Đồ án Điều khiển động cơ ba pha theo phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển động cơ ba pha theo phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BA PHA THEO PHƯƠNG PHÁP PWM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : LÊ ANH KHOA MSSV : 12141444 Khóa : 2012 Ngành : ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BA PHA THEO PHƯƠNG PHÁP PWM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : LÊ ANH KHOA MSSV : 12141444 Khóa : 2012 Ngành : ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 7 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Anh Khoa MSSV: 12141444 Ngành: Điêṇ tử viễn thông Lớp: 12141CLDT1 Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm ĐT: 0908434763 Ngày nhâṇ đề tài: 22/2/2016 Ngày nộp đề tài: 16/7/2016 • Tên đề tài: Giám sát và điều khiển động cơ ba pha bằng phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời. • Nội dung thưc̣ hiêṇ đề tài: Tìm hiểu và ứng dụng Pin năng lượng mặt trời sử dụng cho mục đích công nghiệp và dân dụng. Tìm hiểu phương pháp điều rộng xung sin PWM để điều khiển tốc độ động cơ ba pha. Tìm hiểu, thiết kế và thi công mạch điều khiển để điều chế xung PWM. Tìm hiểu, thiết kế và thi công mạch công suất điều khiển động cơ ba pha. Giám sát thông số tần số điều khiển động cơ và điện áp sạc. • Sản phẩm: Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời ứng dụng điều khiển động cơ ba pha AC 24V GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Lê Anh Khoa MSSV: 12141444 Ngành: Điêṇ tử công nghiệp. Tên đề tài: Giám sát và điều khiển động cơ ba pha bằng phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời. Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn ii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Lê Anh Khoa MSSV: 12141444 Ngành: Điêṇ tử công nghiệp. Tên đề tài: Giám sát và điều khiển động cơ ba pha bằng phương pháp PWM sử dụng năng lượng mặt trời. Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT - Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: - Ưu điểm: - Khuyết điểm: - Đề nghị cho bảo vệ hay không? - Đánh giá loại: - Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Giáo viên phản biện iii
6. LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài này, chúng em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Đào tạo chất lượng cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm chúng em học tập. Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Ngô Lâm đa ̃ tâṇ tình hướng dẫn và taọ điều kiêṇ thuâṇ lơị cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Bên cạnh đó, chúng em cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các baṇ sinh viên trong lớp 12141CLDT đa ̃ nhiêṭ tình đóng góp ý kiến và chia se ̃ kinh nghiêṃ để giúp chúng em hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! iv
