hệ thống tự động điều chỉnh pin năng lượng mặt trời dùng ARM STM32
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.34 MB, 62 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
LỜI CAM ĐOAN
------------
Em xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong đồ án tốt nghiệp này là các
kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng em với sự hướng dẫn của thầy
giáo Ths. Phạm Đức Khẩn, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu nào của các tác
giả khác.
Nội dung nghiên cứu có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các
nguồn tài liệu đã được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo.
Nếu sai em xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
MỤC LỤC
CHƢƠNG I ..............................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI .............................................................................................................3
1.1. Vai trò của pin năng lƣợng mặt trời.......................................................................3
1.2. Cấu tạo và nguyên lý ho ạt động của pin mặt trời ...............................................5
1.2.1. Cấu tạo ....................................................................................................................5
1.2.2. Nguyên lý hoạt động ..............................................................................................6
1.3. Phƣơng pháp ghép nối các tấm pin năng lƣợng mặt trời ..................................6
1.3.1. Ghép nối tiếp các module mặt trời .....................................................................7
1.3.2. Ghép song song các module mặt trời .................................................................7
1.3.3. Hiện tượng “điểm nóng” .....................................................................................8
1.4. Hệ thống nguồn pin năng lƣợng mặt trời ..............................................................9
1.5. Bộ lƣu giữ năng lƣợng............................................................................................. 10
CHƢƠNG II ......................................................................................................................... 11
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODUL PIN NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI .......................................................................................................... 11
2.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 11
2.2. Một số phƣơng thức sử dụng trong điều hƣớng pin mặt trời ........................ 11
2.2.1. Giới thiệuchung ................................................................................................... 11
2.2.2. Đặc điểm hệ thống điều hướng pin mặt trời.................................................... 12
2.2.3. Phương pháp thiết kế.......................................................................................... 12
2.3.Mạch điều khiển ........................................................................................................ 15
2.3.1. Giới thiệu về dòng vi điều khiển STM32 .......................................................... 15
2.3.2.Thông số kỹ thuật củaSTM32.............................................................................. 17
2.4. Quang trở................................................................................................................... 18
2.4.1. Nguyên lý làm việc .............................................................................................. 19
2.4.2. Một số ứng dụng của quang trở ........................................................................ 20
2.5. Động có bƣớc............................................................................................................. 21
2.5.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 21
2.5.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................... 22
2.5.3. Phân loại .............................................................................................................. 22
CHƢƠNG III: ...................................................................................................................... 27
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ VIẾT CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ......... 27
3.1. Thiết kế mạch điều khiển ....................................................................................... 27
3.1.1. Mạch điều khiển .................................................................................................. 27
3.1.1.1. Yêu cầu chung và phần mềm thiết kế mạch điều khiển ............................... 27
3.1.1.2. Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí làm việc ........................................................... 28
3.1.2. Mạch driver điều khiển động cơ bước .............................................................. 32
3.2. Viết chƣơng trình điều khiển ................................................................................ 35
3.2.1. Hướng dẫn tạo project mới ................................................................................ 35
3.2.2. Lưu đồ thuật toán ................................................................................................ 44
3.2.3. Chương trình điều khiển..................................................................................... 45
3.3. Mô hình thực nghiệm .............................................................................................. 53
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
MỞ ĐẦU
Năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã và đang được cả thế giới
quan tâm nghiên cứu và sử dụng. Trên thế giới, các nước phát triển đã có rất nhiều ứng
dụng trong đời sống và trong công nghiệp để thu được các nguồn năng lượng này. Với
ưu điểm là sẵn có, dồi dào, là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường, năng
lượng mặt trời đang là giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng khác đang ngày
cạn kiệt trên Trái Đất. Tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam việc sử
dụng năng lượng mặt trời đã được quan tâm và khích lệ, tuy nhiên những ứng dụng
còn rất hạn chế.
Với mong muốn đưa những ứng dụng sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
được phổ biến và phát triển hơn nữa, đem những kiến thức đã học được áp dụng vào
thực tế sản xuất, vì vậy nhóm sinh viên chúng em đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu,
thiết kế và chế tạo hệ điều khiển định hướng pin mặt trời”..
Nội dung đề tài gồm 3 chương:
Chương I: Tổng quan về pin năng lượng mặt trời và hệ thống pin năng lượng
mặt trời
Chương II: Thiết kế hệ thống điều khiển bám cho modul pin năng lượng mặt trời
Chương III: Mô hình thực nghiệm và viết chương trình điều khiển
Sản phẩm làm ra là sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và triển khai thực tế trên
cơ sở làm việc theo nhóm. Đề tài là sự kết hợp giữa cơ điện tử, thiết kế kết cấu cơ khí,
chọn động cơ và thiết kế chế tạo mạch điều khiển, xây dựng phần mềm điều khiển và
lập trình.
Đây là sản phẩm đầu tiên của nhóm sinh viên chúng em nên không thể tránh khỏi
thiếu xót và hạn chế, chúng em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy
giáo, cô giáo và các bạn.
Chúng em xin cảm ơn Thầy Ths.Phạm Đức Khẩn, cùng các thầy cô trong bộ
môn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài này, chúng em
cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo bộ môn đã tạo mọi điều kiện làm việc cũng
như các trang thiết bị cần thiết giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian qua.
Mục đích nghiên cứu của đề tài:
+ Tìm hiểu cơ bản về hệ thống nguồn năng lượng mặt trời, những lợi ích mà hệ thống
mang lại.
+ Thiết kế thành công hệ thống điều khiển bám cho module pin năng lượng mặt trời.
Đối tƣợng nghiên cứu:
+ Các hệ thống năng lượng mặt trời tự xoay.
1
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
+ Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động cơ khí cho dàn đỡ pin mặt trời có khả năng tự xoay
theo góc điều khiển.
+ Mô hình thực tế.
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết:
+ Dựa trên cơ sở lý thuyết tính toán về sức bền, chi tiết máy, bài toán vị trí, động học,
động lực học…để thiết lập công thức tính toán chung cho hệ dẫn động của hệ thống
dàn xoay.
