ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---*****--- TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỂ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ LUẬN VĂN THẠ
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-***** -
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỂ TIẾT KIỆM NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
HỌC VIÊN :ĐINH NGUYÊN
Trang 21
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp Thái Nguyên
Cán bộ HDKH : PGS.TS Bùi Quốc Khánh
Chủ tịch : PGS.TS Nguyễn Như Hiển
Phản biện 1 : PGS.TS Võ Quang Lạp
Phản biện 2 :TS Nguyễn Quân Nhu
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại:
Phòng cao học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
Vào 10 giờ 30 phút ngày 28 tháng 07 năm 2013
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái
Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên
18
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Bùi Quốc khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghị(2002),Tự động điều chỉnh truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật , Hà Nội
2 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn(2007), Cơ sở truyền động điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
3 Nguyễn Phùng Quang(1969), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà xuất bản Giáo dục,Hà Nội
4 Vũ Gia Hanh, Phan Tử Thụ(1992-Biên dịch), Máy điện, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
5 Trần Thọ, Võ Quang Lạp, (2001) Điều khiển tự động truyền động điện,
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
6 Trần Khánh Hà ( 1997), Máy điện tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và
kỹ thuật,Hà Nội
Tiếng Anh
1 P Barrass, M Cade (1999), PWM rectifier using indirect voltage
sensing, Proc.IEE-Elect Power Applicat, vol 146, no 5 , pp 539-544
2 Plexim GmbH, PLECS – Piece-wise Linear Electrical Circuit
Simulation for Simulink, User Mamual, ver 1.2
Trang 3KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu giải pháp điều khiển để
tiết kiệm năng lượng điện trong tòa nhà ” tôi đã tính toán và đưa ra các giải
pháp để tiết kiệm năng lượng điện trong điều khiển thang máy là:
+ Chọn động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
+ Sử dụng hãm tái sinh thay cho hãm điện trở
+ Sử dụng bộ điều khiển DC bus chung kết hợp với chỉnh lưu tích cực
Luận văn đã được hoàn thành với sự hướng dẫn tận tình của PGS –
TS Bùi Quốc Khánh Tôi xin chân thành cám ơn sâu săc đến các thầy cô
giáo và các bạn đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu Nhiều yêu cầu đặt ra mà trong luận văn chưa đề cập hết được,
với tinh thần không ngừng học hỏi, tôi rất mong các thầy cô giáo và các bạn
đồng nghiệp đóng góp ý kiến để luận văn này được hoàn thiện hơn
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày 08 tháng 08 năm 2013
Tác giả
Đinh Nguyên
MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa xã hội ngày càng phát triển, các tòa nhà cũng ngày càng cao hơn và hiện đại hơn.Một yếu tố không thể thiếu về nhu cầu thể hiện sự bề thế sang trọng của tòa nhà là những thang máy được lắp đặt bên trong.Thang máy là thiết
bị vận chuyển người và hàng hoá theo phương thẳng đứng trong các nhà cao tầng Trong những công trình cao tầng thang máy là thiết bị không thể thiếu Thang máy giúp cho việc đi lại trong các nhà cao tầng dễ dàng hơn Chính vì vậy từ khi xuất hiện tới nay thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng
