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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
----------------------------------------

PHẠM ĐƠNG PHƢỚC

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 60520202

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
----------------------------------------

PHẠM ĐƠNG PHƢỚC

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MƠ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP
KHÔNG NỐI DÂY
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 60520202
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS. TSKH. HỒ ĐẮC LỘC

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS. TSKH. HỒ ĐẮC LỘC

Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 03 tháng 05 năm 2014
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT
1
2
3
4
5

Họ và tên
TS. Nguyễn Thanh Phƣơng
TS.Võ Hoàng Duy
TS.Trƣơng Việt Anh
TS.Hồ Văn Hiến
TS.Huỳnh Châu Duy

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1

Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thƣ ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đó đƣợc
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƢỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Phạm Đông Phƣớc

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17- 11- 1976

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 1241830024

I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN
CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tổng quan về hệ thống cấp nguồn không kết nối
- Cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp nguồn không kết nối
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm hệ thống nguồn không kết nối
- Khảo sát thực nghiệm
III- Ngày giao nhiệm vụ: 12 tháng 06 năm 2013
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29 tháng 03 năm 2014
V- Cán bộ hƣớng dẫn:
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

PGS. TSKH. HỒ ĐẮC LỘC
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Phạm Đông Phước


ii

LỜI CẢM ƠN
***
Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Đắc Lộc, Thầy Nguyễn Thanh Phƣơng.
Ngƣời đã từng bƣớc giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Xin Cám ơn đến thầy Phạm Thế Duy Học viện Bƣu Chính Viễn Thông TP.HCM,
thầy Phạm Minh Tiến Trƣờng Trung cấp CNTT Sài Gòn đã cho em những nền tản
kiến thức – tri thức q báo.
Xin Cám ơn các thầy cơ trong khoa Cơ – Điện – Điện Tử; Phòng Quản lý Sau Đại
Học của Trƣờng Đại Học Công nghệ TP.HCM, Tập thể lớp 12SMD11 đã tạo cơ
hội cho em thực hiện luận văn này.
Cuối cùng, Xin đƣợc cám ơn Ba Mẹ, các anh, em cùng vợ và hai con thơ làm chổ
dựa tinh thần để có đủ nghị lực và trí khơn.
Học viên thực hiện

Phạm Đông Phƣớc


iii

TĨM TẮT
Luận văn trình bày về mơ hình hệ thống cấp nguồn không nối dây công suất
lớn. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc của cảm ứng điện từ. Hệ thống bao
gồm một bộ chuyển đổi công suất sơ cấp và một bộ chuyển đổi công suất thứ cấp.
Bộ chuyển đổi sơ cấp là một hệ thống nghịch lƣu biến đổi công suất nguồn từ tần số

50/60Hz sang tần số 20kHz. Bộ chuyển đổi thứ cấp (phần di động), đƣợc từ tính hóa
bởi bộ chuyển đổi sơ cấp. Hệ thống thứ cấp đƣợc sử dụng để tạo ra nguồn một chiều
DC bởi mạch nâng áp. Năng lƣợng điện đƣợc truyền từ phần sơ cấp tới phấn thứ cấp
thông qua bộ phận di động (pickup). Kết quả thực nghiệm cho chứng minh tính hiệu
quả của hệ thống cấp nguồn khơng nối dây đƣợc đề xuất.


iv

ABSTRACT

This thesis presents a model of the contactless power supply system with
high power. It is composed a primary power converter and a secondary power
converter. The primary power converter is an inverter system which is used to
invert 50/60Hz power supply to 20kHz power supply. The secondary power
converter, pickup, is magnetized by the primary power converter. The secondary
system is used to generate DC power supply by boosting circuit. The power is
transferred from the primary to secondary through pickup. The experiment data show
the effectiveness of the proposed power supply system.


v

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii
TÓM TẮT .............................................................................................................iii
ABSTRACT .......................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .....................................................................viii

DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................................ x
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 1
1.1 TỔNG QUAN VỀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI. ........... 1
1.1.1 Ở nƣớc ngoài ....................................... 1
1.1.2 Một số cơng trình nghiên cứu liên quan về hệ thống CPS trên thế giới . 1
1.1.3 . Ở nƣớc ta ......................................... 3
1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI,Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
CỦA ĐỀ TÀI. ............................................ 3
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU. ............................... 3
1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI. .......... 3
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu .................................. 3
1.4.2 Giới hạn của đề tài .................................... 4
1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 4
1.6. PHẠM VI ỨNG DỤNG. .................................. 4
1.7. KẾT CẤU LUẬN VĂN. .................................. 9
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CPS ............................ 10
2.1. CÁC PHÂN TÍCH CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG CPS ............... 10
2.1.1. Khái niệm về CPS ..................................10
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống CPS ........................ 10
2.1.3. Các thành phần của khối .............................. 11
2.1.4. Nguyên lý hoạt động .................................12
2.1.5. Các dạng cơ bản của cặp cảm ứng điện từ ................... 12


vi

2.1.6. Hệ thống một pickup (bộ di chuyển thứ cấp) ................. 14
2.1.7. Hệ thống nhiều pickups. .............................. 16
2.2. CÁC VẤN ĐỀ CẦN LƢU Ý KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CPS ...... 16

2.2.1. Tần số vận hành ....................................16
2.2.2. Điều khiển ....................................... 17
2.3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BỘ CHỈNH LƢU VÀ BỘ LỌC ............. 22
2.3.1. Khái niệm ........................................ 22
2.3.2. Các dạng mạch chỉnh lƣu cơ bản ......................... 23
2.3.3. Bộ lọc........................................... 29
2.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẠCH NGHỊCH LƢU CẦU 1 PHA DÙNG IGBT33
2.4.1. Mở đầu .......................................... 33
2.4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động IGBT ..................... 34
2.4.3. Đặc tính đóng cắt của IGBT ............................ 35
2.4.4. Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển IGBT ................... 40
2.4.5. Ứng dụng IGBT cho bộ nghịch lƣu áp 1 pha ................ 41
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CPS ..................................................... 46
3.1. SƠ ĐỒ THIẾT KẾ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG .............. 46
3.2. TÍNH TỐN CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG .................... 46
3.2.1. Phần sơ cấp ....................................... 46
3.2.2. Phần thứ cấp ( PICKUP) .............................. 49
3.3.MẠCH ĐỘNG LỰC SAU KHI TÍNH TỐN ................... 53
3.3.1 Mạch động lực sơ cấp ................................ 53
3.3.2. Mach động lực thứ cấp ............................... 53
3.4. GIỚI THIỆU MẠCH ĐIỀU KHIỂN ......................... 54
3.4.1. Khối nguồn điều khiển ............................... 54
3.4.1. Khối mạch điều khiển IGBT ............................ 54
CHƢƠNG4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM. ...................................................... 58
4.1. CÁC THÔNG SỐ ĐO ĐƢỢC ............................. 58
4.1.1 Các thông số đo đƣợc phần sơ cấp: ........................ 58
4.2. MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM HỒN CHỈNH ................... 61
4.2.1. Sơ cấp: .......................................... 61

vii

4.2.2. Thứ cấp: ......................................... 63
4.2.3. Tổng hợp sơ cấp và thứ cấp. ............................ 64
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỄN ................................... 66
5.1. KẾT LUẬN.......................................... 66
5.1.1. Phần thực hiện làm đƣợc của đề tài ....................... 66
5.1.1. Phần hạn chế của đề tài ............................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 67


viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC: Alternating current
CPS: Contactless power supply system
DC: Direct current
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
PICKUP: Bộ di động thứ cấp
PWM: Pulse width modulation
THD : Total harmonic distortion


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Trở kháng thứ cấp, điện áp và dịng tải .................................................. 14
Bảng 2.2. Các đặc tính tại tần số cộng hƣởng thứ cấp ω0 ....................................... 15
Bảng 2.3. Bù sơ cấp............................................................................................... 19

