Mô hình nghịch lưu 3 pha 2 bậc điều khiển máy bơm (Phần 1)

Nội dung text: Mô hình nghịch lưu 3 pha 2 bậc điều khiển máy bơm (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM GVHD: ThS. TRƯƠNG THỊ BÍCH NGÀ SVTH: NGUYỄN QUANG LIÊM MSSV: 10901048 S K L 0 0 4 2 0 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Thông tin sinh viên Họ và tên: Nguyễn Quang Liêm MSSV: 10901048 Tel: 0982925803 Email: liemquang2308@gmail.com 2. Thông tin đề tài Tên của đề tài: “ MÔ HÌNH NGHỊCH LƢU 3 PHA 2 BẬC ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƢỚC ” Mục đích của đề tài: xây dựng và nghiên cứu mô hình nghịch lƣu điều khiển tải 3 pha là động cơ máy bơm sử dụng nguồn điện chính từ ắc qui . Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Thời gian thực hiện: Từ ngày 10 /10/2015 đến /1 /2016 3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài - Sinh viên viết lại nhiệm vụ nhƣ đã thực hiện trong luận văn 1: Tìm hiểu về IC công suất PS2056. 2. Nghiên cứu và xây dựng mạch nghịch lƣu 3 pha 2 bậc . 3. Nghiên cứu và xây dựng mạch tăng áp . 4. Tiến hành viết code cho 2 vi điều khiển PIC 16F877A va dsPIC 30F4011. 5. Kiểm tra kết quả bằng mô phỏng và thực nghiêm . 4. Lời cam đoan của sinh viên Tôi – Nguyễn Quang Liêm cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của Thạc sĩ Trƣơng Thị Bích Ngà . Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác. Tp.HCM, ngày 25 tháng 2 năm 2016 SV thực hiện đồ án Nguyễn Quang Liêm Xác nhận của Bộ Môn Tp.HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị) Th.s Trƣơng Thị Bích Ngà ii
3. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnhphúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2016 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN QUANG LIÊM Lớp: 10901B MSSV: 10901048 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH NGHỊCH LƢU 3 PHA 2 BẬC ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Nhận đồ án Tuần 2 Đọc tài liệu , tìm hiểu đề tài Tuần 3 Đọc tài liệu , tìm hiểu đề tài Tuần 4 –tuần 5 Nghiên cứu thi công phần cứng Tuần 6-tuần 9 Viết chƣơng trình điều khiển , nghiên cứu thi công phần cứng. Thi công phần cứng . Tuần 10 – tuần 14 Tuần 15 Mô hình chạy hoàn chỉnh theo yêu cầu đề ra Tuần 16- về Tiến hành đo đạc lấy kết quả dạng sóng sau nghịch lƣu , viết báo cáo đồ án GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà iii
4. LỜI CẢM ƠN  Trong suốt quá trình làm đồ án, nhóm thực hiện đã nhận đƣợc nhiều sự giúp đỡ cũng nhƣ động viên từ các Thầy/Cô, gia đình và các bạn để đồ án hoàn thành đúng tiến độ và đạt đƣợc những yêu cầu đã đề ra ban đầu. Đầu tiên, nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô giảng dạy tại Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quý thầy cô khoa Điện - Điện Tử đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức bổ ích tạo tiền đề quan trọng cho nhóm thực hiện đồ án này. Nhóm xin trân trọng gởi đến giáo viên hƣớng dẫn – Cô Trƣơng Thị Bích Ngà lời cảm ơn sâu sắc nhất. Cô đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, cung cấp các kiến thức và thiết bị quan trọng giúp nhóm có điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình của Thầy Trí trong thời gian qua. Nhóm cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của các anh chị khóa trên và các bạn cùng khoá trong quá trình thực hiện đồ án cũng nhƣ trong suốt thời gian học tại Trƣờng Đai học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh. Cuối cùng, nhóm cũng xin bày tỏ lòng biết ơn thƣ viện trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh đã cung cấp các luận văn và tài liệu tham khảo cần thiết liên quan đến đề tài. Nhóm thực hiện: Nguyễn Quang Liêm iv
