sử dụng năng lượng từ máy phát điện một chiều dùng sức gió (01-2008) - đhbk tp.hcm

Sử Dụng Năng Lượng
Từ Máy Phát Điện Một Chiều
Dùng Sức Gió
SVTH: Nguyễn Cảnh
MSSV: 40200184
CBHD: ThS. Trần Công Binh
Bộ môn: Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
18/01/2008
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Yêu cầu
 Thiết kế bộ biến đổi công suất.
 Điều khiển để công suất nhận được từ gió là tối ưu.
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Trình tự thực hiện
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
 Chọn DSP TMS320F2812 để điều khiển.
 Thuật toán điều khiển ?
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:
10:
1512:
3010:
=
Δ
−

−
−
−−
−
−
V
kHzf
WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Lưu ý:
OFFON
ON
IN
OUT
IN
OUT
TT
T
D
D
D
I
I
D
D

V
V
+
=
−
=
−
=
1
1
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:
10:
1512:
3010:
=
Δ
−
−
−
−−
−
−
V
kHzf

WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Chu kỳ làm việc:
6,0285,0
1510
15
1230
12
maxmin
max
minmax
min
≤≤⇒
+
≤≤
+
⇒
+
≤≤
+
⇒
+
=
DD
VV

V
D
VV
V
VV
V
D
outin
out
outin
out
outin
out
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:
10:
1512:
3010:
=
Δ
−
−
−
−−
−

−
V
kHzf
WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Dòng điện ngõ ra:
AIAI
R
V
I
R
V
outout
out
out
out
1,184,0
4,14
15
4,14
12
min
max
min
min

≤≤⇔≤≤⇔≤≤
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:
10:
1512:
3010:
=
Δ
−
−
−
−−
−
−
V
kHzf
WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Dòng điện ngõ vào:
AIA

D
DI
I
D
DI
in
out
in
out
65,133,0
1
.
1
.
max
maxmax
min
minmin
≤≤⇔
−
≤≤
−
⇒
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:

10:
1512:
3010:
=
Δ
−
−
−
−−
−
−
V
kHzf
WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Cuộn cảm L
1
và L
2
:
mH
if
DV
L
mH

if
DV
L
Ls
in
Ls
in
71,10
084,0.20000
6,0.30
.
27,27
033,0.20000
6,0.30
.
2
maxmax
2
1
maxmax
1
==
Δ
≥
==
Δ
≥
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch CUK:

 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Mục tiêu cho CUK:
%1
20:
10:
1512:
3010:
=
Δ
−
−
−
−−
−
−
V
kHzf
WP
VV
VV
sw
đm
out
in
Tụ điện C
1
và C
2
:
()

F
fLVv
D
C
F
vfR
DV
C
soutout
Cs
out
μ
μ
1,2
20000.10.71,10.8).01,0(
285,01
8.
1
4,28
1,1.20000.4,14
6,0.15
.
23
2
2
min
2
1min
maxmax
1

=
−
=
Δ
−
≥
==
Δ
≥
−
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Kết quả mạch CUK:
-
L1
27,27mH
+
Vin
Vout
R load
C1
28,4uF
D1
M1
IRF640
V gate
0
C2
2,1uF
L2

10,71mH
0
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Thông số: L1 = 27,27mH L2 = 10,71mH
C1 = 28,4uF C2 = 2,1mH
OFFON
ON
IN
OUT
IN
OUT
TT
T
D
D
D
I
I
D
D
V
V
+
=
−
=
−
=
1
1

Lưu ý cho CUK:
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch kích MOSFET:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
GND_12V
PWM
ISO1
6N136
2
3
5
6
7
8
C2
102
R2
75
R1
1.8k
VCC_+12V
C1
472
U4A
MAX4426/SO

2
3 6
7
GND_12VGND_DSP
KICH MOSFET
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch hồi tiếp áp:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
VCC_-12V
+
-
OP-07
3
2
6
7
1
4
8
ADC
R2
1k
R3
10k
VCC_+12V
C1
104
GND
R1