Những năm cuối thế kỉ XX đầu thế kỉ XXI Nhờ ứng dụng những thành quả kỹ thuật điện tử, vi xử lý vào lĩnh vực tự động hoá đã mang lại những thành tựu to lớn Nó thay đổi hoàn toàn bộ mặt của nền sản xuất công nghiệp truyền thống Tạo ra một thế hệ máy móc thông minh, linh hoạt Cùng với sự phát triển của khoa học Thang máy ngày càng được hoàn thiện hơn có tốc độ cao, dừng êm, tiêu tốn ít năng lượng và đảm bảo an toàn
Trong giai đoạn hiện nay nền kinh tế nước ta đang có bước phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụng thang máy trong mọi lĩnh vực càng tăng lên.Các khu chung cư cao tầng ,hệ thống các khu công nghiệp, chợ và siêu thị cao tầng được xây dựng rất nhiều dẫn đến nhu cầu sử dụng thang máy tăng lên kéo theo
đó là lượng điện năng tiêu thụ cũng tăng lên đáng kể
Từ thực tế trên yêu cầu đặt ra là phải tìm ra một giải pháp nào đó để tiết kiệm năng lượng điện trong quá trình sử dụng thang máy
Trang 43
Đề tài đã được hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô
giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến
thầy giáo PGS-TS Bùi Quốc Khánh, người đã giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn
Mặc dù đã hết sức cố gắng song luận văn chưa thể đi sâu vào
nghiên cứu nhiều khía cạnh kỹ thuật khác, tôi rất mong được sự đóng góp
và giúp đỡ hơn nữa của các thầy, cô giáo và đồng nghiệp để luận văn có
hướng phát triển hơn nữa trong tương lai
Ngày 08 tháng 08 năm 2013
Tác giả luận văn
Đinh Nguyên
16
4.2 Giải pháp 2: Thay hãm điện trở bằng phương pháp hãm tái sinh
Sử dụng hãm điện trở , năng lượng dư thừa bị diệt trên điện trở, nên năng lượng trả về lưới bằng không
→ Vậy khi dùng hãm tái sinh thay cho hãm điện trở thì năng lượng điện tiết kiệm được
4.3 Giải pháp 3:Sử dụng bộ điều khiển DC bus chung kết hợp với chỉnh lưu tích cực
Kết luận:
+ Công suất lắp đặt PPWM = 50% P∑ do vậy nếu dùng chỉnh lưu PWM sẽ giảm được công suất đặt
+ Tổn thất bộ biến đổi n(bộ) x Pi : Nếu dùng đơn lẻ ta có: ΔPCL = (1- η) ηbbđ.Pi
Nếu dùng bộ chung thì : ΔPCL = (1- η).∑Pvh
Trang 5CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
4.1 Giải pháp 1:Chọn động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
- So sánh động cơ KĐB với động cơ ĐB nam châm vĩnh cửu:
+ Động cơ ĐB nam châm vĩnh cửu công suất 5kW có η=0.9 ,
Momen mở máy MĐBNCVC= 4Mđm
+ Động cơ KĐB công suất 7,5kW có η=0.8, momen mở máy
MKĐB= 2,5Mđm
→ Do vậy khi chọn động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có Momen mở
máy cao nên giảm được công suất đặt từ 7,5kW về 5kW
+ Hiệu suất động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ηĐB=0.9 > ηKDB=0.8
nên ta có:
Tổn thất motor cho 1 lần chạy của động cơ ĐB nam châm vĩnh cửu là:
ΔP = 0,1.5 = 0,5kW
Tổn thất motor cho 1 lần chạy của động cơ KĐB là:
ΔP = 0,2.7,5 = 1,5kW
→ Vậy chọn động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ta giảm tổn thất motor
được 3 lần
- Biết hiệu suất chung η=(0,8.0,8)Pđm = 0,64Pđm
+Tổn thất công suất của động cơ KĐB( Pđm=7,5kW ) là:
ΔP = 0,36.7,5 = 2,7kW
- Khi nâng 10% hiệu suất η=(0,9.0,8)Pđm = 0,72Pđm
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ THANG MÁY 1.1 Giới thiệu chung về thang máy
Giới thiệu về lịch sử ra đời thang máy, tầm quan trọng của thang máy trong sinh hoạt và trong sản xuất Tình hình sử dụng thang máy ở Việt Nam