x

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1 CPS ứng dụng cho hệ thống máy cuốn tơn ................................................ 4
Hình 1.2 CPS ứng dụng trong dây truyền sản xuất xe hơi ........................................ 5
Hình 1.3 CPS ứng dụng cần trục vận chuyển container ........................................... 5
Hình 1.4 CPS ứng dụng cho xe di chuyển ................................................................ 6
Hình 1.5 CPS ứng dụng cho xe chuyển hàng ........................................................... 6
Hình 1.6 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng thẳng ................................. 7
Hình 1.7 CPS ứng dụng cho hệ thống nạp bình xe ơtơ ............................................. 7
Hình 1.8 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng trịn ................................... 7
Hình 1.9 Hệ thống CPS .......................................................................................... 8
Hình 1.10 Hệ thống CPS phần sơ cấp..................................................................... 8
Hình 1.11 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động)......................................... 9
Hình 1.12 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động)......................................... 9
Hình 2.1. Hình dáng cơ bản transformer của CPS ................................................. 10
Hình 2.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền tải công suất cảm ứng. .................. 11
Hình 2.3 Hình dáng cơ bản transformer của CPS .................................................. 11
Hình 2.4. Các dạng cặp cảm ứng điện từ cơ bản ................................................... 12
Hình 2.5. Mơ hình cặp cảm ứng điện từ cơ bản ..................................................... 12
Hình 2.6 Tụ điện sơ cấp đã chuẩn hố................................................................... 21
Hình 2.7. Khối chỉnh lưu biến đổi dịng xoay chiều thành dịng một chiều ............. 22
Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa sóng ......................................................... 24
Hình 2.9: Các dạng sóng của bộ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng tải trở......................... 24
Hình 2.10. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha và các dạng sóng chỉnh lưu ........................ 29
Hình 2.11 Bộ lọc san bằng.................................................................................... 30
Hình 2.12 Bộ lọc LC .............................................................................................. 31

Hình 2.13. Các bộ lọc LC, RC, hình π.................................................................... 33
Hình 2.14. IGBT ................................................................................................... 34
Hình 2.15. Hình dáng linh kiện, ký hiệu và thông số kỹ thuật IGBT 25N120 ......... 35
Hình 2.16. Sơ đồ thử nghiệm một khóa IGBT ........................................................ 36
Hình 2.17. Quá trình mở IGBT .............................................................................. 37


xi

Hình 2.18. Q trình khố IGBT ........................................................................... 39
Hình 2.19. Cấu trúc bán dẫn của một IGBT cực nhanh ......................................... 40
Hình 2.20. Yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển ....................................................... 40
Hình 2.21. Mạch nghịch lưu cầu H dùng IGBT...................................................... 42
Hình 2.22. Mạch nghịch lưu cầu H ........................................................................ 42
Hình 3.1 Sơ thiết kế tổng quát của hệ thống CPS ................................................... 46
Hình 3.2 Khối sơ cấp ............................................................................................. 47
Hình 3.3 Khối thứ cấp ........................................................................................... 49
Hình 3.4 Mạch nghịch lưu 4 IGBT ( 25N120) ........................................................ 53
Hình 3.5 Mạch điện thứ cấp sau khi tính tốn ....................................................... 53
Hình 3.6 Nguồn cung cấp cho khối điều khiển IGBT ............................................. 54
Hình 3.7 Mối quan hệ giữa điều khiển đầu áp vào và ra dịng điện .......................... 55
Hình 3.8 Cấu hình của bộ điều khiển PI................................................................. 56
Hình 3.9 Mạch tạo tín hiệu điều khiển cầu nghịch lưu IGBT 25N120........................ 56
Hình 3.10. Sơ đồ khối chức năng IC TL494CN ...................................................... 57
Hình 4.1 Tín hiệu ngõ ra Output1, Output2 của TL494 ......................................... 58
Hình 4.2 Dạng sóng tại cầu H transistor .............................................................. 59
Hình 4.3 Dạng sóng đo được tại ngỏ ra biến áp lái đo 1 kênh ............................... 59
Hình 4.4 Dạng sóng đo được tại ngỏ ra biến áp lái đo 2 kênh đối xứng................. 60
Hình 4.5 Dạng sóng tại ngỏ ra biến áp .................................................................. 60
Hình 4.6 Khối chỉnh lưu nguồn 110Vac ................................................................. 61

Hình 4.7 Khối cầu nghịch lưu IGBT 25N120 ......................................................... 61
Hình 4.8 Cuộn dây sơ cấp ..................................................................................... 63
Hình 4.9 Khối Pickup ............................................................................................ 63
Hình 4.10 Mơ hình tồn mạch ............................................................................... 64
Hình 4.11 Mơ hình tồn mạch pickup ở vị trí A ..................................................... 64
Hình 4.12 Mơ hình tồn mạch pickup ở vị trí B ..................................................... 65
Hình 4.13 Mơ hình tồn mạch pickup ở vị trí C ..................................................... 65