+ Nghiên cứu lập trình trên phần mềm Keil C cho vi điểu khiển ARM STM32 và vẽ
mạch trên phần mềm Altium.
- Nghiên cứu thực nghiệm:
+ Khảo sát quy luật chuyển động của mặt trời tại một số vị trí địa lý của Việt Nam
theo các mùa.
+ Thiết kế và thực hiện thí nghiệm so sánh hiệu quả dàn pin tự xoay so với dàn cố
định.
+ Chế tạo mô hình thực nghiệm cho dàn tự xoay.
Ý nghĩa của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học:
+ Xây dựng cơ sở khoa học về việc chế tạo dàn năng lượng tự xoay.
+ Chứng minh hiệu quả của việc ứng dụng dàn năng lượng tự xoay vào sinh hoạt nói
riêng cũng như góp phần cải thiện môi trường, đẩy mạnh nguồn tài nguyên mới nói
chung.
- Ý nghĩa thực tiễn:
+ Việc sử dụng thiết bị năng lượng mặt trời vào sinh hoạt hàng ngày có ý nghĩa rất lớn
trong việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
+ Mở một hướng đi mới trong công cuộc khai thác các tài nguyên thiên nhiên sẵn có
để phục vụ con người.
Hải Dương, Ngày 18 Tháng 08 Năm 2017
Sinh viên thực hiện
Lê Ngọc Tuấn
2
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI
1.1. Vai trò của pin năng lƣợng mặt trời
Năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng lượng sạch và vô tận mà thiên nhiên
ban tặng cho con người. Một trong những kỹ thuật sử dụng năng lượng mặt trời là sản
xuất điện năng – điện Mặt Trời. Để sản xuất điện mặt trời người ta thường sử dụng hai
công nghệ: Công nghệ Mặt Trời và công nghệ pin Mặt Trời.
Trong công nghệ nhiệt mặt trời người ta thường sử dụng hệ thống gương hội tụ
để thu năng lượng mặt trời tạo thành các nguồn nhiệt có mật độ năng lượng cao và do
đó có nhiệt lượng rất cao, có thể làm bốc hơi nước ở nhiệt độ và áp suất lớn. Hơi sinh
ra với áp suất lớn sẽ làm quay các tuabin để sản xuất điện năng.
Công nghệ pin mặt trời là thiết bị sử dụng trực tiếp biến đổi năng lượng mặt trời
thành năng lượng điện nhờ vào các tế bào quang điện. Pin mặt trời rất đơn giản, không
có phần chuyển động, không cần đòi hỏi chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên như
những hệ thống khác, đặc biệt không ô nhiễm môi trường nên đã được quan tâm
nghiên cứu, phát triển và ứng dụng ngày càng mạnh mẽ vào khoa học kỹ thuật cà cuộc
sống.
Ngày nay, con người đã sử dụng loại điện năng này để ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực như sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời,
chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, bình nước
nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời... Để thu năng lượng mặt trời,
cách phổ biến nhất là sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời.
Công nghệ năng lượng mặt trời có 2 hình thức hoạt động, hoặc thụ động, hoặc
chủ động tùy thuộc vào cách chúng ta nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng
mặt trời. Kỹ thuật năng lượng mặt trời chủ động bao gồm việc sử dụng các tấm quang
điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng. Còn kỹ thuật năng
lượng mặt trời thụ động có thể minh họa bằng việc hướng một tòa nhà về phía mặt
trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc ánh sáng phân tán và thiết kế
không gian lưu thông không khí tự nhiên trong ngôi nhà đó để khai thác một cách hiệu
quả lượng nhiệt thu được từ mặt trời. Dưới đây là một số ứng dụng thiết thực của pin
mặt trời:
3
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
* Xe điện:
Hình 1.1. Xe chạy bằng năng lượng mặt trời
Xe ô tô sử dụng năng lượng mặt trời thường được lắp một số tấm năng lượng mặt
trời ở trên mui xe. Xe sử dụng 4 tấm pin mặt trời, mỗi tấm có công suất 110W và sạc
đầy trong 6 tiếng. Mỗi lần sạc đầy xe có thể chạy khoảng 30 km và đạt tốc độ 20km/h..
Người lái xe có thể theo dõi lượng năng lượng tiêu hao và lượng năng lượng mặt trời
thu được qua các loại đồng hồ đo lắp trên xe.
* Sân vận động năng lượng mặt trời:
Hình 1.2. Sân vận động sử dụng năng lượng mặt trời
Sân vận động Verona’s Bentegoldi là khu phức hợp thể thao lớn nhất nước Ý có lắp
đặt hệ thống pin mặt trời. Hơn 13.000 tấm quang năng được lắp đặt tại sân vận động
này đã cung cấp trên 1 MegaWatt/năm cho nhu cầu sử dụng điện của sân vận động,
ước tính làm giảm phát thải CO2 trên 550 tấn/năm.
4
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
* Nhà máy điện mặt trời:
Hình 1.3. Nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời
Nhà máy được xây dựng chỉ trong 8 tháng với tổng kinh phí 679 triệu USD, gồm 2,5
triệu tấm pin mặt trời, bao phủ diện tích hơn 10,36km 2 . Công suất hoạt động của nó
lên tới 648 MW, đủ khả năng cấp điện cho 150.000 hộ gia đình.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
1.2.1. Cấu tạo
Một lớp tiếp xúc bán dẫn p – n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ
mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện trong gọi là pin mặt trời.
Pin mặt trời được sản xuất và ứng dụng phổ biến ngày này đó là nhờ vào khả
năng tuyệt vời mà nó mang lại cho môi trường khi mà năng lượng điện được sản xuất
ra bằng chính năng lượng mà tạo hóa đã ban cho con người – năng lượng mặt trời.
