TỔNG QUAN
Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay
Hiện nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật đang thúc đẩy sự tiến bộ của nhiều ngành nghề khác nhau Trong bối cảnh đó, vấn đề năng lượng trở thành một trong những mối quan tâm hàng đầu.
Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh khối, gió, địa nhiệt, năng lượng mặt trời và vi thủy điện đang được phát triển với chiến lược khác nhau ở mỗi quốc gia, tùy thuộc vào tiềm năng năng lượng của từng nước Tuy nhiên, việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo vẫn còn thấp hơn nhiều so với khả năng thực tế Trong số đó, năng lượng mặt trời có tiềm năng sử dụng rất lớn; chỉ cần một phần nhỏ (khoảng 0,003%) tổng bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất mỗi năm là đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu Năng lượng mặt trời dễ dàng được áp dụng cho nhiều mục đích khác nhau như bơm nước, chiếu sáng và cung cấp điện cho các vùng sâu, vùng xa, hải đảo, cũng như đèn giao thông.
Năng lượng mặt trời đã chứng minh tiềm năng to lớn của mình, và việc ứng dụng nguồn năng lượng này vào các lĩnh vực phục vụ đời sống và sản xuất là cần thiết Tuy nhiên, lượng điện từ pin mặt trời đôi khi không đủ lớn để điều khiển các động cơ công suất trong ngành công nghiệp.
Để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời và điều khiển động cơ ba pha AC không đồng bộ, cần áp dụng các công nghệ hiện đại và kiến thức đã học vào thực tiễn Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn thúc đẩy ứng dụng công nghệ mới trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ, từ đó mang lại lợi ích thiết thực cho cuộc sống và ngành công nghiệp.
1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước a Trong nước
Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng lớn nhất mà con người có thể tận dụng, với đặc điểm là nguồn năng lượng sạch, gần như vô tận và dễ dàng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Năng lượng mặt trời là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam, với tổng bức xạ năng lượng mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, trong khi miền Bắc ghi nhận khoảng 4 kWh/m2/ngày Hiện tại, Việt Nam đang ứng dụng hai dạng năng lượng mặt trời.
Nhiệt mặt trời là quá trình chuyển đổi bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, được ứng dụng trong các hệ thống cung cấp nước, hệ thống sấy, bếp đun năng lượng mặt trời và hệ thống đun nước mặt trời Hiện nay, thiết bị đun nước mặt trời quy mô hộ gia đình và quy mô công nghiệp là những ứng dụng phổ biến nhất.
Điện mặt trời (ĐMT) tại Việt Nam chủ yếu sử dụng công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic hay PV) Một số mô hình ứng dụng phổ biến hiện nay bao gồm hệ thống điện mặt trời mái nhà, điện mặt trời tập trung và điện mặt trời nổi.
Hệ thống phát điện mặt trời độc lập bao gồm quy mô hộ gia đình, hệ thống đèn đường và hệ thống điện nối lưới điện cục bộ, mang lại giải pháp năng lượng bền vững và hiệu quả cho các nhu cầu sử dụng điện khác nhau.
Hệ thống phát điện bằng năng lượng mặt trời (NLMT) nối với điện quốc gia tại Việt Nam hiện vẫn ở quy mô nhỏ Trạm điện mặt trời lớn nhất hiện nay có công suất từ 100kWp đến 154kWp, trong khi các dự án quy mô lớn vẫn đang trong giai đoạn chuẩn bị đầu tư.
Từ năm 1995 đến 2005, Trung tâm đã triển khai nhiều dự án điện mặt trời ứng dụng tại các vùng sâu, vùng xa và hải đảo, nơi mà lưới điện chưa kéo tới Các dự án này bao gồm một số bản làng thuộc các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Phú Thọ, Yên Bái, Hà Giang, cùng với một số đảo như Cô Tô, Ngọc Vừng, Quan Lạn (Quảng Ninh), Côn Đảo (Bà Rịa Vũng Tàu), Phú Quốc (Kiên Giang), và Lý Sơn (Quảng Ngãi).
Na m 2000, Trung tâm đã hợp tác với các tổ chức nước ngoài như sau:
Tổ chức NEDO tham gia vào việc lựa chọn địa điểm, thiết kế hệ thống giá đỡ và tư vấn giám sát xây dựng cho dự án lắp đặt PMT với công suất 100kWp cùng với thủy điện nhỏ.
(25 kW) nối lưới điện 0,4kV, lắp đạ t ta ̣i xã Trang, huyện Mang Yang, tỉnh Gia Lai
Công ty điện lực Tohoku-Nhật Bản đã thực hiện dự án lắp đặt hệ thống cấp điện kết hợp PMT (7kW) và động cơ gió phát điện (2 kW) tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, Kon Tum Dự án này nhằm cung cấp điện cho hơn 40 hộ dân thuộc đồng bào dân tộc thiểu số, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế địa phương.
Thực hiện nhiều đề tài NCKH cơ bản và cơ sở để phục vụ cho nghiên cứu phát triển Ngành điện Mạ t trời
Hợp tác với Bỉ nhằm đánh giá tính khả thi và phương pháp luận của các hệ thống hỗn hợp năng lượng tái tạo gió và mặt trời cho các đảo và vùng nông thôn Việt Nam.
Dự án Hợp tác khoa học giữa Việt Nam và Cộng hòa Liên bang Đức nhằm thiết kế và lắp đặt hệ thống điện mặt trời 3 kWp nối lưới điện 0,4 kV Hệ thống này được triển khai trên bãi thử nghiệm năng lượng mặt trời tại Viện Năng lượng, Hà Nội.
Mục tiêu đề tài
Mô hình ứng dụng năng lượng mặt trời được thiết kế và thi công nhằm điều khiển động cơ ba pha AC không đồng bộ, sử dụng vi xử lý DSPIC để tối ưu hóa hiệu suất Hệ thống sẽ hiển thị các thông số quan trọng lên màn hình hiển thị, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý hoạt động của hệ thống.
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.
Bố cục đề tài
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
Bài viết trình bày sơ đồ hệ thống và giải thích cách thức hoạt động của hệ thống đó Đồng thời, nó cũng đề xuất các phương pháp để lựa chọn phần cứng, nhằm xác định những 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
5 Nêu các ưu điểm và nhược điểm của đề tài, hướng khắc phục và phạm vi sử dụng trong thực tế.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Vi điều khiển DSPIC30F4011
2.1.1 To ̂̉ng quan ve ̂̀ vi đie ̂̀u khie ̂̉n DSPIC30F4011
DSPIC30F4011 là một chip xử lý mạnh mẽ với bộ xử lý 16 bit, có khả năng xử lý lên tới 30 triệu lệnh mỗi giây, cho phép thực hiện các chức năng của một bộ xử lý tín hiệu số Chip này được trang bị bộ nhớ flash, bộ nhớ EEPROM và các ngoại vi hiệu năng cao, cùng với nhiều thư viện phần mềm đa dạng, giúp thực hiện các giải thuật nhúng với hiệu suất cao trong khoảng thời gian ngắn Do đó, DSPIC được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng xử lý tín hiệu số, đo lường và điều khiển tự động.
