Hướng dẫn thiết kế và thi công bộ biến đổi nguồn DC-AC một pha 5 bậc sử dụng pin mặt trời

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện-Điện tử
• Đề tài: Thiết kế và thi công bộ biến đổi nguồn DC-AC một pha 5 bậc sử dụng pin mặt trời
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích và mục tiêu của đề tài
• 1.3. Điểm mới của đề tài
• 1.4. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu tổng quát
• 2.2. Giới thiệu hệ thống pin năng lượng mặt trời
• 2.3. Pin mặt trời
• 2.4. Bộ tích trữ điện (Acquy)
• 2.5. Khái niệm về bộ nghịch lưu áp
• 2.6. Phân loại bộ nghịch lưu áp
• 2.7. Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc
• 2.7.1. Dạng diode kẹp NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter)
• 2.7.2. Dạng dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter)
• 2.7.3. Cấu trúc dạng ghép tầng (Cascade Inverter)
• 2.8. Cấu trúc của bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng Cascade
• 2.9. Bộ nghịch lưu áp cầu 1 pha
• 2.10. Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng ghép tầng (cascade)
• 2.11. Tìm hiểu về card DSP TMS320F28335
• 2.11.1. Giới thiệu về Card DSP TMS320F28335
• 2.11.2. Cấu trúc phần cứng
• 2.11.3. Các khối module cơ bản
• 2.12. Giới thiệu về CARD TMS320F28379D
• 2.12.1. Cấu trúc phần cứng CARD TMS320F28379D
• 2.13. Tóm tắt – tổng kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN CỨNG
• 3.1. Mạch nguồn ổn áp DC
• 3.2. Mạch xung kích driver
• 3.3. Mạch công suất IGBT
• 3.4. Mạch tăng áp DC/DC
• 3.4.1. Thiết kế mạch boost
• 3.4.2. Tổng quan về mô hình
• 3.4.3. Mạch nguồn cung cấp cho mạch tăng áp
• 3.4.4. Mạch kích cho mạch tăng áp
• 3.4.6. Mạch đặt card TMS320F28379D
• 3.5. Bộ điều khiển năng lượng mặt trời
• 3.6. Mô hình toàn hệ thống
• 3.8. Tóm tắt – Tổng kết chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
• 4.1. Giới thiệu phần mềm
• 4.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm
• 4.3. Các khối chức năng hỗ trợ Card F28335
• 4.4. Viết chương trình test Card F28335
• 4.5. Kiểm tra kết nối với Card F28339D
• 4.6. Thư viện hỗ trợ TMS320F28379D
• 4.7. Tiến hành kết nối thử
• 4.8. Chương trình điều khiển điện áp mạch boost nhúng cho Card DSP28379D
• 4.9. Chương trình điều khiển nghịch lưu 1 pha 5 bậc nhúng cho Card DSP28335
• 4.10. Chương trình điều chế xung trên Simulink
• 4.11. Cách lấy các khối trong chương trình trên Silmulink
• 4.12. Tóm tắt tổng kết chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THỰC TẾ VỚI TẢI ĐÈN
• 5.1. Kết quả mô phỏng điều khiển điện áp mạch boost
• 5.2. Các tham số mô phỏng của Chương trình điều khiển điện áp mạch boost nhúng cho Card DSP28379D
• 5.3. Kết quả mô phỏng chương trình mô phỏng điều khiển điện áp mạch boost
• 5.4. Kết quả chương trình điều khiển nghịch lưu một pha 5 bậc nạp cho Card DSP F28335
• 5.5. Các tham số mô phỏng điều khiển nghịch lưu một pha 5 bậc
• 5.6. Mô hình mạch nghịch lưu một pha 5 bậc mô phỏng trên Matlab
• 5.7. Kết quả mô phỏng
• 5.8. Kết quả thực tế
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Thiết kế bộ biến đổi DC AC

Phần này tập trung vào thiết kế bộ biến đổi DC-AC 1 pha 5 bậc, sử dụng năng lượng mặt trời. Bộ biến đổi DC-AC được thiết kế để chuyển đổi điện áp một chiều (DC) từ pin mặt trời thành điện áp xoay chiều (AC) phù hợp với các tải công nghiệp. Cấu trúc bộ biến đổi DC-AC 5 bậc được lựa chọn nhờ khả năng tạo ra điện áp đầu ra chất lượng cao, giảm thiểu nhiễu và tăng hiệu suất chuyển đổi. Thiết kế inverter bao gồm việc lựa chọn linh kiện như IGBT, tụ điện và diode, cùng với việc sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế.