7. LỜI NÓI ĐẦU Các nguồn năng lượng lớn chủ yếu có nguồn gốc hóa thạch luôn gây ô nhiễm môi trường, đang cạn kiệt dần và làm cho trái đất ấm dần lên. Việc tìm ra nguồn năng lượng sạch, vô tận là ưu tiên hàng đầu. Các nguồn năng lượng tái tạo đóng vai trò quan trọng cung cấp năng lượng trên thế giới trong tương lai gần. Năng lượng tái tạo hiện nay gồm có: năng lượng từ gió, nước, thủy triều, mặt trời, Trong số đó, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng có tiềm năng nhất, bởi nó có tính rộng khắp. Hiê ṇ nay, cô ng nghiê p̣ phát triê ̉n râ ́t maṇ h me,̃ máy móc thay thê ́ cho sức người. Đô ṇ g cơ là nguô ̀n truyê ̀n đô ṇ g phô ̉ biê ́n nhâ ́t. Trong các loaị đô ṇ g cơ thì đô ṇ g cơ khô ng đô ̀ng bô ̣ ba pha đươc̣ sử duṇ g nhiê ̀u nhâ ́t do câ ́u taọ đơn giản, giá thành rẻ, cô ng suâ ́t lớn. Nhưng nhươc̣ điê ̉m lớn nhâ ́t của loaị đô ṇ g cơ này là khó điê ̀u khiê ̉n. Đứng trước vâ ́n đê ̀ này, các ki ̃ sư luô n muô ́n tìm ra mô ṭ phương pháp có thê ̉ điê ̀u khiê ̉n tô ́i ưu, chi phí chê ́ taọ bô ̣ điê ̀u khiê ̉n thâ ́p đê ̉ có thê ̉ đưa đô ṇ g cơ khô ng đô ̀ng bô ̣ ba pha ứng duṇ g rô ṇ g hơn nữa, nhâ ́t là trong các ứng duṇ g mà đô ṇ g cơ này còn bi ̣haṇ chê ́. Trong các phương pháp điê ̀u khiê ̉n hiê ṇ nay thì phương pháp SINE PULSE WIDTH MODULATION cho kê ́t quả tô ́t. Nhưng phương pháp khó thưc̣ hiê ṇ hơn các phương pháp khác nê n chưa đươc̣ ứng duṇ g nhiê ̀u ngoài thưc̣ tê ́. Chính vì lí do này mà em choṇ đê ̀ tài ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BA PHA THEO PHƯƠNG PHÁP PWM SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI với muc̣ đích tìm hiê ̉u, nghiê n cứu, thiê ́t kê ́ bô ̣ điê ̀u khiê ̉n theo phương pháp này. Với sư ̣ tìm hiê ̉u ban đâ ̀u này và viê c̣ se ̃ nghiê n cứu sâ u hơn sau này có thê ̉ đưa phương pháp này ứng duṇ g nhiê ̀u trong thưc̣ tiê ñ . v
8. MỤC LỤC Trang phụ bìa TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾ U NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii LỜI NÓI ĐẦU v DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 0 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay 0 1.1.1. Đặt vấn đề 0 1.1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước 0 1.1.3. Tính cấp thiết của đề tài 3 1.2. Mục tiêu đề tài 4 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 1.4. Bố cục đề tài 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. Vi điều khiển DSPIC30F4011 6 2.1.1. Tô ̉ng quan vê ̀ vi điê ̀u khiê ̉n DSPIC30F4011 6 2.1.2. Nga ́t 7 2.1.3. Bô ̣điṇ h thời Timer 8 2.1.4. Bô ̣chuyê ̉n đô ̉i tương tự sang sô ́ ADC 9 2.1.5. Khô ́i PWM cho điê ̀u khiê ̉n đô ng̣ cơ 11 2.2. Mạch điều khiển động cơ ba pha AC 12 2.2.1. Van đóng cắt 12 2.2.2. Mạch cách ly 13 2.2.3. Mạch lái 13 2.3. Pin năng lượng mặt trời 16 2.3.1. Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời 16 2.3.2. Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời 17 2.3.3. Nguyên tắc cơ bản của pin mặt trời 18 2.3.4. Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời sử dụng độc lập và kết nối lưới 19 2.4. Các kỹ thuật điều khiển động cơ ba pha 20 2.4.