1. Trang chủ
  2. » Giáo Dục - Đào Tạo

(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy

137 10 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 137
Dung lượng 5,44 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN (16)
    • 1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay (16)
    • 1.2. Tính cấp thiết của đề tài (16)
    • 1.5. Nhiệm vụ của đề tài (17)
    • 1.6. Bố cục của đồ án (17)
  • CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT (19)
    • 2.1. Công nghệ MPPT (19)
    • 2.2. Bộ biến đổ đ ện áp một chiều (20)
      • 2.2.1. Khái niệm chung (20)
    • 2.3. Thiết bị nghịch lưu (23)
      • 2.3.1. Khái niệm chung (23)
      • 2.3.2. Nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu một pha cầu (24)
        • 2.3.3.1. Nguyên tắc tạo xun đ ều biến (đ ều chế độ rộng xun -PWM) (0)
        • 2.3.3.2. Nguyên tắc đ ều biến tạo đ ện áp s n dùn xun răn cƣa dạng đơn cực (35)
      • 2.3.4. Mạch nghịch lưu 3 pha (37)
        • 2.3.5.1. Khái niệm chung (38)
        • 2.3.6.1. Nguyên tắc chung (39)
        • 2.3.6.2. Nguyên tắc hoạt động của mạch (40)
        • 2.3.7.1. Nguyên tắc chung (43)
    • 2.4. Giới thiệu linh kiện và thiết bị (45)
      • 2.4.2. Acquy (46)
      • 2.4.3. Cảm biến dòng ACS72 (48)
      • 2.4.4. IC L298N (49)
        • 2.4.5.1. Tổng quan về v đ ều khiển PIC (50)
        • 2.4.5.2. Giới thiệu PIC 16F886 (51)
        • 2.4.5.3. Giới thiệu PIC 16F887 (51)
        • 2.4.5.4. Giới thiệu DSPIC 30F4011 (52)
      • 2.4.6. MOSFET 70N06 (53)
      • 2.4.7. MOSFET IRF4905 (53)
      • 2.4.8. LCD 20x4 (54)
      • 2.4.9. OPTO TLP250 (55)
      • 2.4.11. PS22056 (56)
      • 2.4.12. LM2576 - 5V (57)
      • 2.4.13. LM7815 (57)
  • CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG (58)
    • 3.1.1. Yêu cầu của hệ thống (58)
    • 3.1.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống (59)
    • 3.2. Thiết kế, tính toán hệ thống (59)
      • 3.2.1. Khối MPPT (59)
        • 3.2.1.1. Thiết kế mạch đo đ ện áp pin mặt trời và acquy (60)
        • 3.2.1.2. Thiết kế mạch đo dòn đ ện sạc acquy (62)
        • 3.2.1.3. Thiết kế mạch sạc Acquy (62)
        • 3.2.1.4. Thiết kế mạch đ ều khiển độn cơ (63)
      • 3.2.2. Khố tăn áp (63)
      • 3.2.3. Khối nghịch lưu (66)
      • 3.2.4. Khối hiển thị (66)
      • 3.2.5. Khố v đ ều khiển (67)
      • 3.2.6. Khối nguồn (71)
  • CHƯƠNG 4: THI CÔNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG (98)
    • 4.1. Thi công mạch (98)
    • 4.2. Lắp đặt hệ thống (104)
      • 4.2.2. Mạch đ ều khiển và mạch động lực đ ều khiển độn cơ (105)
  • CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP (108)
    • 5.1. Kết quả hoạt động của mạch MPPT (108)
    • 5.2. Kết quả hoạt động của mạch BOOST (109)
    • 5.3. Kết quả hoạt động của mạch nghịch lưu (110)
  • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN (114)
    • 6.1. Kết luận (114)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (115)

Nội dung

TỔNG QUAN

Giới thiệu tình hình nghiên cứu hiện nay

Hiện nay, năng lượng mặt trời đã trở thành một nguồn năng lượng phổ biến trong sinh hoạt hàng ngày, đặc biệt tại Việt Nam Với vị trí nằm trong khu vực nhiệt đới, Việt Nam có số giờ chiếu sáng trung bình cao, khoảng 8-10 tiếng mỗi ngày, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời.

Nhưng ể thiết kế ược một hệ thống hoạt ộng tối ưu - tức là thiết kế bộ Pin mặt trời

Để đạt hiệu suất cao nhất trong việc theo dõi, nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng Trong số đó, phương pháp tìm điểm công suất tối đa của pin mặt trời được coi là phương pháp tối ưu nhất.

Sau khi tối ưu hóa công suất làm việc, năng lượng điện cần được chuyển hóa và điều chỉnh qua bộ chỉnh ưu Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng, có thể xuất hiện các mức điện áp khác nhau Nhóm em đã chọn đề tài này dựa trên sự kết hợp của những yếu tố đó.

“Th ết kế, chế tạo bộ chỉnh lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MPPT cho bộ sạc

Acquy” ề tài này kết hợp y ủ các yếu tố trên.

Tính cấp thiết của đề tài

Theo khảo sát, nhiều hệ thống năng lượng mặt trời không có khả năng tự động điều chỉnh hướng để tối ưu hóa hiệu suất của các tấm pin Điều này dẫn đến lãng phí khi đầu tư vào một hệ thống lớn nhưng hiệu suất hoạt động không đạt yêu cầu.

Mặc dù có nhiều thống kê, việc tìm ra giải pháp tối ưu nhất cho việc điều chỉnh công suất theo mốc giờ vẫn là một thách thức Bài viết này sẽ tập trung vào việc thiết kế và chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha sử dụng công nghệ hiện đại, nhằm nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt trong việc quản lý năng lượng.

MPPT cho bộ sạc acquy là công nghệ quan trọng giúp tối ưu hóa việc thu thập năng lượng mặt trời, với mục tiêu áp dụng vào thực tiễn cho hệ thống chiếu sáng trong nhà Việc sử dụng MPPT không chỉ nâng cao hiệu suất sạc acquy mà còn giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo.

Thiết kế và thi công luồng văn này tạo ra hệ thống khép kín, tối ưu hóa năng lượng cho acquy từ hệ thống PV Nguồn điện được chuyển đổi thành điện xoay chiều 3 pha, có thể sử dụng cho các thiết bị như động cơ, đèn LED, quạt

1.4 Đố tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nhiệm vụ của đề tài

- Thiết kế hệ thống Tracking – Hệ thống pin mặt trời.

- Thiết kế mạch sạc acuy.

- Thiết kế mạch nghị h ưu 3 pha.

Bố cục của đồ án

Chươn 1: Tổng quan ề tài: Trình bày về s c n thiết ề tài, vai trò của ề tài trong cuộc sống ồng thời nêu ra ượ phương ph p tiếp c n và th c hiện ề tài theo từng ước.

Chươn 2: Cơ sở lý thuyết: Nêu ra khái niệm về công nghệ MPPT, biến ổi iện áp một chiều, thiết bị nghịch ưu, pin mặt trời, acquy và các linh kiện sử dụng.