Mo ̣̂t số đa ̣t điểm của DSPIC30F4011:
Bo ̣̂ nho ̛́ chu o ng trình 48K
Xung clock ngoài tợ̂́i đa lện to ̛́i 40MHz
5 timer 16 bit cớ thệ̂̉ ghé̛p thành timer 32 bit
Chệ̛́ đo ̣̂ ba ̛́t giu ̛̃, so sá̛nh, điệ̀u ro ̣̂ng xung 16 bit
Giao tiệ̛́p SPI, I 2 C, UART, CAN
6 kệnh phá̛t PWM chuyện dùng điệ̀u khiệ̂̉n đo ̣̂ng co
Module QEI chuyện đo c encoder
ADC 10 bit tợ̂́c đo ̣̂ cao
Hî̀nh 2.1: Sơ đo ̂̀ cha n dsPIC30F4011
DSPIC30F4011 có 30 nguồn ngắt, với bảng vectơ ngắt được đặt gần bốn nhớ chương trình tại địa chỉ 0x000004 Bộ điều khiển ngắt giúp quản lý các ngắt hiệu quả Việc thiết lập các ngắt được thực hiện thông qua các thanh ghi đặc biệt.
IFS0, IFS1, IFS2 chứa tất cả các cờ ngắt Cờ ngắt được bật lên bởi ngoại vi của vi điều khiển hoặc tín hiệu từ bên ngoài và được xóa bằng phần mềm.
IEC0, IEC1, IEC2 chứa tất cả các bit điều khiển cho phép ngắt Các bit này được sử dụng để bật các ngắt riêng biệt từ các thiết bị ngoại vi hoặc tín hiệu từ bên ngoài.
IPC0 IPC11 : thiết lập các nga ́t ưu tiên thông qua 12 thanh ghi
IPL : các mức đo ̣̂ ưu tiên đươ ̣c lưu trữ trong các bit IPL IPL na ̀m trong thanh ghi CORCON, IPL na ̀m trong thanh ghi tra ̣ng thái
INTCON1, INTCON2: điều khiển nga ́t toàn cu ̣c
INTCON1 bao gồm các bit điều khiển ngắt khi có lỗi xử lý, trong khi INTCON2 điều khiển các tín hiệu yêu cầu ngắt ngoại vi và việc sử dụng bảng chuyển đổi các vector ngắt.
Tất cả các nguồn ngắt có thể được gán cho một trong 7 cấp độ ưu tiên thông qua các thanh ghi IPCx Nếu bit NSTDIS (INTCON1 ) được thiết lập, tất cả các ngắt sẽ bị cấm.
2.1.3 Bo đi nh tho ̂̀i Timer
Vi điều khiển DSPIC40F4011 được trang bị tới năm bộ định thời 16-bit Trong số đó, các Timer có khả năng hoạt động độc lập, trong khi hai Timer 2, 3 và hai Timer 4, 5 có thể kết hợp với nhau để tạo thành một Timer 32-bit.
Timer 1 có khả năng hoạt động với nguồn tạo dao động tần số thấp 32KHz và chế độ không đồng bộ với nguồn tạo dao động ngoài Đặc điểm nổi bật của Timer 1 là khả năng sử dụng trong các ứng dụng thời gian thực.
Timer 1 có thể hoa ̣t đo ̣̂ng trong ba chế đo ̣̂:
Trong chế độ đo đạc của timer 16-bit, timer sẽ ngừng sau mỗi chu kỳ lệnh cho đến khi giá trị của timer đạt bằng giá trị của thanh ghi chu kỳ PR1 (Period Register) Khi đó, timer sẽ được reset về ‘0’ và tiếp tục đếm.
Trong chế độ đếm đồng bộ 16-bit, timer sẽ tăng lên mỗi khi có xung nhịp ngoài phù hợp với pha của các xung nhịp bên trong Khi timer đạt giá trị trong thanh ghi PR1, nó sẽ dừng lại, reset về ‘0’ và sau đó tiếp tục đếm lên.
Counter không đồng bộ 16-bit hoạt động bằng cách tăng dần giá trị của timer sau mỗi xung nhịp bên ngoài tác động vào Khi giá trị của timer đạt bằng giá trị trong thanh ghi PR1, nó sẽ bị reset về '0' và tiếp tục đếm lên.
Cách tính toán giá trị timer:
Xung vào timer được tính bằng công thức Xung nguồn chia cho Prescaler Prescaler là bộ chia tần số, hay còn gọi là tham số chia của timer, và nó được cài đặt bởi người dùng dựa trên các tùy chọn đã định trước.
Xung vào timer được xác định bởi tần số lệnh - Fcy, với mỗi tần số lệnh, bộ đếm timer0 sẽ tăng lên 1 đơn vị Nếu khai báo đi đường 1 mà không qua bộ prescaler, thì 1 xung nguồn (tần số máy - Fosc) sẽ tương đương với xung vào timer (tần số lệnh - Fcy).
Hî̀nh 2.3: Sơ đo ̂̀ kho ́i Timer 1
Khi khai báo prescaler với tỷ lệ 1:256, bộ đếm timer0 sẽ tăng thêm 1 sau mỗi 256 chu kỳ lệnh Điều này có nghĩa là cần 256 xung vào để tạo ra 1 xung ra.
• Timer0 của dòng DSPIC có thể hoạt động ở chế độ 8 bit(0-255) hoặc 16 bit(0-65535)
Nguyên lý hoạt động của Timer0 trong chế độ 16bit là bộ đếm TMR0L tăng lên 1 đơn vị mỗi khi nhận được một xung timer clock Khi giá trị TMR0L đạt 65535 và nhận thêm một xung, nó sẽ reset về 0 và kích hoạt cờ ngắt TIR0IF Lúc này, chương trình ngắt Timer0 sẽ được thực thi Sau khi hoàn thành, cờ ngắt này cần được xóa để đảm bảo rằng lần ngắt tiếp theo có thể được kích hoạt lại.
2.1.4 Bo chuye ̂̉n đo ̂̉i tương tự sang so ́ ADC
Mạch điều khiển động cơ ba pha AC
Để điều khiển được động cơ ba pha AC không đồng bộ người ta dùng van công suất kết hợp mạch cách ly và mạch lái
Có hai lựa chọn chính cho việc sử dụng van đóng ngắt trong điều khiển động cơ là Mosfet và IGBT Cả hai loại này đều được điều khiển bằng áp, nghĩa là việc dẫn và ngưng dẫn của linh kiện được điều khiển bằng một nguồn áp thay vì dòng điện trong các bộ nghịch lưu sử dụng Mosfet phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao, tuy nhiên không có khả năng chịu dòng điện cao Ngược lại, IGBT thích hợp với các ứng dụng ở tốc độ thấp và có khả năng chịu được dòng điện cao Tuy nhiên, IGBT có tần số đóng ngắt thấp hơn Mosfet, dẫn đến tổn hao đóng ngắt nhiều hơn.
