Đồ án Hệ thống truyền điện không dây (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Hệ thống truyền điện không dây (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG TRUYỀN ÐIỆN KHÔNG DÂY GVHD: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH SVTH : NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV : 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV : 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV : 12142187 S KL 0 0 4 6 2 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY SVTH : NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV : 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV : 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV : 12142187 Khoá : 2012 Ngành : ĐIỆN - ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2016 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV: 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV: 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV: 12142187 Ngành: Điện – Điện Tử Lớp: 12142CLC Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH ĐT: 0913117659 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: 1. Tên đề tài: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: 3. Nội dung thực hiện đề tài: Tìm hiểu lý thuyết về từ trường, từ thông, các điṇ h luâṭ liên quan. Nghiên cứ u, chế taọ các mac̣ h taọ tần số cao ( dùng vi xừ lý, IC555). Nghiên cứ u các kiểu quấn dây phù hơp̣ . Sử duṇ g các thiết bi ̣đo đac̣ đề tìm giá tri ̣LC phù hơp̣ . Lắp ráp mô hình ứ ng duṇ g điêṇ không dây. i
4. 4. Sản phẩm: Mô hình mô phỏng hệ thống truyền điện không dây. TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV: 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV: 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV: 12142187 Ngành: Điện – Điện Tử Lớp: 12142CLC Tên đề tài: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: iii
6. 4. Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iv
7. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV: 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV: 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV: 12142187 Ngành: Điện – Điện Tử Lớp: 12142CLC Tên đề tài: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY Họ và tên Giáo viên phản biện: NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: v
8. 4. Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) vi
9. LỜI CẢM ƠN Trước hết đồ án tốt nghiệp chính là dấu ấn cho việc đã hoàn thành bốn năm học tập và nghiên cứu, và cũng chính là mốc khởi đầu cho tương lai của chúng em. Để có được những thành quả, những thành công và những kiến thức như ngày hôm nay, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đối với nhà trường, quý thầy cô, gia đình và bạn bè, những người luôn luôn ủng hộ, giúp đỡ, chỉ dẫn và luôn cố gắng tạo mọi điều kiện để chúng em có những thành công trong học tập và trong cuộc sống. Hơn hết, chúng em xin chân thành cảm ơn người thầy đã đồng hành, chỉ dẫn chúng em trong suốt quá trình học, và xuyên suốt khoảng thời gian nghiên cứu về đồ án này - thầy Trương Việt Anh. Thầy đã cho chúng em một cái nhìn vào thẳng thực tế cuộc sống, thực tế nhu cầu của xã hội, cùng với sự tận tình giảng dạy, hướng dẫn cho chúng em, cũng như giúp chúng em vượt qua được rất nhiều trở ngại trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện. Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy! Cảm ơn thầy Lê Trọng Nghĩa đã hỗ trợ liên tục chúng em từ đầu khóa học. Cảm ơn sự giúp đỡ hết mình của anh Vũ Đức Toàn. Chúng em biết ơn mỗi sự giảng dạy hướng dẫn của mỗi thầy cô, mỗi người hướng dẫn. Cuối cùng, xin cảm ơn tất cả các bạn, những người đã đồng hành cùng chúng em trong suốt khoá học và trong quá trình thực hiện đồ án này này. Sinh viên thực hiện NGUYỄN HOÀNG MINH LÊ NGỌC THI PHẠM HỒNG PHONG vi