Hình 1.4. Pin năng lượng mặt trời
Pin mặt trời ngày nay chủ yêu được sản xuất từ vật liệu tinh thể bán dẫn Silic(Si)
có hóa trị IV. Đối với pin mặt trời làm từ tinh thể Si, khi được chiếu sáng thì điện thế
5
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
hở mạch giữa hai bản cực khoảng 0,55V, dòng đoản mạch của nó dưới bức xạ mặt trời
1000W/m2 khoảng 30mA/cm2
Một hướng khác nhằm nâng cao hiệu suất biến đổi quang điện của pin mặt trời là
thiết kế, chế tạo các pin gồm một số lớp tiếp xúc p – n để tăng cường khả năng hấp thụ
photon có năng lượng khác nhau trong phổ bức xạ mặt trời.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 1.5. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời
Khi chiếu sáng lớp tiếp xúc p – n dưới tác dụng của ánh sáng có bước sóng thích
hợp và cường độ đủ mạnh, các cặp điện tử - lỗ trống được tạo thành và do tác dụng
của điện trường tiếp xúc Etx nên các cặp tách ra và bị gia tốc về phía đối diện tạo ra
một suất điện động quang điện.
Nếu nối các đầu bán dẫn p và n bằng một dây dẫn thì trong dây dẫn sẽ xuất hiện
một dòng điện gọi là dòng quang điện và cho ở mạch ngoài một công suất hữu ích.
Suất điện động quang điện xuất hiên trong lớp tiếp xúc p – n khi chiếu sáng nó phụ
thuộc vào bản chất vật liệu tạo nên bán dẫn, nhiệt độ lớp tiếp xúc, cường độ bức xạ và
bước sóng của ánh sáng tác động.
1.3. Phƣơng pháp ghép nối các tấm pin năng lƣợng mặt trời
Như ta đã biết các mô đun pin mặt trời đều có công suất và hiệu điện thế xác đ ịnh
từ nhà sản xuất. Để tạo ra công suất và điện thế theo yêu cầu thì phải ghép nối nhiều
tấm môdun đó lại với nhau.
Có hai cách ghép cơ bản:
- Ghép nối tiếp các tấm modul sẽ cho điện áp ra lớn hơn.
- Ghép song song các tấm modul sẽ cho dòng điện ra lớn hơn
Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả
yêu cầu về điện áp và dòng điện.
6
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
1.3.1. Ghép nối tiếp các module mặt trời
Giả sử các module đều giống nhau, có đường đặc tính V-A cũng giống nhau, các
thông số dòng đoản mạch Isc, điện áp hở mạch Voc bằng nhau. Giả sử cường độ chiếu
sáng trên các tấm là đồng đều nhau. Khi ghép nối tiếp các tấm module này ta sẽ có:
Hình 1.6. Ghép nối tiếp hai modul pin mặt trời
Khi đó ta sẽ có:
I = I1 = I2 = Ii
V = V1 + V2 +…+ Vi = Vt
P = Vt .I
Trong đó:
+ I, P, V: là dòng điện, công suất và hiệu điện thế của cả hệ.
+ Ii, Vi: là dòng điện, hiệu điện thế của modul thứ i trong hệ.
1.3.2. Ghép song song các module mặt trời
Ở cách ghép này, ta cũng giả sử các module đều giống hệt nhau, có đường đặc
tính V-A cũng giống nhau, các thông số dòng đoản mạch ISC, điện áp hở mạch VOC
bằng nhau. Giả sử cường độ chiếu sáng trên các tấm là đồng đều nhau.
Hình 1.7. Ghép song song hai modul pin mặt trời
7
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Khi đó ta sẽ có:
V = V1 = V2 = Vi
I = I1 + I2 +…+ Ii = It
P = It .V
Trong đó:
+ I, P, V: là dòng điện, công suất và hiệu điện thế của cả hệ.
Ii, Vi: là dòng điện, hiệu điện thế của modul thứ i trong hệ
1.3.3. Hiện tượng “điểm nóng”
Xảy ra khi ta ghép nối các module không giống nhau, tức là khi các thông số
ISC, VOC, của các module pin khác nhau. Đây là hiện tượng tấm pin yếu hơn (tức là
pin kém chất lượng hơn so với các pin khác trong dàn hoặc khi nó bị che nắng trong
khi các pin khác trong dàn vẫn được chiếu sáng) sẽ hấp thụ hoàn toàn công suất điện
do các tấm pin khoẻ hơn phát ra và làm giảm công suất điện mạch ngoài. Phần năng
lượng điện tấm pin yếu nhận được từ tấm pin khoẻ hơn sẽ biến thành nhiệt, làm nóng
tấm pin này lên và có thể dẫn tới hư hỏng. Hiện tượng điểm nóng này chỉ xảy ra trên
các pin yếu hơn các pin khác trong hệ, dẫn tới sự hư hỏng hệ hay làm giảm đáng kể
hiệu suất biến đổi quang điện của hệ. Để tránh hiệu ứng điểm nóng này, khi thiết kế
phải ghép các tấm pin mặt trời cùng loại, có cùng các thông số đặc trưng trong một
dàn pin mặt trời. Vị trí đặt dàn phải tránh các bóng che do cây cối, nhà cửa hay các vật
cản khác trong những ngày có nắng cũng như bảo vệ tránh bụi bẩn phủ bám lên một
vùng nào đấy của tấm pin và có thể sử dụng các diode bảo vệ.
Hình 1.8.Diode nối song song với module để bảo vệ dàn pin mặt trời
Nhìn trên hình vẽ, giả sử pin Ci là pin yếu nhất được bảo vệ bằng diode phân cực
ngược chiều với dòng điện trong mạch mắc song song.Trong trường hợp hệ làm việc
bình thường, các pin mặt trời hoạt động ở điều kiện như nhau thì dòng trong mạch
không qua diode nên không có tổn hao năng lượng. Khi có sự cố xảy ra, vì một nguyên
8
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
nhân nào đó mà pin Ci bị che và bị tăng nhiệt độ, điện trở của Ci tăng lên, lúc này dòng
điện sẽ rẽ qua diode để tránh gây hư hỏng cho Ci. Thậm chí khi Ci bị hỏng hoàn toàn
thì hệ vẫn có thể tiếp tục làm việc.
