การจำลองกังหันลมด้วยระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรงแบบเวลาจริง

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการนำเสนอการจำลองการทำงานของกังหันลมที่ใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ากระแสตรง แบบทันเวลา เพื่อเป็นการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นแยก ให้เป็นไปตามเงื่อนไขโดยควบคุมสัญญาณความเร็วอ้างอิง โดยมีการกำหนดค่าพารามิเตอร์ของกังหันโดยใช้โปรแกรม MATLAB/simulink ผ่านการ์ดอินเตอร์เฟส DSP บอร์ด เพื่อแปลงสัญญาณให้อยู่ในรูปแบบทันเวลา ในส่วนของการควบคุมแรงดันขดลวดอาร์เมเจอร์และขดลวดสนาม การออกแบบใช้การกำหนดค่าพารามิเตอร์ในฟังก์ชันบล็อกกังหันลมของโปรแกรม MATLAB/simulink เชื่อมต่อผ่าน DSP บอร์ด รุ่น DSPACE 1104 สู่วงจรควบคุม ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC เบอร์ PIC18F4431 โดยควบคุม เพื่อสั่งงานมอเตอร์กระแสตรงแบบกระตุ้นแยก ขนาดพิกัด 220 โวลต์ 1,000 วัตต์ ในลักษณะ PI control ซึ่งใช้วงจรชอปเปอร์เป็นวงจรกำลังในการควบคุมแรงดันขดลวดอาร์เมเจอร์และขดลวดสนาม โดยสับสวิตช์ที่ความถี่ 30 kHz ปรับความเร็วรอบด้วยวิธีการปรับสัญญาณดิวตี้ไซเกิ้ล ในส่วนการหาทรานเฟอร์ฟังก์ชันของมอเตอร์ใช้วิธีการ system identification จากนั้นต่อพ่วงมอเตอร์เข้ากับโหลดที่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นภายนอกเพื่อทำการทดสอบกับโหลดความต้านทาน ผลการทดสอบการจำลองกังหันลมควบคุมตามความเร็วลม 3 ระดับดังนี้ 1) ที่ความเร็วลม 2.5 เมตรต่อวินาที และ 3 เมตรต่อวินาที ใช้การขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟตรงแบบควบคุมแรงดันอาร์เมเจอร์ 2) ที่ความเร็วลม 5.5เมตรต่อวินาที ขับเคลื่อนแบบควบคุมแรงดันขดลวดอาร์เมเจอร์เช่นกัน และ 3) ที่ความเร็วลม 9 เมตรต่อวินาที ขับเคลื่อนแบบควบคุมขดลวดสนาม ทั้งนี้ระบบมีค่าความแปรปรวนเฉลี่ยรวมเท่ากับ 0.60484 ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าความเร็วรอบจากมอเตอร์มีค่าใกล้เคียงกับค่าความเร็วรอบอ้างอิงของกังหันลม โดยมีค่าความแปรปรวนอยู่ในขนาดที่ยอมรับได้

This thesis presents the simulation of the operation of DC drive based real time wind turbine for separate excite DC motor controlling rely to the condition by speed reference signal controlling. The parameters of the wind turbine were defined in MATLAB/simulink via DSP board interface card to convert the signal to the real time format for the both of armature and shunt field voltage controlling. The design uses the parameter definition in the block function of wind turbine of MATLAB/simulink connect via the DSPACE 1104 DSP board model to the controller circuit with PIC18F4431 micro controller in PI control mode to operate the separate excite DC motor 220 volts/1,000 watts. The chopper circuit was implemented as the power circuit to control the both of armature and shunt field voltage with switching frequency at 30 kHz in order to adjust the motor speed by duty cycle control. The transfer function of motor was defined by the system identification. After that, the motor are connected to a DC generator in order to test the system when such system is in loaded condition. The results of the wind turbine simulator relies on 3 level of wind speed, which are 1) at 2.5 m/s and 3 m/s of wind speed, DC drive utilized by armature voltage control, then 2) at 5.5 m/s of wind speed, it also utilized by armature voltage control, and 3) at 9 m/s of wind speed, it utilized by field voltage control. Therefore, the average variance of such system is about 0.60484. It shows that the motor speed is adequate equal to speed reference of the wind turbine