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực 20 2.4.2. Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số 20 2.4.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato. 21 2.4.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn. 21 2.5. ĐỘNG CƠ BA PHA AC 24V 28 2.5.1. Stato (phần tĩnh) 28 2.5.2. Roto (phần quay) 29 2.6. LCD hiển thị 29 2.6.1. Giới thiệu về LCD 29 2.7. MẠCH SẠC ACQUY 33 2.8. Trình biên dịch ngôn ngữ C - CCS 33 2.8.1. Giới thiệu về CCS 33 2.8.2. Mẫu chương trình CCS 34 .CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 34 vi
9. 3.1. Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống 35 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống 35 3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối 35 3.1.3. Hoạt động của hệ thống 36 3.2. Thiết kế thi công 36 3.2.1. Khối pin năng lượng mặt trời 36 3.2.2. Khối mạch nạp Acquy 37 3.2.3. Khối nghịch lưu (inverter) 39 3.2.4. Động cơ ba pha 42 3.2.5. Khối hiển thị 42 3.2.6. Khối xử lý trung tâm 44 3.3. Lập trình phần mềm 45 3.3.1. Yêu cầu và chức năng 45 3.3.2. Lựa chọn phương án 45 3.3.3. Lưu đồ giải thuật 46 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 49 4.1 Kết quả thi công 49 4.2. Nhận xét 52 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG 53 5.1. KẾT LUẬN 53 5.2. CÁC PHẠM VI ỨNG DỤNG 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC vii
10. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PV Photovoltaic Pin năng lượng mặt trời CSP Concentrating Solar thermal Power Hệ thống tạo năng lượng từ nhiệt năng của năng lượng mặt trời CCS Trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho vi điều khiển PIC. SoC System On Chip Hệ thống tích hợp trên một vi mạch MCU Microprocessor Control Unit Khối vi điều khiển IC Integrated Circuit Mạch tích hợp I/O Input/Output Ngõ vào/ngõ ra PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung PR1 Period Register Thanh ghi chu kỳ IGBT Insulated Gate Bipolar Cổng cách ly lưỡng cực viii
11. DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH Hình 1.1: Nhà máy điện mặt trời PS20 3 Hình 2.1: Sơ đô ̀ châ n dsPIC30F4011 7 Hình 2.2: DSPIC30F4011 7 Hình 2.3: Sơ đô ̀ khô ́i Timer 1 9 Hình 2.4: Sơ đô ̀ khô ́i ADC 11 Hình 2.5: Sơ đô ̀ điê ̀u khiê ̉n Mosfet 13 Hình 2.6: IC PS22056 14 Hình 2.7: Sơ đồ khối các khối chức năng bên trong 15 Hình 2.8: Biểu đồ thời gian bảo vệ ngắn mạch 16 Hình 2.9: Phân loại pin năng lượng mặt trời 17 Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời 18 Hình 2.11: Cấu tạo đơn giản của một tấm pin mặt trời 18 Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống PV độc lập 19 Hình 2.12: Sơ đồ khối hệ thống PV kết nối lưới 20 Hình 2.13: Nguyê n lý của phương pháp điê ̀u rô ṇ g xung sin 22 Hình 2.14: Sơ đồ daṇ g điê ṇ áp trê n các pha 23 Hình 2.15: Quá trình hoaṭ đô ṇ g của bô ̣điê ̀u khiê ̉n. 25 Hình 2.16: Sơ đô ̀ kê ́t nô ́i các khoá trong bô ̣nghic̣ h lưu 27 Hình 2.17: Phần tĩnh