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系統識別號 U0002-1803201409130600
中文論文名稱 使用積體電路控制模式於電力系統
英文論文名稱 Using VLSI Control Schemes for Power Systems
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 102
學期 1
出版年 103
研究生中文姓名 戴中平
研究生英文姓名 Chung-Ping Tai
學號 700440083
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2014-01-21
論文頁數 55頁
口試委員 指導教授-江正雄
委員-蕭瑛東
委員-楊維斌
委員-江正雄
中文關鍵字 電力設備控制方式 
英文關鍵字 Motor starting control  Motor Y-△control device starts 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 電力電機的發展已經數十年有餘,隨著生活的進步、科技的發展,產業要尋求提升的方法,無外乎考慮節省成本(人力、物料),並且能提升生產效率,才能具有更好的競爭力。但傳統電機業在操作電力設備啟動或運轉仍採用〝工業配線〞的控制方式啟動所有的電力設備,這種方法無疑費工、耗時,對於積體電路發展成熟及講求便捷、高效益的時代,採用積體電路,將所要達成的〝控制方式〞模組化、小型化,並且控制用的操作開關也可以採用低電壓及低電流元件,企業肯定可以提升相對的競爭力。
本論文主要是針對傳統電磁機械式的控制方式做改變,實現三種積體電路的控制方式達到系統設備所需要的控制目的,經由成本效益分析 (a)直接啟動控制方式-配線數量減少成本降低約10%,工時減少生產效益增加25%, (b)Y-Δ降壓啟動控制方式-配線數量減少成本降低約7%,工時減少生產效益增加50%, (c)電力交互支援控制方式-配線數量減少,成本降低約34%,工時減少生產效益增加100%,由成本分析可知傳統電路的控制配線越複雜,採用積體電路方式控制,其總體效益增加很多。因此可以明顯知道應用積體電路確實可以達到省工、省材、省時,提升產業生產效率。
英文摘要 With the advancement in human’s life and technology, Power Electronic Engineering has been mushroomed in last decades. In order to cost down and enhance the efficiency, there are several methods to achieve the goal such as reducing the workforces or materials.However, in the traditional electrical engineering processing approach, it still utilizes〝 technician for industrial wiring work 〞to control the whole electronic devices and equipments. Undoubtedly, this method has caused seriously time consuming and wasted the workforces. Thanks to the developing of high performance VLSI technique, the Power Electronic Engineering can exploit the techniques to aid the companies enhancing the performances and competitiveness including Controlling Modules, Minimizing, Controlling the Switches in the Circuits or Low Voltage or Current Power Supply Components.
In this thesis, we adjust the traditional electronic magnetic methods to accomplish system control through three main VLSI controlling schemes including: (A) Direct Control—decreasing 10% wiring works, (B) Y-Δ Control—decreasing the amount of wiring about 7% while increasing the performance about 50%, (C) Electricity Interleaved and Mutual Help—reducing the cost around 34% and improving the operating performance in 100%. By analyzing the cost, we realize that the more complicated writing methods and VLSI technique we use, the more improvement we will acquire. Obviously, VLSI techniques indeed can attain the goal we except—lowering the workforces and materials, and improving the efficiency.
論文目次 中文摘要…………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………………………Ⅱ
目錄………………………………………………………………………Ⅲ
圖目錄……………………………………………………………………Ⅶ
表目錄……………………………………………………………………Ⅹ

第一章 序論…………………………………………………………01
1.1背景………………………………………………………..…01
1.2研究動機………………………………………………………01
1.3論文概要………………………………………………………02

第二章 交流電基本原理及架構……………………………………03
2.1 交流電產生原理……………………………………………03
2.2三相功率計算…………………………………………………04

第三章 雙電源電力系統交互支援控制……………………………08
3.1 雙電源電力系統交互支援控制簡介………………………08
3.2 雙電源電力系統傳統電路控制方式………………………11
3.2.1 MAIN-TIE-MAIN三組斷路器控制邏輯………………13
3.2.2 單體斷路器控制邏輯………………………………16
3.3 雙電源電力系統積體電路控制方式………………………18
3.3.1 控制偵錯警示…………………………………………20

第四章 感應電動機啟動控制電路…………………………………22
4.1 電動機直接啟動控制電路…………………………………22
4.1.1 直接啟動積體電路控制方式…………………………23
4.1.2 Verilog HDL多工器電路……………………………25
4.2 三相感應電動機Y-△(降壓)啟動控制電路………………27
4.2.1 Y-△(降壓)啟動原理…………………………………27
4.2.2 Y-△降壓啟動積體電路控制方式……………………30
4.2.3 控制偵錯警示…………………………………………35
4.2.4 Y結線降壓啟動時間( T1 )設定…………………35
第五章 實驗結果……………………………………………………37
5.1 電力交互支援供電邏輯模擬結果…………………………37
5.2 馬達直接啟動運轉電流實驗數據比較……………………41
5.3 Y-Δ降壓啟動馬達運轉電流實驗數據比較………………43
5.4 馬達運轉時電流數值變化原因……………………………45

