Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống nguồn cung cấp không nối dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI CÔNG NGHỆ TP. HCM

BÁO CÁO LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN
CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY.

Học viên thực hiện:
PHẠM ĐÔNG PHƯỚC

Cán Bộ hướng dẫn khoa học
PGS.TSKH. HỒ ĐẮC LỘC

Tp. HCM, tháng 05 năm 2014


Nội dung trình bày báo cáo

Chương 1

Chương 2

Chương 3

Tổng quan

Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

Thiết kế hệ thống CPS

Chương 4

Kết qủa thực nghiệm

Chương 5

Kết luận & hướng phát triển luận văn


Chương 1



Ở nước ngoài.
1

Tổng quan


Chương 1



Tổng quan

Ở nước ngoài.

Một số công ty của Đức, Hàn Quốc như : Vahle, Woosung … Cũng đã sản xuất các hệ thống nguồn cung
cấp không nối dây tuy nhiên giá thành của thiết bị này hiện nay còn khá cao



Ở nước ta.
Việc cấp nguồn cho các đối tượng có khả năng di chuyển chủ yếu là dựa vào kết nối cứng hoặc thông
qua hệ thống thanh trượt - chổi quét.

Hệ thống thanh trượt – chổi quét thì không đảm bảo an toàn phòng cháy, chữa cháy vì trong quá trình di
chuyển của thiết bị có thể sinh ra hồ quang điện tại điểm tiếp xúc.

Độ bền cơ học của hệ thống cấp nguồn qua tiếp xúc không cao do trong quá trình di chuyển có độ bào
mòn giữa chổi quét và thanh trượt.


Chương 1



Tổng quan

Ở nước ta.
Hiện nay chưa có sản phẩm nào được sản xuất trong nước về hệ thống nguồn cung cấp

không nối dây, mà trên cơ sở nghiên cứu căn bản về hệ thống thôi.

 Nhằm khắc phục những nhược điểm của phương thức cấp nguồn truyền thống, một phương thức cấp
nguồn mới là cấp nguồn không nối dây sử dụng kỹ thuật cặp cảm ứng để đưa ra một quy trình công
nghệ để thiết kế và sản xuất với giá thành rẻ hơn so với các hệ thống của nước ngoài và chủ động về
mặt công nghệ là một vấn đề cấp thiết.

 Đây là tính cấp thiết của đề tài mà em chọn.


Chương 1




Nhiệm vụ đề tài.
Nghiên cứu nguyên lý của biến áp hở.
Nghiên cứu điện tử công suất để tạo nguồn cao tần.
Nghiên cứu lý nguyên lý hệ thống CPS.
Xây dựng mô hình thực nghiệm.

Giới hạn đề tài.

- Xây dựng mô hình thu nhỏ của hệ thống CPS



Phương pháp nghiên cứu.

- Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí trên Internet).
- Xây dựng mô hình thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm.

Tổng quan


Chương 2



Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

Khái niệm.



1
CPS (Contactless power supply system) là hệ thống cung cấp nguồn không nối dây



CPS Hệ thống sử dụng cặp cảm ứng dựa trên nguyên lý về truyền dẫn năng lượng trên cơ sở
cảm ứng điện từ và mạch cộng hưởng.

Sơ đồ tổng quát hệ CPS


Chương 2

1

Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền tải công suất

Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS


Chương 2



Các dạng cơ bản của cặp cảm ứng điện từ.
1

Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS


Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

Chương 2



Mô hình cặp cảm ứng điện từ cơ bản.
1



Độ tự cảm M quan hệ với hệ số cặp điện từ :

k=


Tại tần số cộng hưởng

M
L P LS

1
1
ω0 =
=
CS LS
C p Lp


2
JωZ
MI
P = (Re
r )PI p
IS =
ZS



Chương 2

Hệ thống một pickup.
1



Trở kháng dội từ thứ cấp về sơ cấp



Công suất truyền từ bên sơ sang thứ cấp



Dòng điện chạy qua cuộn dây thứ cấp



Điện áp cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

VP = JωLP I P − JωMI S
Vs = jωMI p − jωLS I S

Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

ω 2M 2
Zr =
ZS
P = (Re Z r ) I p2
IS =

JωMI P
ZS


Chương 2



Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

Trở kháng thứ cấp, điện áp tải và dòng điện tải .