Chươn 3: Thiết kế hệ thống: Trình bày thiết kế các mạ h iện trong ồ án bao gồm mạ h tăng p, mạch nghị h ưu, mạch MPPT và sạc acquy.

Chường 4: Thi công, lắp ặt hệ thống: Trình bày kết quả thi công các ph n tử trong hệ thống, sơ ồ kết nối các khối với nhau.

Chươn 5: Kết quả, so sánh, th c nghiệm: Kết quả so sánh, th c nghiệm, phân tích, tổng hợp ưa ra kết quả hoạt ộng của hệ thống, dạng sóng các tín hiệu iều khiển

Chươn 6: Kết lu n và hướng phát triển: Chương này sẽ ưa ra các kết quả ạt ược sau khi th c hiện ồ n, hướng phát triển và mở rộng của ồ án.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Công nghệ MPPT

MPPT (Maximum Power Point Tracking) là phương pháp tối ưu hóa công suất của bộ biến tần PV, giúp điều chỉnh hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời Nó xác định điểm giao nhau giữa đặc tính I-V của tấm pin năng lượng mặt trời và đặc tính I-V của tải Khi tải là một điện trở thuần, đường đặc tính tải sẽ biểu diễn dưới dạng một đường thẳng với độ dốc bằng 1/Rtải.

Từ các đặc tính I-V, có thể xác định điểm công suất tối đa (MPP) của hệ thống năng lượng mặt trời (PV), tại đó suất ra của PV đạt giá trị cao nhất Thời tiết là yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hoạt động của PV, và việc tối ưu hóa tải là điều cần thiết để duy trì MPP Có nhiều phương pháp để thực hiện điều này, trong đó phương pháp đơn giản nhất là sử dụng đồ thị U-I để tính toán công suất, sau đó so sánh với công suất tối ưu của tấm pin mặt trời và điều chỉnh hệ thống pin mặt trời theo hướng có công suất tối ưu nhất (Nguyễn Viết Ngư, Lê Thị Minh Tâm, Trần Thị Thường, Nguyễn Xuân Trường, 2015).

Bộ biến đổ đ ện áp một chiều

Trong nhiều trường hợp, phụ tải điện một chiều từ nguồn điện một chiều có thể thay đổi với công suất lớn mà không sử dụng biến trở để điều chỉnh, do đó hiệu suất của thiết bị là yếu tố quan trọng cần được chú ý.

Bộ biến đổi điện áp một chiều được thiết kế để điều khiển giá trị trung bình điện áp một chiều ở ngõ ra từ một nguồn điện áp một chiều không đổi ở ngõ vào Thiết bị này có thể được lắp ráp theo nhiều sơ đồ khác nhau Điện áp ngõ vào có thể đến từ mạch chỉnh lưu không điều khiển hoặc từ nguồn cố định như acquy Điện áp trên tải có dạng xung, được hình thành từ quá trình đóng ngắt liên tục nguồn điện áp một chiều không thay đổi ở ngõ vào Vì vậy, bộ biến đổi này còn được gọi là bộ biến đổi điện áp một chiều DC-DC dạng xung hay bộ bơm điện áp một chiều.

Bộ ăm xung p một chiều được ứng dụng rộng rãi trong các máy nâng và vận chuyển, trong hệ thống truyền động điện cho máy cắt gọt kim loại, trong ngành giao thông như đường sắt và ô tô chạy điện, cũng như trong xe điện bốc dỡ hàng và trong kỹ nghệ điện hóa.

Dưới ây à sơ ồ nguyên tắc mạ h iều chỉnh iện áp DC - DC:

Hình 2.2 Sơ ồ nguyên lý mạ h iều chỉnh iện áp DC-DC.

Hình 2.3 Dạng sóng tín hiệu iều khiển và iện áp ngõ ra.

Khi thay ổi t n số óng ngắt của IGBT thì hình trên Giá trị trung bình của

D: Hệ số chu kỳ hay tỷ số thời gian dẫn (duty cycle) trên thời gian làm việc.

V y ể iều chỉnh iện áp cấp cho tải có thể ùng 3 phương ph p:

 Phương ph p iều chỉnh ộ rộng xung: thay ổi tON trong khi gi nguyên T.

 Phương ph p iều chỉnh t n số xuất hiện xung p: Thay ổi T trong khi gi nguyên tON hoặ thay ổi tOFF trong khi gi nguyên tON.

 Phương ph p iều chỉnh thời gian xung: Thay ổi cả tON và T, khi tON và T thay ổi thì D thay ổi và U0 thay ổi.

Khi thay ổi ượ iện áp trung bình cấp cho tải sẽ bình của tải Nếu tải à ộng ơ DC thì sẽ iều chỉnh (Hoàng Ngọ

Văn, 2014 iều chỉnh công suất trung ược tố ộ của ộng ơ

Hình 2.4 Sơ ồ nguyên lý mạch biến ổi DC-DC ẩy kéo.

Các khóa bán dẫn S1 và S2 luân phiên dẫn trong một chu kỳ tạo sứ iện ộng cảm ứng ở cuộn thứ cấp biến áp.

Mạch hoạt ộng ở t n số cao nên biến áp sử dụng trong sơ ồ là biến áp xung lõi ferit.

Các diode D1 và D2 được mắc song song ngược với S1 và S2, có chức năng thu hồi năng lượng và bảo vệ linh kiện Diode D3 và D4 đóng vai trò vừa là diode chỉnh ưu vừa là diode san bằng dòng điện.

Thông số để lựa chọn các linh kiện:

 ID3 trung bình = ID4 trung bình = DIt;

Thiết bị nghịch lưu

Thiết bị nghịch lưu là thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều, thực hiện chuyển mạch giữa các linh kiện mà không phụ thuộc vào nguồn điện xoay chiều có sẵn Chính vì vậy, nó được gọi là thiết bị nghịch lưu độc lập.

Các loại thiết bị nghịch lưu:

Thiết bị chuyển đổi điện từ bình acquy 12, 24 hoặc 48V ra điện 220V giúp cung cấp nguồn điện cho các thiết bị như tivi, ampli khi mất điện Thiết bị này cung cấp điện xoay chiều tần số 50Hz, đảm bảo hoạt động ổn định cho các thiết bị điện trong gia đình.

Thiết bị ổi điện một chiều ra điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải cộng hưởng tần số và điện áp có thể điều chỉnh theo tình trạng phụ tải, như trong quá trình nấu thép trung tần Đây là thiết bị có khả năng hoạt động ở tần số cao, giúp tối ưu hóa hiệu suất cho các ứng dụng công nghiệp.

7 ượ cấp từ ưới iện xoay chiều 220V, 50Hz qua bộ chỉnh ưu ơ ó tố

2.3.2 Nguyên tắc hoạt động của bộ nghịch lưu một pha cầu

Linh kiện trong bộ nghịch lưu có khả năng ký hiệu và kích ngắt dòng điện, đóng vai trò như một công tắc Trong các ứng dụng công suất nhỏ và vừa, transistor BJT, MOSFET và IGBT thường được sử dụng làm công tắc, trong khi ở phạm vi công suất lớn, GTO, IGCT hoặc SCR kết hợp với bộ chuyển mạch là lựa chọn phổ biến.