5. MỤC LỤC Trang PHẦN A: GIỚI THIỆU Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình thực hiện iii Lời cảm ơn iv Mục lục v Liệt kê hình vẽ vii Tóm tắt ix PHẦN B: NỘI DUNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề 3 1.2. Mục tiêu của đề tài 4 1.3. Đối tƣợng nghiên cứu 4 1.4. Giới han đề tài 4 1.5. Phƣơng pháp và phƣơng tiện nghiên cứu 5 1.5. Nội dung đồ án 6 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 2.1. Bộ lƣu điện Accu. 8 2.2. Bộ nghịch lƣu một pha cầu. 14 2.3. Các phƣơng pháp điều chế sóng sin. 18 2.4. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (SPWM ). 18 2.5. Giới thiệu về IC PS22056. 22 2.6. Giới thiệu về PIC 16F877A . 24 2.7. Giới thiệu về dsPIC 30F4011 . 33 2.8. Giới thiệu về biến thế xung . 38 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 3.1. Sơ đồ khối hệ thống. 41 3.2. Chức năng các khối . 42 3.2.1 Khối nguồn DC 24V . 42 3.2.2 Khối nguồn 5V/15V . 42 3.2.3 Khối tăng áp 43 v
6. 3.2.4 Khối vi điều khiển PIC 16F877A . 45 3.2.5 Khối nghịch lƣu DC-AC 46 3.2.6 Khối vi điều khiển dsPIC30F4011 . 47 3.2.7 Sơ đồ giải thuật chƣơng trình . 49 CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ 4.1. Khối tăng áp 52 4.2. Khối vi điều khiển PIC 16F877A . 52 4.3. Khối nghịch lƣu DC-AC 53 4.4. Khối vi điều khiển dsPIC 30F4011. 53 4.5. Hình ảnh mô hình hoàn chỉnh . 54 4.6. Dạng sóng ngõ ra. 55 4.7. Sơ đồ mạch in 57 4.8. Kết quả thực tế 59 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ-KẾT LUẬN-HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận 61 5.2 Hƣớng mở rộng đề tài 62 PHẦN C: PHU LỤC 64 vi
7. DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Trang Hình 2.1 Mô phỏng 2 bản cực Accu axit 9 Hình 2.2 Sơ đồ các bộ biến đổi DC/DC 10 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck 11 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp Boost 13 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của nghịch lưu cầu 1 pha 15 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý bộ đẩy kéo 16 Hình 2.7 Sơ đồ và đồ thị dạng sóng 17 Hình 2.8 Nguyên lý điều chế SPWM một pha 19 Hình 2.9 Chức năng tương đương của IGBT trong bộ nghịch lưu áp ba pha 20 Hình 2.10 IC PS22056 22 Hình 2.11 Sơ đồ cấu tạo IC PS22056 23 Hình 2.12 Nhiệm Vụ của các chân IC PS22056 24 Hình 2.13 Cấu trúc của vi điều khiển PIC 16F877A 29 Hình 2.14 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển PIC 16F877A 31 Hình 2.15 Sơ đồ chân của PIC16F887A 32 Hình 2.16 Nhiệm Vụ của các chân IC PS22056 25 Hình 2.17 Cấu trúc của vi điều khiển PIC 16F877A 30 Hình 2.18 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển PIC 16F877A 32 Hình 2.19 Sơ đồ khối dsPIC 30F4011 34 Hình 2.20 Các thanh ghi của khối xử lí trung tâm 35 Hình 2.21 Các chế độ định địa chỉ cơ bản được hỗ trợ 36 Hình 2.22 Các cổng I/O của dsPIC30F4011 38 Hình 2.23 Hình ảnh thực tế biến thế xung 39 Hình 3.1 Sơ đồ khối tổng quát 41 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối tăng áp DC-DC 44 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển PIC 16F877A 45 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối nghịch lưu DC-AC 46 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển dsPIC30F4011 47 Hình 4.1: Khối tăng áp 52 Hình 4.2: Khối vi điều khiển PIC 16F877A 52 Hình 4.3: Khối nghịch lưu DC-AC 53 vii
8. Hình 4.4: Khối vi điều khiển dsPIC 30F4011 53 Hình 4.5: Hình ảnh mô hình hoàn chỉnh 54 Hình 4.6: Tải máy bơm nước 54 Hình 4.7: Dạng sóng điện áp ngõ ra pha A 55 Hình 4.8: Dạng sóng điện áp ngõ ra pha B 55 Hình 4.9: Dạng sóng điện áp ngõ ra pha C 56 Hình 4.10: Dạng sóng điện áp ngõ ra pha A,B,C 56 Hình 4.11: Mạch in khối vi điều khiển dsPIC30F4011 57 Hình 4.12: Sơ đồ mạch in khối nghịch lưu DC-AC 57 Hình 4.13: Sơ đồ mạch in khối tăng áp 58 Hình 4.14: Sơ đồ mạch in khối vi điều khiển PIC16F877A 58 viii