Dạng bù

Trở kháng thứ cấp Z
s

Nối tiếp

1
jωLs +
+R
jω C s

Điện áp tải V
L

IR
s

Dòng điện tải I
L

I
s

Song song

jωLs +

V

1
jωCs +

s

Vs
R

1
R


Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS

Chương 2



Các đặc tính tại tần số cộng hưởng thứ cấp .

Dạng bù

Nối tiếp

ω02 M 2
R

Điện trở dội

Điện kháng dội

0

Hệ số chất lượng thứ cấp Q



Song song

ω0 Ls
R

s

Hệ thống bù song song sơ cấp, trở kháng tải:

Zt =

1
j ωC p +

1
jωLP + Z r

M 2R
L2s

ω0 M 2

−
Ls

R
ω0 Ls


Thiết kế hệ thống CPS

Chương 3

1

156V

3



Sơ đồ thiết kế tổng quát hệ thống CPS

Áp vào

110 Vac

Dòng IP=ID

5A

Tần số cộng hưởng

20Khz


Chương 3





Thiết kế hệ thống CPS

Các giá trị linh kiện sau khi tính toán ta chọn sơ cấp
1
Tên linh kiện

Giá trị

Diode cầu

5A/1000v

IGBT x4

25N120

Tại tần số cộng hưởng
3
chtc

f chsc = f



1
1
= f 0 = 20kHz =
=
2π L pC p 2π LsCs

Ta chọn các thông số theo bảng 2.1, bảng 2.2
Hệ số cặp cảm ứng

K=0,3

Hỗ cảm tương hổ

M=0,5uH

Cuộn dây sơ cấp

Lp=330uH

 Tụ sơ cấp

Cp=191nF


Chương 3

Thiết kế hệ thống CPS

1

3



Sơ đồ thiết kế TL494 điều khiển IGBT thông qua biến áp lái


Thiết kế hệ thống CPS

Chương 3

1

3



Sơ đồ thiết kế pickup di động

Áp ra

12 Vdc

Dòng Iload

5A

Tần số cộng hưởng

20Khz

12V


Thiết kế hệ thống CPS

Chương 3





Các giá trị linh kiện sau khi tính toán ta chọn thứ cấp
1
Tên linh kiện

Giá trị

Diode cầu

5A/50v

Tại tần số cộng hưởng, hỗ cảm tương hổ

1
f 0 = 20kHz =

2π Ls C s



;

k=

Ta chọn các thông số theo bảng 2.1, bảng 2.2
Hệ số cặp cảm ứng

K=0,3

Hỗ cảm tương hổ

M=0,5uH

 Cuộn dây thứ cấp

Ls=8,417mH

 Tụ điện thứ cấp

Cs= 7,9531nH

M
L p .Ls


Chương 4

Kết quả thực nghiệm

Các khối trên mô hình thực nghiệm CPS hoàn chỉnh

3


Chương 4

Kết quả thực nghiệm

Mô hình thực nghiệm CPS hoàn chỉnh

3


Chương 4



Các thông số đo được:

 Khối nguồn cung cấp cho tầng nghịch lưu công suất 156Vdc
 Khối nguồn cung cấp cho khối điều khiển và tạo xung TL494 là 12Vdc
 Tần số tạo ra Output1, Output2 của trên TL494 là 40Khz, 10Vpp

3

Kết quả thực nghiệm

Chương 4



Các thông số đo được:

Dạng sóng đo được tại cầu H transistor, 20Vpp, tần số 20Khz

3

Kết quả thực nghiệm


Chương 4

 Các thông số đo được:
 Dạng sóng đo được tại biến áp lái điều khiển cầu Nghịch lưu IGBT
20Vpp, tần số 20Khz

3

Kết quả thực nghiệm


Chương 4



Kết quả thực nghiệm

Các thông số đo được:

 Dạng sóng đo được tại pickup di động 25Vpp, tần số 20Khz

3

 Khối Pickup di động


Chương 4

 Các thông số đo được:
 Điện áp thứ cấp sau chỉnh lưu: 10,98 Vdc

3

Kết quả thực nghiệm