roto 28 Hình 2.18: Cách đấu dây động cơ ba pha 29 Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 35 Hình 3.2: Tấm pin năng lượng mặt trời 37 Hình 3.3: Mạch nạp Acquy 37 Hình 3.4: Mạch Schmitt Trigger 38 Hình 3.5: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu 39 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối dsPIC30F4011 41 Hình 3.7: LCD 16x2 43 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối LCD 16x2 43 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối của khối xử lý trung tâm 45 Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật của hệ thống 47 Hình 4.1: Mạch sạc Acquy 49 Hình 4.2: Mạch công suất 50 Hình 4.3: Mạch hiển thị LCD 51 Hình 4.4: Sản phẩm hoàn thiện 52 ix
12. DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các chân trong LCD 31 Bảng 2.2: Các lệnh trong LCD 32 x
13. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay 1.1.1. Đặt vấn đề Hiêṇ nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển kéo theo sự phát triển của nhiều ngành nghề khác nhau. Và một vấn đề đang được rất được quan tâm chính là vấn đề năng lượng. Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh khối, gió, địa nhiệt, năng lượng mặt trời, vi thủy điện Các chiến lược phát triển năng lượng có thể khác nhau ở mỗi quốc gia. Nó phụ thuộc vào tiềm năng năng lượng thuộc sở hữu của nước này. Tuy nhiên, nhìn chung việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ở nhiều quốc gia vẫn còn thấp hơn nhiều so với tiềm năng thực tế. Trong số những nguồn năng lượng tiềm năng đó, năng lượng mặt trời có tiềm năng sử dụng rất lớn. Theo tính toán, minh họa, nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày nay có thể được cung cấp đầy đủ bởi một phần nhỏ (khoảng 0,003%) tổng bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất mỗi năm. Nó rất đơn giản để sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như bơm nước năng lượng mặt trời; chiếu sáng và cung cấp điện cho vùng xâu, xùng xa, hải đảo; đèn giao thông sử dụng năng lượng mặt trời Như vậy, ta không còn nghi ngờ gì về tiềm năng của năng lượng mặt trời; bây giờ là việc ứng dụng nguồn năng lượng thu được từ mặt trời áp dụng vào nhưng công việc phục vụ cuộc sống và sản xuất hữu ích nhất. Với lượng điện thu được từ Pin mặt trời không quá lớn, đôi khi không đủ để điều khiển các động cơ công suất trong công nghiệp. Vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để có thể sử dụng triệt để nguồn năng lượng mặt trời thu được và điều khiển các động cơ ba pha AC không đồng bộ (là loại động cơ phổ biến nhất trong công nghiệp) và ứng dụng các công nghệ mới vào điều khiển tốc độ động cơ ba pha. Ứng dụng các kiến thức đã học và công nghệ kỹ thuật hiện đại vào những ứng dụng thiết thực nhất trong cuộc sống và sản xuất. 1.1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước a. Trong nước Na ng lươṇ g mạ t trời (NLMT) là nguồn na ng lươṇ g lớ n nhất mà con người có thể tậ n duṇ g đươc̣ : đó là nguồn na ng lươṇ g sach,̣ gần như vô tậ n, dễ dàng ứ ng dung̣ 0