1.2 Cấu tạo chung của thang máy
Trình bày sơ đồ cấu tạo của thang máy, kết cấu các bộ phận chính trong thang máy
1.3 Phân loại thang máy
Tác giả đã chỉ ra các cách phân loại thang máy khác nhau và ưu nhược điểm của mỗi cách
1.4 Yêu cầu công nghệ và truyền động Phần này nêu khái quát các yêu cầu về quá trình dừng chính xác buồng
thang và quá trình hãm buồng thang Trình bày cấu tạo và nguyên lý của bộ cảm biến dừng tầng Phân tích ảnh hưởng của các tham số gia tốc , vận tốc,
độ giật đến quá trình làm việc của thang máy
Trang 65
Khi tốc độ cabin đạt giỏ trị từ (0,75 ữ 3,5) [m/s], gia tốc tối ưu a ≤ 2
[m/s2], giỏ trị này của gia tốc nhằm đảm bảo năng suất cao, khụng gõy ra
cảm giỏc khú chịu cho hành khỏch Một đại lượng nữa cũng ảnh hưởng đến
sự di chuyển ờm của cabin, đú là độ giật (đạo hàm bậc nhất của gia tốc
dt
da
=
ρ hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ
2 2
dt v d dt
da=
=
ρ ) Khi giỏ trị của gia tốc đạt tối ưu a ≤ 2 [m/s2] thỡ độ giật ρ≤ 20 [m/s3]
1.5 Tớnh toỏn chọn cụng suất động cơ
Xỏc định đồ thị phụ tải tĩnh và sơ bộ chọn cụng suất động cơ
Mở
mỏy
Chế độ
ổn định
Hóm
xuốn
g
a
t
ρ ρ
ρ ρ
ρ
ρ
a
s
ν
a
0
ρ,
a,
M
ν,
S,
14
3.2 Tớnh năng lượng trung bỡnh thang mỏy vận hành trong 1 ngày
Biểu đồ năng lượng tiờu thụ trung bỡnh của thang mỏy trong một ngày vận hành
Hình 3.3 : Biểu đồ năng lượng tiờu thụ trung bỡnh của thang mỏy trong một
ngày vận hành
kWh
WI
WII
WIII
Trang 7CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG TIấU THỤ TRONG QUÁ TRèNH
NÂNG VÀ HẠ THANG MÁY
3.1 Xõy dựng biểu đồ năng lượng khi nõng và hạ thang mỏy:
3.1.1 Quỏ trỡnh nõng thang:
Hình 3.1 : Biểu đồ năng lượng khi nâng thang máy
3.1.2 Quỏ trỡnh hạ thang mỏy :
kWh
100%G
Không tải
50%G
kWh
1
2
4
6
8 1 1 1 1
Không tải 50%G
Kết hợp cỏc điều kiện sơ bộ về momen và cụng suất, ta chọn động cơ khụng đồng bộ(KĐB) roto lồng súc, với cỏc thụng số như sau:
- Cụng suất định mức: 7,5 kW
- Điện ỏp dõy định mức: < 400V
- Số đụi cực: p=6/2=3
- Tốc độ định mức: nđm = 970(vũng/phỳt)
- Hiệu suất: η=86%
- Hệ số cụng suất: cosφ = 0,77
- Dũng stator định mức: I1đm = 12A
- Dũng khởi động: Is = 5ì12 = 60A
- Momen định mức: Mđm = 54Nm
- Momen khởi động định mức(s=1): Ms = 1,9ì54 = 102,6Nm
- Momen tới hạn: Mth = 2,8ì54 = 151,2 Nm
- Momen quỏn tớnh: J=0,03673 kgm2
- Khối lượng: m=21 Kg
- Cấp cỏch điện: F
- Kiểu gỏ lắp: lắp mặt đế
- Cấp bảo vệ: IP55
- Hệ số tớnh đổi điện trở: Kr= Ke2 = 1,79ì104
- Stator: rs = 1,41Ω; Xs = 1,29Ω
- Roto: r’r = 2,0Ω; X’r = 1,74Ω
1.6 Chọn động cơ Giới thiệu về động cơ đồng bộ và động cơ khụng đồng bộ Động cơ
Trang 87
động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kết cấu đơn giản, vững chắc, giá
thành rẻ, có thể làm việc trong mọi môi trường phức tạp nên được sử dụng
rộng rãi trong truyền động cho thang máy có thể thay đổi khả năng khởi
động và hãm nhằm giảm độ giật cho cabin, điều chỉnh tốc độ trơn hoàn
toàn, chất lượng điều chỉnh cao, dễ dàng vận hành do đó được lựa chọn
1.7 Kiểm nghiệm động cơ
Sau khi chọn động cơ, kiểm tra động cơ theo moomen khởi động và điều
kiện phát nóng của động cơ ta thấy chúng đều nằm trong giới hạn cho phép
12
Hình 2.16: Hệ nhiều động cơ thang máy
Hệ nhiều thang máy là hệ gồm một bộ chỉnh lưu tích cực ghép nối với các biến tần động cơ theo một đương bus chung Trong đó ta dùng phương pháp VOC để điều khiển bộ chỉnh lưu PWM và dùng phương pháp DTC để điều khiển các mạch nghịch lưu riêng biệt hệ nhiều thang máy có thể trao đổi công suất qua lại giữa các thang máy riêng biệt với nhau cũng như giữa các động cơ thang máy với lưới nhờ bộ chỉnh lưu tích cực