Yêu cầu đa ̣t ra cho linh kiê ̣n sử dụng làm bo ̣̂ nghi ̣ch lưu:
• Điê ̣n áp VDS (Mosfet) hay VCE (IGBT) >> V
• Dòng diê ̣n qua linh kiê ̣n lớn hơn dòng đi ̣nh mức của đo ̣̂ng cơ ≈10A ở nhiê ̣t đo ̣̂ hoa ̣t đo ̣̂ng
• Chi ̣u đươ ̣c tần số đóng nga ́t cao
Các mạch phát ra tín hiệu để điều khiển mạch công suất dùng bán dẫn phải được cách ly về điện Điều này có thể thực hiện bằng opto hoá biến áp xung.
Biến áp xung bao gồm một cuộn sơ cấp và có thể có nhiều cuộn thứ cấp Với nhiều cuộn dây phía thứ cấp, ta có thể kích động nhiều transistor mắc nối tiếp hoặc song song Biến áp xung cần có cảm kháng tản nhỏ và đáp ứng nhanh Trong trường hợp xung điều khiển có tác động kéo dài hoặc tần số thấp, biến áp xung sớm đạt trạng thái bão hòa và ngõ ra sẽ không phù hợp với yêu cầu điều khiển.
Opto bao gồm nguồn phát hồng ngoại bằng diode (IR – LED) và mạch thu sử dụng phototransistor Nhờ đó, opto đáp ứng tốt các yêu cầu về điện và có khả năng hoạt động hiệu quả hơn so với biến áp xung.
Các mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch nghịch lưu cần kết nối với mạch lái để điều khiển đóng ngắt Mosfet hoặc IGBT Trong điều khiển đóng ngắt linh kiện công suất, có hai thành phần cơ bản là điều khiển van phía cao (high side – Q1) và van phía thấp (low side – Q2).
Hî̀nh 2.5: So đo ̂̀ đie ̂̀u khie ̂̉n Mosfet
Trong mạch nghịch lưu, Q1 và Q2 luôn hoạt động đối nghịch nhau; khi Q1 mở, Q2 sẽ đóng và ngược lại Khi Q1 ở trạng thái OFF và chuyển sang trạng thái ON, chân S (MOSFET) hoặc chân E (IGBT) của Q1 sẽ chuyển từ ground sang điện áp cao Để Q1 tiếp tục ON, cần tạo điện áp kích VGS1 với giá trị VGS1 = VSQ1 + ΔV.
Để điều khiển việc đóng ngắt các khóa có giá trị điện áp +5V so với ground, cần có mạch lái để tạo trôi áp và cách ly trong việc đóng ngắt phía cao Q1 Đối với Q2, chân S được nối đất, do đó điện áp kích VGS2 chỉ cần có giá trị ΔV Việc đóng ngắt khóa low side (Q2) sẽ dễ dàng hơn ΔV là giá trị điện áp cần thiết để kích Q1 hay Q2 dẫn Đối với MOSFET và IGBT, ΔV có giá trị từ 10 đến 15V.
Trong ứng dụng này, IC lái loa sử dụng tụ bootstrap để điều khiển phía cao Trong thời gian ON của Q2, chân S của Q1 có điện thế là ground, cho phép tụ Cboot nạp qua diode D1 đến giá trị VBIAS Khi Q2 được kích OFF và Q1 được kích ON, điện áp chân S của Q1 bắt đầu tăng lên Lúc này, tụ Cboot đóng vai trò như nguồn phân cực, cung cấp dòng để điều khiển phía cao Q1.
Nhươc điểm của mạch lái loại này là thời gian trì hoãn giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu đóng ngát, dao động từ 500ns đến 1us Tuy nhiên, trong ứng dụng này, thời gian trì hoãn này không ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch Một trong các IC lái phổ biến là IR2102, với hai ngõ vào và hai ngõ ra tương ứng cho một cặp MOSFET ở một pha.
Với sự phát triển vượt bậc của công nghệ hiện đại, các IC mới ngày càng nhỏ gọn nhưng tích hợp nhiều mạch bên trong Để thuận tiện cho việc thiết kế và thi công, sinh viên đã chọn sử dụng IC PS22056, một giải pháp tích hợp hiệu quả cho các mạch điện tử.
Nguồn tích hợp, 1200V/25A low-loss thế hệ thứ 4 IGBT biến tần cho cầu 3 pha chuyển đổi năng lượng DC-AC
Mạch cách ly điện áp vì có tích hợp IGBT
IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu
15 tải lớn của transistor thường Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ
IGBT là một loại van công suất hiệu quả, nổi bật với khả năng đóng cắt dễ dàng nhờ vào việc áp dụng điện áp điều khiển lên hai cực, khác biệt so với thyristor.
Điện áp ra trên van G và E tương đồng với điện áp điều khiển, cho thấy sự ổn định trong hoạt động IGBT thường được sử dụng trong các mạch biến tần và bộ băm xung áp một chiều, mang lại hiệu suất cao Mặc dù driver cho IGBT có sẵn tại Việt Nam, nhưng giá thành vẫn còn khá cao Ứng dụng chính của IGBT là trong biến tần từ 0.2kW AC400V đến 3.7kW, phục vụ cho việc điều khiển động cơ điện nhỏ.
Hình 2.7: Sơ đồ khối các khối chức năng bên trong
Nguồn input: 15V (logic tích cực mức cao)
Biểu đồ thời gian chức năng bảo vệ của DIP-IPM
Biểu đồ thời gian bảo vệ ngắn mạch mô tả các giai đoạn hoạt động của IGBT Trong giai đoạn hoạt động bình thường, IGBT được bật và mang dòng điện Khi phát hiện dòng ngắn mạch, SC kích hoạt và cổng IGBT sẽ ngắt cứng IGBT sẽ tắt mặc dù điều kiện ngõ vào không thay đổi FO giữ ngõ ra trong khoảng điện áp thấp (UV), và quá trình reset xảy ra dưới ngưỡng điện áp Cuối cùng, IGBT trở lại hoạt động bình thường, tiếp tục mang dòng điện.
Pin năng lượng mặt trời
2.3.1 Giới thiệu về pin năng lượng mặt trời
Pin năng lượng Mặt trời, còn gọi là pin mặt trời hay pin quang điện, bao gồm nhiều tế bào quang điện Các tế bào này là các phần tử bán dẫn chứa nhiều cảm biến ánh sáng, hay còn gọi là điốt quang, giúp chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện thông qua hiệu ứng quang điện.