1.1. Cấu trúc bộ biến đổi DC AC 5 bậc

Bộ biến đổi DC-AC 5 bậc sử dụng cấu trúc ghép tầng (cascade) để tạo ra điện áp đầu ra với 5 mức điện áp khác nhau. Cấu trúc này giúp giảm thiểu sóng hài và cải thiện chất lượng điện áp đầu ra. Inverter 5 bậc được thiết kế với các module công suất IGBT, mạch kích và mạch điều khiển DSP. Việc sử dụng card DSP TMS320F28335 và TMS320F28379D giúp tăng độ chính xác và tốc độ điều khiển. Mô phỏng trên Matlab cho thấy dạng sóng điện áp đầu ra ổn định và phù hợp với các tải công nghiệp.

1.2. Mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế

Phần mềm Matlab được sử dụng để mô phỏng bộ biến đổi DC-AC 1 pha và tối ưu hóa thiết kế. Các thông số như điện áp đầu vào, dòng điện và tần số được điều chỉnh để đạt hiệu suất tối đa. Thiết kế inverter được kiểm tra thông qua mô phỏng để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy. Kết quả mô phỏng cho thấy dạng sóng điện áp đầu ra gần như hình sin, phù hợp với các ứng dụng công nghiệp.

II. Thi công bộ biến đổi DC AC

Phần này mô tả quá trình thi công bộ biến đổi DC-AC 1 pha 5 bậc. Thi công inverter bao gồm việc lắp ráp các module như mạch nguồn, mạch kích, mạch công suất và mạch điều khiển. Bộ biến đổi DC-AC được thi công với các linh kiện chất lượng cao như IGBT, tụ điện và diode. Hệ thống năng lượng mặt trời được tích hợp để cung cấp nguồn điện một chiều cho bộ biến đổi. Quá trình thi công được kiểm tra và đánh giá để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống.

2.1. Lắp ráp các module

Các module của bộ biến đổi DC-AC được lắp ráp bao gồm mạch nguồn, mạch kích và mạch công suất. Mạch nguồn sử dụng IC ổn áp 7815 và 7905 để cung cấp điện áp ổn định cho các module khác. Mạch kích được thiết kế để điều khiển các IGBT trong mạch công suất. Mạch công suất sử dụng IGBT 25N120NTD để chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều. Quá trình lắp ráp được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy.

2.2. Kiểm tra và đánh giá

Sau khi lắp ráp, bộ biến đổi DC-AC được kiểm tra và đánh giá thông qua các thử nghiệm thực tế. Inverter 1 pha được kết nối với tải đèn để kiểm tra dạng sóng điện áp đầu ra. Kết quả thử nghiệm cho thấy dạng sóng điện áp đầu ra ổn định và phù hợp với các tải công nghiệp. Hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp nguồn điện một chiều ổn định, đảm bảo hiệu suất hoạt động của bộ biến đổi.

III. Ứng dụng năng lượng mặt trời

Phần này tập trung vào việc ứng dụng năng lượng mặt trời trong bộ biến đổi DC-AC. Hệ thống năng lượng mặt trời được sử dụng để cung cấp nguồn điện một chiều cho bộ biến đổi. Pin mặt trời được lựa chọn dựa trên hiệu suất và khả năng cung cấp điện áp ổn định. Bộ tích trữ điện (acquy) được sử dụng để lưu trữ năng lượng dư thừa và cung cấp điện khi không có ánh sáng mặt trời. Công nghệ năng lượng tái tạo được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

3.1. Hệ thống pin mặt trời

Hệ thống pin mặt trời được thiết kế để cung cấp nguồn điện một chiều cho bộ biến đổi DC-AC. Pin mặt trời được lựa chọn dựa trên hiệu suất và khả năng cung cấp điện áp ổn định. Hệ thống năng lượng mặt trời bao gồm các tấm pin, bộ điều khiển sạc và bộ tích trữ điện. Pin mặt trời chuyển đổi quang năng thành điện năng, cung cấp nguồn điện một chiều cho bộ biến đổi.

3.2. Bộ tích trữ điện

Bộ tích trữ điện (acquy) được sử dụng để lưu trữ năng lượng dư thừa từ hệ thống năng lượng mặt trời. Acquy cung cấp điện khi không có ánh sáng mặt trời, đảm bảo tính liên tục của hệ thống. Bộ tích trữ điện được thiết kế với các thông số phù hợp để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống. Công nghệ năng lượng tái tạo được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.