Trang 9Đặc điểm của biến tần nguồn ỏp là điện ỏp một chiều luụn luụn giữ
dấu khụng đổi, khi dũng Id cũng khụng đổi dấu.Do vậy khụng thực hiện trao
đổi năng lượng từ tải về lưới.Trong trường hợp này phổ biến là dựng hóm
dập động năng bằng điện trở hóm ở mạch một chiều.Loại biến tần này phổ
biến rộng rói nhất trong cụng nghiệp
2.6.3.Chế độ hóm tỏi sinh trong biến tần nguồn ỏp chỉnh lưu tiristo:
2.6.4.Biến tần nguồn ỏp làm việc bốn gúc phần tư:
Biến tần làm việc với bốn gúc phần tư đảm bảo trao đổi cụng suất giữa
tải và lưới đồng thời dũng đầu vào cú dạng hỡnh sin, nờn cú thể điều chỉnh
cos = 1
Dựa vào những yờu cầu cụng nghệ của những loại biến tần trờn và yờu
cầu điều khiển của thang mỏy, với yờu cầu trả năng lượng từ tải về lưới để
tận dụng tối ưu cụng suất thỡ ta chọn biến tần nguồn ỏp làm việc bốn gúc
phần tư
2.7.Chỉnh lưu PWM
2.7.1.Nguyờn lý làm việc
Chỉnh lưu làm việc trao đổi cụng suất hai chiều giữa lưới và tải,dũng điện
chỉnh lưu phải thay đổi được dấu.ta gọi cú dấu “+” khi nú cú chiều
hướng về tải và ngược lại cú dấu “-” khi cú chiều hướng về lưới
Vỡ dấu điện ỏp một chiều là cố định nờn cụng suất thay đổi hai chiều từ
lưới về tải = > 0 và từ tải về lưới = < 0
2.7.2.Tổng quan về Điều khiển chỉnh lưu PWM
2.7.3.Cấu trỳc điều khiển chỉnh lưu PWM theo định hướng vector điện ỏp
dựa vào dũng điờn (VOC)
CHƯƠNG 2 CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG DÙNG TRONG ĐIỀU KHIỂN
THANG MÁY 2.1 Hệ truyền động động cơ xoay chiều
Luận văn đề cập và phõn tớch những ưu điểm và hạn chế của cỏc hệ truyền động dựng động cơ đồng bộ với cỏc hệ truyền động dựng động cơ
khụng đồng bộ
2.2 Hệ truyền động động cơ một chiều
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ một chiều có nhiều ưu việt
hơn các động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt
được chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng
Trong thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp mạch kích từ
2.3 Giới thiệu về điều khiển động cơ khụng đồng bộ theo tần số Phương phỏp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp được sử dụng cho động
cơ khụng đồng bộ cho đến nay vẫn là phương phỏp tốt nhất, vỡ nú điều chỉnh trực tiếp cụng suất điện đầu vào động cơ, đặc tớnh cơ cú độ cứng khụng thay đổi trong dải điều chỉnh rộng
Trang 10
9
2.4 Các phương pháp điều khiển tần số
Có nhiều phương pháp điều khiển tần số, phổ biến trong công nghiệp
là điều khiển theo luật = const, điều khiển tựa từ thông roto (FOC), điều
khiển trực tiếp momen (DTC)
2.5.Lý thuyết về DTC
2.5.1 Nguyên lý chung
2.5.2.Cách thực hiện
Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc điều khiển bằng phương pháp DTC
10
2.6.Chế độ hãm trong hệ truyền động biến tần- động cơ không đồng bộ 2.6.1.Chế độ hãm tái sinh trong hệ truyền động, biến tần nguồn dòng:
Hinh 2.7: Sơ đồ biến tần nguồn dòng động cơ KĐB
Đối với biến tần có khâu trung gian một chiều trung gian, Id không đổi chiều Do điện áp đầu ra, đầu vào của chỉnh lưu và ngịch lưu của biến tần thay đổi được dấu nên biến tần nguồn dòng dễ làm việc trong chế độ hãm tái sinh
2.6.2.Chế độ hãm trong hệ biến tần nguồn áp chỉnh lưu điốt:
Hình 2.8: Mạch hãm trong hệ biến tần – động cơ KĐB,chỉnh lưu điốt