第六章 結論及未來研究……………………………………………46
6.1結論……………………………………………………………46
6.1.1 直接啟動控制成本效益分析…………………………46
6.1.2 Y-Δ降壓啟動控制成本效益分析……………………47
6.1.3 電力交互支援控制成本效益分析……………………48
6.1.4 積體電路控制優點……………………………………48
6.2 未來研究……………………………………………………49

參考文獻…………………………………………………………………51
索引………………………………………………………………………52
A.電力交互支援控制FPGA模組電路圖…………………………………52
B.Y-Δ降壓啟動控制FPGA模組電路圖…………………………………54


圖 目 錄

圖2.1 交流發電機發電情形示意圖……………………………………03
圖2.2 三組線圈交流電產生情形示意圖………………………………04
圖2.3 電力系統與負載接線方式………………………………………05
圖3.1 電力系統單線圖…………………………………………………09
圖3.2 區域電力支援系統架構圖………………………………………10
圖3.3 SW1 PANEL控制配線圖…………………………………………12
圖3.4 SW2 PANEL控制配線圖…………………………………………12
圖3.5 TIE PANEL控制配線圖…………………………………………13
圖3.6 電力系統斷路器供電架構示意圖(a)…………………………14
圖3.7 電力系統斷路器供電架構示意圖(b)…………………………15
圖3.8 電力系統斷路器供電架構示意圖(c)…………………………15
圖3.9 電力系統斷路器供電架構示意圖(d)…………………………16
圖3.10 單體斷路器運轉訊號時序圖…………………………………17
圖3.11 MAIN-TIE-MAIN控制邏輯演算法流程圖……………………18
圖3.12 SW1 PANEL積體電路控制圖…………………………………19
圖3.13 TIE PANEL積體電路控制圖…………………………………19
圖3.14 SW2 PANEL積體電路控制圖…………………………………20
圖4.1 直接啟動控制配線圖……………………………………………23
圖4.2 直接啟動積體電路控制圖………………………………………25
圖4.3 二對一多工器電路圖…………………………………………26
圖 4.4 Y-△降壓啟動動力結線圖……………………………………29
圖 4.5 Y-△降壓啟動控制配線圖……………………………………29
圖 4.6 Y-△降壓啟動計時器時序圖…………………………………30
圖4.7 Y-△降壓啟動控制邏輯演算法流程圖…………………………31
圖4.8 Y-△降壓啟動積體電路控制圖…………………………………34
圖4.9 Y-△降壓啟動訊號時序圖………………………………………34
圖5.1電力交互支援控制模擬波形(a)…………………………………39
圖5.2電力交互支援控制模擬波形(b)…………………………………40
圖5.3電力交互支援控制模擬波形(c)…………………………………40
圖5.4電力交互支援控制模擬波形(d)…………………………………41
圖5.5傳統控制電路馬達運轉電流……………………………………42
圖5.6積體電路控制馬達運轉電流……………………………………42
圖5.7傳統控制電路馬達Y啟動及Δ運轉電流………………………44
圖5.8積體電路控制馬達Y啟動及Δ運轉電流………………………44
圖6.1 電力交互支援控制整體構想圖………………………………50
圖6.2 排放污廢水用液位控制圖……………………………………50


表 目 錄

表3.1 MAIN-TIE-MAIN三組斷路器啟動控制模式……………………13
表5.1 指令及訊號輸入狀態表…………………………………………37
表5.2 指令及訊號輸出狀態表…………………………………………38
表5.3 直接啟動馬達運轉電流數值比較表……………………………43
表5.4 Y-Δ降壓啟動馬達運轉電流數值比較表………………………45
表6.1 直接啟動控制成本效益分析……………………………………46
表6.2 Y-Δ降壓啟動控制成本效益分析………………………………47
表6.3 電力交互支援控制成本效益分析………………………………48
參考文獻 [1]屋內線路裝置規則。
[2]屋外供電線路裝置規則。
[3]孫廷,電機機械,鼎茂圖書出版有限公司,2000。
[4]王茂源,電機機械(上冊),大海文化事業公司,1987。
[5]高敏聰,電工概論與實習,復文書局,2007。
[6]富士電機,電磁接觸器技術型錄。
[7]士林電機,電磁接觸器技術型錄。
[8]OMRON,開關 & 控制元件技術型錄。
[9]IEEE電力系統保護電驛代號。
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