v


Tìm hiểu tổng quan về các phụ tiă đin thông dụng thuc nhóm HVAC
(Heating, Ventilation and Air-Condition) và chứngă minhăđc kh nĕngă tiết kim
nĕngălng bằngăcáchăđiều khiển biến tc.
Trình bày vnăđề về tổn hao và các phơngăphápăđiều khiển tiết kimănĕngă
lng củaăđngăcơăkhôngăđng b là kết qu tổng hp các nghiên cứu khác nhau
trên thế giiăđể đaăraăcáiănhìnătổng quan toàn din về lƿnhăvực nghiên cứu.
Xây dựng gii thutăđiều khiển tiết kimănĕngălngămàăđiătng chính là
đngăcơăkhôngăđng b 3 pha. Dựa trên cơăsở phơngăpháp điều khiển đnhăhngă
trngărotor giánătiếpă(Indirect Field Oriented Control)ăkếtăhpăviăvicătìmăraăgiáătră
từăthôngărotorătiăuămụcăđíchăđểăgimăcácătổnăhaoătrongăđngăcơă tiếtăkimăđcă
nĕngălng
Thựcăhinămôăphỏngăgiiăthutătiếtăkimănĕngălngătrênăphầnămềm Matlab.
Nhnăxét cácăthànhăphầnăchínhăcủaăđngăcơănh:ăđinăáp,ădòngăđin,ătcăđ,ămômen,
từăthôngăvàăcôngăsutătiêuăthụ.ăSo sánh cácăkếtăquămôăphỏngăkhiăsửădụngăgiiăthută
từăthôngărotorătiăuăviătừăthôngărotorăthamăchiếuă đnhămứcăđểătínhăđcălngă
nĕngălngătiếtăkimăđc.ăVàăthựcăhinămôăphỏngălầnăltăviătừăthôngărotor tham
chiếu,ătcăđăđặt rotor,ămômenătiăkhácănhauăđểăkiểmăchứng khănĕngătiếtăkimănĕngă
lng.
Đềă tài cũngă đaă raă hngă khácă nhằmă tiếtă kimănĕngă lngă trongă đngă cơă
khôngăđngăb 3ăphaălàăđiềuăchếătừăthôngărotorătừăsựăcânăbằngăhaiăthànhăphầnătổnă
haoăcôngăsutăphụăthucătừăthôngăvàăphụăthucămômen đinătừ.ăSoăsánhăkếtăquămôă
phỏngăviăgiiăthutătừăthôngărotorătiăuăđểăkiểmăchứngăkhănĕngătiếtăkimănĕngă
lngăcủaăhaiăgiiăthut



Trang tựa TRANG
Quyếtăđnhăgiaoăđề tài
Lý lch khoa hc i
Liăcamăđoan ii
Li cm t iii
Tóm tắt iv
Mục lục vii
Danh sách các chữ viết tắt, kí hiu xii
Danh sách các hình xv
Danh sách các bng xix
 1
1.1ăGiiăthiuătổngăquan 1
1.2ăCácănghiênăcứuătrongăvàăngoàiănc 2
1.2.1ăCácănghiênăcứuătrongănc 2
1.2.2ăCácănghiênăcứuăngoàiănc 2
1.3 Mụcăđíchănghiênăcứu 3
1.4 Nhimăvụănghiênăcứuăvàăgiiăhnăcủaăđềătài 3
1.4.1ăNhimăvụăcủaăđềătài 3
1.4.2ăGiiăhnăcủaăđềătài 4
1.5 Phơngăphápănghiênăcứu 4
1.6 Giáătrăthựcătinăcủaăđềătài 5
1.7 Băcụcăcủaălunăvĕnă 5

viii

 6
2.1ăThngăkêăvềăsửădụngăcácăđngăcơăkhôngăđngăb 6
2.2ăĐiềuăkhiểnăhiuăquănĕngălngăcủaăcácăứngădụngăHVAC 9
2.3ăTiếtăkimănĕngălngătrongăcácăứngădụngăHVACăbằng điềuăkhiểnăbiến