14. ở nhiều nơi. Na ng lươṇ g mạ t trời (bứ c xa ̣mạ t trời) là mộ t nguồn tài nguyê n vô cùng quan troṇ g taị Việ t Nam. Trung bình, tổng bứ c xa ̣na ng lươṇ g mạ t trời ở Việ t Nam vào khoảng 5kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam và vào khoảng 4kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc. Hiệ n taị, ở Việ t Nam có hai daṇ g ứ ng dung̣ NLMT là: • Nhiệ t mạ t trời: Chuyển bứ c xa ̣ mạ t trời thành nhiệ t na ng, sử duṇ g ở các hệ thống chưng cất nướ c, hệ thống sấy, bếp đun NLMT và hệ thống đun nước mạ t trời, Daṇ g ứ ng duṇ g phổ biến nhất hiệ n nay là thiết bi ̣đun nước mạ t trờ i quy mô hộ gia đình và quy mô cô ng nghiệ p. • Điệ n mạ t trời (ĐMT): Đối vớ i Việ t Nam, hệ thống điệ n mạ t trờ i là sử duṇ g cô ng nghệ quang điệ n SPV (Solar Photovoltaic hay PV). Mộ t số mô hình ứ ng duṇ g phổ biến nhất hiệ n nay là: - Hệ thống phát điệ n mạ t trời độ c lậ p: quy mô hộ gia đinh,̀ hệ thống đèn đường và hệ thống điệ n nối lưới điệ n cuc̣ bộ . - Hệ thống phát điệ n bằng NLMT nối lưới điệ n quốc gia. Hiệ n taị, ở Việ t Nam mô hình này vâñ ở quy mô nhỏ, traṃ ĐMT lớ n nhất phát điệ n lê n lưới điệ n quốc gia cô ng suất từ 100kWp đến 154kWp, các dư ̣ án quy mô lớ n mớ i chi ̉ hình thành ở giai đoaṇ chuẩn bi ̣đầu. Từ na m 1995 - 2005, Trung tâ m đa ̃ triển khai nhiều dư ̣ án điệ n mạ t trời ứ ng duṇ g ở những vùng sâ u, vùng xa, hải đảo nơi mà lưới điệ n chưa kéo tới đươc̣ , như mộ t số bản làng thuộ c các tỉnh Lai Châ u, Sơn La, Hòa Bình, Phú Tho,̣ Yê n Bái, Hà Giang, mộ t số đảo Cô Tô , Ngoc̣ Vừ ng, Quan Laṇ -Quảng Ninh, Cô n Đảo-Bà Riạ Vũng Tàu, Đảo Phú Quốc-Kiê n Giang, Lý Sơn - Quảng Ngaĩ , Na m 2000, Trung tâ m đa ̃ hơp̣ tác với các tổ chứ c nước ngoài như sau: - Với tổ chứ c NEDO tham gia lưạ choṇ điạ điểm, thiết kế hệ thống giá đỡ và tư vấn giám sát xâ y dưng̣ dư ̣ án lắp đạ t Dư ̣ án PMT (100kWp) + thuỷ điệ n nhỏ (25 kW) nối lưới điệ n 0,4kV, lắp đạ t taị xa ̃ Trang, huyệ n Mang Yang, tỉnh Gia Lai. - Vớ i Cô ng ty điệ n lưc̣ Tohuku-Nhậ t Bản, xâ y dưng̣ dư ̣ án lắp đạ t hệ thống cấp điệ n kết hơp̣ PMT (7kW) + độ ng cơ gió phát điệ n (2 kW) taị làng Kongu 2, huyệ n Đak Hà, Kon Tum, cung cấp điệ n cho hơn 40 hộ dâ n đồng bào dâ n tộ c thiểu số. 1
15. Thưc̣ hiệ n nhiều đề tài NCKH cơ bản và cơ sở để phuc̣ vu ̣ cho nghiê n cứ u phát triển Ngành điệ n Mạ t trời. - Hơp̣ tác với Bỉ: Đánh giá tính khả thi và phương pháp luậ n của các hệ thống hỗn hơp̣ Na ng lươṇ g tái taọ gió và mạ t trời cho các đảo và vùng nô ng thô n Việ t Nam. - Dư ̣ án Hơp̣ tác khoa hoc̣ Việ t Nam và Cô ng hòa Liê n bang Đứ c: Thiết kế lắp đạ t hệ thống điệ n mạ t trờ i 3 kWp nối lướ i điệ n 0,4 kV, trê n baĩ thí nghiệ m Na ng lươṇ g mạ t trời taị Việ n Na ng lươṇ g, Hà Nộ i. - Nghiê n cứ u ứ ng duṇ g, phát triển và sử duṇ g na ng lươṇ g mới và tái taọ (na ng lương̣ khí sinh hoc̣ , gió, mạ t trời) vào các muc̣ đích sản xuất và sinh hoat.