1.4. Hệ thống nguồn pin năng lƣợng mặt trời
Hiện nay có hai công nghệ chế tạo nguồn điện Pin năng lượng mặt trời thông
dụng. Đó là hệ nguồn điện pin mặt trời và hệ nguồn độc lập. Trong hệ nguồn pin nối
lưới, điên năng một chiều từ dàn pin được biến đổi thành dòng điện xoay chiều và hòa
đồng bộ vào mạng lưới điện công nghiệp. Ưu điểm của loại nguồn này là không phải
sử dụng bộ tích trữ năng lượng gây tốn kém và ô nhiễm môi trường. Trong hệ nguồn
điện pin mặt trời độc lập, người ta thường sử dụng cho những vùng không có lưới điện
hoặc quy mô hộ gia đình. Công nghệ này phần lớn được ưu tiên sử dụng cho những
vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa bởi tính gọn nhẹ công suất phù hợp, điều khiển và
sử dụng dễ dàng. Trong giới hạn của đề tài chúng em xin nghiên cứu loại hệ nguồn pin
mặt trời độc lập.
Theo đó, một hệ nguồn năng lượng pin mặt trời độc lập được định nghĩa là một
hệ thống các thiết bị bao gồm dàn pin mặt trời, bộ tích trữ năng lượng, bộ biến đổi điện
và tải tiêu thụ.
Hình 1.9. Sơ đồ khối hệ nguồn pin mặt trời độc lập
Dàn pin mặt trời gồm một hoặc một số môdul pin mặt trời ghép song song, nối
tiếp hay hỗ hợp với nhau để có công suất điện, hiệu điện thế phù hợp với tải tiêu thụ.
Trong hệ thống nguồn điện pin mặt trời thì dàn pin có vai trò chủ đạo và chiếm đến
60% tổng chi phí đầu tư. Dàn pin nhận ánh sáng mặt trời và biến đổi trực tiếp thành
điện năng một chiều, điên năng này một phần được sử dụng trực tiếp cho tải tiêu thụ,
một phần được tích trữ năng lượng nhờ bộ tích trữ sau đó được biến đổi thành điện
xoay chiều.
Bộ tích trữ năng lượng có vai trò quan trọng khi mà các tải tiêu thụ cần có năng
lượng cung cấp một cách liên tục hoặc vào các thời điểm không có nắng.
9
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Năng lượng mà pin mặt trời thu được không ổn định vì thế để có thể ổn định điện
áp hay kiểm soát quá trình nạp điện cho ắc quy thì người ta phải chế tạo bộ điều phối
năng lượng. Bộ điều phối này có thể tự động nạp cho ắc quy khi ắc quy thiếu điện và
tự động dừng nạp khi ắc quy đầy tránh hiện tượng nổ hoặc ảnh hưởng tới tuổi thọ của
ắc quy.
Các thiết bị sử dụng trong sinh hoat chủ yếu là các thiết bị điện xoay chiều, vì thế, để
có thể sử dụng chúng từ nguồn điện một chiều thu được chúng ta phải sử dụng một
thiết bị biến đổi điện năng từ một chiều thành xoay chiều hay còn gọi là bộ nghịch lưu
điện áp (inverter).
1.5. Bộ lƣu giữ năng lƣợng
Hệ quang điện làm việc độc lập cần phải có khâu lưu giữ điện năng để có thể phục vụ
cho tải trong những thời gian thiếu nắng, ánh sáng yếu hay vào ban đêm. Có nhiều
phương pháp lưu trữ năng lượng trong hệ PV.Phổ biến nhất vẫn là sử dụng ắc quy để
lưu trữ năng lượng.Ắc quy là thiết bị điện hoá, tồn trữ dưới dạng hoá năng và khi có
phụ tải sử dụng đấu nối vào, hoá năng được giải phóng dưới dạng điện năng. Bộ ắc
quy giúp lưu giữ điện năng chưa sử dụng và sẽ cung cấp cho bộ biến đổi DC/AC trong
trường hợp khí hậu xấu, trời nhiều mây mưa không cung cấp đủ ánh sáng. Bộ ắc quy
cũng đồng thời trực tiếp cung cấp điện một chiều cho các thiết bị sử dụng điện một
chiều. Cấu tạo của ắc quy 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.
Có hai loại ắc quy thông dụng là ắc quy chì - axit và ắc quy kiềm.
10
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
CHƢƠNG II
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO MODUL PIN NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI
2.1. Đặt vấn đề
Trong hệ nguồn pin mặt trời, thành phần quan trọng nhất là dàn pin. Tùy thuộc
vào công suất của hệ, dàn pin có thể có diện tích chỉ khoảng 0,5m2 nhưng cũng có thể
có diện tích đến hàng chục hay hàng trăm m2 . Với pin mặt trời tinh thể silic hiện nay
thì một panel pin công suất khoảng 100W có diện tích 1m2.
Việc định hướng pin mặt trời là công việc cần được quan tâm đặc biệt vì nó ảnh
hưởng trực tiếp đến điện năng do dàn pin phát ra hàng ngày.
Như chúng ta đã biết, Trái Đất phải thực hiện cùng một lúc hai chuyển động, một
chuyển động quanh chính trục của nó và một chuyển động xung quanh mặt trời. Vì
vậy, từ Trái Đất ta có thể coi Mặt Trời “chuyển động” hàng ngày trên bầu trời từ Đông
sang Tây và lệch theo hướng Bắc – Nam so với đường xích đạo theo một đường hình
sin, đạt vị trí cực Bắc ở vĩ độ 23,45 vào ngày Hạ Chí (21-6) và đạt vị trí cực Nam ở vĩ
độ -23,45 vào ngày Đông Chí (21-12) hàng năm. Do vậy phương của mặt trời so với
một mặt cố định nào đó đặt trên mặt đất biến thiên liên tục và phức tạp.
Về mặt lí thuyết để thu được năng lượng mặt trời một cách triệt để, tức là làm
cho lượng bức xạ mặt trời chiếu vào dàn pin là tối đa ở mọi thời điểm trong ngày thì ta
phải làm cho dàn pin luôn hướng về mặt trời. Muốn vậy dàn pin phải quay theochuyển
động của mặt trời.