Linh kiện phải làm việ công suất thiết bị.

Mỗi công tắc được trang bị một diode mắ nó, giúp tạo thành mạ h hnhr ưu ngược lại với chiều dẫn Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho tải xoay chiều.

Có nhiều sơ ồ làm việc nghị h ưu ơ ản Tuy nhiên ta chỉ khảo sát một số mạ h ể hiểu ược nguyên lý chung (Hoàng Ngọ Văn, 2014

2 3 2 1 Sơ đồ nửa cầu dùng nguồn đô

2 3 2 1 1 Sơ đồ nguyên lý ể ơn giản hóa vấn ề ta tạm dùng tiếp iểm ơ khí S1 và S1’ mắ theo sơ ồ ưới ây:

Hình 2.5 Sơ ồ mạch nghị h ưu nửa c u dùng công tắ ơ khí.

S1 và S1’ uân phiên nhau ẫn iện S1 dẫn dòng từ A qua B, S1’ ẫn dòng từ B qua A Sau ây à ạng iện p Ut, òng It trong trường hợp phụ tải khác nhau.

Mỗi chu kỳ là việc gồm 2 bán kỳ:

Nếu phụ tải à iện trở tu n thì òng iện ũng ó ạng ch hiệu dụng b ng:

Nếu phụ tải là cảm kháng thì ta có:

Nếu phụ tải có thành ph n cảm kh ng và

Khi phụ tải có thành phần cảm kháng, dòng điện sẽ có giá trị âm từ thời điểm bắt đầu quá trình sơn mạ Sau khoảng thời gian t1, dòng điện sẽ chuyển từ âm sang dương tại điểm ơ khí, nhưng không còn tiếp xúc với S1 và S1’.

Mỗi linh kiện ngắt dẫn cần được mắc song song với một diode để có thể dẫn dòng ngược chiều Diode này được gọi là diode thu hồi năng lượng, có chức năng dẫn dòng ngược từ phụ tải có thành phần cảm kháng về nguồn điện U.

Nếu thiếu sinh ra iện hồi năng

2.3.2.1.3 Nguyên tắc tay thế công tắc có khí bằng công tắc bán dẫn

Như v y tiếp diode, mắc song song ngược chiều nhau như

Hình 2.7 Nguyên tắc thay thế công tắ ơ khí ng công tắc bán dẫn.

Nếu phụ tải cảm kh ng thì sơ ồ nửa c u dùng transistor phải ùng như sau: i D i S1 i i '

Hình 2.8 Sơ ồ nguyên lý mạch nghịch ưu nửa c u dùng công tắc bán dẫn.

iện vào tr c tiếp phụ tải, không qua máy biến áp, hiệu suất cao.

 Phải có 2 nguồn iện 1 chiều.

Điện áp ra không thể thay đổi nếu không phù hợp với phụ tải Do đó, cần sử dụng nguồn điện một chiều với điện áp thích hợp để điều chỉnh đầu ra.

Ta ã iết tác dụng của diode thu hồi năng ượng ối với linh kiện óng ngắt Do ó ta nghiên ứu ngay sơ ồ c u dùng linh kiện bán dẫn.

Hình 2.9 Sơ ồ nguyên lý mạch nghịch ưu u.

C transistor S1 và S1’ uân phiên nhau ẫn iện với S2 và S2’, mỗi ôi ẫn trong một nửa chu kỳ (Hoàng Ngọ Văn, 2014

Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 bán kỳ:

 ôi transistor S2 và S1’ ẫn, ôi S1 và S2’ không ẫn Dòng từ c c ương nguồn U qua S2, qua phụ tải từ A ến B, qua S1’ về c c âm nguồn U, Ut = U.

 ôi transistor S2 và S1’ ngưng ẫn, ôi S1 và S2’ ẫn iện dòng từ c ương nguồn U qua S1, qua phụ tải từ B ến A, qua S2’ về c c âm nguồn U Ut = -U; Ut = U.

Sơ đồ nửa cầu là một mạch chỉnh lưu, trong đó dòng điện trong các trường hợp phụ tải tương tự như sơ đồ trước Ưu điểm của sơ đồ cầu dẫn điện trực tiếp vào phụ tải mà không cần qua bộ biến áp là mang lại hiệu suất cao và chỉ cần một nguồn điện một chiều.

Nhược điểm của Ut = Uo là không hiệu quả khi điện áp không phù hợp với phụ tải, và có thể cần tới 4 linh kiện ngắt dẫn để xử lý tình trạng sụt áp khi điện áp vào thấp (Hoàng Ngọ Văn, 2014)

Hình 2.10 Dạng sóng tín hiệu iều khiển và

2 3 3 Đổ đ ện một chiều ra đ ện xoay chiều một pha dạng sin

Nhiều phụ tải như ộng mà sơ ồ ã nói qua hỉ

Transistor không thể hoạt động hiệu quả trong vùng tuyến tính như mạch khuếch đại, và việc sử dụng mạch khuếch đại tuyến tính để phát hiện điện áp dạng sin sẽ dẫn đến hiệu suất thấp Điều này cũng làm giảm đáng kể công suất đầu ra của thiết bị (Hoàng Ngọ Văn, 2014).

Trên ây xung U0 b ng răng ưa ược gọi à chẩn iều khiển) Nếu ổi chỗ

Xét quá trình trong một chu kỳ của

U k và URC, chúng giao nhau tại này quyết ịnh trị số trung bình của

URCmax là giá trị cực đại của điện áp mang Biểu thức này cho thấy giá trị trung bình của điện áp ra trên tải trong một chu kỳ của điện áp mang tỷ lệ với điện áp chuẩn Uk.

Nếu iện áp chuẩn có dạng hình sin thì iện áp trung bình ũng như hình ưới Muốn

Hình 2.13 Dạng sóng iều khiển và iện áp ngõ ra b ng phương ph p PWM.

2.3.3.2 Nguyên tắc đ ều biến tạo đ ện áp s n dùn xun răn cƣa dạn đơn cực ểó iện áp ra có dạng g n sin các linh kiện óng ngắt phải iều chế ộ rộng xung, trong mỗi bán kỳ làm việc c n chọn một số xung lẻ ể ó với tâm mỗi bán kỳ. không còn sóng hài chẵn trong chuỗi Fourier. như ối với trường hợp

Trục đối xứng của các xung trong bán kỳ 1

Trục đối xứng của các xung trong bán kỳ 2

Hình 2.14 Nguyên tắc tạo iện áp sin dùng xung răng ưa ạng ơn c.

Mỗi bán kỳ có số xung lẻ à 5, xung ối xứng với ường thẳng ứng qua T/4, 3T/2 , như v y Ut không còn sóng hài chẵn.

Kỹ thuật điều chế xung không những thay đổi điện áp ra mà còn đảm bảo tần số ngõ ra Ut có dạng gần giống sin, giúp điện áp ra phù hợp với yêu cầu của phụ tải.

