بخشی از مقاله
چکیده -
در سال هاي اخیر، کارهاي زیادي براي جلوگیري از آسیب به محیط زیست انجام شده است که یکی از آنها افزایش بازده وسایل نقلیه با استفاده از، توسعه روش هاي ذخیره انرژي براي آن هاست. در یک آسانسور استاندارد با یکسوساز دیودي، انرژي بازیافتی از ماشین الکتریکی آسانسور، روي یک مقاومت چاپري به گرما تبدیل میشود. در نتیجه کل سیستم آسانسور دچار تلفات انرژي قابل توجهی است. این مقاله یک سیستم دیجیتالی فیدبک انرژي را براي استفاده در آسانسور پیشنهاد میکند که قادر است انرژي الکتریکی بازیافتی را به شبکه قدرت بدهد.
به منظور تست کارآیی اینورتر پیشنهاد شده، یک مدل از شبیه سازي آسانسور در نرمافزار MATLAB آورده شده است. نتایج شبیه سازي نشان میدهد که این اینورتر میتواند حدود 60 درصد توان ماشین الکتریکی آسانسور را، در حالت ژنراتوري به شبکه برگرداند. اینورتر پیشنهاد شده در آزمایشگاه ساخته شده است و نتایج عملی نشان میدهد که اینورتر پیشنهاد شده میتواند انرژي بازیافتی را به شبکه قدرت بدهد.
-1 مقدمه
با توسعه شهرنشینی، تعداد ساختمان هاي بلند و به تبع آن تعداد آسانسورها افزایش پیدا کرده است. با توجه به این که قیمت حامل هاي انرژي در ایران در سال هاي اخیر افزایش چشمگیري داشته و از طرفی دیگر مصرف انرژي آسانسورها در ساختمان هاي بلند مقدار قابل توجهی است، لذا نیاز به بهینه کردن انرژي در آسانسورها براي صرفه جویی در مصرف انرژي و کاهش هزینه هاي مصرفی، ضروري است.
اخیرا توجه به کاهش منابع انرژي و نیاز به استفاده بهینه از منابع انرژي، باعث شده است که مفهومی به نام بازیافت انرژي مطرح شود. این مفهوم امروزه در خودروهاي هیبریدي به خوبی جایگاه خود را پیدا کرده است. در سال هاي اخیر مفهومی مشابه، در مورد آسانسورها نیز مطرح شده است تا مصرف آنها را کاهش دهند.
تعیین مصرف کل انرژي آسانسور در طول یکسال، با توجه به تصادفی بودن، متغییر بودن بار و فاصله سفر، بسیار مشکل است. بدین جهت دستورالعمل هاي مشخصی براي مصرف انرژي آن تنظیم شده است. دستورالعمل VDI4707 براي طبقه بندي آسانسورها با توجه به انرژي مورد نیاز در طول حرکت و در حالت آماده کار استفاده میشود.
امروزه استفاده از آسانسورهاي دوسرعته به دلیل مصرف بالاي انرژي الکتریکی در آن ها، محدود شده است و آسانسورهاي با سیستم هاي کنترلی VVVF که از لحاظ مصرف انرژي، بسیار کم مصرف تر از دوسرعته ها هستند، بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند.[1] اما متاسفانه استفاده از آسانسورهاي با بازیافت انرژي به دلیل قیمت اولیه بالاي آن ها هنوز در ایران متداول نشده است.
در بیشتر آسانسورهاي فعلی سرعت متغیر که مجهز به بازیافت انرژي نیستند، انرژي تولید شده در هنگام عملکرد ژنراتوري ماشین الکتریکی آسانسور باعث افزایش ولتاژ لینک DC میشود. براي کنترل ولتاژ باس DC و جلوگیري از افزایش بیش از حد آن، از یک مقاومت ترمزي استفاده میشود. این کار باعث میشود تا تمام انرژي تولید شده توسط ژنراتور به صورت گرما در مقاومت ترمزي تلف شود. براي جلوگیري از این اتلاف میتوان این انرژي را یا در باتري ذخیره کرد و یا مستقیم به شبکه بازگرداند. این کار در مقالات مختلف بدین صورت انجام گرفته است یا انرژي بازیافتی را در ابرخازن یا باتري ذخیره کرده و براي مصارف داخلی آسانسور استفاده میکنند.2]و3و4و[5 و یا انرژي بازیافتی را به صورت مستقیم به شبکه سراسري میدهند
در این مقاله براي انتقال انرژي بازیافتی آسانسور به شبکه از اینورتر متصل به شبکه استفاده شده است که این اینورتر وقتی فعال میشود که ماشین الکتریکی آسانسور در مد ژنراتوري باشد.
-2 اینورتر متصل به شبکه
-1-2 شبیه سازي درایو کنترلی آسانسور در نرم افزار متلب
بلوك دیاگرام درایو آسانسور به همراه اینورتر متصل به شبکه در شکل 1 آمده است. در این مدار دو اینورتر وجود دارد، اینورتر طرف ماشین الکتریکی که وظیفه کنترل موتور الکتریکی آسانسور را به عهده دارد و اینورتر طرف شبکه که وظیفه انتقال انرژي الکتریکی به شبکه را، وقتی ماشین الکتریکی آسانسور در مد بازیافت قرار دارد، به عهده دارد. این مدار، براي کنترل انتقال توان به شبکه از سیستم مدیریت انرژي استفاده میکند. در این شبیهسازي از موتور سنکرون آهنربا دائم با توان نامی 3.5 کیلووات و گشتاور نامی 100 نیوتن-متر استفاده شده است.