̣ - Thử nghiệ m mô hình traṃ nap̣ acquy bằng pin mạ t trờ i cho mộ t cuṃ dâ n cư miền núi. - Nghiê n cứ u, áp duṇ g Pin mạ t trờ i phuc̣ vu ̣ đời sống của nhâ n dâ n các dâ n tộ c ở những bản vùng sâ u, vùng xa khô ng có khả na ng cung cấp điệ n lưới của tỉnh Lai Châ u. - Nghiê n cứ u, tổng kết, đánh giá hiệ n traṇ g ứ ng duṇ g pin mạ t trời taị Việ t Nam từ 1994 - 2006 và đề suất các giải pháp nâ ng cao hiệ u quả sử duṇ g. - Xâ y dưṇ g dâ y chuyền sản xuất, lắp ráp các thiết bi ̣traṃ pin mạ t trờ i phuc̣ vu ̣miền núi và hải đảo (lắp ứ ng duṇ g đảo Lý Sơn) Đề tài cấp nhà nước. - Ứ ng duṇ g các traṃ phát điệ n bằng pin mạ t trờ i cô ng suất nhỏ cho trường dâ n tộ c nộ i trú, traṃ y tế xa ̃ Tâ n Traṇ g và Thươṇ g Trac̣ h huyệ n Bố Trac̣ h, tỉnh Quảng Bình. - Thiết kế chế taọ traṃ phát điệ n pin mạ t trờ i nối lưới 100kWp trê n nóc nhà Tậ p đoàn Điệ n lưc̣ Việ t Nam, số 18 Trần Nguyê n Hañ , Hà Nộ i. - Nghiê n cứ u, thiết kế hệ thống tư ̣ độ ng thích ứ ng với vi ̣trí mạ t trờ i nhằm nâ ng cao hiệ u quả sử duṇ g các thiết bi ̣dùng na ng lươṇ g mạ t trời. - Nghiê n cứ u đề xuất na ng lươṇ g tái taọ phuc̣ vu ̣cấp điệ n chiếu sáng và nước nóng cho các đồn biê n phòng vùng sâ u, vùng xa. b. Ngoài nước Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) bao gồm 1.255 tấm gương lớn có thể di chuyển được (còn gọi là kính định nhật), nằm xung quanh một tháp tích trữ năng lượng khổng lồ, gần thành phố Sevilla, Tây Ban Nha. Mỗi kính định nhật 2
16. rộng hơn 350 m2 và tổng diện tích kính bao phủ toàn bộ khu vực là khoảng 155.000 m2. Nhà máy điện mặt trời PS20 (Tây Ban Nha) bao gồm 1.255 tấm gương lớn có thể di chuyển được (còn gọi là kính định nhật), nằm xung quanh một tháp tích trữ năng lượng khổng lồ, gần thành phố Sevilla, Tây Ban Nha. Mỗi kính định nhật rộng hơn 350 m2 và tổng diện tích kính bao phủ toàn bộ khu vực là khoảng 155.000 m2. Hình 1.1: Nhà máy điện mặt trời PS20 Trong một ngày, kính định nhật sẽ xoay theo 2 trục hướng về mặt trời và tập trung bức xạ đến một bình chứa ở phần trên ngọn tháp cao 162m. Sau đó, bình chứa chuyển đổi 92% ánh sáng nhận được thành dòng hơi nước, dẫn xuống một turbine làm chạy máy phát điện ở chân tháp. Trong một ngày, kính định nhật sẽ xoay theo 2 trục hướng về mặt trời và tập trung bức xạ đến một bình chứa ở phần trên ngọn tháp cao 162 m. Sau đó, bình chứa chuyển đổi 92% ánh sáng nhận được thành dòng hơi nước, dẫn xuống một turbine làm chạy máy phát điện ở chân tháp. Nhà máy điện mặt trời PS20 được xây dựng từ năm 2006, hoàn thành và đi vào hoạt động trong năm 2009. PS20 có thể sản xuất được 48.000 MWh/năm, cung cấp cho 10.000 hộ gia đình trong khu vực, giúp giảm khoảng 12.000 tấn CO2 vào khí quyển (giảm 2 lần so với tòa nhà PS10 được xây dựng trước đó). 1.1.3. Tính cấp thiết của đề tài Trong các nguồn năng lượng được sử dụng làm năng lượng tái tạo, thì năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng có tiềm năng phát triển cũng như khả năng nhân rộng nhất. Do đó, việc tận dụng triệt để năng lượng mặt trời vào ngành điện 3