9. TÓM TẮT Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu và thi công mô hình “ nghịch lƣu 3 pha 2 bậc điều khiển máy bơm ’’ dùng phƣơng pháp điều chế độ rông xung (SPWM) để điều khiển tải là máy bơm . Bộ nghịch lƣu 3 pha 2 bậc đƣợc thi công dựa trên việc sử dụng IC công suất PS22056 và đƣợc điều khiển bởi vi điều khiển là dsPIC30F411 điều chế độ rộng xung sao cho ra đƣợc dạng sóng mình mong muốn là 3 pha 2 bậc . Kết hợp với bộ nghịch lƣu là bộ tăng áp từ nguồn DC 24V và đƣợc điều khiển bởi PIC 16F877A nhằm mục đích điều khiển tính hiệu hồi tiếp trở về . Kết quả vận hành dựa trên bộ nghịch lƣu 3 pha 2 bậc thực tế . Luận văn đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình gồm có : Khối tăng áp : thực hiện việc tăng áp từ 24VDC lên thành 310VDC. Khối vi điều khiển Pic 16F877A : điều khiển quá trình tăng áp từ nguồn ắc qui . Khối nghịch lƣu DC-AC : kết quả thu đƣợc áp nghịch lƣu từ khối boost 310VDC thành 220VAC , sau đó thực hiện việc điều khiển tải là máy bơm với công suất là 0.5HP và áp là 220 VAC. Khối vi điều khiển dsPIC30F4011 . Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng : o Chƣơng 1 : Tổng quan . o Chƣơng 2 : Cơ sở lý thuyết . o Chƣơng 3 : Thiết kế và thi công hệ thống . o Chƣơng 4 : Kết quả o Chƣơng 5 : Kết luận , hƣớng phát triển . ix
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà PHẦN B NỘI DUNG Trang 1
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà CHƢƠNG I TỔNG QUAN Trang 2
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong điều kiện nguồn tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, hiệu ứng nhà kính làm trái đất dần nóng lên. Vấn đề năng lượng sạch đang là vấn đề cấp thiết của toàn nhân loại. Trong những năm gần đây, năng lượng sạch sử dụng khí Hidrogen hoặc Nitrogen để làm nhiên liệu trong những chiếc xe sử dụng năng lượng sạch nhằm giải quyết vấn đề đi lại của con người, nhưng vẫn chưa đạt được hiệu suất cao. Bên cạnh đó vấn đề năng lượng điện trong dân dụng và công nghiệp cũng là vấn đề ưu tiên hàng đầu. Trong hoàn cảnh đó những nhà máy nhiệt điện, thủy điện, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, điện hạt nhân, lần lượt ra đời, nhưng đã và đang được sử dụng rộng rãi và đạt hiệu suất cao nhất vẫn là những nhà máy thủy điện. Hiện nay một số nước tiên tiến trên thế giới đang sử dụng nhà máy điện hạt nhân với hiệu suất khá cao, nhưng luôn tiềm ẩn những vấn đề bất ổn về an ninh chính trị và gây ảnh hưởng không tốt tới sức khỏe của những người vận hành nhà máy. Các nhà máy thủy điện cũng luôn phải đối mặt với những vấn đề nan giải về điều phối nguồn nước, đồng thời cũng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sự an toàn của những hộ dân sống gần nhà máy cũng như môi trường sống của các loài thủy sinh. Trong tình hình đó, năng lượng gió đã ra đời nhằm giải quyết những vấn đề bất cập trên, nhưng năng lượng gió mang lại hiệu suất không cao và không được ứng dụng rộng rãi. Trong tình hình hiện nay, năng lượng mặt trời đã phần nào giải quyết được những khuyết điểm của các nguồn năng lượng trên, đang được đầu tư nghiên cứu cũng như sử dụng rất rộng rãi. Nhưng những tấm pin mặt trời chỉ có thể hoạt động vào ban ngày khi có nắng, nên phải lưu trữ nguồn năng lượng mặt trời này vào bình ăcqui để sử dụng vào ban đêm. Vấn đề đặt ra ở đây là nguồn điện năng này chỉ là nguồn DC, điện áp thấp, không thích hợp trong dân dụng và công nghiệp vì đa số các thiết bị trong công nghiệp đều sử dụng nguồn xoay chiều 3 pha. Việc ra đời các bộ nghịch lưu 1 pha và 3 pha đã giải quyết được bài toán này. Vì vậy nhóm đã chọn đề tài:“ MÔ HÌNH NGHỊCH LƢU 3 PHA 2 BẬC ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM ” để giải quyết vấn đề về hệ thống bơm nước tự động dùng pin mặt trời . Trang 3