(U k) có t n số b ng t n số của răng ưa ạng tam gi

Phương ph p ra một c tính và xung nh ng khoảng linh kiện hoạt ộng ể

Trong những khoảng điện áp sin chuẩn thấp hơn điện áp răng ưa, linh kiện bán dẫn sẽ ngắt, dẫn đến điện áp ra tải bằng không Điện áp ra tải được hình thành riêng cho nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm.

Theo dạng áp ra hi c tính, iện áp ra sẽ là +U khi sin chuẩn ao hơn xung răng ưa và à -U khi sin chuẩn thấp hơn (Hoàng Ngọ Văn, 2014

2 3 4 1 Sơ đồ nguyên lý ể ó iện 3 pha ta dùng c u nghị h ưu 3 pha 6 ộ óng ngắt và diode thu hồi năng ượng như sau:

Hình 2.15 Sơ ồ nguyên lý mạch nghị ưu 3 pha ùng 6 ông tắc bán dẫn.

Ta có thể dùng 3 c u nghị h ưu 1 pha ể ó iện 3 pha theo sơ ồ sau:

 Ba pha phải mắc riêng rẽ, không ược mắc thành hình sao hay tam giác.

 iện 3 pha lệ h pha nhau 120 ộ Việ iều khiển c u 1 pha b ng phương ph p iều chế ộ rộng xung.

Hình 2.16 Sơ ồ nguyên lý mạch nghị h ưu 3 pha ùng 3 u nghị h ưu 1 pha. (Hoàng Ngọ Văn, 2014

2 3 5 Đ ều chỉnh đ ện áp của thiết bị nghịch lưu

Giới thiệu linh kiện và thiết bị

Hình 2.19 Pin năng ượng mặt trời.

Pin năng lượng mặt trời bao gồm nhiều tế bào quang điện, là các phần tử bán dẫn có chứa nhiều cảm biến ánh sáng dưới dạng diode quang Chúng có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu lên chúng Các tế bào quang điện được ghép lại thành khối để tạo thành pin mặt trời, có khả năng hoạt động dưới ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo.

S chuyển ổi năng ượng nh s ng thành năng gọi là hiệu ứng quang iện Hoạt ộng này hia àm ượngiện của pin mặt trời ược a giai oạn:

 u tiên năng ượng từ các photon ánh sáng ược hấp thụ và hình thành các cặp electron - lỗ trống trong chất bán dẫn.

Các cặp electron - lỗ trống được phân chia bởi ngăn h tạo ra từ các loại chất bán dẫn khác nhau, tạo ra hiệu ứng tạo nên điện thế trong pin mặt trời.

 Pin mặt trời sau ó ược nối tr c tiếp vào mạch ngoài và tạo nên òng iện.

Hình 2.20 Nguyên lý hoạt ộng của pin năng ượng mặt trời.

 Ứng dụng của p n năn lƣợng mặt trời

Pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng thực tiễn, đặc biệt ở những khu vực khó tiếp cận điện lưới như vùng núi, hải đảo hoặc trong các hoạt động không gian Tấm năng lượng mặt trời được thiết kế dưới dạng các module thành phần với diện tích lớn, giúp tối ưu hóa việc hứng ánh sáng Hiện nay, các tấm pin mặt trời còn được trang bị bộ phận điều khiển để theo dõi hướng ánh sáng, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng.

Acquy là nguồn năng ượng có tính thu n nghịch Nó tích tr dạng hóa năng và giải phóng năng ượng ra do phản ứng

Hiện nay, có nhiều loại acquy, trong đó acquy kiềm là một loại phổ biến Acquy được cấu tạo từ nhiều tế bào acquy (cells) và thường có điện thế khoảng 2V Để đạt được điện thế 12V, ta cần mắc nối tiếp nhiều acquy với nhau.

Hình 2.21 Cấu tạo của acquy.

Hình 2.22 Quá trình hoạt ộng của acquy.

 Hoạt động của acquy chia làm 4 quá trình:

Trong trạng thái nạp điện, các bản cực của ắc quy có cấu trúc hóa học cụ thể, với cực dương là P O2 và cực âm là Pb Trong quá trình phóng điện và nạp điện, trạng thái hóa học của các cực này sẽ bị thay đổi.

 Qu trình phóng iện sẽ diễn ra nếu như gi a hai c c của acquy có thiết bị tiêu thụ iện, phản ứng hóa học diễn ra như sau:

 Qu trình phóng iện kết thúc khi PbO 2 ở c ương và P ở c c âm chuyển ổi hoàn toàn thành PbSO 4

Quá trình nạp điện cho ắc quy diễn ra khi dòng điện nạp tạo ra phản ứng ngược lại bên trong ắc quy Khi hoàn tất quá trình nạp, ắc quy sẽ trở lại trạng thái ban đầu với P O2 ở cực dương và Pb ở cực âm.

A quy ược sử dụng rộng rãi trong ời sống hàng ngày, một số ứng dụng của acquy:

 ược sử dụng là nguồn iện trên xe ô tô, xe gắn máy.

 Sử dụng trong các bộ nguồn d phòng khi xảy ra mất iện.

Sử dụng ở nh ng vùng núi ao, ảo xa khi iện ưới không có.

Hình 2.23 Cảm biến dòng ACS712.

 iện áp hoạt ộng: 5VDC.

Đối với cảm biến ACS 712-05B, khi sử dụng dòng điện một chiều (DC), cần kết nối tải nối tiếp giữa các chân Ip+ và Ip- Dòng điện sẽ chảy từ Ip+ đến Ip-, tạo ra điện áp Vout trong khoảng từ 2.5V đến 5V tương ứng với dòng điện từ 0 đến 5A Nếu kết nối ngược, Vout sẽ giảm từ 2.5V xuống 0V, tương ứng với dòng điện từ 0A đến -5A.

Khi cấp nguồn 5VDC cho mô hình với tải mắc nối tiếp, điện áp đầu ra Vout sẽ là 2.5V Khi dòng tải Ip đạt 5A, Vout sẽ tăng lên 5V Mối quan hệ giữa Vout và dòng Ip là tuyến tính, với Vout dao động từ 2.5V đến 5V tương ứng với dòng từ 0 đến 5A.

Khi o òng iện AC, o òng iện AC không có chiều nên không c n quan tâm chiều.

Khi cấp nguồn 5V cho module và kết nối với tải mắc nối tiếp qua domino, Vout sẽ đạt 2.5V Khi có dòng xoay chiều Ip, dòng AC này sẽ thay đổi theo hàm sin, dẫn đến Vout trở thành điện thế xoay chiều hình sin với biên độ tuyến tính Biên độ điện thế này dao động từ 0 đến 5V, tương ứng với dòng từ -5A đến 5A.

Hình 2.25 Cấu tạo bên trong của IC L298N.

IC L298N là một mạch tích hợp có khả năng điều khiển hai động cơ DC hoặc một động cơ bước, với dòng điện tối đa lên đến 2A cho mỗi kênh Mạch này hoạt động với điện áp tín hiệu điều khiển từ 5 đến 7VDC và điện áp cung cấp cho động cơ từ 5 đến 12VDC, mang lại sự linh hoạt trong ứng dụng điều khiển động cơ.