Một hệ thống có thể tự động định hướng pin mặt trời như vậy được gọi là hệ
thống điều khiển bám cho modul pin năng lượng mặt trời.
2.2. Một số phƣơng thức sử dụng trong điều hƣớng pin mặt trời
2.2.1. Giới thiệuchung
Một bảng điều khiển năng lượng mặt trời nhận được đầy đủ ánh sáng mặt trời khi nó
chiếu tia sáng mặt trời vuông góc với tấm pin năng lượng, nhưng ánh sáng mặt trời có
hướng thay đổi thường xuyên theo giờ và với các mùa thay đổi thời tiết. Hiện nay, hầu
hết các tấm pin mặt trời được cố định, tức là các mảng năng lượng mặt trời có một
hướng cố định trên bầu trời và không chuyển theo hướng ánh nắng mặt trời. Để tăng
đơn vị diện tích chiếu sáng của ánh sáng mặt trời trên các tấm pin mặt trời, chúng ta
thiết kế một hệ thống định hướng theo mặt trời. Cơ chế thiết kế giữ bảng điều khiển
năng lượng mặt trời và cho phép bảng điều khiển thực hiện theo dõi sự chuyển động
của mặt trời vào ban ngày và cải thiện thế hệ điện tổng thể. Hệ thống này có thể đạt
được sự tập trung năng lượng chiếu sáng tối đa nhằm đạt hiệu suất cao nhất.
11
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
2.2.2. Đặc điểm hệ thống điều hướng pin mặt trời
Do hệ thống pin mặt trời tập trung chỉ có khả năng hấp thụ các tia sáng trực tiếp,
nên đòi hỏi phải có bộ phận hướng nắng (solar tracker) đi kèm để tăng hiệu suất hấp
thụ ánh sáng mặt trời. Có hai hình thức cơ bản để hệ thống định hướng theo mặt trời
đó là hướng chủ động và hướng bị động:
- Hướng đi của mặt trời là di chuyển từ hướng đông sang hướng tây luôn cố định do đó
hệ thống hoạt động theo hướng bị động được áp dụng bằng cách tính toán khoảng thời
gian trong ngày mà điều khiển hệ thống sao cho vị trí đó là góc hướng mặt trời chiếu
vào tấm pin năng lượng là tốt nhất.
- Hình thức hướng chủ động của một hệ thống là nó có khả năng dò được vị trí ánh
sáng đâu là mạnh nhất, bất kể ngày hay đêm mà hệ thống có thể xác định được.
Ngoài ra có thể áp dụng cả hai hình thức vào cùng một hệ thống sao cho hiệu
suất hoạt động ổn định hiệu quả nhất.
Hình 2.1.Hướng và góc mặt trời để điều khiển
2.2.3. Phương pháp thiết kế
Mặt trời di chuyển từ hướng đông sang hướng tây. Để thu nhận được năng lượng
điện tối đa từ tấm pin năng lượng mặt trời ta phải tập trung tối đa cường độ ánh sáng
chiếu trên bề mặt tấm pin năng lượng. Việc hấp thụ ánh sáng của một tấm pin năng
lượng mặt trời phụ thuộc vào vị trí góc của nó so với ánh nắng mặt trời. Một tấm pin
mặt trời phải luôn vuông góc 90 độ so với ánh nắng mặt trời để được mức năng lượng
tối đa, được thực hiện bằng cách sử dụng một hệ thống theo dõi.
12
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Có nhiều phương pháp để thiết kế hệ thống theo dõi đang tồn tại nhưng khác
nhau về độ tin cậy của hệ thống, chi phí và độ chính xác. Một hệ thống theo dõi thông
minh cần phải được lựa chọn khôn khéo để đảm bảo rằng phương pháp lựa chọn là
làm tăng sản lượng điện nhận được thay vì giảm nó. Có vài loại hệ thống điều khiển
theo hướng năng lượng mặt trời, nhưng mỗi loại sử dụng những cơ chế chuyển động
theo hướng khác nhau:
- Hình thức định hướng bị động: Những hệ thống định hướng này không sử dụng động
cơ, thay vào đó lựa chọn cho hệ thống này có thể sử dụng hệ thống hóa học hay cơ khí.
Một ý tưởng cổ điển hiện nay ít được sử dụng là áp dụng nguyên lý giản nở nhiệt của
vật liệu như là một phương pháp để định hướng. Một tấm hợp kim sẽ được đặt hai bên
của hệ thống, khi ánh sáng mặt trời chiếu vào vuông góc với tấm pin năng lượng thì 2
bên của tấm hợp kim sẽ cân bằng. Khi mặt trời di chuyển, một trong hai bên của vật
liệu sẽ được làm nóng và gây ra giản nở về mặt cơ khí. Hệ thống sẽ xoay sao cho ánh
sáng cân bằng trên 2 tấm hợp kim. Ngoài ra có thể dùng phương pháp mất cân bằng áp
suất khí nén bên trong bình chất lỏng làm nghiêng bảng điều khiển từ bên này sang
bên kia dựa vào sức nóng của mặt trời. Những hệ thống định hướng bị động này thông
thường sử dụng ít năng lượng hoạt động hơn.Chi phí thiết kế ít tốn kém, yêu cầu bảo
trì bảo dưỡng ít hơn và hiệu suất hoạt động cũng tương đối.
- Hình thức theo dõi chủ động: Có hai loại chính cho hệ thống theo dõi là hệ thống
quang điện và hệ thống bộ vi điều khiển hay hệ thống máy tính. Hệ thống vi điều
khiển hay hệ thống máy tính là một sự kết hợp của điện trở, tụ điện, bộ khuếch đại,
cổng logic, diode và bóng bán dẫn được sử dụng để tạo thành một mạch so sánh và
mạch điều khiển. Ngõ ra của mạch so sánh sẽ được đưa vào mạch điều khiển để mở
nguồn cấp cho động cơ quay và thay đổi hướng sao cho nhận được nhiều ánh sáng
nhất làm cho bảng điều khiển tấm pin năng lượng được vuông góc với mặt trời.