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 1.2.1 Mục tiêu chung: Xây dựng mô hình nghịch lưu 3 pha 2 bậc theo phương pháp điều chế độ rộng xung, nhằm đưa ra một hướng nghiên cứu mới về công nghệ chế tạo biến tần,đơn giản, giá thành thấp, giải quyết các vấn đề về năng lượng trong cuộc sống ngày nay. 1.2.2 Mục tiêu cụ thể: Nhiệm vụ của đồ án là thực hiện các yêu cầu sau:  Tìm hiểu khái quát về IC PS22056  Mô phỏng mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc trên cơ sở lý thuyết về điều chế độ rộng xung.  Thiết kế và thi công mạch boost áp từ 24VDC lên 310VDC.  Thiết kế và thi công phần cứng nghịch lưu 3 pha 2 bậc từ nguồn 310VDC sau khi qua mạch tăng áp để điều khiển tải là máy bơm 0.5HP, áp là 220V.  Ứng dụng các hỗ trợ của phần mềm ORCAD và CCS Programmer để lập trình nhúng và biên dịch.  Nhờ vào hình ảnh trực quan mô phỏng trên ORCAD ta có thể nắm vững hơn những lý thuyết đã được học, mối liên hệ giữa các môn học và ứng dụng vào thực tế. 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU IC PS22056 được sử dụng trong mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc và quá trình boost áp từ nguồn DC Accu 24VDC lên một mức điện áp phù hợp để điều khiển tải mong muốn là máy bơm . 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Mô hình nghịch lưu 3 pha 2 bậc đề điều khiển máy bơm có công suất là 0.5 HP , áp là 220V , dòng điện là 1,4 A . Trang 4
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà Phần lý thuyết:  Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về nghịch lưu.  Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết của các vi điều khiển PIC16F877a và dsPIC 30F4011.  Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết của IC PS22056.  Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về biến thế xung .  Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về bộ bảo vệ sạc Accu.  Tìm hiểu về các hỗ trợ của ORCAD cho lập trình CCS. Phần thi công :  Thiết kế và thi công mạch tăng áp DC-DC từ nguồn 24VDC, sau quá trình thực hiện đề tài kết quả đạt được là 310VDC.  Thiết kế và thi công mạch nghịch lưu DC-AC chuyển từ 310VDC thành 220VAC , điều khiển mạch tải là máy bơm có công suất 0.5HP và áp là 220V .  Mô phỏng trên ORCAD và viết chương trình điều khiển trên CCS  Thiết kế, thi công và viết chương trình điều khiển cho 2 vi điều khiển PIC16F877A và dsPIC 30F4011. 1.5 PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU Phƣơng pháp nghiên cứu:  Khảo sát các loại mạch nghịch lưu trong các bộ UPS.  Dựa vào lý thuyết tiến hành mô phỏng, ghi nhận kết quả đạt được, so sánh chỉnh sửa.  Tham khảo tài liệu của nhà hãng Texas Intrument tại www.ti.com.  Nguồn tài liệu từ internet, thư viện trường ĐHSP Kỹ Thuật TPHCM Phƣơng tiện nghiên cứu:  Máy tính cá nhân. Trang 5
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà  Phần mềm ORCAD và CCStudio.  Cùng một số các thiết bị và dụng cụ đo lường khác: Bo mạch, đồng hồ VOM, máy dao động kí 1.6 NỘI DUNG ĐỒ ÁN : Chƣơng 1: Tổng quan. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.  Trình bày lý thuyết mạch nghịch lưu.  Trình bày cơ sở lý thuyết về Accu.  Trình bày cơ sở lý thuyết về biến thế xung .  Trình bày sơ lược về lý thuyết phương pháp SPWM.  Trình bày sơ lược về lý thuyết của IC PS22056.  Giới thiệu sơ lược về 2 vi điều khiển . Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống và thi công .  Sơ đồ khối của hệ thống.  Thiết kế các khối trong hệ thống. Chƣơng 4: Kết quả.  Sơ đồ dạng sóng ngõ ra.  Sơ đồ hình ảnh mạch thực tế.  Sơ đồ mạch in . Chƣơng 5 : Kết quả - kết luận - hƣớng phát triển  Kết luận.  Hướng phát triển. Trang 6