Pin năng lượng Mặt trời có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt phù hợp cho những vùng khó tiếp cận điện lưới như vùng núi cao, đảo xa và các hoạt động không gian Chúng được sử dụng cho các vệ tinh quay quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, điện thoại di động từ xa và thiết bị bơm nước.
Các pin năng lượng Mặt trời được lắp ráp từ các module thành phần, tạo thành các tấm năng lượng lớn thường được đặt trên nóc tòa nhà để hấp thụ ánh sáng tối ưu Chúng được kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện và ngày nay, các tấm pin này còn được trang bị hệ thống tự động điều khiển để xoay theo hướng ánh sáng, giống như cây xanh hướng về ánh sáng Mặt Trời.
2.3.2 Cấu tạo của pin năng lượng mặt trời
Hiện nay, vật liệu chính được sử dụng để chế tạo pin Mặt trời và các thiết bị bán dẫn là silic tinh thể Pin Mặt trời từ silic tinh thể được chia thành ba loại khác nhau.
Hình 2.9: Phân loại pin năng lượng mặt trời
Đơn tinh thể, hay còn gọi là tinh thể đơn (module), được sản xuất thông qua quy trình Czochralski, với hiệu suất đạt tới 16% Tuy nhiên, loại đơn tinh thể này thường có giá thành cao vì chúng được cắt từ các thỏi silic hình ống, và các tấm đơn thể này có các mặt trống ở góc nối của các module.
Đa tinh thể được sản xuất từ các thỏi đúc silic nung chảy, sau đó được làm nguội và làm rắn Mặc dù các pin này thường có giá thành thấp hơn so với pin đơn tinh thể, nhưng hiệu suất của chúng lại kém hơn Tuy nhiên, ưu điểm của đa tinh thể là khả năng tạo thành các tấm vuông lớn hơn, giúp che phủ bề mặt hiệu quả hơn, bù đắp cho hiệu suất thấp.
Dải silic được tạo ra từ các miếng phim mỏng silicon nóng chảy với cấu trúc đa tinh thể Mặc dù loại silic này có hiệu suất thấp nhất, nhưng nó cũng là lựa chọn tiết kiệm nhất vì không cần phải cắt từ thỏi silicon.
Nền tảng chế tạo pin Mặt trời sử dụng công nghệ sản xuất tấm mỏng với độ dày 300 μm, xếp chồng để tạo thành các module Để chế tạo pin từ bán dẫn tinh khiết, cần sản xuất bán dẫn loại n và loại p, sau đó ghép chúng lại để tạo tiếp xúc p-n.
2.3.3 Nguyên tắc cơ bản của pin mặt trời
Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời
Pin mặt trời, hay pin quang điện, là thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng nhờ vào vật liệu bán dẫn Tấm pin quang điện điển hình có lớp chuyển tiếp p-n, và khi ánh sáng chiếu vào, năng lượng từ photon tạo ra các hạt mang điện tự do Những hạt này được tách ra bởi điện trường, tạo ra điện áp có thể đo được tại các điểm tiếp xúc bên ngoài Dòng quang điện sinh ra tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ, cho phép đo giá trị dòng khi có tải kết nối.
Hình 2.11: Cấu tạo đơn giản của một tấm pin mặt trời
2.3.4 Ứ ng dụng của pin năng lượng mặt trời sử dụng độc lập và kết nối lưới
Pin mặt trời sản xuất điện một chiều (DC) khi hấp thụ ánh sáng mặt trời và có nhiều ứng dụng cho nguồn điện này Hiện nay, việc chuyển đổi điện DC thành điện xoay chiều (AC) để hòa vào lưới điện đang ngày càng phát triển do nhu cầu năng lượng tăng cao Các ứng dụng của pin mặt trời được chia thành hai nhóm: hệ thống độc lập và hệ thống kết nối lưới điện Hệ thống độc lập thường được sử dụng ở những khu vực xa xôi, bao gồm các thành phần như năng lượng mặt trời, ắc quy dự trữ và bộ điều khiển Biến tần có thể được sử dụng để chuyển đổi điện DC thành AC, trong khi bộ điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý quá trình nạp và xả ắc quy, đảm bảo không xảy ra tình trạng sạc quá mức hay xả quá mức Vào ban ngày, pin mặt trời cung cấp điện cho tải và sạc cho ắc quy, trong khi vào ban đêm, ắc quy sẽ cung cấp điện cho tải.
Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống PV độc lập
Hệ thống pin mặt trời kết nối lưới hoạt động song song với lưới điện, chuyển đổi điện năng từ DC sang AC qua bộ biến tần để hòa đồng bộ vào lưới Có hai loại hệ thống này: một loại có ắc quy dự trữ và một loại không có ắc quy dự trữ.
Các kỹ thuật điều khiển động cơ ba pha
2.4.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Dây quấn stato có thể được nối thành nhiều số đôi cực khác nhau, tương ứng với số cấp tốc độ hoạt động Do đó, việc thay đổi tốc độ chỉ có thể thực hiện theo từng cấp, không thể điều chỉnh một cách liên tục Có nhiều phương pháp để thay đổi số đôi cực của dây quấn stato.
Đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau Dùng trong động cơ điện hai tốc độ theo tỷ lệ 2:1
Trên rãnh stato đặt 2 dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau, thường để đạt 2 tốc độ theo tỷ lệ 4:3 hoặc 6:5
Trên rãnh stato, có hai dây quấn độc lập với số đôi cực khác nhau, mỗi dây quấn có khả năng thay đổi cách nối để tạo ra số đôi cực khác nhau.
Dây quấn roto trong động cơ không đồng bộ có số đôi cực tương đương với số đôi cực của dây quấn stato Khi thay đổi cách đấu dây quấn stato để tạo ra số đôi cực khác, dây quấn roto cũng cần được đấu lại, điều này gây bất tiện trong quá trình điều chỉnh.
Dây quấn roto lồng sóc có khả năng thích ứng với mọi số đôi cực của dây quấn stato, điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho động cơ điện có khả năng thay đổi số đôi cực nhằm điều chỉnh tốc độ.
Mặc dù điều chỉnh tốc độ nhảy cấp, nhưng có ưu điểm giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ
2.4.2 Điều chỉnh tôc độ bằng cách thay đổi tần số
Tốc độ của động cơ không đồng bộ n = n1(1-s) = (60f/p)*(1-s)
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số
Mặt khỏc, từ biểu thức E1=4.44f1W1Kdqỉmax ta nhận thấy max tỷ lệ
Người ta mong muốn giữ cho ỉmax= const
Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f, có nghĩa là phải sử dụng một nguồn điện đặc biệt, đó là các bộ biến tần công nghiệp
Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất đã dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần, mở ra triển vọng lớn trong điều khiển động cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số Việc sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau, như quy luật U/f và điều khiển véc tơ, đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ động cơ với tính năng vượt trội.