Chân IN1 đến IN4 nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển, trong khi OUT1 đến OUT4 kết nối với động cơ Các diode bảo vệ được sử dụng để bảo vệ vi điều khiển khỏi dòng điện cảm ứng khi động cơ hoạt động.

2.4.5.1 Tổng quan về v đ ều khiển PIC

Computer” M y tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General

Sản phẩm chủ lực của Instrument là PIC1650, được thiết kế để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600 CPU CP1600, phát triển vào khoảng năm 1975, là một giải pháp tốt hỗ trợ hoạt động xuất/nhập cho hệ thống này.

Năm 1985, PIC khả trình Ngày nay, rất nhiều òng PIC vi ược tích hợp sẵn như: UART, I2C, ADC, PWM với bộ nhớ hương trình từ

512wor ến 32kword Hiện nay, Việt Nam ã ó một cộng ồng nghiên cứu và phát triển PIC, DSPIC và PIC32 Vi iều khiển PIC, wikipedia).

 Thông s ố kỹ thuật: Đặc đ ểm

Bộ nhớ hương trình f ash

Các module capture/compare/PWM

Bảng 2.1 Thông số kỹ thu t vi iều khiển PIC 16F886.

Hình 2.27 Vi iều khiển PIC 16F887.

 Thông s ố kỹ thuật: Đặc đ ểm

Bộ nhớ hương trình F ash

Các module capture/compare/PWM

Bảng 2.2 Thông số kỹ thu t vi iều khiển PIC 16F887.

Hình 2.28 Vi iều khiển DSPIC 30F4011.

 Thông số kỹ thuật: Đặc đ ểm

Bộ nhớ hương trình f ash

Bảng 2.3 Thông số kỹ thu t vi iều khiển DSPIC 30F4011.

Hình 2.29 MOSFET 70N06 và sơ ồ chân.

Hình 2.30 MOSFET IRF4905 và sơ ồ chân.

Thứ Tự Tên Tín Hiệu

Hình 2.32 Dạng sóng ghi d liệu vào LCD 20x4.

Hình 2.33 OPTO TLP250 và sơ ồ chân.

 iện áp hoạt ộng: 10 - 35VDC.

 Thời gian chuyển mạch: 1.5às.

Bảng trạng thái của OPTO TLP250.

Hình 2.36 Cấu tạo bên trong PS22056.

 iện p iều khiển IGBT: 15VDC.

 iện p iều khiển driver: 5V (TTL/CMOS).

 Các chức năn hỗ trợ:

 iều khiển ộng ơ 3 pha ó ông suất từ 0.2 - 3.7kW.

 IGBT t ng trên: Tích hợp mạ h iều khiển, iện áp vào cao, t n số óng/ngắt cao, bảo vệ thấp áp.

 IGBT t ng ưới: Tích hợp mạ h iều khiển, bảo vệ thấp áp, bảo vệ ngắn mạch.

 Có tín hiệu báo lỗi: Lỗi thấp áp hoặc ngắn mạch IGBT t ng ưới, chân FO

 xuất một xung có có thời gian tFO Ngõ vào iều khiển: Tương thí h 5V

 Bảo vệ ngắn mạch, quá dòng và quá nhiệt.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Yêu cầu của hệ thống

 D a vào yêu c u ặt ra của ề tài, thiết kế một hệ thống với chứ năng hoạt ộng như sau:

 iều khiển pin năng ượng mặt trời tìm iểm công suất c ại sạc cho acquy 24V.

 Mạ h tăng p nh n iện áp 24VDC từ a quy tăng p ên 400VDC.

 Mạch nghị h ưu 3 pha nh n iện áp 400VDC từ mạ h tăng p, iều khiển các khóa bán dẫn tạo iện áp 3 pha 220V cung cấp cho tải ộng ơ, èn, quạt

3 1 2 Sơ đồ khối và chức năn mỗi khối

KHỐI MPPT KHỐI TĂNG ÁP KHỐI NGHỊCH LƯU

Hình 3.1 Sơ ồ khối của hệ thống.

Khối MPPT điều chỉnh điện áp từ pin mặt trời và acquy, giúp tối ưu hóa việc thu năng lượng bằng cách điều khiển hướng của pin mặt trời theo ánh nắng Điều này đảm bảo công suất lớn nhất được phát huy và điện áp từ pin mặt trời được sử dụng hiệu quả để sạc cho acquy.

Tăng iện áp từ acquy 24VDC lên 400VDC c ấp cho khối nghị h ưu.

Nh n iện áp 400VDC từ khối tăng p nghị h ưu sang iện áp 3 pha 220VAC cấp nguồn cho tải ộng ơ, èn, quạt

Hiển thị iện p, òng iện, công suất của pin mặt trời và ung ượng của acquy

 Khố v đ ều khiển iều khiển hoạt ộng của các khối trên.

Acquy 24VDC cấp nguồn cho các khối trên hoạt

Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống hoạt khối nghị h ưu Khối tăng p tăng iện áp 24VDC lên 400VDC cấp cho khối nghị h ưu ể hướng mặt trời

Khối vi iều khiển cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt ộng.

Thiết kế, tính toán hệ thống

Khối MPPT thực hiện các chức năng quan trọng như điều khiển dòng điện nạp vào acquy, điều chỉnh điện áp của pin mặt trời và xoay pin mặt trời theo hướng ánh nắng Đồng thời, nó cũng quản lý quá trình sạc cho acquy, tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.

3.2.1.1 Thiết kế mạch đo đ ện áp pin mặt trời và acquy

Dùng mạch c u phân p iện trở sử dụng làm mạ h o iện áp cho khối MPPT.

Từ ó tính ược Vin Từ công thức trên, với chọn iện trở R2 = 20kΩ sẽ tính

 Mạ h o iện áp acquy, Vin = 24V:

 Khi ó, ông thứ tính iện p Vin như sau:

Vin  Tương t , mạ h o iện áp pin mặt trời với Vin = 36V, tính ược R1 124kΩ.

3.2.1.2 Thiết kế mạch đo dòn đ ện sạc acquy ểo òng iện sạc cho acquy, ta sử dụng cảm biến dòng ACS712 - 05B.

Hình 3.3 Sơ ồ kết nối cảm biến dòng với vi iều khiển.

3.2.1.3 Thiết kế mạch sạc Acquy

Mạch sạc acquy chỉ hoạt động khi điện áp pin mặt trời lớn hơn 28V Khi điện áp thấp hơn 28V, mạch sạc sẽ ngừng hoạt động Để ổn định điện áp sạc acquy ở mức 28V, vi điều khiển sẽ điều khiển mạch sạc thông qua phương pháp PWM.

Hình 3.4 Sơ ồ mạch sạc acquy.

3.2.1.4 Thiết kế mạch đ ều khiển độn cơ

Theo yêu c u thiết kế mạ h củaề tài, phải iều khiển pin mặt trời xoay theo hướng ánh nắng nên iều khiển ộng ơ sử dụng trong ề tài à ộng ơ DC 24V - 2A).

