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 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 1.1 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.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. 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.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 .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 do an 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 30F4011.5 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. Nguồn tài liệu từ internet, thư viện trường ĐHSP Kỹ Thuật TPHCM… Phƣơng tiện nghiên cứu: Máy tính cá nhân.
Trang 5 do an 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.
Chƣơng 5 : Kết quả - kết luận - hƣớng phát triển Kết luận. Hướng phát triển. Trang 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths. Trƣơng Thị Bích Ngà CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trang 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.
Trƣơng Thị Bích Ngà 2.1 BỘ LƢU ĐIỆN ACCU : 2.1 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 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 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths.
Trƣơng Thị Bích Ngà Hình 2.1 :Mô phỏng 2 bản cực Accu axit 2. 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 do an 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.