2.4.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato
Hệ số trượt giới hạn Sth không bị ảnh hưởng bởi điện áp Khi điện áp nguồn U giảm và R’2 không thay đổi, hệ số trượt tới hạn Sth sẽ không còn giữ nguyên giá trị.
Mmax giảm tỉ lệ với U 2
Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, con khi máy không mang tải mà giảm điện nguồn, tốc độ gần như không đổi
2.4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto dây quấn
Thông qua vành trượt, chúng ta có thể kết nối một biến trở 3 pha điều chỉnh vào dây quấn rôto Khi tải có mômen nhất định, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt tại điểm làm việc càng cao, dẫn đến tốc độ giảm xuống Mômen tỷ lệ thuận với công suất điện trở Pđt, do đó ta có công thức: (r2/s2)= ((r2+rf)/s).
Khi Pđt bản thân không đổi và I2 cũng không thay đổi, một phần công suất cơ trước đây đã chuyển thành tổn hao đồng I² x Rf Do công suất đầu vào không thay đổi, hiệu suất giảm, đây là nhược điểm của phương pháp này Hơn nữa, tốc độ điều chỉnh còn phụ thuộc vào kích thước tải, lớn hay nhỏ Do đó, việc lựa chọn phương pháp điều khiển là rất quan trọng.
Trong bài viết này, sinh viên lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh tần số, cụ thể là áp dụng kỹ thuật SINE PULSE WIDTH MODULATION (PWM).
Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử và điện tử công suất đã dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần, mở ra triển vọng lớn trong điều khiển động cơ xoay chiều bằng phương pháp tần số Việc sử dụng biến tần để điều khiển động cơ theo các quy luật khác nhau như quy luật U/f và điều khiển véc tơ đã tạo ra hệ thống điều khiển tốc độ động cơ với những tính năng vượt trội.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng vi điều khiển kết hợp với các mạch công suất tích hợp mang lại hiệu quả thực tiễn cao và đạt hiệu suất PWM lên tới 87% Để tạo ra điện áp xoay chiều, phương pháp SinPWM sử dụng tín hiệu xung tam giác tần số cao so sánh với điện áp sin chuẩn Khi tín hiệu điều khiển này được cấp cho bộ biến tần một pha, đầu ra sẽ cho ra điện áp dạng điều rộng xung với tần số tương đương tần số sóng sin mẫu Biên độ hài bậc nhất phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cung cấp và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và sóng mang, trong đó tần số sóng mang phải lớn hơn tần số sóng sin mẫu.
Hî̀nh 2.13: Nguye n lý cû̉a phương pháp đie ̂̀u ro ng xung sin
Để tạo ra nguồn điện ba pha đa dạng và điều rõ ràng xung, cần có nguồn sinh ba pha mẫu Giản đồ kích đóng của ba pha sẽ được biểu diễn như hình dưới đây.
Hî̀nh 2.14: Sơ đồ da ng đie n áp tre n các pha
Vcontrol > Vtri thì VAO = Vdc/2 Vcontrol < Vtri thì VAO = -Vdc/2 a Các co ng thu ́c tính toán phu o ng pháp đie ̂̀u khie ̂̉n
Ta cần tính đươ ̣c biên đo ̣̂ hài bâ ̣c nhất của điê ̣n áp ngõ ra từ biên đo ̣̂ giữa sóng mang và sóng tam giác
Công thức tính biên đo ̣̂ hài bâ ̣c nhất:
Trong đó, ma là tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang, còn gọi là tỷ số điều biên Ucarry đại diện cho điện áp sóng mang, trong khi Udk là điện áp điều khiển Công thức tính ma được thể hiện là ma = Udk / Ucarry.
Sau khi thảo luận về phương pháp điều khiển V/f = const và phương pháp điều khiển bội nghịch lưu áp, chúng ta có thể đưa ra một thuật toán điều khiển động cơ theo tần số đạt được trước đó Phương pháp điều khiển này giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ, đồng thời đảm bảo tính ổn định và độ chính xác trong quá trình vận hành Việc áp dụng thuật toán này sẽ mang lại những lợi ích đáng kể trong việc quản lý và điều khiển động cơ một cách hiệu quả.
Do đóng cơ được điều khiển vòng kín, tốc độ thực của động cơ phụ thuộc vào tần số Tần số ở đây chính là tần số nguồn sinh điều rộng xung cấp cho động cơ.
ĐỘNG CƠ BA PHA AC 24V
Động cơ xoay chiều ba pha, được gọi là động cơ không đồng bộ ba pha, có đặc điểm là tốc độ quay của roto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường (n1) do dòng điện cung cấp.
Công dụng: Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống (vì có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, vận hành đơn giản)
Gồm 2 bộ phận chính là stato và roto Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy… i Stato (phần tĩnh)
Gồm lõi thép và dây quấn:
Phần tĩnh roto của động cơ không đồng bộ ba pha bao gồm hai thành phần chính: lõi thép và dây quấn Lõi thép được cấu tạo từ các lõi thép kĩ thuật điện ghép lại thành hình trụ, với bề mặt trong có rãnh để chứa dây quấn Dây quấn, làm từ đồng và được phủ sơn cách điện, bao gồm ba pha AX, BY và CZ, được đặt trong các rãnh stato theo một quy luật nhất định Các đầu dây của ba pha được nối ra ngoài hộp đấu dây, nằm ở vỏ động cơ, để cung cấp điện cho hệ thống.
2.5.2 Roto (phần quay) a Lõi thép: làm bằng các lá thép kĩ thuật điện, mặt ngoài xẻ rãnh, ở giữa có lỗ để lắp trục, ghép lại thành hình trụ b Dây quấn: có 2 kiểu:
- Dây quấn kiểu roto lồng sóc
- Dây quấn kiểu roto dây quấn
Khi dòng ba pha được cung cấp cho ba dây quấn stato của động cơ, một từ trường quay sẽ được hình thành trong stato Từ trường này quét qua các dây quấn của roto, tạo ra suất điện động và dòng điện cảm ứng Lực tương tác điện từ giữa từ trường quay và dòng điện cảm ứng sinh ra momen quay, làm cho roto quay theo chiều của từ trường với tốc độ n nhỏ hơn n1 (n1 là tốc độ của từ trường quay).
Các đầu dây quấn ba pha của stato được đưa ra hộp đấu dây đặt ở vỏ động cơ
Hình 2.18: Cách đấu dây động cơ ba pha
Việc chọn cách đấu dây cho động cơ phụ thuộc vào điện áp của lưới điện và cấu tạo của động cơ Để thay đổi chiều quay của động cơ, chỉ cần đảo vị trí hai pha bất kỳ.
Ví dụ: giữ nguyên pha A, đảo pha B cho pha C.
