động cơ công suất lớn hơn không?
   Có thể mở rộng áp dụng cho các động cơ công suất lớn hơn với điều chỉnh tham số phù hợp. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về đặc tính tải và điều kiện vận hành để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển thành công giải thuật điều khiển sensorless MRAS song song ước lượng tốc độ rotor và điện trở stator, giúp giảm tổn hao sắt từ và tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ ba pha.
• Mô hình toán học trên hệ tọa độ d-q và phương pháp điều khiển định hướng trường FOC được áp dụng hiệu quả trong thiết kế giải thuật.
• Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy giảm tổn hao sắt từ từ 10-15% và tiết kiệm điện năng 8-12% trong các trường hợp vận hành thực tế.
• Giải thuật đảm bảo độ ổn định và chính xác trong điều kiện thay đổi thông số động cơ do nhiệt độ, nâng cao tính ứng dụng thực tiễn.
• Đề xuất triển khai ứng dụng trong công nghiệp và mở rộng nghiên cứu cho các loại tải khác nhau trong thời gian tới.

Hãy áp dụng giải pháp điều khiển sensorless và giảm tổn hao để nâng cao hiệu quả năng lượng trong hệ truyền động của bạn ngay hôm nay!