Bảng 3.1 Trạng thái hoạt ộng của

3.2.2 Khố tăn áp iều khiển ộng ơ 3 pha 220V, 120W.

=> I m Vì ộng ơ ông suất nhỏ nên chọn dòng khởi

Dòng ỉnh qua các khóa bán dẫn: I ỉnh Mạch công suất BOOST chọn sơ

IT1 = IT2 ể MOSFET chạy ổn ịnh: IT1 = IT2 = 1.5 x 91.7 A

Chọn MOSFET 70N06 có các thông số như sau:

VDS = 60 V, ID(25 o C) = 70 A, ID(100 o C) = 56 A, RDS ON = 15mΩ, f = 1MHz.

=> Số MOSFET c n cho mỗi t ng: nMOSFET ≥ ể hệ thống ổn ịnh công suất, th

Chọn sơ ồ nghị h ưu u ba pha sử dụng làm mạch công suất cho khối nghịch ưu

Vì ó hiệu suất ao hơn mạch nghị ưu ùng iến áp.

Chọn IC PS22056 vì ã tí h hợp săn 6 IGBT bên trong, dễ iều khiển Thích hợp cho việc sử dụng iều khiểnộng

Nh n d liệu từ khối suất của pin mặt trời và vi iều khiển hiển thị iện p, òng iện sạc acquy, công ung ượng của acquy lên LCD 20x4.

Hình 3.8 Sơ ồ khối hiển thị dùng LCD 20x4.

Sử dụng vi iều khiển PIC 16F887 ùng o iện áp pin mặt trời, iện áp acquy, dòng iện sạ a quy và iều khiển sạc.

 Tính toán các thông số cho ADC của v đ ều khiển PIC 16F887

D a vào các tính toán ở mạch c u phân áp ở trên, chọn ADC của vi iều khiển là 10bit.

Đo đ ện áp pin mặt trời

Từ công thức 3.4, ta có:

Từ công thức 3.3, ta tính ược:

 Đo dòn đ ện sạc acquy

Cảm biến dòng ACS712 - 05B o ượ òng iện tối a 5A với ộ nhạy

185mV/A và Vout = 2.5V khi không ó òng iện chạy qua.

Từ nh ng thông số trên, ta tính òng iện I từ ADC của vi iều khiển.

ADC 10 bit nên Full Scale là 1023.

 Từ giá trị chuyển ổi ADC từ

Vout Vì khi không ó òng iện chạy qua Vout = 2500mV nên phải trừ i

2500mV sau khi tính ược Vout.

 Từ giá trị iện p V tính ượ hia ho ộ nhạy à 185mV/A tính ược dòng iện I.

 Tính toán các thông số cho PWM đ ều khiển mạch sạc acquy (

 T n số thạ h anh vi iều khiển sử dụng: fOSC = 20MHz.

PERIODPWM PERIODPWM = [(PR2 + 1)] x 4 x TOSC x PVTMR2 = 500,000ns;

 Chọn hệ số chia PVTMR2 = 16.

 Tính hệ số chu kỳ:

Duty Cycle max Khi iện áp pin mặt trời lớn hơn 28V thì duty cycle sẽ b ng:

Duty Cycle = (28 / iện áp pin mặt trời) x 625;

 Vì MOSFET sử dụng ể sạc acquy là MOSFET kênh P nên phải ảo lại xung PWM iều khiển.

Duty Cycle = 625 - (28 / iện áp pin mặt trời) x 625;

Sử dụng vi iều khiển PIC 16F886 tạo xung iều khiển cho hai t ng MOSFET.

 Tính toán các thông số PWM dùng cho mạch BOOST

Tạo xung iều khiển có t n số 40kHz với ộ rộng xung 50%:

Thạch anh vi iều khiển sử dụng: 20MHz => TOSC = 50 ns.

PERIODPWM PERIODPWM = [(PR2 + 1)] x 4 x TOSC x PVTMR2 = 25,000 ns;

Chọn hệ số chia PVTMR2 = 1.

Tính hệ số chu kỳ:

Sử dụng vi iều khiển DSPIC 30F4011 cấp 6 xung PWM iều khiển mạch nghị h ưu c u 3 pha.

 Tính toán chu kỳ xung PWM cho mạch nghịch lưu

 Chu kỳ PWM ược tính theo công thức:

TPWM = TCY x (PTPER + 1) x PTMR Prescale;

 Vi iều khiển sử dụng thạch anh 20MHz nên TCY = 50ns.

 Chọn hệ số hia trước là 1 nên PTMR Precscale = 200ns.

 Chọn t n số PWM là 100Hz nên chu kỳ là 10,000,000ns.

Bảng 3.2 Bảng công suất linh kiện.

Sử dụng nguồn từ acquy 24V:

=> Dòng iện I Chọn acquy có 24V từ 7A trở lên.

Vi điều khiển, IC, cảm biến và LCD hoạt động với nguồn 5V, trong khi PS22056 yêu cầu nguồn 15V để cung cấp cho mạch điều khiển bên trong Do đó, cần thiết phải bổ sung mạch giảm áp cho cả 5V và 15V.

3 2 7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 3.11 Sơ ồ nguyên lý khối tăng p.

Hình 3.12 Sơ ồ nguyên lý khổi hiển thị.

CFO 18 FO 19 UN 20 VN 21 WN

Hình 3.13 Sơ ồ nguyên lý khổi nghị h ưu.

Hình 3.14 Sơ ồ nguyên lý khối nguồn.

RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+

EMUD3/AN0/VREF+/CN2/RB0

EMUC3/AN1/VREF-/CN3/RB1

AN4/QEA/IC7/CN6/RB4

AN5/QEB/IC8/CN7/RB5

EMUD1/SOSCI/T2CK/U1ATX/CN1/RC13

EMUC1/SOSCO/T1CK/U1ARX/CN0/RC14

EMUC2/OC1/IC1/INT1/RD0

EMUD2/OC2/IC2/INT2/RD1

Hình 3.15 Sơ ồ nguyên lý khối vi iều khiển.

 Lưu đồ phát xung PWM cho mạch BOOST

Tăăng hệệ lêlên 1 ssố hu ơn vịị kỳ

Thiếtiết p hệệ hu kỳ ssố

Hình 3.16 Lưu ồ tạo xung PWM 40kHz.

 Khởi tạo PORT C là ngõ ra, khởi tạo timer2 với hệ số hia trước là

1, period là 124, hệ số chia sau là 1.

 Tăng n hệ số chu kỳ ên 1 ơn vị ể tăng ộ rộng xung ho ến khi ạt 50%.

 Lưu đồ đ ều khiển MPPT

Khởi tạo LCDi tạ io pin mặt trời oac acquy ạ Sạ o òng sạsạ aa quy

MODE = 1 iề iều khiển tt

Hình 3.17 Lưu ồ iều khiển MPPT.

 Khởi tạo các PORT vào/ra, khởi tạo ADC với 3 kênh (AN0, AN1, AN2) và iện áp tham chiếu là 5V.