4.2ăKếtălunăvàăhngănghiênăcứu 47


 48
5.1 Thiếtăkếăgiiăthutăhăthngăđiềuăkhiểnă 48
5.1.1ăXâyădựngăthutătoán 48
5.1.2ăKếtălun 53
5.2 Xâyădựngăvàămôăphỏngăhăthngăđiềuăkhiểnă 54
5.2.1 Xâyădựngăhăthngăđiềuăkhiểnă 54
5.2.2 Môăphỏngăhăthngăđiềuăkhiểnă 61
5.3 Kếtăquămôăphỏng 65
5.3.1 Xácăđnhătừăthôngărotorătiăuă 65
5.3.2 Kếtăquămôăphỏngăviătừăthôngărotorătiău 65
5.3.3 Soăsánhăkếtăquămôăphỏngătừăthôngărotorătiăuăviătừăthôngărotorăthamăchiếuă
đnhămứcă(TTRTCĐM) 67
5.3.3.1ăĐinăáp 68
5.3.3.2ăDòngăđin 68
5.3.3.3ăTcăđ rotor 69
5.3.3.4 Mômen đinătừ 69

x
5.3.3.5ăTừăthôngărotor 70
5.3.3.6ăCôngăsutătiêuăthụă(CSTT) 70
5.3.4 XétăcácăđăthăCSTTăkhiăđngăcơăhotăđngăởăcácăchếăđătừăthôngărotorăthamă
chiếuă(TTRTC)ăkhácănhauă 71
5.3.5 XétăcácăđăthăCSTTăkhiăđngăcơăhotăđngăởăcácătcăđăđặtăkhácănhau 73
5.3.6 XétăcácăđăthăCSTTăkhiăđngăcơăhotăđngăởăcácămômenăti khác nhau 75
5.4ăKếtălun 77
 
 78



ĐCKĐB Đngăcơăkhôngăđngăb
TKNL Tiếtăkimănĕngălng
GTTKNL Giiăthutătiếtăkimănĕngălng
TUNL Tiăuănĕngălngă
PPĐK Phơngăphápăđiềuăkhiển
BCL Băchỉnhălu
KĐM Khởiăđngămềm
TTRTU Từăthôngărotorătiău
TTRĐC Từăthôngărotorăđiềuăchế
TTRTC Từăthôngărotorăthamăchiếu
TTRTCĐM Từăthôngărotorăthamăchiếuăđnhămức
HVAC Heating, Ventilation, Air-Condition
LCC Life Cycle Costs
PC Pump Characteristic
SC System Characteristic
PWM-VSI Pulse Width Modulated Voltage Source Inverter
PWM Pulse Width Modulation
THD Total Harmonic Distortion
VVFF Variable Voltage Fixed Frequency
VVVF Vaiable Voltage Variable Frequency

xiii
ASD
s
Adjustable Speed Drives
FOC Field Oriented Control
IRFOC Indirect Field Oriented Control
DC Direct Curent

r
r
u

Véctơăđinăápărotorătrênătrụcărotor
, , ,
sd sq rd rq
   
Từăthôngăstator,ărotorătrụcădq
es
,
opt t
rr

Từ thôngărotorătiău,ăTừăthôngărotorăcălng
,
r rN

Từăthôngărotorătiătầnăsălàmăvicăvàăđnhămức
m

Từăthôngăkheăhởăkhôngăkhí
,
em
TT
Mômenăđinătừ,ămômenăti
, , ,
s r sl
   
Tcăđăgócăcơ,ămchăstator,ămchărotor,ătrt

L L L
Đinăcmăstator,ărotor,ăhổăcm
,
ls lr
LL
Đinăcmăriêngăstator,ărotor
cu
P
Tổnăhaoăđng
,
fe feN
PP
Tổnăhaoăsắtătừătiătầnăsălàmăvicăvàăđnhămức
,
fe feN
RR
Đinătrởăsắtătừăti tầnăsălàmăvicăvàăđnhămức xv
DANH SÁCH CÁC HÌNH