LCD hiển thị
Màn hình LCD có nhiều loại khác nhau, được phân loại theo kích thước và số lượng ký tự hiển thị Chẳng hạn, LCD 16 x 2 có 2 hàng, mỗi hàng chứa 16 ký tự, trong khi LCD 20 x 4 có 4 hàng với 20 ký tự mỗi hàng.
LCD có nhiều loại với số chân khác nhau, trong đó hai loại phổ biến nhất là 14 chân và 16 chân Sự khác biệt giữa chúng chủ yếu nằm ở các chân nguồn cung cấp, trong khi các chân điều khiển vẫn giữ nguyên.
Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:
Các chân cấp nguồn của mạch gồm: chân số 1 kết nối với mass (0V), chân thứ hai là Vdd nối với nguồn +5V, và chân thứ ba được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản, thường kết nối với biến trở.
Chân điều khiển trong mạch gồm chân số 4 là chân RS, được sử dụng để chọn thanh ghi Chân R/W có nhiệm vụ điều khiển quá trình đọc và ghi dữ liệu, trong khi chân E là chân cho phép tín hiệu dạng xung chốt.
Các chân dữ liệu D7 -> D0: chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD
Để điều khiển LCD, các IC chuyên dụng từ mã số 447801 đến 447809 được tích hợp bên dưới Những IC này bao gồm bộ nhớ RAM, giúp lưu trữ dữ liệu cần hiển thị và thực hiện các lệnh điều khiển LCD.
Bảng 2.2: Các lệnh trong LCD
Lệnh xóa màn hình "Clear Display": khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xóa và bộ đếm địa chỉ được xóa về 0
Lệnh "Cursor Home" di chuyển con trỏ về đầu màn hình, làm cho bộ đếm địa chỉ trở về 0 và hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó, trong khi nội dung bộ nhớ RAM tại DDRAM vẫn không bị thay đổi.
Lệnh "Entry mode set" được sử dụng để thiết lập lối vào cho các ký tự hiển thị trên màn hình Khi bit ID = 1, con trỏ sẽ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu được ghi vào bộ hiển thị Ngược lại, khi ID = 0, con trỏ sẽ không tăng và dữ liệu mới sẽ ghi đè lên dữ liệu cũ Nếu bit S = 1, lệnh này cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi có dữ liệu mới được nhận.
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị "Display Control" cho phép người dùng điều chỉnh các trạng thái của con trỏ trên màn hình Cụ thể, để hiển thị con trỏ, bit D cần được thiết lập bằng 1, trong khi bit D bằng 0 sẽ tắt hiển thị Ngoài ra, để mở con trỏ, bit C phải bằng 1, và để tắt con trỏ, bit C sẽ là 0 Cuối cùng, để con trỏ nhấp nháy, bit B phải được đặt là 1, trong khi bit B bằng 0 sẽ dừng hiệu ứng nhấp nháy.
Lệnh di chuyển con trỏ "Cursor/Display Shift": lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển (SC = 1 cho phép dịch chuyển, SC
= 0 thì không cho phép), hướng dịch chuyển (RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái) Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi
Lệnh "Set CGRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát ký tự.
Lệnh "Set DDRAM Addr" được sử dụng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM, nơi lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
Hai lệnh cuối cùng là lệnh đọc và lệnh ghi dữ liệu LCD.
MẠCH SẠC ACQUY
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt nguồn từ việc sử dụng nguồn cấp từ pin mặt trời, qua bộ so sánh và ổn định điện áp Tiếp theo, điện áp được đưa qua mạch lọc Smitch Trigger, bao gồm 2 IC555 để khuếch đại điện áp, nhằm đảm bảo đủ khả năng sạc cho acquy 24V.
Điện thu từ pin mặt trời thường không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện môi trường Do đó, việc sử dụng IC7805 là cần thiết để ổn định điện áp cho mạch 5Vdc.
Mạch Smitch Trigger sử dụng IC ICLM35 để điều khiển, nhằm kích hoạt IC555, từ đó nâng áp lên 24V cung cấp cho acquy Ngoài ra, mạch còn có khả năng tự động đóng cắt khi acquy đạt đủ điện nhờ vào IC khuếch đại thuật toán.
Trình biên dịch ngôn ngữ C - CCS
Sự phát triển của vi điều khiển đã kéo theo nhu cầu phát triển phần mềm ứng dụng để lập trình cho chúng Vi điều khiển hoạt động dựa trên hai con số 0 và 1, nhưng việc lập trình ban đầu chỉ dựa vào chuỗi các số này đã trở nên phức tạp khi kiến trúc của vi điều khiển phát triển Sự gia tăng số lượng thanh ghi lệnh đã dẫn đến việc cần thiết phải có một ngôn ngữ lập trình mới, và ngôn ngữ Assembly đã ra đời để đáp ứng nhu cầu này Tuy nhiên, để lập trình cho vi điều khiển một cách hiệu quả và dễ hiểu hơn, các ngôn ngữ lập trình mới đã được phát triển.
Ngôn ngữ lập trình C ra đời nhằm thay thế ASM trong việc mô tả các lệnh cho nhiều chương trình soạn thảo và biên dịch cho Vi điều khiển, như Keil C, HT-PIC, MikroC và CCS.
CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microchip
Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biết cho 3 dòng PIC khác nhau đó là:
• PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes
• PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes
• PCH cho dòng PIC 16 và 18‐bit
Tất cả ba trình biên dịch được tích hợp trong chương trình CCS, phiên bản mới nhất là PCWH Compiler Ver 3.227, bao gồm cả trình soạn thảo và biên dịch.
CCS là một trình biên dịch hiệu quả cho vi điều khiển PIC, giúp người dùng nhanh chóng làm quen và áp dụng PIC trong các dự án Nhờ vào ngôn ngữ lập trình C, các chương trình điều khiển được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao Tài liệu hướng dẫn sử dụng phong phú, với bản Help đi kèm phần mềm là chi tiết nhất, cung cấp thông tin về hằng, biến, chỉ thị tiền xử lý, cấu trúc câu lệnh và các hàm có sẵn cho người dùng.