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 7
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà 2.1 BỘ LƢU ĐIỆN ACCU : 2.1.1 Khái niệm Accu : Accu là loại nguồn điện hóa học, có thể biến đổi điện năng thành hóa năng và ngược lại biến đổi hóa năng thành điện năng. Quá trình biến đổi hóa năng thành điện năng gọi là quá trình phóng điện và quá trình biến đổi điện năng thành hóa năng gọi là quá trình nạp điện. Accu là nguồn điện một chiều được sử dụng rộng rãi và làm việc dựa trên hiện tượng điện-hóa học. Accu sản xuất ra phải đảm bảo các tính năng về điện theo qui định. - Sức điện động lớn và ít thay đổi khi phóng, nạp điện. - Accu phải làm việc thuận nghịch nghĩa là hiệu suất gần bằng 100%. - Điện trở trong nhỏ. - Dung lượng cho một đơn vị trọng lượng và đơn vị thể tích phải lớn. - Tự phóng điện. 2.1.2 Phân loại và cấu tạo của Accu ( Ắc-quy) Nếu điểm qua các loại Accu thì có thể có nhiều cách gọi khác nhau như: Accu nước, Accu axit: Accu axit kiểu hở,Accu kiểu kín khí, Accu không cần bảo dưỡng, Accu khô, Accu GEL, Accu kiềm Trên thực tế thường phân biệt thành 2 loại Accu thông dụng hiện nay là Accu sử dụng điện môi axit và Accu sử dụng điện môi bằng kiềm.Tuy có hai loại chính như vậy nhưng Accu kiềm có vẻ ít gặp nên đa số trên thị trường là Accu axit. Cấu tạo của Accu gồm hai điện cực khác nhau đặt trong dung dịch điện phân, có màng ngăn cách. Do điện thế của mỗi điện cực đối với dung dịch khác nhau nên giữa hai điện cực có hiệu điện thế, nếu nối với mạch ngoài có thể sinh ra dòng điện. Trang 8
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà Hình 2.1 :Mô phỏng 2 bản cực Accu axit 2.1.3. Bộ sạc bảo vệ Accu : Ắc-quy là thiết bị lưu trữ năng lượng và có giá trị khá lớn trong toàn bộ hệ thống. Nhưng Ắc-quy có tuổi thọ khá ngắn đặc biệt là khi dùng và sạc không đúng cách, vì vậy để Ắc-quy hoạt động tốt và có tuổi thọ cao nhất cần có bộ sạc theo tiêu chuẩn và có thể bảo vệ Ắc-quy tránh quá dòng, quá áp, hoặc đấu ngược cực Ắc-quy. Hiện nay có khá nhiều phương pháp sạc Ắc-quy, như sạc ở chế độ thả nổi (Float), phương pháp này có giá thành rẽ, dể lắp đặt, nhưng có thời gian sạc dài và không có khả năng bảo vệ Ắc-quy tránh quá dòng cũng như quá áp. Một phương pháp khác là sạc bằng nguồn dòng ở giai đoạn đầu, sau đó ghim áp ở mức phù hợp với Ắc-quy, phương pháp này có ưu điểm hơn phương pháp Float vì có thời gian sạc nhanh hơn, nhưng mạch điện cũng phức tạp hơn. Phương pháp tối ưu nhất hiện nay là phương pháp sạc 3 giai đoạn, phương pháp này là sự kết hợp giữa hai phương pháp nói trên, nó có ưu điểm là thời gian sạc rất nhanh và các chức năng bảo vệ Ắc-quy đều được tích hợp, phương pháp này có rất nhiều ưu điểm nhưng mạch điều khiển khá phức tạp. Trong mô hình này, bộ sạc được thiết kế theo phương pháp tốt nhất, đó là phương pháp sạc Ắc-quy 3 giai đoạn, với tính chất sạc trong thời gian ngắn, tăng tuổi thọ Ắc-quy và có các chức năng chống quá dòng, quá áp. Trang 9