 Khởi tạo timer 2 với hệ số hia trước là 16, period là 155, hệ số chia sau là 1.

 Khởi tạo PWM CCP1, khởi tạo LCD.

 o iện áp pin mặt trời, iện áp acquy, iều khiển sạ a quy và o òng sạc acquy.

 Nếu công tắ MODE = 1 ho phép iều khiển t ộng, ngược lại thì iều khiển b ng tay.

 Lưu đồ đo đ ện áp pin mặt trời o iệiện p piin mặtặt trtrờii ọ gii trịtrị ADC tạitại kêênh AN0

V AN0AN0 = iệiện p tạitại kêênh AN0 Gii trịtrị ADC x 5 // 1023

Hình 3.18 Lưu ồ o iện áp pin mặt trời.

 Tiến hành ọc giá trị ADC tại kênh AN0.

 Tính giá trị iện áp tại kênh AN0 theo công thức: VAN0 = Giá trị ADC x 5 / 1023.

 Tính giá trị iện áp pin mặt trời theo công thức: VPin mặt trời = 10 x

 Lưu đồ đo đ ện áp acquy o iệiện p acacquy ọ gii trịtrị ADC tạitại kêênh AN2

Hình 3.19 Lưu ồ o iện áp acquy.

 Tiến hành ọc giá trị ADC tại kênh AN2.

 Tính giá trị iện áp tại kênh AN2 theo công thức: VAN2 = Giá trị ADC x 5 / 1023.

 Tính giá trị iện áp acquy theo công thức: Vacquy = 6 x VAN2.

Tính hệ số hu kỳ PWM t cle

Thiếtiết p hệệ ssố hu kỳ PWM

 Nếu iện áp pin mặt trời lớn hơn hoặc b ng 28V:

 Tính hệ số chu kỳ PWM theo công thức:

Duty_Cycle = 625 - (28 / VPin mặt trời) x 625.

 Nếu iện áp pin mặt trời nhỏ hơn 28V:

Gán hệ số chu kỳ PWM = 625.

 Thiết l p hệ số chu kỳ.

 Lưu đồ đo dòn sạc acquy o òng sạsạ acacquy ọ gii trịtrị ADC tạitại kêênh AN1

V AN1AN1 = iệiện p tạitại kêênh AN1 Gii trịtrị ADC x 5 // 1023

Hình 3.21 Lưu ồ o òng sạc acquy.

 Tiến hành ọc giá trị ADC tại kênh AN1.

 Tính giá trị iện áp tại kênh AN1 theo công thức: VAN1 = Giá trị ADC x 5 / 1023.

 Lấy giá trị iện p tính ược trừ i ho 2.5: V AN1 = V AN1 – 2.5

 Tính òng iện theo công thức: I = V AN1 x 1000 / 185.

 Lưu đồ đ ều khiển tự động iề iể t iều khiển t ộng

V i và > V i-1 i i-1 iề iể ộng iều khiển ơ quay thu na t

Để điều khiển động cơ dựa trên giá trị điện áp pin mặt trời ở hai thời điểm, có các quy tắc như sau: Nếu điện áp nhỏ hơn 36V và lớn hơn điện áp trước đó, động cơ sẽ quay để điều chỉnh pin về hướng tây nhằm tăng điện áp Nếu điện áp nhỏ hơn 36V và cũng nhỏ hơn điện áp trước đó, động cơ sẽ quay để điều chỉnh pin về hướng đông Cuối cùng, nếu điện áp lớn hơn hoặc bằng 36V và cũng lớn hơn hoặc bằng điện áp lúc trước, động cơ sẽ ngừng hoạt động.

 Lưu đồ đ ều khiển bằng tay iềiều khiểiển ng tatay ấ

Hình 3.23 Lưu ồ iều khiển b ng tay.

 Khi nhấn gi nút EAST thì hướng ông.

 Khi nhấn gi nút WEST thì hướng tây.

 Nếu không nhấn nút nào thì

 Lưu đồ phát xung SPWM

Khởii tạtạo PORT Khởii tạtạo Tiimerer 3 Khởii tạtạo MPWM Khởii tạtạo ADC Khaiai o ngắtắt Tiimerer 3

Thiếtiết ccho 6 p Dutty Cy ee cchâân MPWM

Hình 3.24 Lưu ồ phát xung SPWM.

 Khởi tạo PORT E là ngõ ra, khởi tạo Timer 3, khởi tạo MPWM, ADC và khai báo ngắt.

 Nếu ngắt xảy ra, xử ý hương trình on xử lý ngắt Nếu không có ngắt thì thiết l p duty cycle cho 6 chân MPWM theo mảngã khai o trong hương trình.

 Lưu đồ xử lý ngắt:

Xử ý ngắtắt ọ ADC ttừ kêênh AN0 i S Gi

Ngưng hoạt ộng MPWM ặt ạiXóa ặt ại a

Hình 3.25 Lưu ồ xử lý ngắt.

 Nếu có ngắt xảy ra, tiến hành ọc ADC từ kênh AN0.

 Nếu giá trị ADC = 0 thì ngưng hoạt ộng của 6 hân MPWM, ngược lại thay ổi ước khi quét duty cycle theo mảng ã khai o trong hương trình.

 Xóa cờ ngắt và ặt lại biến ếm.

THI CÔNG, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG

Thi công mạch

4.1.1 Sơ đồ PCB và thi công mạch MPPT

Hình 4.2 Mạch MPPT sau khi thi công.

Mạch MPPT sau khi thi công có chứ năng a quy, o òng sạc acquy và hiển thị ên LCD. trời ở vị trí tối ưu nhất.

4 1 2 Sơ đồ PCB và thi công mạch tăn áp

Hình 4.3 Layout mạch phát xung PWM PIC 16F886.

Hình 4.4 Mạch phát xung PWM PIC 16F886 sau khi thi công.

Mạch điều khiển PIC16F886 thực hiện nhiệm vụ điều chế xung vuông với tần số 40kHz và độ rộng xung 50%, cung cấp xung điều khiển cho hai transistor MOSFET trong mạch công suất BOOST.

Hình 4.7 Mạch BOOST sau khi thi công.

Mạch công suất BOOST có chức năng nâng cao điện áp từ 24VDC lên 400VDC thông qua việc điều khiển xung từ mạch phát xung Quá trình này điều khiển hai cuộn sơ cấp của biến áp, tạo ra điện áp 400VDC ở bên thứ cấp sau khi đã được chỉnh lưu.

4 1 3 Sơ đồ PCB và thi công mạch nghịch lưu

Hình 4.8 Layout mạch phát xung SPWM DSPIC 30F4011.

Hình 4.9 Layout mạch nghị h ưu PS22056.

Hình 4.10 Mạch phát xung SPWM sau khi thi công.

Hình 4.11 Mạch nghị h ưu sau khi thi ông.