)ătrongămtăbăláiăvôăhng 28
Hình 3.9: Víădụăvềăđiềuăkhiểnătầnăsătrtătiăuămàăgiáătrăthamăkhoăđcăđặtă
trongăbngătra 29
Hình 3.10: Víădụăđiểnăhình điềuăkhiển theoămôăhìnhătrongăđngăcơăvôăhng 30
Hình 3.11: Víădụăvềăđiềuăkhiểnătiăuăhiuăsutădựaătrênămôăhìnhăđngăcơ đcăthựcă
hinătheoătrụcăthamăchiếuăđnhăhngătựaătheoătrng 32
Hình 3.12: Thực hin điềuăkhiểnătìmăkiếmăchoăbălái theoătừăthôngărotor 33
Hình 3.13: Víădụ vicăthựcăhinătiăuăhiuăsutătìmăkiếmătrongămtăbăláiăvôăhng
35
Hình 3.14: Điềuăkhiểnămătiăuănĕngălngăđcăthựcăhinăviăđiềuăkhiểnăđngă
cơătựaătheoăhngătrng 36
Hình 4.1: SơăđătổngăquátăcủaăhăthngăđiềuăkhiểnăvéctơăĐCKĐB 40
Hình 4.2: Hătrụcătừăthôngărotor 41
Hình 4.3: Sơăđăđiềuăkhiểnăđnhăhngătừăthôngărotorăgiánătiếp 45
Hình 5.1: Sơăđăkhiăhăthngăđiềuăkhiển 54
Hình 5.2: Nguyênălýăđiềuăkhiểnăđnhăhngătựaătheoătrng 55
Hình 5.3: Sơăđămôăphỏngăcủaăhăthngăđiềuăkhiểnăđngăcơ 61
Hình 5.4: Sơăđămô phỏngăkhiăđiềuăkhiểnăvectoră(Vector Control block) 62
Hình 5.5: Sơăđămô phỏngăkhiătừăthôngătiăuă(optimal flux) 62
Hình 5.6: Sơăđămôăphỏngăkhiătínhătoánădòngăđină
sd
i

62
Hình 5.7: Sơăđămôăphỏngăkhiăđiềuăchỉnhătcăđă 63
Hình 5.8: Sơăđămôăphỏngăkhiătínhătoánădòngăđină
sq
i

63

0.96(W )
r
b



72
Hình 5.24: ĐăthăCSTTăcủaăTTRTUăvà TTRTCăviă
0.8(W )
r
b



72
Hình 5.25: ĐăthăCSTTăcủaăTTRTUăvà TTRTCăviă
0.7(W )
r
b



73
Hình 5.26: ĐăthăCSTTăcủaăTTRTUăvà TTRTCĐMăviă
120( / )rad s



74
Hình 5.27: ĐăthăCSTTăcủaăTTRTUăvà TTRTCĐMăviă

Hình 6.3: Sơăđămôăphỏngăkhiăđiềuăchếătừăthông 82
Hình 6.4: Đăthăcânăbằngă2ăthànhăphầnătổnăhaoătổnăhaoăcôngăsut 83
Hình 6.5: ĐăthăcácăthànhăphầnăU,ăI,

,
e
T
,
r

,ăPăcủaăđngăcơ 84
Hình 6.6: ĐăthăđinăápădâyăVabăcủaă2ăGTTKNL 86
Hình 6.7: Đăthădòngăđinăxoayăchiềuă3ăphaăngõăraăBNL củaă2ăGTTKNL 86
Hình 6.8: Đăthătcăđărotor củaă2ăGTTKNL 87
Hình 6.9: Đăthămômenăđinătừăcủaăđngăcơăcủaă2ăGTTKNL 87
Hình 6.10: Đăthătừăthôngărotor củaăđngăcơăcủaă2ăGTTKNL 88
Hình 6.11: ĐăthăCSTTăcủaă2ăGTTKNL 88
Hình 6.12: ĐăthăCSTTăTTRĐC,ăTTRTUăvàăTTRTCĐMăviă
80( / )rad s




(trngăhpă1) 89
Hình 6.13: ĐăthăCSTTăTTRĐC,ăTTRTUăvàăTTRTCĐMăviă
100( / )rad s





xix



 Khănĕngătiếtăkimănĕngălngăbằngăđiềuăkhiểnătcăđăchoă4ăứngădụngă
HVAC 15
 Cácăhotăđngăcóăthểăđcăthựcăhinăđểălàmăgimătổnăhao 18
călngăcủaăcácăphơngăphápăđiềuăkhiểnăTKNLăchoăbăláiăĐCKĐB 38
Thôngăsăđngăcơătiêuăchuẩnă 57
Thôngăsăcủaăđngăcơămôăphỏng 57

LVTN 
CBHD: TS.  HVTH: 