- Hình thức theo dõi thời gian: Hình thức theo dõi độc đáo này hoạt động theo hướng
mặt trời nhưng không được chính xác hoàn toàn. Bộ theo dõi này chứa một bộ đếm
thời gian và một động cơ tương tự như bộ theo dõi chủ động bằng cách lập trình sẵn
khoảng thời gian trong ngày, góc quay và các yếu tố khác. Với hệ thống này, hoạt
động chưa thật sự tối ưu khi mà khoảng thời gian theo từng mùa trong năm và các năm
không giống nhau chính vì vậy việc tính toán các khoảng thời gian để điều khiển góc
quay sẽ thêm phức tạp và độ chính xác chưa cao. Những bộ theo dõi này thường chi
phí thấp, hoạt động một cách máy móc đã được định sẵn và cần phải được kiểm tra
định kì vào các mùa mỗi năm. Hình thức chung của hệ thống điều hướng pin mặt trời:
xoay 1 trục và xoay 2 trục.
Với hệ thống dàn xoay 1 trục thường được áp dụng đối với những vùng nằm
trong đường xích đạo của trái đất. Tức là mặt trời di chuyển từ hướng đông sang
13
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
hướng tây thẳng đứng so với mặt đất, vì vậy các tấm pin năng lượng được đặt sẽ được
chiếu vuông góc đạt hiệu quả tối đa hơn. Việc bố trí những dàn xoay này cần phải xem
xét để tránh những dàn xoay khác bị khuất bóng giảm hiệu suất làm tổn thất năng
lượng thất thoát và không gian mặt đất bố trí tránh bị lãng phí.Hệ thống dàn xoay 2
trục thường được áp dụng đối với những vùng nằm ở gần phía 2 cực của trái đất. Như
vậy góc quay của mặt trời sẽ không thẳng đứng nữa mà sẽ di chuyển theo một hình
vòng cung. Hệ thống dàn xoay 2 trục với hai bậc tự do hoạt động như trục quay. Trên
trục được cố định đối với mặt đất coi như là trục chính, trục được tham chiếu với trục
chính được gọi là trục thứ cấp.Bố trí thường phải xem xét góc che để tránh tổn thất
không cần thiết và tiết kiệm không gian bố trí mặt đất.
Hình 2.2. (a): Dàn xoay 1 trục, (b): Dàn xoay 2 trục
Đặc điểm của 2 phương pháp hệ thống định hướng dàn xoay 1 trục và 2 trục:
* Hệ thống định hướng dàn xoay 1 trục:
- Định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây bằng cách sử dụng một trục duy
nhất.
- Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 34%.
- Thiết kế đơn giản, hiệu quả, bảo dưỡng thấp.
- Chi phí thấp hơn so với trục kép.
- Giảm thấp khả năng hư hỏng.
* Hệ thống định hướng dàn xoay 2 trục:
- Định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây, và phía Bắc đến phía Nam bằng
cách sửdụng hai trục quay.
- Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời tới 37%.
- Thiết kế phức tạp hệ thống các cảm biến và điều khiển động cơ.
- Chi phí đầu tư cao hơn do các bộ phận bổ sung và thời gian lắp.
- Chi phí bảo trì cao hơn.
14
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
- Các bộ phận bổ sung thêm tăng thêm khả năng hư hỏng.
Dựa trên những phân tích, so sánh đặc điểm của 2 hệ thống trên đây, nhóm em
lựa chọn phương án hệ thống định hướng dàn xoay 1 trục.
Các nghiên cứu của thế giới đã chỉ ra hệ thống định hướng theo trục kép chỉ có
thể tăng thêm thêm 3% năng lượng so với trục đơn. Với chi phí thiết bị, chi phí bảo trì
cao hơn, và có thời gian ngừng để sửa chữa cao, hệ thống định hướng theo trục kép
thực tế có thể ít khả năng phát triển mạnh như loại một trục.
2.3.Mạch điều khiển
2.3.1. Giới thiệu về dòng vi điều khiển STM32
Những đặc điểm nổi trội của dòng ARM Cortex đã thu hút các nhà sản xuất IC,
hơn 240 dòng vi điều khiển dựa vào nhãn Cortex đã được giới thiệu. Không nằm ngoài
xu hướng đó, hãng sản xuất chip ST Microelectronic đã nhanh chóng đưa ra dòng
STM32. STM32 là vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do
hãng ARM thiết kế. Lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống
từng mang lại thành công vang dội cho công ty ARM.
ST đã đưa ra thị trường 4 dòng vi điều khiển dựa trên ARM7 và ARM9, nhưng
STM32 là một bước tiến quan trọng trên đường cong chi phí và hiệu suất
(price/performance), giá chỉ gần 1 Euro với số lượng lớn, STM32 là sự thách thức thật
sự với các vi điều khiển 8 và 16-bit truyền thống. STM32 đầu tiên gồm 14 biến thể
khác nhau, được phân thành hai dòng: dòng Performance có tần số hoạt động của CPU
lên tới 72Mhz và dòng Access có tần số hoạt động lên tới 36Mhz. Các biến thể STM32
trong hai nhóm này tương thích hoàn toàn về cách bố trí chân (pin) và phần mềm,
đồng thời kích thước bộ nhớ FLASH ROM có thể lên tới 512K và 64K SRAM.
Hình 2.3. Hình ảnh bộ kit STM32
15
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Một vài đặc điểm nổi bật của STM32:
* Sự tinh vi:
Thoạt nhìn thì các ngoại vi của STM32 cũng giống như những vi điều khiển
khác, như 2 bộ chuyển đổi ADC, Timer, I2C, SPI, CAN, USB và RTC. Tuy nhiên,
mỗi ngoại vi trên đều có những đặc điểm rất thú vị. Ví dụ như bộ ADC 12-bit có tích
hợp một cảm biến nhiệt độ để tự động hiệu chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều
mode chuyển đổi. Mỗi bộ timer có 4 khối capture compare, mỗi khối timer có thể liên
kết với các khối timer khác để tạo ra một mảng các timer tinh vi. Một timer cao cấp
chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ, với 6 đầu ra PWM với dead time lập trình được và
một đường break input sẽ buộc tín hiệu PWM sang một trạng thái an toàn đã được cài
đặt sẵn. Ngoại vi nối tiếp SPI có một khổi kiểm tổng CRC bằng phần cứng cho 6 và 18
word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD hoặc MMC.