10. TÓM TẮT Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi bàn về vấn đề truyền năng lượng không dây. Những ứng dụng mà nó sẽ mang lại là vô cùng to lớn trong khá nhiều lĩnh vực như: nhà ở, thiết bị, phương tiện và cả hỗ trợ cung cấp nguồn năng lượng từ ngoài trái đất. Hiện tại có các cách khác nhau để truyền tải điện không dây, ở đây chúng tôi sẽ giới thiệu cho người đọc về cách truyền tải không dây sử dụng phương pháp cảm ứng điện từ. Nhóm sẽ đưa ra những thí nghiệm thực tế, những đề suất để biết được những điểm mạnh, điểm yếu của từng cách áp dụng cho truyền tải điện bằng phương pháp này. vii
11. ABSTRACT In our research, we discuss about the wireless energy transmission. These benefits of applications are tremendous, such as: household furniture, devices, transportation, and the extraterrestrial energy sources usage. At the present, there are different methods to transmit wireless power, and we are going to introduce for you how to transmit it by using inductive coupling through a solenoid. Our group makes a wide range of reality experiments and suggestions that help us find the strong points and weak points of this method. viii
12. MỤC LỤC Trang phụ bìa TRANG Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệm i Trang phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn ii Trang phiếu nhận xét của giáo viên phản biện iv Lời cảm ơn vi Tóm tắt vii Mục lục ix Danh mục các bảng biểu xii Danh mục các hình ảnh, biểu đồ xiii Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu 1 1.1.1. Thực tế phát triển của thế giới về truyền năng lượng không dây 1.1.2. Đặc điểm chung 1.2. Mục đích đề tài 6 1.3. Nội dung đề tài 6 1.4. Giới hạn đề tài 6 1.5. Phương pháp nghiên cứu 7 1.6. Giá trị thực tiễn 7 1.7. Nội dung của đồ án 8 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Lý thuyết Maxwell 9 ix
13. 2.2. Hiện tưởng cảm ứng điện từ 9 2.3. Định luật Lenz 9 2.4. Mạch dao động LC 10 2.4.1. Hoạt động của mạch dao động điện từ LC 2.4.2. Biểu thức của điện tích của một bản tụ điện 2.4.3. Biểu thức của điện áp tức thời u giữa hai bản của tụ điện C 2.4.4. Biểu thức của dòng điện I trong mạch dao động điện từ LC 2.4.5. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC 2.5. Năng lượng dao động điện từ trong mạch dao động LC 13 2.5.1. Năng lượng điện trường 2.5.2. Năng lượng từ trường 2.5.3. Năng lượng điện từ 2.6. Điện từ trường 13 Chương 3 THIẾT KẾ MẠCH SẠC PIN KHÔNG DÂY THỰC TẾ 3.1. Cấu tạo cấu hình 1 17 3.1.1. Khối cấp nguồn 3.1.2. Khối tạo xung 3.1.3. Khối IGBT công suất 3.1.4. Cấu tạ cuộn dây phát và thu 3.1.4.1. Cuộn dây phát 3.1.4.2. Cuộn dây thu 3.2. Cấu tạo cấu hình 2 26 x
14. 3.2. Cấu tạo cấu hình 3 29 Chương 4 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1. Thử nghiệm các loại kết cấu cuộn dây 31 4.1.1. Cuộn dây quấn thành vòng tròn xếp lên nhau không cùng nằm trên mặt phẳng (D = 3.5cm) 4.1.2. Cuộn dây quấn thành vòng tròn xếp lên nhau không cùng nằm trên mặt phẳng (D = 6.5cm) 4.1.3. Cuộn dây quấn xoắn ốc (r = 0.5cm) 4.1.4. Cuộn dây quấn xoán ốc (r = 3.5cm) 4.1.5. Cuộn dây quấn hình trụ tròn 4.1.6. Kết luận thử nghiệm các cách quấn dây 4.2. Thử nghiệm sự liên quan của tần số đến việc truyền điện không dây 41 4.3. Các vật chất cản trở việc truyền điện không dây 45 4.4. Hiệu suất đạt được của mô hình thử nghiệm 47 4.4.1. Thiết kế mô hình 4.4.1.1. Thiết kế ban đầu 4.4.1.2. Thiết kế mô hình hoàn thiện 4.4.2. Hiệu suất 4.4.2.1. Bộ sạc cho mô hình 4.4.2.2. Mô hình đang phát triển Chương 5 xi
15. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1. Kết luận 60 5.2. Hướng phát triển 61 5.2.1. Mục tiêu trước mắt 5.2.2. Mục tiêu lâu dài TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 66 xii
16. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thông số cuộn dây phát Bảng 3.2 Thông số cuộn dây thu Bảng 4.1 Bảng khảo sát hiệu năng cuộn dây quấn tròn không cùng nằm trên một mặt phẳng (D=3.5cm) Bảng 4.2 Bảng khảo sát hiệu năng cuộn dây quấn tròn không cùng nằm trên một mặt phẳng (D=6.5cm) Bảng 4.3 Bảng khảo sát hiệu năng cuộn dây quấn xoắn ốc (R = 0.5cm) Bảng 4.4 Bảng khảo sát hiệu năng cuộn dây quấn xoắn ốc (R = 3.5cm) Bảng 4.5 Bảng khảo sát hiệu năng cuộn dây quấn trụ tròn Bảng 4.6 Bảng số liệu tính toán sự liên hệ giữa tần số f và điện áp V Bảng 4.7 Kết quả thử nghiệm sự ảnh hưởng của các loại vật chất xiii
17. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Sạc không dây cho xe ôtô điện (Ảnh minh họa) Hình 1.2 Sạc không dây cho xe bus chạy điện (Ảnh minh họa) Hình 1.3 Sạc không dây cho thiết bị di động (Ảnh minh họa) Hình 1.4 Ứng dụng truyền điện không dây cho tòa nhà (Ảnh minh họa) Hình 1.5 Truyền điện không dây lấy năng lượng từ vũ trụ (Ảnh minh họa) Hình 2.1 Cấu tạo mạch LC Hình 2.2 Mạch LC Hình 2.3 Hình ảnh đường sức điện của điện tích âm, điện tích dương đặt xa nhau Hình 2.4 Hình ảnh đường sức điện của hai điện tích cùng dầu (trái dấu) đặt gần nhau Hình 2.5 Quy tắc bàn tay phải Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2 Sơ đồ mạch tạo xung dùng 16F887 Hình 3.3 Dạng xung xuất ra của vi xử lý Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý nguồn xung kiểu Flyback Hình 3.5 Thông số IGBT 25N120IHL Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý tổng thể của mạch điện thực hiện Hình 3.7 Sơ đồ cuộn dây Hình 3.8 Cuôn dây phát xiv
18. Hình 3.9 Cuộn dây thu Hình 3.10 Từ thông qua cuôn dây thu Hình 3.11 Sơ đồ kết nối IC 555 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối IC555 để kích IGBT cho mạch Hình 3.13 Mạch tạo xung kích với IC 555 Hình 3.14 Xung ngõ ra IC 555 Hình 3.15 Dạng sóng trên 2 đầu cuộn dây phát Hình 4.1 Cuộn dây tròn D = 3.5cm Hình 4.2 Kết quả thực nghiệm cuộn dây quấn tròn D = 3.5cm Hình 4.3 Cuộn dây tròn D = 6.5cm Hình 4.4 Kết quả thực nghiệm cuộn dây quấn tròn D = 6.5cm Hình 4.5 Cuôn dây quấn xoắn ốc với r = 0.5cm Hình 4.6 Kết quả thực nghiệm cuôn dây quấn xoắn ốc với r = 0.5cm Hình 4.7 Cuôn dây quấn xoắn ốc với r =3.5cm Hình 4.8 Kết quả thực nghiệm cuôn dây quấn xoắn ốc với r = 3.5cm Hình 4.9 Cuộn dây quấn hình trụ tròn Hình 4.10 Kết quả thực nghiệm cuộn dây quấn tròn Hình 4.11 Thử nghiệm liên hệ giữa tần số và điện áp Hình 4.12 Thử nghiệm thực tần số 50kHz Hình 4.13 Thử nghiệm thực tần số 40kHz Hình 4.14 Thử nghiệm thực tần số 30kHz Hình 4.15 Sự ảnh hưởng của nam châm với cuộn dây xv
19. Hình 4.16 Mô hình thực tế 1 Hình 4.17 Truyền điện không dây cho đèn bàn học Hình 4.18 Dạng sóng tại chân G của IGBT Hình 4.19 Số liệu đo đạt của cuộn phát Hình 4.20 Dạng sóng ở 2 đầu cuộn thu Hình 4.22 Thử nghiệm với quạt 12V khoảng cách 20cm Hình 4.23 Số lệu đo được với thử nghiệm quạt 12V Hình 4.24 Mạch RFID xvi
20. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HOÀNG MINH MSSV: 12142154 LÊ NGỌC THI MSSV: 12142346 PHẠM HỒNG PHONG MSSV: 12142187 Ngành: Điện – Điện Tử Lớp: 12142CLC Tên đề tài: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐIỆN KHÔNG DÂY Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưc̣ hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: iii
21. 4. Đề nghi ̣cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iv
22. S K L 0 0 2 1 5 4