17. công nghiệp và điện dân dụng là cực kỳ cần thiết và thiết thực. Nhiệm vụ đặc ra là làm sao để tối ưu hoá sử dụng năng lượng mặt trời để điều khiển tải như động cơ ba pha, đèn giao thông, đèn chiếu sáng Chính vì sư ̣ ứ ng duṇ g rôṇ g rãi và khả năng phát triển trong tương lai, việc phân tích khả năng hoạt động của kỹ thuật trên là rất cần thiết. Qua đó, có thể hiểu hơn về những kiến thứ c mới cũng như áp duṇ g kiến thứ c đã học vào thưc̣ tế. 1.2. Mục tiêu đề tài Thiết kế và thi công mô hình ứng dụng năng lượng mặt trời điều khiển động cơ ba pha AC không đồng bộ dùng vi xử lý DSPIC, sau đó hiển thị các thông số hệ thống lên màn hình hiển thị. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là phương pháp lưu trữ năng lượng mặt trời thu được và điều khiển động cơ ba pha. Phạm vi nghiên cứu trong khuôn khổ mô hình nhỏ có công suất thấp và có thể phát triển lên các mô hình lớn hơn trong thực tế. 1.4. Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan Giới thiệu sơ lược về tình hình nghiên cứu hiện nay cũng như tính cấp thiết của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Nêu các lý thuyết cần thiết sử dụng trong đề tài. Chương 3: Thiết kế và xây dựng hệ thống Trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích hoạt động của hệ thống. Đưa ra các phương pháp lựa chọn phần cứng và xác định lựa chọn phù hợp với yêu cầu của đề tài. Tính toán đưa ra giải thuật, thuật toán phần mềm. Chương 4: Kết quả thực hiện Trình bày kết quả đã thực hiện về phần cứng và phần mềm, đưa ra nhận xét. Chương 5: Kết luận và phạm vi ứng dụng 4
18. Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế. 5
19. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Vi điều khiển DSPIC30F4011 2.1.1. To ̂̉ng quan ve ̂̀ vi đie ̂̀u khie ̂̉n DSPIC30F4011 DSPIC30F4011 là mô ṭ chíp xử lí manḥ với bô ̣ xử lí 16 bit. Tô ́c đô ̣xử lí có thê ̉ lê n tới 30 triê ụ lê nḥ mô ṭ giâ y, có thê ̉ thưc̣ hiê ṇ chức na ng của mô ṭ bô ̣xử lí tín hiê ụ sô ́. DsPIC còn đươc̣ trang bi ̣bô ̣ nhớ flash, bô ̣ nhớ EEPROM và các ngoaị vi hiê ụ na ng cao và râ ́t đa daṇ g các thư viê ṇ phâ ̀n mê ̀m cho phép thưc̣ hiê ṇ các giải thuâ ṭ nhúng với hiê ụ suâ ́t cao trong mô ṭ khoảng thời gian nga ́n. Vì vâ ỵ , DSPIC đươc̣ ứng duṇ g rô ṇ g raĩ trong các ứng duṇ g xử lí tín hiê ụ sô ́, đo lường và điê ̀u khiê ̉n tư ̣đô ṇ g. Mô ṭ sô ́ đa ṭ điê ̉m của DSPIC30F4011: Bộ nho ̛́ chu o ng trình 48K. Bộ nho ̛́ RAM 2 Kbytes. Bộ nho ̛́ EEPROM 1Kbyte. Xung clock ngoà i tợ̂́i đa lệ n to ̛́i 40MHz. 30 nguộ̀n nga ̛́t. 5 timer 16 bit cớ thệ ̂̉ ghé̛p thà nh timer 32 bit Chệ̛́ độ ba ̛́t giu ̛̃, so sá̛ nh, điệ̀u rộ ng xung 16 bit. Giao tiệ̛́p SPI, I 2 C, UART, CAN. 6 kệ nh phá̛ t PWM chuyệ n dù ng điệ̀u khiệ ̂̉n độ ng co . Module QEI chuyệ n đoc encoder. ADC 10 bit tợ̂́c độ cao. 6