#include : đi kèm chương trình dịch, chứa khai báo về các thanh ghi trong mỗi con PIC, dùng cho việc cấu hình PIC
#include : file chứa các phép tính
#include : file chứa dữ liệu địa chỉ điều khiển LCD
#device * ADC = 10: khai báo dùng con trỏ 8 hay 16 bit, bộ ADC là 8 hay 10 bit
#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, BROWNOUT, NOWRT, NOPWMPIN: khai báo cấu hình cho PIC
#use delay(clock 000000): tấn số thạch anh sử dụng
#use rs232(baud = 9600,…): khai báo cho giao tiếp RS232
#use I2C(master, SDA = pin_C4,…) : khai báo dùng I2C, chế độ hoạt động
#include: khai báo file thư viện được sử dụng
#INT_xxx: khai báo địa chỉ chương trình phục vụ ngắt
Void tên_chương_trình(tên_biến){}: chương trình chính hay chương trình con.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Yêu cầu và sơ đồ khối hệ thống
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống có các chức năng sau:
- Nạp năng lượng mặt trời thu được vào Acquy và tự động ngắt khi đầy
- Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha AC thông qua vi xử lý và mạch inverter
- Động cơ có thể quay thuận nghịch và thay đổi tốc độ dựa vào chỉnh biến trở
- Hiển thị thông số hoạt động của hệ thống như điện áp, dòng điện và tần số điều khiển động cơ lên màn hình
Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Khối pin năng lượng mặt trời có chức năng thu thập năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành điện năng, trong khi khối nạp năng lượng điều chỉnh điện áp từ tấm pin và cung cấp điện áp cần thiết để nạp cho bộ lưu trữ năng lượng.
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
LƯỢNG MẶT TRỜI KHỐI HIỂN THỊ ĐỘNG CƠ
Acquy là bộ phận lưu trữ điện năng cung cấp cho toàn bộ mạch và động cơ Khối hiển thị có chức năng hiển thị các thông số hệ thống trên màn hình Khối nghịch lưu (Inverter) điều khiển điện áp đầu ra để điều khiển động cơ ba pha, đồng thời bảo vệ và cách ly mạch với điện áp cao Cuối cùng, khối xử lý trung tâm thực hiện việc xử lý tín hiệu từ biến trở, điều khiển tốc độ động cơ và nhận thông tin điều khiển để quản lý hoạt động của hệ thống.
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống thu điện năng từ pin mặt trời qua mạch nạp, sau đó nạp vào acquy để lưu trữ điện Khi acquy đầy, mạch nạp tự ngắt Điện từ acquy cung cấp cho mạch xử lý trung tâm, mạch hiển thị và mạch điều khiển động cơ ba pha Mạch xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ biến trở bên ngoài để điều khiển tốc độ và trạng thái của động cơ dựa trên tín hiệu từ các nút nhấn Màn hình hiển thị các thông số về dòng, áp và tần số điều khiển động cơ.
Thiết kế thi công
3.2.1 Khối pin năng lượng mặt trời Để cung cấp năng lượng cho mạch hoạt động cần phải có nguồn cung cấp, trong đề tài này chọn nguồn cung cấp là Pin năng lượng mặt trời
Trên thị trường hiện nay, pin năng lượng mặt trời chủ yếu được sản xuất từ silic tinh thể, bao gồm ba loại: đơn tinh thể, đa tinh thể và dải silic Trong số đó, pin đơn tinh thể có hiệu suất cao nhất nhưng đi kèm với mức giá cao.
Trong đề tài này, sử dụng loại pin năng lượng mặt trời có cấu trúc đơn tinh thể để nâng cao hiệu suất
- Điện áp ngõ ra max: 18.3V
- Dòng điện ngõ ra max: 2.73A
Hình 3.2: Tấm pin năng lượng mặt trời 3.2.2 Khối mạch nạp Acquy
Mạch sạc cần đảm bảo cung cấp dòng và áp ổn định để duy trì hiệu suất tối ưu Ngoài ra, mạch sạc sẽ tự động ngắt khi acquy đã được sạc đầy hoặc khi xảy ra sự cố chập mạch, giúp bảo vệ thiết bị và kéo dài tuổi thọ của pin.
Mạch sạc acquy trong đề tài này sử dụng mạch Smitch trigger để điều khiển điện áp nạp cho acquy Mạch Smitch trigger được điều khiển bởi IC LM35 khuếch đại thuật toán, giúp đóng mở IC555 để nâng áp lên 24V cung cấp cho acquy Đồng thời, mạch cũng tự động đóng cắt khi acquy đã đủ điện.
IC khuêch đại thuật toán
Sơ đồ khối và chức năng
Chuyển điện áp thu được từ pin mặt trời để nạp vào Acquy 24V/5W Mạch có chức năng tự ngắt khi Acquy đầy
Các mạch nạp đơn giản, để so sánh ngưỡng điện áp nạp và ngắt khi đầy,
Nguồn điện Pin mặt trời
38 hay dùng mạch so sánh Trigger Schmitt Đồng thời IC 555 giúp điều rộng xung, tăng mức điện áp nạp
REV PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6 UP VP WP UN WN
KHOI NGUON +15VDC KHOI NGUON +5VDC KHOI HIEN THI LCD 16*2 KHOI VI DIEU KHIEN PWM1 PWM2 PWM3 PWM4 PWM5 PWM6
KHOI DIEU CHINH TAN SO
KHOI NHAN BIET ACQUY CHARGE
11 Title Size Document Num ber Rev
TRG THR DSCHG J3 1 2 3 4 5 6 MOTOR 3 PH ASE 1 2 3
26 27 28 1 2 3 4 5 25 24 23 VWFB VWFS VP1 CFO VN1 VNC VP
FO UN VN WN VVFB P VP1 WP VPC
C IN NW NV NU VVFS W V UP U FR307 VP1 D3 VUFB VUFS
8 9 10 AN0 AN1 AN2 AN3 AN4 AN5
PWM3H/RE5 PWM3L/RE4 PWM2H/RE3 PWM2L/RE2 PWM1H/RE1 PWM1L/RE0
OC3 TX2 RX2 C1TX C1RX
Hình 3.4: Mạch sạc Schmitt Trigger
Chân 6 và chân 2 của IC555 lần lượt điều khiển ngưỡng trên và ngưỡng dưới của điện áp Acquy
Chân RST kiểm tra: nếu điện áp nhận từ Acquy bằng 0 thì nạp, ngược lại không nạp (kiểm tra có Acquy hay không)
Thông số kỹ thuật IC555:
- Điện áp đầu vào: 2 - 18V (Tùy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555…)
- Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA
- Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V
- Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 - 0.06V
- Công suất lớn nhất là: 600mW b IC7805L Ổn định điện áp vào cho Acquy
IC 78L05 là IC ổn định điện áp đầu ra, có vỏ là loại TO-92
Dòng ra là 100mA, điện áp ra là 5V Mạch dùng IC7805L để cấp nguồn cho IC555 hoạt động c LM358 khuếch đại thuật toán
IC LM358 có những đặc trưng nổi bật như công suất cực thấp, tích hợp 2 bộ khuyếch đại thuật toán với độ lợi cao và khả năng tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.
Các tính năng của khuếch đại thuật toán:
2 Bảo vệ quá áp lối ra
3 Tầng khuếch đại vi sai lối vào
4 Dòng cung cấp lối vào thấp - Bù nội
5 Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm
Hoạt động với nguồn đơn (3V – 32V) hoặc nguồn đối xứng (± 1.5V - ±16V)
Với tính năng nổi bật và sự phổ biến của LM358, tôi đã chọn sử dụng nó để so sánh điện áp của acquy Khi điện áp của acquy đạt từ 24V đến 26V, mạch sẽ cấp xung 0, dẫn đến việc IC NE555 không hoạt động và ngừng quá trình nạp.