1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
1.1.1 Ở nƣớc ngoài
Vấn đề cung cấp năng lƣợng điện cho các máy sản xuất và các thiết bị có khả
năng di chuyển nhƣ: Hệ thống cẩu chuyển hàng, các xe tự hành để vận chuyển trong
phân xƣởng, hệ thống khai khoáng dƣới nƣớc (Underwater Minning system), hệ
thống lƣu kho tự động, các robot di động … là một vấn đề phức tạp. Hiện tại việc
nghiên cứu để đƣa ra một phƣơng thức cung cấp nguồn cho các đối tƣợng này đã và
đang đƣợc các nhà khoa học và các công ty lớn trên thế giới quan tâm.
Việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống nguồn cung cấp không nối dây đã và đang
đƣợc các nhà khoa học của các nƣớc trên thế giới nhƣ: Mỹ, Đức, Nhật bản, Hàn
Quốc, Trung Quốc … quan tâm. Có thể kể ra một số nhà khoa học tiêu biểu nhƣ :
Grant A. Covic, Oskar H. Stielau, Xu Shangang, Do Huyn Kang, Ioan
Vadan,…Tuy nhiên các nghiên cứu này chƣa đƣa ra một quy trình cơng nghệ để
thiết kế hệ thống.
Một số công ty của Đức, Hàn Quốc nhƣ : 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 cịn khá cao.
1.1.2 Một số cơng trình nghiên cứu liên quan về hệ thống CPS trên thế giới

1. C. S Wang, Oskar H. Stielau, and Grant A. Covic

“Design

Considerations for a Contactless Electric Vehicle Battery Charger” IEEE Trans.
Ind. Electron., vol. 52, no. 5, pp. 1308–1314, Oct. 2005.
 Bản tóm tắt bài báo này miêu tả tổng quát thiết kế lý thuyết và thực tế các
vấn đề liên quan đến hệ thống truyền công suất cảm ứng và xác minh sự phát triển
lý thuyết sử dụng một bộ sạc pin xe điện thực tế dựa trên truyền công suất cảm ứng,
cộng hƣởng.


2

2. J. Meins, “Contactless Power Supply for Transport Systems,” in Conf.
Rec. of MAGLEV’98, 1998, pp. 268-273.
 Mục đích của bài viết này nêu lên ứng dụng hệ thống nguồn cung câp
không nối dây sử dụng cho xe chuyển hàng trong xí nghiệp.
3. G. A. J. Elliott, J. T. Boys, and A. W. Green, “ Magnetically Coupled
Systems for Power Transfer to Electric Vehicles,” in Conf. Rec. of Power
Electronics and Drive Systems (PEDS),1995, pp. 797-801.
 Mục đích của bài viết này mơ tả một hệ thống nguồn cung câp không nối
dây sử dụng cho xe điện.
4. T. Bieler, M. Perrottet, V. Nguyen, and Y. Perriard, “Contactless power
and information transmission,” in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1,
2001, pp. 83–88.
 Mục đích của bài viết này là để truyền năng lƣợng điện không tiếp xúc và
truyền đƣợc thơng tin trên đó. Một thơng tin liên lạc hai chiều cũng rất cần thiết.
Điều này đƣợc thực hiện với một biến áp tần số cho truyền cơng suất và truyền tải
thơng tin. Hình học cuộn dây khác nhau đã đƣợc nghiên cứu để giảm hỗ cảm giữa

nguồn và thông tin cuộn. Giải pháp mới này cho phép xây dựng chi phí thấp và các
hệ thống truyền công suất nguồn thông minh bao gồm cả thông tin liên lạc.
5. Y. Jang and M. M. Jovanovic, “A contactless electrical energy
transmission system for portable-telephone battery chargers,” in Conf. Rec.
Telecommunications Energy Conf., 2000, pp. 726–732.
 Mô tả một hệ thống nguồn cung câp không nối dây cho bộ sạc pin di
động, điện thoại.