10k
DO AP
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Sơ đồ mạch hồi tiếp dòng:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
VCC_-12V
C1
104
R1
1k
C/F
+
-
COM
J2
HALL sensor
1
2
3
4
R2 10k
VCC_+12V
ADC
GND
+
-
OP-07
3
2

6
7
1
4
8
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Kiểm tra mạch CUK:
 Thiết kế mạch biến đổi công suất.
Lý thuyết: V
in
= 10V D = 0,6 V
out
= 15V
Thực tế:V
in
= 10V D = 0,74 V
out
= 15V
Ổn định: D = 0,3 – 0,86 (theo thiết kế: 0,285 – 0,6)
Đánh giá: chu kỳ làm việc D: sai số 23%
-Nguồn cấp 10 V
-Tải là bóng đèn 24V – 10W
- Kích MOSFET để áp ra 15 V
1. Xác định vị trí kích này?
2. Kích ở các vị trí khác, tìm khoảng ổn định của mạch?
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Dùng DSP TMS320F2812 để điều khiển.
Hỗ trợ của DSP F2812:

 Tốc độ xử lý: 150 MHz
 ADC: có 16 kênh (12bit)
 Xuất nhập (I/O): có 56 chân
 QEP: 2
 Timer: 4
 CPU: C28x
 Flash: 256kB
 1 Timer để tạo xung PWM
 1 Timer để đếm xung encoder
 5 ADC:
 2 ADC đo áp,
 2 ADC đo dòng,
 1 ADC điều khiển trên biến trở
Sử dụng cho điều khiển:
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thuật toán điều khiển ?
Quan hệ công suất nhận và tốc độ cánh quạt:
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
1. Khảo sát công suất nhận từ nguồn năng lượng gió:
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
1. Khảo sát công suất nhận từ nguồn năng lượng gió:
0.844440.0200.009430.013500.69832129.0
0.807330.0270.018730.021510.87072175.5
0.762150.0450.074670.076451.06569190.5
0.707450.0750.193650.134411.55140321.0

0.641270.1530.214010.104332.05446390.0
0.577530.1850.274070.099322.70930460.5
0.525760.2250.226390.084282.82628483.0
0.459340.1830.191280.062663.30886555.0
0.328210.1600.148000.038853.86252603.0
0.244440.0050.100010.023814.23751628.5
0.000000.0000.064880.016614.15555637.5
DutyV
out
(V)P
in
(W)I
in
(A)V
in
(V)
Vận tốc (rpm)
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
2. Khảo sát công suất nhận từ nguồn năng lượng cơ:
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
2. Khảo sát công suất nhận từ nguồn năng lượng cơ:
0.840290.786861.229430.406994.71985957.0
0.763861.437801.439840.346215.14799964.5
0.706471.803371.715330.295145.627301015.5
0.621731.891141.716890.234366.503441081.5
0.584861.737531.901060.163236.530111093.5

0.533821.594431.206440.143507.071601120.5
0.467641.204931.049040.092437.364781128.0
0.401950.706000.557920.065487.584821147.5
0.325520.245000.515070.063928.102071179.0
0.252990.023000.510570.078017.695731135.5
DutyV
out
(V)P
in
(W)I
in
(A)V
in
(V)
Vận tốc (rpm)
Trình tự thực hiện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
 Thử nghiệm, kết quả, đánh giá.
3. Điều khiển tối ưu công suất tự động:
Trình tự thực hiện
Hệ thống đã xác định và làm việc tại điểm công suất vào tốt nhất tại:
Vận tốc 1081 rpm - Duty 0,62
Cảm ơn Hội đồng
và các bạn đã theo dõi
SVTH: Nguyễn Cảnh
MSSV: 40200184
CBHD: ThS. Trần Công Binh
Bộ môn: Thiết bị điện
Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
18/01/2008