1
 1


1.1 
Hiện nay, điện năng chiếm tỉ lệ rất lớn trong nguồn năng lượng tiêu thụ của
con người. Ðiện năng con người sử dụng đều được hình thành từ những dạng năng
lượng khác. Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp trên thế giới, điện
năng tiêu thụ càng nhiều, gây cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên. Các nguồn
năng lượng mới và cách chuyển đổi những nguồn năng lượng đó thành điện năng đã
và đang được nghiên cứu, phát triển (năng lượng nguyên tử, năng lượng gió, năng
lượng mặt trời, sản xuất điện năng trực tiếp từ nước )
Bên cạnh với sự phát triển những nguồn năng lượng mới, yêu cầu cấp thiết

Sở DSP TMS320F2812 Tiết Kiệm Điện Năng , Đồ án tốt nghiệp, 7/2011

1. Mehdi Dhaoui, Lassaad Sbita, A New Method for Losses Minimization in
IFOC Induction Motor Drives, International Journal of Systems Control, Vol.1,
March 2010, pp. 93-99
2. Cui Naxin, Zhang Chenghui, Zhao Min, Optimal Efficiency Control of
Field-oriented Induction Motor Drive and Rotor Resistance Adaptive Identifying,
College of Control Science and Engineering, Shandong University, pp. 414-419
3. M. Nasir Uddin, Sang Woo Nam, New Online Loss-Minimization-Based
Control of an Induction Motor Drive, IEEE Trans. Power Elect., Vol. 23, No. 2,
March 2008, pp. 927-933
4. Feng-Chieh Lin, Sheng-Ming Yang, On-line Tuning of an Efficiency-
Optimized Vector Controlled Induction Motor Drive, Tamkang Journal of Science
and Engineering, Vol. 6, No. 2, 2003, pp. 103-110
5. Jingchuan Li, Longya Xu, Zheng Zhang, A New Efficiency Optimization
Method on Vector Control of Induction Motors, 2005 IEEE, pp. 1995-2001

LVTN 
CBHD: TS.  HVTH: 

3
6. Kheldoun Aissa, Khodja Djalal Eddine, Vector Control Using Series
Iron Loss Model of Induction, Motors and Power Loss Minimization, World
Academy of Science, Engineering and Technology 52 2009, pp. 142-148
7. S. Grouni1, R. Ibtiouen, M. Kidouche1, O. Touhami, Novel Loss
Optimization in Induction Machines with Optimum Rotor Flux Control,
International Journal of Systems Control, Vol.1, Iss.4, August 2010, pp. 163-169
8. Fleming Abrahamsen, Energy Optimal Control of Induction Drives,
Aalborg University, February 2000
1.3 

1.5 
1. Thu thập tất cả các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
2. Tìm hiểu lý thuyết về động cơ không đồng bộ 3 pha
3. Tìm hiểu lý thuyết Matlab
4. Tìm hiểu lý thuyết về điều khiển trượt
5. Tìm hiểu về phụ tải điện HVAC và khả năng tiết kiệm
6. Tìm hiểu các vấn đề về tổn hao và các phương pháp điều khiển theo
hướng tối ưu năng lượng của động cơ không đồng bộ
7. Tìm hiểu nguyên lý định hướng tựa theo trường
8. Thiết kế giải thuật điều khiển
9. Mô phỏng trên phần mềm Matlab
10. Đánh giá và so sánh kết quả mô phỏng. LVTN 
CBHD: TS.  HVTH: 

5
1.6 
1. ng dụng xây dựng mô hình vật lý và khảo sát hoạt động của bộ điều
khiển
2. ng dụng thiết kế chi tiết thiết bị điều khiển động cơ điện ở chế độ tiết
kiệm năng lượng
3. Tài liệu và kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phục vụ các
nghiên cứu ở mức độ cao hơn.
1.7  
ng 2: Tổng quan phụ tải điện và khả năng tiết kiệm năng lượng

chung từ các dữ liệu. Các khảo sát về sự sử dụng các ĐCKĐB cũng đã được thực
hiện ở các quốc gia khác chẳng hạn ở Mỹ và Thụy Điển. LVTN  
CBHD: TS.  HVTH: 