STM32 có hỗ trợ thêm 7 kênh DMA (Direct Memory Access). Mỗi kênh có thể
được dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh ghi ngoại vi
đi với kích thước từ (word) liệu truyền đi có thể là 8/16 hoặc 32-bit. Mỗi ngoại vi có
thể có một bộ điều khiển ngoại vi DMA (DMA cotroller) đi kèm dùng để gửi hoặc đòi
hỏi dữ liệu như yêu cầu. Một bộ phân xử bus nội (bus arbiter) và ma trận bus (bus
matrix) tối thiểu hóa sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ liệu thông qua CPU (CPU data
access) và các kênh DMA. Điều đó cho phép đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ
dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển.
STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lượng thấp và đạt hiệu suất cao. Nó có
thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72Mhz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với tất
cả các khối bên trong vi điều khiển đều được hoạt động. Kết hợp với các chế độ tiết
kiệm năng lượng của Cortex.STM32 chỉ tiêu thụ 32μA khi ở chế độ standby. Một bộ
dao động nội RC 8Mhz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng
lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động. Khả năng nhanh đi vào và thoát
khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều sự tiêu thụ năng lượng tổng thể.
* Sự an toàn:
Ngày nay các ứng dụng hiện đại thường phải làm việc trong môi trường khắt khe,
đòi hỏi tính an toàn cao cũng như đòi hỏi sức mạnh xử lý và càng nhiều thiết bị ngoại
vi tinh vi. Để đáp ứng các yêu cầu khắt khe đó, STM32 cung cấp một số tính năng
phần cứng hỗ trợ các ứng dụng một cách tốt nhất.Chúng bao gồm một bộ phát điện áp
thấp, một hệ thống bảo vệ xung clock và hai bộ watchdogs.Bộ đầu tiên là một
watchdog cửa sổ.Watchdog này phải được làm tươi trong một khung thời gian xác
định.Nếu nhấn nó quá sớm hoặc quá muộn thì watchdog sẽ kích hoạt.Bộ thứ hai là một
watchdog độc lập, có bộ dao động bên ngoài tách biệt với xung nhịp hệ thống chính.
16
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Hệ thống bảo vệ xung nhịp có thể phát hiện lỗi của bộ dao động chính bên ngoài
(thường là thạch anh) và tự động chuyển sang dùng bộ dao động nội RC 8Mhz.
* Tính bảo mật:
Một trong những yêu cầu khắt khe khác của thiết bị hiện đại là nhu cầu bảo mật
mã chương trình để ngăn chặn sao chép trái phép phần mềm. Bộ nhớ Flash của
STM32 có thể được khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng debug. Khi tính
năng bảo vệ đọc được kích hoạt, bộ nhớ Flash cũng được bảo vệ chống ghi để ngăn
chặn mã không tin cậy được chèn vào bảng vector ngắt. Hơn nữa bảo vệ ghi có thể
được cho phép trong phần còn lại của bộ nhớ Flash. STM32 cũng có một đồng hồ thời
gian thực và một khu vực nhỏ dữ liệu trên SRAM được nuôi nhờ nguồn pin. Khu vực
này có một đầu vào chống giả mạo, có thể kích hoạt một sự kiện ngắt khi có sự thay
đổi ở trạng thái đầu vào này. Ngoài ra một sự kiện chống giả mạo sẽ tự động xóa dữ
liệu được lưu trữ trên SRAM được nuôi bằng nguồn pin.
2.3.2.Thông số kỹ thuật củaSTM32
Chip ARM hiện nay được sử dụng phổ biến trên thế giới với số lượng thiết bị lên
tới hàng tỷ thiết bị, với cầu hình cao và giá thành rẻ nhưng vẫn đáp ứng được những
yêu cầu khắt khe trong dân dụng và công nghiệp kit STM32 là thiết bị không thể thiếu
cho những kỹ sư, sinh viên muốn nghiên cứu về lập trình.
Hình 2.4. Cấu trúc kit STM32
17
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
- Thông số kỹ thuật cơ bản của STM32:
+ Kit sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 nhân Cortex-M3.
+ Tốc độ: 72Mhz
+ Số chân: 48 chân
+ Flash: 64KB giúp bạn phát triển những ứng dụng nặng nề dùng OS nhúng
+ Ram: 20KB
+ Timer: 24bit & 16 bit.
+ Hỗ trợ nhiều loại bộ nhớ rời: NOR/ NAND FLASH, SRAM, PSRAM...
+ USB: 2.0, DMA
+ Kết nối: SPI, USART, I2C, I2S, CAN...
+ RTC độ chính xác cao, hỗ trợ lịch trong phần cứng.
+ Chip có cảm biến nhiệt độ.
+ Nhiều I/O hỗ trợ 5V không như các loại ARM khác trên thị trường chi sử dụng 3.3v.
HÌnh 2.5. Sơ đồ chân vi điều khiển STM32F103C8T6
- Ứng dụng:
+ Điều khiển động cơ.
+ Thiết bị cầm tay và thiết bị y tế.
+ Ứng dụng trong công nghiệp.
+ Inverters.
+ Hệ thống cảnh báo.
2.4. Quang trở
Điện trở quang hay quang trở, photoresistor, LDR (Light-dependent resistor,
tiếng Anh còn dùng cả từ photocell), là một linh kiện điện tử có điện trở thay đổi giảm
18
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
theo ánh sáng chiếu vào, đó là điện trở phi tuyến. Quang trở được dùng làm cảm biến
ánh sáng trong các mạch dò, như trong mạch đóng cắt đèn sáng tối, mạch điều hướng
pin mặt trời,…
Hình 2.6. Quang trở
2.4.1. Nguyên lý làm việc
Quang trở làm bằng chất bán dẫn trở kháng cao, và không có lớp tiếp giáp nào.Trong
bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ. Khi có ánh sáng, điện trở giảm xuống mức
vài trăm Ω. Hoạt động của quang trở dựa trên hiệu ứng quang điện trong khối vật chất.