Yêu cầu và chức năng
Nguồn điện được lấy từ acquy sạc từ pin mặt trời, sau đó hạ áp để cung cấp cho vi xử lý dsPIC30F4011 Nguồn thứ hai cũng từ acquy, được điều chỉnh qua diode cầu và IC7815, cho ra điện áp 15Vdc cung cấp cho PS22056.
Vi xử lý dsPIC30F4011 nhận tín hiệu analog từ biến trở và tạo ra xung điều khiển gửi đến PS22056 Tại PS22056, chức năng cách ly điện áp cao được thực hiện, giúp bảo vệ mạch Đồng thời, thiết bị này cũng cung cấp mạch lái để điều khiển động cơ ba pha 24VAC.
Vi xử lý dsPIC30F4011 có khả năng hiển thị các thông số quan trọng như dòng điện, điện áp và tần số điều khiển động cơ trên màn hình.
Hình 3.5: Sơ đồ khối mạch nghịch lưu
2 Lựa chọn phương pháp điều khiển
Trong bài viết này, tôi đã chọn phương pháp điều khiển tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi tần số, cụ thể là áp dụng kỹ thuật điều rộng xung SINE PULSE WIDTH MODULATION (PWM).
Với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ vi điện tử và điện tử công suất, các bộ biến tần đã mang lại triển vọng lớn trong việc điều khiển động cơ xoay chiều thông qua phương pháp điều chỉnh tần số Việc sử dụng biến tần không chỉ nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ mà còn tối ưu hóa quy trình điều khiển.
Mạch lái điều khiển động cơ
Mạch vi điều khiển Nguồn điện từ
40 theo các quy luật khác nhau (quy luật U/f, điều khiển véc tơ…) đã tạo ra những hệ điều khiển tốc độ động cơ có các tính năng vượt trội
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ mà em sử dụng là vi điều khiển kết hợp với các mạch công suất tích hợp, phù hợp với kiến thức chuyên môn đã học và có tính thực tiễn cao Hiệu suất của phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) đạt tới 87%.
Tính toán lựa chọn linh kiện a Chọn vi điều khiển dsPIC30F4011
Trong bài viết này, tôi chọn vi điều khiển dsPIC30F4011 do đã có kinh nghiệm học tập và nghiên cứu về dòng vi điều khiển PIC Việc lập trình với thuật toán và lệnh bằng ngôn ngữ C trên vi điều khiển này rất dễ dàng.
dsPIC không chỉ nổi bật với khả năng chạy nhanh hơn so với PIC mà còn sở hữu DSP core, mang lại nhiều lợi ích trong các phép toán số học như cộng, trừ, nhân, chia, dịch bit và tính toán với số thập phân Là vi điều khiển 16 bit, dsPIC đủ mạnh để thực hiện hầu hết các phép tính và nhiệm vụ từ cơ bản đến phức tạp.
DsPIC30F4011 có 6 chân phát PWM với 3 ca ̣p tương ứng chuyên dùng cho điều khiển đo ̣̂ng cơ
Trong bài viết này, tôi đã chọn vi điều khiển dsPIC30F4011 do đã có kinh nghiệm học tập và nghiên cứu về dòng vi điều khiển PIC Việc lập trình với ngôn ngữ C giúp tôi dễ dàng triển khai thuật toán và lệnh Bên cạnh đó, tôi cũng lựa chọn IC PS22056 cho dự án của mình.
IC PS22056 là một mạch nguồn chức năng tích hợp; tích hợp mạch lái, mạch bảo vệ và chức năng hệ thống điều khiển mạch Inverter DC-AC
Lập trình phần mềm
3.3.1 Yêu cầu và chức năng
Hệ thống bắt đầu đọc giá trị đầu vào biến trở từ chân AN0 của vi xử lý
Tín hiệu đưa vào sẽ được bộ ADC đọc và chuyển đổi ra giá trị tần số điều khiển động cơ
Kiểm tra trạng thái các nút nhấn và thực hiện các lệnh đóng tắt xung điều khiển động cơ
Hiển thị các thông tin điện áp và tần số lên màn hình hiển thị
3.3.2 Lựa chọn phương án Để lập trình cho PIC có thể chọn cho mình những ngôn ngữ lập trình khác nhau như ASM, CCS C, HT-PIC, pascal, basic,
Nhiều người bắt đầu học lập trình bằng ngôn ngữ ASM để nắm vững cấu trúc cơ bản, sau đó chuyển sang viết bằng CCS C Quá trình này giúp họ củng cố kiến thức và cải thiện tốc độ lập trình, với khả năng viết mã nhanh hơn nhiều so với khi sử dụng ASM.
Khi viết bằng CCS C thông thường thì dịch ra file.hex có dài hơn so với
Ngôn ngữ lập trình CCS C và HT-PIC đang được ưa chuộng trong việc viết mã bằng ASM, trong đó CCS C dễ học và gần gũi với ASM, còn HT-PIC là phiên bản ANSI C Sinh viên chọn CCS C để lập trình vì nó phù hợp với kiến thức đã học, dễ biên dịch và tối ưu cho lập trình PIC Để lập trình và biên dịch với CCS C, người dùng cần sử dụng chương trình PIC C Compiler và nhấn F9 để dịch mã sau khi soạn thảo.
3.3.3 Lưu đồ giải thuật a Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Hình 3.10: Lưu đồ giải thuật của hệ thống b Mô tả hoạt động
KHAI BÁO BIẾN CÀI ĐẶT CÁC GIÁ TRỊ BAN ĐẦU ĐỌC ADC
QUY GIÁ TRỊ ADC RA TẦN SỐ
Khai báo biến và cài đặt các giá trị ban đầu như: các biến, các thư viện servo, thư viện LCD, các chân I/O, độ phân giải của ADC
Trong bước tiếp theo, chúng ta sẽ thực hiện một vòng lặp, trong đó lấy mẫu ADC 150 lần, sau đó tính toán trung bình các giá trị ADC và chuyển đổi kết quả ra tần số bằng công thức (ADC/5).
- Đọc ADC: đọc giá trị thay đổi từ biến trở
- Quy ra các gia trị tần số: đổi giá trị điện áp sang giá trị tần số sine
- Hiển thị LCD: hiển thị các thông số ra màn hình LCD
- Nhấn START: nếu đúng sẽ xuất xúng PWM và hiển thị LCD, sai sẽ bắt đầu đọc ADC
- Nhấn STOP: nếu đúng sẽ tắt PWM và quay lại đọc ADC, sai sẽ xuất PWM (động cơ tiếp tục chạy)