-2-2 روش کنترلی
در یک ماشین الکتریکی براي تشخیص حالت ژنراتوري آن کافی است از سرعت و گشتاور نمونه برداري کنیم و درصورتی که ضرب لحظه اي این مقادیر منفی بود، در این صورت ماشین در حالت ژنراتوري قرار دارد. با توجه به اینکه این کار هزینه بر است لذا در این پروژه براي تشخیص حالت بازیافت از روش دیگري که مبتنی بر شبکههاي عصبی میباشد، استفاده شده است.
همان طور که میدانیم آسانسور در حالتی در مد بازیافت قرار میگیرد که یا با کابین خالی - کمتر از نصف ظرفیت کابین - به سمت بالا و یا با کابین پر - بیشتر از نصف ظرفیت کابین - به سمت پایین حرکت کند، لذا در این پروژه درخواستهاي مبدا و مقصد و وزن کابین را گرفته و به شبکه عصبی اعمال میکنیم و نتیجه را با خروجی ولتاژ لینک DC، AND میکنیم در صورتی که شرایط حرکتی کابین یکی از دو حالت اشاره شده در بالا باشد و ولتاژ لینک DC نیز افزایش یافته باشد در این صورت اینورتر متصل به شبکه فعال خواهد شد.
در این پروژه این اطلاعات - درخواست هاي مبدا و مقصد و وزن مسافران - را ابتدا در نرم افزار متلب به صورت ماتریسی ایجاد کرده - شکل - 2 سپس به شبکه عصبی اعمال میکنیم. در این پروژه شبکه عصبی انتخاب شده داراي 2 لایه پنهان میباشد که هر کدام از لایه ها نیز داراي 3 عدد نرون میباشد. شکل 3شبکه عصبی انتخاب شده را نشان میدهد.
پس از اعمال اطلاعات ورودي، شبکه عصبی اطلاعات داده شده را آموزش میدهد و وزن ها و بایاسهاي آموزش دیده در میکروکنترلر، وارد میشود.
براي کنترل اینورتر متصل به شبکه، پس از مطمئن شدن از این که ماشین الکتریکی آسانسور در حالت ژنراتوري قرار دارد، با استفاده از PLL فرکانس شبکه قدرت تشخیص داده میشود و سپس ولتاژهاي سینوسی ایجاد میشود و با مقایسه آن با دندانارهاي سیگنال هاي کلیدزنی کلیدهاي قدرت تولید میشود.
در شکل 4 کنترل اینورتر متصل به شبکه به روش SPWM نشان داده است.
براي انجام شبیه سازي در نرم افزار متلب، 4 حالت کاري براي آسانسور به صورت شکل 5 مدلسازي شده است:
ابتدا فرض شده است که آسانسور با کابین پر به سمت بالا به مدت 2 ثانیه حرکت میکند. سپس به مدت 3 ثانیه با کابین خالی به سمت بالا حرکت می کند. - مد بازیافت - در ادامه حرکت به مدت 2 ثانیه با کابین خالی به سمت پایین حرکت میکند. و در انتها نیز به مدت 3 ثانیه با کابین پر به سمت پایین حرکت میکند. - مد بازیافت -
شکل :1 بلوك دیاگرام مدار کنترلی آسانسور به همراه اینورتر متصل به شبکه
شکل :2 اطلاعات ورودي شبکه عصبی براي یک ساختمان 20 طبقه و حداکثر تعداد مسافران 8 نفر
شکل :3 شبکه عصبی استفاده شده براي آموزش اطلاعات ورودي
شکل :4 کنترل اینورتر متصل به شبکه به روش SPWM
با توجه به نمودار گشتاور و سرعت ماشین القایی، تغییرات سطح ولتاژ لینک DC به صورت شکل 6 خواهد بود.
شکل موج ولتاژ و جریان خروجی اینورتر متصل به شبکه در شکل 7 و شکل 8 و شکل 9 آورده شده است.
شکل :5 نمودار گشتاور و سرعت ماشین الکتریکی آسانسور
شکل :6 تغییرات سطح ولتاژ لینک DC
شکل :7 شکل موج ولتاژ خروجی اینورتر
شکل :8 شکل موج جریان سه فاز خروجی اینورتر
شکل :9 شکل موج جریان خروجی اینورتر - یکی از فازها -
همان طور که مشاهده میشود ولتاژ و جریان خروجی اینورتر داراي THD زیادي است لذا لازم است که قبل از اتصال به شبکه فیلتر مناسب گذاشته شود. در اینجا از فیلتر LCL در خروجی اینورتر استفاده شده است.
براي طراحی فیلتر LCL پارامترهاي مختلفی مثل ریپل جریان، اندازه فیلتر و میرایی ریپل کلیدزنی باید در نظر گرفته شود. توان راکتیو مورد نیاز ممکن است باعث ایجاد رزونانس در خازن متصل به شبکه شود. بنابراین میراکننده هاي اکتیو و پسیو شامل مقاومت سري با خازن باید اضافه شود
الگوریتم طراحی فیلتر LCL در شکل 10 نشان داده شده است. در جدول 1 نیز شرایط اولیه، فرمول ها و نتایج فیلتر LCLبراي اینورتر 5 کیلووات آورده شده است.
شکل : :10 الگوریتم طراحی فیلتر LCL