Khi photon ánh sáng có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ làm bật electron khỏi phân tử,
trở thành tự do trong khối chất và làm chất bán dẫnthành dẫn điện. Mức độ dẫn điện
tuỳ thuộc số photon được hấp thụ.
Hình 2.7. Kí hiệu quang trở trong mạch
Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác nhau với bước sóng photon khác
nhau. Quang trở phản ứng trễ hơn diode quang, cỡ 10 ms, nên nó tránh được thay đổi
nhanh của nguồn sáng.
* Vật liệu:
- Sunfua cadmi (CdS) và selenua cadmi (CdSe) nhưng tại Châu Âu đang cấm dùng
Cadmi.
- Sunfua chì (PbS) và indi antimonit (InSb) được sử dụng cho vùng phổ hồng ngoại.
- Gecu là loại cảm biến dò hồng ngoại tốt nhất, được sử dụng trong thiên văn và vùng
quang phổ hồng ngoại.
*Thông số kỹ thuật quang trở:
19
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
- Max.Voltage 250 VDC.
- Max. Power: 200 mW.
- Giá trị đỉnh Spectrum: 540 nm.
- Kháng ánh sáng (10Lux): 10 ~ 20 (KΩ).
- Kháng Dark: 2 (MΩ).
- Nhiệt độ môi trường .: -30 ~ +70 0 C.
- Thời gian đáp ứng (ms):
+ Tăng: 30ms.
+ Giảm: 30ms.
2.4.2. Một số ứng dụng của quang trở
a. Mạch báo động:
Khi quang điện trở được chiếu sáng (trạng thái thường trực) có điện trở nhỏ, điện
thế cổng của SCR giảm nhỏ không đủ dòng kích nên SCR ngưng. Khi nguồn sáng bị
chắn, R tăng nhanh, điện thế cổng SCR tăng làm SCR dẫn điện, dòng điện qua tải làm
cho mạch báo động hoạt động.
Hình 2.8. Mạch báo động dùng quan trở
Người ta cũng có thể dùng mạch như trên, với tải là một bóng đèn để có thể cháy
sáng về đêm và tắt vào ban ngày. Hoặc có thể tải là một rơle để điều khiển một mạch
báo động có công suất lớn hơn.
20
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
b. Mạch tự động mở điện về đêm dùng điện AC:
Hình 2.9. Mạch tự động mở điện về đêm dùng điện AC
Ban ngày, trị số của quang điện trở nhỏ. Điện thế ở điểm A không đủ để mở Diac
nên Triac không hoạt động, đèn tắt. về đêm, quang trở tăng trị số, làm tăng điện thế ở
điểm A, thông Diac và kích Triac dẫn điện, bóng đèn sáng lên.
2.5. Động có bƣớc
2.5.1. Giới thiệu
Động cơ bước hay còn gọi là động cơ step là loại động cơ tạo ra chuyển động
quay khi có dòng điện chạy qua motor. Kích thước của động cơ bước lớn hay nhỏ tùy
vào công suất của chúng. Khác với động cơ DC thông thường, động cơ step chãy theo
từng bước đúng như tên gọi của chúng. Tuy nhiên, ta có thể bắt chúng chạy liên tục
như động cơ DC bằng cách áp dụng các dạng sóng điều khiễn thích hợp lên động cơ
bước. Phần sau mô tả một số loại động cơ bước thông dụng .
Hình 2.10. Động cơ bước
21
Đồ án tốt nghiệp
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
Động cơ bước được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển và đo lường.
Một vài ứng dụng đơn giản của động cơ bước như: XY table (CNC – close loop
control), boat loader (Furnace System), bơm lưu lượng,… Ngoài ra động cơ bước
(STEP) còn được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống máy từ đơn giản đến phức tạp,
yêu cầu độ chính xác cao. STEP có các đặc tính cơ bản sau:
- Brushlesss (không chổi than): STEP là loại động cơ không chổi than.
- Load Independent (độc lập với tải): động cơ bước quay với tốc độ ổn định trong tầm
moment của động cơ.
- Open loop positioning (điều khiển vị trí vòng hở): thông thường chúng ta có thể đếm
xung kích ở động cơ để xác định vị trí mà không cần phải có cảm biến hồi tiếp vị trí,
nhưng đôi khi trong những ứng dụng đòi hỏi tính chính xác cao STEP thường được sử
dụng kết hợp với các cảm biến vị trí như: encoder, biến trở,…
- Holding Torque (moment giữ): STEP có thể giữ được trục quay của nó, so với động
cơ DC không có hộp số thì moment giữ của STEP lớn hơn rất nhiều.
- Excellent Response (đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khi khởi động, dừng lại và đảo
chiều quay một cách dễ dàng.
2.5.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 2.11. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước
Trong hình 3a), dòng điện đưa vào cực
̅ và chạy ra ở C, do đó tạo ra lực từ giữ
động cơ ở vị trí như hình 3a). Sau đó, chúng ta tắt dòng điện này đi và chuyển sang
cặp ̅ và A, như vậy động cơ sẽ bị xoay về vị trí mới do lực từ thay đổi hướng. Sau đó
đến cặp B và ̅ . Như vậy, bằng cách tạo các dòng điện chạy qua các cuộn dây, ta đã
làm xoay roto theo chiều mong muốn, mỗi lần quay một bước khoảng cách giữa hai
cuộn dây sát nhau. Như vậy nếu ta đặt các cuộn dây càng sát nhau thì ta có độ phân
giải càng cao, các động cơ trong thực tế có thể đạt tới độ phân giải góc 1.8 0.
2.5.3. Phân loại
Có 3 loại động cơ bước cơ bản:
- Động cơ nam châm vĩnh cửu.
22