20. Hin̂̀ h 2.1: Sơ đo ̂̀ cha n dsPIC30F4011 Hin̂̀ h 2.2: DSPIC30F4011 2.1.2. Nga ́ t DSPIC30f4011 có 30 nguô ̀n nga ́t. Bảng vecto nga ́t đươc̣ đa ṭ gâ ̀n bô ̣ nhớ chương triǹ h taị điạ chỉ 0x000004. Bô ̣ điê ̀u khiê ̉n nga ́t điê ̀u khiê ̉n các nga ́t. Thiê ́t lâ p̣ các nga ́t thô ng qua các thanh ghi đa c̣ biê ṭ sau: IFS0 , IFS1 , IFS2 : chứa tâ ́t cả các cờ nga ́t. Cờ nga ́t đươc̣ bâ ṭ lê n bởi ngoaị vi củ a vi điê ̀u khiê ̉n hoa c̣ tiń hiê ụ từ bê n ngoài và đươc̣ xóa ba ̀ng phâ ̀n mê ̀m. IEC0 , IEC1 , IEC2 : chứa tâ ́t cả các bit điê ̀u khiê ̉n cho phép nga ́t. Các bit này đươc̣ sử duṇ g đê ̉ bâ ṭ các nga ́t riê ng biê ṭ từ các thiê ́t bi ̣ngoaị vi hay tín hiê ụ từ bê n ngoài. 7
21. IPC0 IPC11 : thiê ́t lâ p̣ các nga ́t ưu tiê n thô ng qua 12 thanh ghi. IPL : các mức đô ̣ ưu tiê n đươc̣ lưu trữ trong các bit IPL. IPL na ̀m trong thanh ghi CORCON, IPL na ̀m trong thanh ghi traṇ g thái. INTCON1 , INTCON2 : điê ̀u khiê ̉n nga ́t toàn cuc.̣ INTCON1 bao gô ̀m các bit cờ điê ̀u khiê ̉n các nga ́t khi có lô ̃i xử lí. INTCON2 điê ̀u khiê ̉n các tín hiê ụ yê u câ ̀u nga ́t ngoaị vi và viê c̣ sử duṇ g bảng chuyê ̉n đô ̉i các vecto nga ́t. Tâ ́t cả các nguô ̀n nga ́t có thê ̉ đươc̣ người dùng gán cho mô ṭ trong 7 câ ́p đô ̣ ưu tiê n thô ng qua các thanh ghi IPCx. Nê ́u bit NSTDIS (INTCON1 ) đươc̣ thiê ́t lâ p̣ , tâ ́t cả các nga ́t đê ̀u bi ̣câ ́m. 2.1.3. Bo đin h tho ̂̀i Timer Trong vi điê ̀u khiê ̉n DSPIC40F4011 có tới na m bô ̣ điṇ h thời (Timer) 16- bit. Trong đó các Timer có thê ̉ hoaṭ đô ṇ g riê ng biê t,̣ riê ng hai Timer 2, 3 và hai Timer 4, 5 có thê ̉ kê ́t hơp̣ với nhau đê ̉ trở thành mô ṭ Timer 32 bit. Timer 1 có thê ̉ hoaṭ đô ng̣ với nguô ̀n taọ dao đô ng̣ tâ ̀n sô ́ thâ ́p 32KHz, và chê ́ đô ̣ khô ng đô ̀ng bô ̣ với nguô ̀n taọ dao đô ṇ g ngoài. Đa c̣ điê ̉m riê ng biê ṭ của Timer 1 đó là có thê ̉ dùng trong các ứng dung̣ thời gian thưc.̣ Timer 1 có thê ̉ hoaṭ đô ṇ g trong ba chê ́ đô :̣ Timer 16-bit: trong chê ́ đô ̣ này, timer se ̃ ta ng sau mô ̃i chu kỳ lê nḥ đê ́n khi giá tri ̣của timer ba ̀ng giá tri ̣của thanh ghi chu kỳ PR1 (Period Register) se ̃ reset vê ̀ ‘0’ và tiê ́p tuc̣ đê ́m. Counter đô ̀ng bô ̣16-bit: trong chê ́ đô ̣này, timer se ̃ ta ng ở mô ̃i sườn lê n của của xung nhip̣ ngoài mà đươc̣ đô ̀ng bô ̣ với pha của các xung nhip̣ trong. Timer ta ng đê ́n giá tri ̣na ̀m trong thanh ghi PR1 thì dừng và reset timer vê ̀ ‘0’ rô ̀i tiê ́p tuc̣ đê ́m lê n. Counter khô ng đô ̀ng bô ̣ 16-bit: khi hoaṭ đô ng̣ trong chê ́ đô ̣ này, timer se ̃ ta ng dâ ̀n sau mô ̃i sườn lê n của xung nhip̣ bê n ngoài tác đô ṇ g vào. Timer se ̃ ta ng dâ ̀n đê ́n khi giá tri ̣của nó ba ̀ng thanh ghi PR1 thì bi ̣reset vê ̀ ‘0’ rô ̀i laị tiê ́p tuc̣ đê ́m lê n. Cách tính toán giá trị timer: Xung vào timer = Xung nguồn / Prescaler Trong đó Prescaler là bộ chia tần hay còn gọi là tham số cho bộ chia của timer. Tham số này được cài đặt bởi người dùng theo các tùy chọn định trước. 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4