Ενεργειακή προσέγγιση, μοντελοποίηση και αποτίμηση εφαρμογών κίνησης με ασύγχρονους κινητήρες

Μαράντος, Σωτήριος

Energy oriented approach, modeling and evaluation of motor driven systems with asynchronous motors

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Μαράντος, Σωτήριος

Date

2022-02-01

Advisor

MORONIS, ANTONIOS

Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Σ.Μ..pdf (9.133Mb)

Keywords

Ασύγχρονος κινητήρας ; Κινητήριο σύστημα ; Προσομοίωση ; Simulink ; Έλεγχος κινητήρων ; Ποιότητα ισχύος ; Κόστος λειτουργίας

Abstract

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία γίνεται προσπάθεια προσέγγισης των κινητήριων συστημάτων που περιλαμβάνουν ασύγχρονους κινητήρες από την οπτική της ενεργειακής τους συμπεριφοράς. Τα κινητήρια συστήματα με ασύγχρονους κινητήρες ως σήμερα, αποτελούν την πλειονότητα των εφαρμογών και καταναλώνουν σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, ώστε να αποδίδουν χρήσιμο έργο σε πληθώρα εφαρμογών. Αρχικά χρειάζεται να ληφθεί υπ’όψιν και να κατανοηθεί το πρότυπο το οποίο ορίζει και κατηγοριοποιεί ενεργειακά ένα κινητήριο σύστημα ως σύνολο, βάσει της απόδοσής του. Αυτό το πρότυπο μέσω των κανονισμών που ορίζει δίνει το κίνητρο για την ενεργειακή προσέγγιση και αναβάθμιση του εξοπλισμού. Οι κατασκευαστές εξοπλισμού τροφοδοτούν την αγορά με καινοτόμα προϊόντα ενεργειακά αναβαθμισμένα. Η ενεργειακή προσέγγιση απαιτεί συνεχείς βελτιστοποιήσεις του εξοπλισμού και συνεχή έρευνα σχετικά με τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα της κάθε αναβάθμισης που γίνεται. Οι σύγχρονες απαιτήσεις ολοένα αυξάνονται αφού για λόγους ποιότητας και αξιοπιστίας της λειτουργίας, γίνεται συνήθης ο έλεγχος και η οδήγηση των φορτίων. Προτεραιότητα αποτελεί η ενεργειακή προσέγγιση βάσει των προτύπων και κατ’ επέκταση ο περιορισμός του κόστους λειτουργίας. Βάσει αυτής της προτεραιότητας και με την χρήση καινοτόμων έξυπνων λύσεων το κάθε κινητήριο σύστημα βελτιώνει επίσης την αξιοπιστία του και την ποιότητα λειτουργίας του. Ο σύγχρονος εξοπλισμός μπορεί μέσω της ανάδρασής του να ενημερώνει με συνεχείς πληροφορίες τον χρήστη. Ο χρήστης είναι αυτός ο οποίος θα αξιολογήσει το σύστημα στους παραπάνω αναφερθέντες τομείς και θα καθορίσει νέους στόχους λειτουργίας, για το μέλλον. Στην παρούσα εργασία αρχικά παρουσιάζεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση στο θέμα των κινητήριων συστημάτων με ασύγχρονους κινητήρες. Ακολουθεί η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε με αναφορά στον σχεδιασμό, στους υπολογισμούς και στην παραμετροποίηση των κυκλωμάτων που παρουσιάζονται. Παρακάτω ακολουθεί το κομμάτι της προσομοίωσης των διαφορετικών σεναρίων χρησιμοποιώντας τέσσερα χαρακτηριστικά είδη φορτίου, τα οποία συναντώνται περισσότερο στις εφαρμογές κίνησης. Τα κυκλώματα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στην προσομοίωση, σχεδιάστηκαν και παραμετροποιήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού Matlab-Simulink. Στόχος της εργασίας αποτελεί η διατύπωση συμπερασμάτων για την κάθε εφαρμογή σε σχέση με την ενεργειακή της συμπεριφορά, την αξιοπιστία της, τους τρόπους ελέγχου του φορτίου και την ποιότητα ισχύος του συστήματος. Για τον σκοπό αυτό γίνεται αποτίμηση των θεωρητικών τιμών και των βιβλιογραφικών αναφορών μέσω των προσομοιώσεων, ώστε να βγουν σχετικά συμπεράσματα. Ακολούθως παρουσιάζεται η οικονομική προσέγγιση σχετικά με το κόστος λειτουργίας σε δεδομένα σενάρια εφαρμογών που ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα.

Abstract

Ιn this postgraduate thesis, an attempt is made to approach the asynchronous motors driven systems under the perspective of their energy consumption profile. Motor driven systems using asynchronous motors to date make up the majority of applications and constitute a significant consumption of electrical energy worldwide, in order to provide useful work in a variety of applications. First of all, it is necessary to consider and understand the standard that defines and categorizes a motor driven system as a whole, according to energy consumption based on its performance. This standard through the regulations it defines, gives the incentive to an energy approach and upgrade of equipment. The energy approach requires continuous optimizations of the equipment and continuous evaluation on the disadvantages and advantages of each upgrade made. Nowadays requirements are increasing, both for reasons of quality and for reasons of reliability, especially since driving and controlling loads becomes essential part of each process. The energy approach nowadays is a priority in accordance to the current regulations and so is the limitation of operating costs. In view of this priority, as well as the use of innovative and smart solutions, each system improves its reliability and the quality of its operation. Through its feedback the operating equipment can inform the user with all useful data. The user is the one who in turn will evaluate the system and may set new operating goals for the future. In this postgraduate thesis the first chapter presents a bibliographic reference review in asynchronous motor driven systems and then follows the part of the methodology describing the design and the parameterization of circuits and blocks for the simulation of different scenarios using four characteristic types of loads that are mostly found in motor driven applications. For the design and simulation, the Matlab-Simulink program was used with all the tools it provides for generating graphs and values. The aim of each of the simulations is to draw conclusions regarding the energy approach of each of the applications, their reliability, the load control method and the power quality issues of the system. The theoretical values and bibliographic references are also evaluated through the simulations and final conclusions are drawn. Also, there is an economic approach to the operating costs for each of the scenarios, which is later presented.