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà Bộ biến đổi DC/DC Bộ DC/DC được dùng để xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất của pin và làm ổn định nguồn điện một chiều lấy từ pin mặt trời để cung cấp cho tải và ắc quy. Bộ biến đổi DC/DC còn có tác dụng điều khiển chế độ nạp và phóng để bảo vệ và nâng cao tuổi thọ cho ắc quy. Có nhiều loại bộ biến đổi DC/DC được sử dụng nhưng phổ biến nhất vẫn là 3 loại là: Bộ tăng áp Boost, Bộ giảm áp Buck, Bộ hỗn hợp tăng giảm Boost – Buck và bộ biến đổi Cuk. Cả 3 loại DC/DC trên đều sử dụng nguyên tắc đóng mở khóa điện tử theo một chu kỳ được tính toán sẵn để đạt được mục đích sử dụng. Tùy theo mục đích và nhu cầu mà bộ DC/DC được lựa chọn cho thích hợp. Hình 2.2 :Sơ đồ các bộ biến đổi DC/DC a:bộ Buck , b:bộ Boost , c:bộ Buck-Boost , d:bộ Cuk Nhận xét: Với bộ biến đổi Buck, biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều thấp hơn. Bộ Buck được ứng dụng trong các bộ ổn định điện áp thay cho các mạch analog truyền thống. Công thức biến đổi. (1) Với sơ đồ biến đổi Boost , biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều lớn hơn, dùng trong các thiết bị nguồn nuôi với công suất nhỏ như mobile, notebook Công thức biến đổi. Trang 10
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà (2) Với bộ biển đổi Cuk, biến đổi điện áp một chiều thành điện áp một chiều có biên độ thấp hơn hoặc lớn hơn điện áp vào. Bộ Cuk cho công suất lớn hơn và có khả năng tận dụng tối đa công suất nguồn.Công thức biển đổi: (3) Mạch Buck : Khóa K trong mạch là những khóa điện tử BJT, MOSFET, hay IGBT. Mạch Buck có chức năng giảm điện áp đầu vào xuống thành điện áp nạp ắc quy. Khóa MOSFET được đóng mở với tần số cao. Hệ số làm việc D của khóa được xác định theo công thức : (4) Hình 2.3:Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck Bộ biến đổi Buck hoạt động theo nguyên tắc sau: khi khóa (van) đóng, điện áp chênh lệch giữa ngõ vào và ngõ ra đặt lên điện cảm, làm dòng điện trong điện cảm tăng dần theo thời gian. Khi khóa (van) ngắt, điện cảm có khuynh hướng duy trì dòng điện qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để diode phân cực thuận. Điện áp đặt vào điện cảm lúc này ngược dấu với khi khóa (van) đóng, và có độ lớn bằng điện áp ngõ ra cộng với điện áp rơi trên diode, khiến cho dòng điện qua điện cảm giảm dần theo thời gian. Tụ điện ngõ ra có giá trị đủ lớn để dao động điện áp tại ngõ ra nằm trong giới hạn cho phép. Ở trạng thái xác lập, dòng điện đi qua điện cảm sẽ thay đổi tuần hoàn, với giá trị của dòng điện ở cuối chu kỳ trước bằng với giá trị của dòng điện ở đầu chu kỳ sau. Xét trường hợp dòng điện tải có giá trị đủ lớn để dòng điện qua điện Trang 11
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà cảm là liên tục. Vì điện cảm không tiêu thụ năng lượng (điện cảm lý tưởng), hay công suất trung bình trên điện cảm là bằng 0, và dòng điện trung bình của điện cảm là khác 0, điện áp rơi trung bình trên điện cảm phải là 0. Gọi T là chu kỳ chuyển mạch (switching cycle), T1 là thời gian đóng khóa (van), và T2 là thời gian ngắt khóa (van). Như vậy, T = T1 + T2. Giả sử điện áp rơi trên diode, và dao động điện áp ngõ ra là khá nhỏ so với giá trị của điện áp ngõ vào và ngõ ra. Khi đó, điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi đóng khóa (van) là (5) Còn điện áp rơi trung bình trên điện cảm khi ngắt khóa (van) là (6) Điều kiện điện áp rơi trung bình trên điện cảm bằng 0 có thể được biểu diễn: (7) Hay ⇔ (T1/T)×Vin = Vout Giá trị D = T1/T thường được gọi là chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle) Như vậy, Vout = Vin×D. D thay đổi từ 0 đến 1 (không bao gồm các giá trị 0 và 1) Do đó 0 < Vout < Vin. Với các bộ biến đổi buck, vấn đề thường được đặt ra như sau: cho biết phạm vi thay đổi của điện áp ngõ vào Vin , giá trị điện áp ngõ ra Vout , độ dao động điện áp ngõ ra cho phép, dòng điện tải tối thiểu Iout,min, xác định giá trị của điện cảm, tụ điện, tần số chuyển mạch và phạm vi thay đổi của chu kỳ nhiệm vụ, để đảm bảo ổn định được điện áp ngõ ra. Trang 12
22. S K L 0 0 2 1 5 4