Mạch phát xung SPWM có nhiệm vụ cung cấp 6 xung SPWM để điều khiển mạch nghịch lưu, sử dụng điện áp 400VDC từ mạch BOOST Các xung điều khiển này từ mạch phát xung SPWM sẽ tạo ra điện áp 3 pha (U, V, W) ở ngõ ra, giúp cấp nguồn cho động cơ 3 pha hoạt động hiệu quả.

Lắp đặt hệ thống

ể dễ v n hành hệ thống và ơn giản hóa ho người sử dụng tiến hành lắp ặt các board mạch vào tủ iện.

4 2 1 Sơ đồ nối dây tủ đ ện

WEST MODE EAST MOTOR DC

Hình 4.12 Sơ ồ nối dây tủ iện.

4.2.2 Mạch đ ều khiển và mạch động lực đ ều khiển độn cơ

Hình 4.13 Mạ h iều khiển ộng ơ 3 pha ùng Contactor.

 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch đ ều khiển:

 Khi nhấn START sẽ cấp nguồn cho cuộn dây của contactor K, cấp nguồn

3 pha ho ộng ơ hoạt ộng ồng thời tiếp iểm phụ thường hở của conta tor K óng ại giúp uy trì òng iện qua cuộn dây.

 Khi nhấn STOP sẽ ngắt nguồn cấp cho cuộn ây onta tor K, ộng ơ ngừng.

Hình 4.15 Tủ iện iều khiển hệ thống.

 Giải thích hoạt động của tủ đ ện:

 Main Switch: Công tắc nguồn của toàn hệ thống

 MPPT Switch: Công tắc nguồn cho khối MPPT.

 Inverter Switch: Công tắc nguồn cho mạ h tăng p, nghị h ưu và mạch iều khiển ộng ơ.

KẾT QUẢ, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP

Kết quả hoạt động của mạch MPPT

Hình 5.1 Thông số iện áp pin mặt trời và acquy.

Hình 5.2 Thông số iện áp và dạng sóng PWM iều khiển sạc acquy

Khi iện áp pin mặt trời là 29.6V thì chân PWM bắt u ph t xung iều khiển sạc cho acquy, tích c c mức 0.

Dạng sóng PWM dùng để điều khiển sạc pin có điện áp 29.6V, trong khi điện áp khi sạc acquy là 28V Tần số sóng PWM là 2kHz (0.25ms/DIV và 5V/DIV), với độ rộng xung đạt 5.4%, đảm bảo điện áp trung bình ổn định.

Kết quả hoạt động của mạch BOOST

Hình 5.3 Dạng sóng PWM 40kHz từ PIC16F886.

Dạng súng PWM từ vi iều khiển PIC16F886 (5V/DIV, 10às/DIV).

Hình 5.4 Dạng sóng iều khiển kích 2 t ng MOSFET t n số 40kHz.

Hệ thống điều khiển sử dụng xung PWM ngược pha để điều khiển hai transistor MOSFET hoạt động luân phiên, giúp ngắt dẫn trong mỗi chu kỳ xung (10V/DIV, 10às/DIV) Khi không có tải, điện áp đầu ra của mạch BOOST đạt 400VDC như đã được thiết kế.

Kết quả hoạt động của mạch nghịch lưu

Hình 5.5 - a SPWM UP Hình 5.5 - b SPWM UN

Hình 5.5 - c SPWM VP Hình 5.5 - d SPWM VN

Hình 5.5 - e SPWM WP Hình 5.5 - f SPWM WN

Hình 5.5 Dạng sóng SPWM iều khiển PS22056.

Dạng sóng PWM t n số 100Hz (5V/DIV, 10ms/DIV) iều khiển 6 IGBT ó ộ rộng xung thay ổi theo hàm sin với t n số cố ịnh.

Hình 5.6 Dạng sóng trên tải.

Dạng sóng tại các ngõ ra U, V, W có hình dạng gần giống như sóng sin Tuy nhiên, để đảm bảo dạng sóng ngõ ra đạt chuẩn sóng sin, cần thiết phải bổ sung mạch lọc.

Hình 5.7 - a Dạng sóng thể hiện lệch pha UV.

Hình 5.7 - b Dạng sóng thể hiện lệch pha UW.

Hình 5.7 Dạng sóng thể hiện s lệch pha.

Dạng sóng o ở 2 pha thể hiện s lệch pha 120 o của 3 pha iện áp.

Hình 5.8 - a Dạng sóng iện áp dây UV.

Hình 5.8 - b Dạng sóng iện áp dây VW.

Hình 5.8 - c Dạng sóng iện áp dây WU.

Hình 5.8 Dạng sóng iện áp dây.

Ngày đăng: 22/12/2021, 06:01

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 2.9. Sơ ồ nguyên lý mạch nghịch  ưu u. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.9. Sơ ồ nguyên lý mạch nghịch ưu u (Trang 31)
Hình 2.14. Nguyên tắc tạo iện áp sin dùng xung răng ưa ạng ơn c. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.14. Nguyên tắc tạo iện áp sin dùng xung răng ưa ạng ơn c (Trang 35)
Hình 2.15. Sơ ồ nguyên lý mạch nghị ưu 3 pha ùng 6 ông tắc bán dẫn. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.15. Sơ ồ nguyên lý mạch nghị ưu 3 pha ùng 6 ông tắc bán dẫn (Trang 37)
Hình 2.18. Giản ồ thời gian hoạt ộng cả bộ biến t n iều biến ộ rộng xung. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.18. Giản ồ thời gian hoạt ộng cả bộ biến t n iều biến ộ rộng xung (Trang 44)
Hình 2.19. Pin năng  ượng mặt trời. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.19. Pin năng ượng mặt trời (Trang 45)
Hình 2.25. Cấu tạo bên trong của IC L298N. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.25. Cấu tạo bên trong của IC L298N (Trang 50)
Hình 2.36. Cấu tạo bên trong PS22056. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 2.36. Cấu tạo bên trong PS22056 (Trang 56)
Hình 3.7. Sơ - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.7. Sơ (Trang 66)
Hình 3.12. Sơ ồ nguyên lý khổi hiển thị. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.12. Sơ ồ nguyên lý khổi hiển thị (Trang 77)
Hình 3.13. Sơ ồ nguyên lý khổi nghị h  ưu. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.13. Sơ ồ nguyên lý khổi nghị h ưu (Trang 79)
Hình 3.14. Sơ ồ nguyên lý khối nguồn. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.14. Sơ ồ nguyên lý khối nguồn (Trang 80)
Hình 3.17. Lưu ồ iều khiển MPPT. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.17. Lưu ồ iều khiển MPPT (Trang 84)
Hình 3.20. Lưu ồ sạc acquy. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.20. Lưu ồ sạc acquy (Trang 89)
Hình 3.23. Lưu ồ iều khiển b ng tay. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.23. Lưu ồ iều khiển b ng tay (Trang 94)
Hình 3.25. Lưu ồ xử lý ngắt. - (Đồ án tốt nghiệp) thiết kế, chế tạo bộ nghịch lưu 3 pha ứng dụng công nghệ MTTP cho bộ sạc acquy
Hình 3.25. Lưu ồ xử lý ngắt (Trang 97)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w