2

Hình 2.1: Tiêu thụ điện năng ở Đan Mạch được chia theo các ứng dụng từ năm
1988-1992
Hình 2.1 minh họa sự tiêu thụ điện năng được chia theo các ứng dụng ở Đan
Mạch. Biết rằng các động cơ điện được dùng cho cả các loại quạt, máy nén khí,
máy bơm, tủ lạnh và cho sản xuất, biểu đồ tròn ở trên cho thấy khoảng 55.6% năng
lượng điện tiêu thụ bởi các động cơ điện, và 35.8% tổng điện năng được dùng trong
các ứng dụng sưởi ấm, quạt gió, điều hòa (HVAC – Heating, Ventilation, Air-
Condition) liên quan đến các bộ thông gió, bộ nén khí, các máy bơm và các tủ lạnh.
Không phải tất cả các động cơ điện đều là ĐCKĐB. Một lượng nhỏ năng lượng
được tiêu thụ bởi các loại động cơ khác, bao gồm các động cơ đồng bộ, các động cơ
1 chiều (DC – Direct Curent) và các động cơ bước. Dựa trên số liệu bán động cơ tại
Mỹ năm 1989 được ước tính trong, 96% các động cơ công suất hàng ngựa là
ĐCKĐB. Dù con số này có thể hơi khác tại Châu Âu, có thể chắc chắn rằng một
lượng rất lớn công suất truyền động động cơ là dành cho ĐCKĐB. Có thể kết luận
rằng các ĐCKĐB chiếm 53% (0.556x0.96=0.53) tổng điện năng tiêu thụ.
Chúng ta cũng khảo sát xem điện năng được tiêu thụ trong khoảng công suất
nào. Trong phần phân tích này, tiêu điểm được đặt vào 4 ứng dụng HVAC: các
máy thông gió, các máy bơm, các bộ nén khí và các tủ lạnh. Ta lưu ý đến tổng năng
lượng mất mát trong mỗi năm trên hình 2.2.  công suất thấp, các bộ thông gió và
thiết bị lạnh là các ứng dụng chiếm ưu thế, nhưng ở mức công suất cao, sự khác biệt
trở nên nhỏ hơn. Đáng chú ý là trong khi lượng tiêu thụ bởi sự thông gió giảm

EU mang tên “Cái nhìn xuyên suốt về các động cơ và bộ lái sử dụng năng lượng
hiệu quả” khảo sát sự sử dụng năng lượng trong các ứng dụng HVAC ở Châu Âu,
và kết quả được công bố trong năm 2000. Có lẽ sự chia sẻ các bộ lái công suất trung
bình và cao quan trọng hơn Châu Âu nói chung so với chỉ ở Đan Mạch.

Hình 2.3: Tổn thất năng lượng của động cơ không đồng bộ trong các ứng
dụng HVAC (không thuộc dân dụng) ở Đan Mạch trong 1 năm.
2.2 u khin hiu qu ng ca các ng dng HVAC
Các nhiệm vụ tiêu biểu trong việc lắp đặt HVAC là điều khiển áp suất, lưu
lượng, nhiệt độ và mức chất lỏng và việc lựa chọn phương pháp điều khiển (PPĐK)
nào được xác định bởi một số yếu tố, bao gồm chất lượng điều khiển, chi phí lắp đặt
và hiệu suất năng lượng. Một sự so sánh nhỏ giữa các PPĐK được trình bày ngay
sau đây.

LVTN  
CBHD: TS.  HVTH: 

5
 Điều khiển on/off. Được sử dụng khi chỉ có một phần trong toàn bộ sản phẩm
là cần thiết trong một thời gian dài. Động cơ được bật khi thông số điều khiển
vượt quá mức giới hạn trên. Số lần khởi động và dừng ảnh hưởng đến sự lắp đặt
cơ khí, có thể giảm đi bằng cách tăng kích thước vùng đệm, ví dụ như một bể
nước và máy bơm. Nếu thiết bị hoạt động ở tải định mức khi động cơ được bật,
điều khiển on/off sẽ cho hiệu suất năng lượng tốt, nhưng nếu ngược lại thì hiệu
suất năng lượng sẽ giảm.
 Điều khiển từng bước (stepwise). một hệ thống điều khiển động cơ lớn được
chia thành các bộ phận nhỏ, mỗi bộ phận sử dụng điều khiển on/off. Mỗi động
cơ sẽ được bật hay tắt tùy theo nhu cầu sản xuất. u điểm của PPĐK này là các
động cơ tiến trình hoạt động gần với tải định mức và với hiệu suất năng lượng
tốt ở mọi thời điểm. Nhược điểm của nó là sự gia tăng chi phí lắp đặt và chỉ có