3

1.1.3 . Ở nƣớc ta
Việc cấp nguồn cho các đối tƣợng có khả năng di chuyển chủ yếu là dựa vào
kết nối cứng hoặc thông qua hệ thống thanh trƣợt - chổi quét. Nếu kết nối cứng thì
khi đối tƣợng di chuyển sẽ gặp phải những rắc rối do dây nối nguồn gây nên. Trong
trƣờng hợp cấp nguồn qua hệ thống thanh trƣợt – chổi qt thì khơng đảm bảo an
tồn phịng cháy, chữa cháy vì trong q trình di chuyển của thiết bị có thể sinh ra
hồ quang điện tại điểm tiếp xúc giữa chổi quét và thanh trƣợt.
Hơn thế nữa, độ bền cơ học của hệ thống cấp nguồn qua tiếp xúc khơng cao
do trong q trình di chuyển có độ bào mịn giữa chổi qt và thanh trƣợt. Nhằm
khắc phục những nhƣợc điểm của phƣơng thức cấp nguồn truyền thống, một
phƣơng thức cấp nguồn mới là cấp nguồn không nối dây sử dụng kỹ thuật cặp cảm
ứng để đƣa ra một quy trình cơng nghệ để thiết kế và sản xuất với giá thành rẻ hơn
so với các hệ thống của nƣớc ngoài và chủ động về mặt công nghệ là một vấn đề
cấp thiết.
Hiện nay chƣa có sản phẩm nào đƣợc sản xuất trong nƣớc về hệ thống nguồn cung
cấp không nối dây, mà trên cơ sở nghiên cứu căn bản về hệ thống thơi.
1.2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC
TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
Việc tạo ra các phƣơng thức cấp nguồn khác so với phƣơng thức cấp nguồn

truyền thông trong các hệ thống di động nhằm mục đích khắc phục các nhƣợc điểm
của phƣơng thức cấp nguồn truyền thống trong các hệ thống này là cấp thiết.
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
Nghiên cứu ngun lý và thực hiện mơ hình thực nghiệm mơ hình thu nhỏ
của hệ thống CPS.
1.4. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI.
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu nguyên lý của biến áp hở.


4

- Nghiên cứu lý nguyên lý hệ thống CPS.
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm.
1.4.2 Giới hạn của đề tài
- Xây dựng mơ hình thu nhỏ của hệ thống CPS
1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học trên Internet).
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm.
1.6. PHẠM VI ỨNG DỤNG.
Trong các xí nghiệp với các thiết bị có khả năng di chuyển.
Ngồi ra hệ thống CPS cịn đƣợc ứng dụng rất nhiều ngồi thực tế với tất cả các
thiêt bị đƣợc cấp nguồn có khả năng di chuyển.
Một số ứng dụng và hình dáng hệ thống CPS:

Hình 1.1 CPS ứng dụng cho hệ thống máy cuốn tôn


5

Hình 1.2 CPS ứng dụng trong dây chuyền sản xuất xe hơi

Hình 1.3 CPS ứng dụng cần trục vận chuyển container


6

Hình 1.4 CPS ứng dụng cho xe di chuyển

Hình 1.5 CPS ứng dụng cho xe chuyển hàng


7

Hình 1.6 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng thẳng

Hình 1.7 CPS ứng dụng cho hệ thống nạp bình xe ơtơ

Hình 1.8 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng tròn


8

Hình 1.9 Hệ thống CPS

Hình 1.10 Hệ thống CPS phần sơ cấp


9

Hình 1.11 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động)

Hình 1.12 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động)
1.7. KẾT CẤU LUẬN VĂN.
Luận văn bao gồm 5 chƣơng.
 Chƣơng 1: Tổng quan
 Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết của hệ thống CPS
 Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống CPS
 Chƣơng 4: Kết quả thực nghiệm
 Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển


10

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CPS
2.1. CÁC PHÂN TÍCH CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG CPS
2.1.1. Khái niệm về CPS
CPS (Contactless power supply system) là hệ thống cung cấp nguồn không nối dây,
tức cấp nguồn cho các tải di động mà không cần kết nối cứng nhƣ hệ thống dây điện
và thanh trƣợt - chổi quét.
CPS - Hệ thống sử dụng cặp cảm ứng (tƣơng tự hai cuộn dây của máy biến áp) dựa
trên nguyên lý về truyền dẫn năng lƣợng trên cơ sở cảm ứng điện từ và mạch cộng
hƣởng.
2.1.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống CPS
Hệ thống CPS cơ bản nhất gồm có cặp cảm ứng điện từ đƣợc vận hành bởi bộ
nguồn tần số cao nhƣ mơ tả ở Hình 2.1. Thơng thƣờng, cuộn dây sơ cấp đƣợc bù để
cực tiểu hóa mức tiêu hao công suất nguồn cung cấp. Cuộn cảm ứng thứ cấp di
động đƣợc bù để tăng khả năng truyền tải cơng suất. Một bộ switched-mode
controller có thể sử dụng để điều khiển dịng cơng suất từ pickup (ngõ ra di động)

đến tải. Trong nhiều hệ thống phức tạp có thể tồn tại nhiều pickup riêng lẻ đƣợc
cung cấp bởi các track (đƣờng đơn) đơn.

Hình 2.1.Sơ đồ tổng quát hệ CPS