Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TRONG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Văn Khấn SINH VIÊN THỰC HIỆN 1 Hồ Chí Tính (MSSV 1800844) 2 Phạm Văn Rót (MSSV 1800439) 3 Lư Bá Triển (MSSV 1800648) Cần Thơ 2022 MỤC LỤC Nhóm 14 i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi PHẦN I MỞ ĐẦU 1 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1 4 Ý NGHĨA KHOA.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TRONG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS Nguyễn Văn Khấn Hồ Chí Tính (MSSV: 1800844) Phạm Văn Rót (MSSV: 1800439) Lư Bá Triển (MSSV: 1800648) Cần Thơ - 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi PHẦN I: MỞ ĐẦU .1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .1 CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: BỘ NẠP ACQUY VÀ BỘ ĐIỆN PHÂN DÙNG VỚI PIN NHIÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NẠP ẮC QUY 1.1.1 Cấu trúc bình ắc quy 1.1.2 Quá trình biến đổi lượng 1.1.3 Phân loại ắc quy .6 1.1.3.1 Ắc quy axit 1.1.3.2 Ắc quy kiềm 1.1.4 Các đặc tính ắc quy 14 1.1.4.1 Sức điện động ắc quy 14 1.1.4.2 Dung lượng phóng ắc quy 14 1.1.4.3 Dung lượng nạp ắc quy 15 1.1.4.4 Đặc tính phóng ắc quy .15 Nhóm 14 i MỤC LỤC 1.1.4.5 Đặc tính nạp ắc quy 16 1.1.5 Các thông số ắc quy .18 1.1.5.1 Dung lượng .18 1.1.5.2 Điện áp 18 1.1.5.3 Điện trở 18 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY .18 1.2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NẠP ẮC QUY 18 1.2.1.1 Nạp với dòng điện không đổi 18 1.2.1.2 Nạp với điện áp không đổi 19 1.2.1.3 Phương pháp nạp dòng áp .20 1.2.2 TUỔI THỌ CỦA ẮC QUY VÀ CÁCH KÉO DÀI TUỔI THỌ 21 1.2.2.1 Tuổi thọ ắc quy sơ cấp 21 1.2.2.2 Tuổi thọ ắc quy nạp 22 1.2.2.3 Kéo dài tuổi thọ ắc quy 23 1.3 NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU 24 1.3.1 Cấu trúc nguyên tử 24 1.3.2 Bản chất dòng điện chiều 25 1.4 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 25 1.6 BỘ ĐIỆN PHÂN DÙNG CHO PIN NHIÊN LIỆU 29 1.6.1 Tổng quan pin nhiên liệu 29 1.6.2 Cấu tạo 30 1.6.3 Nguyên lý hoạt động 31 1.6.4 Phân loại 31 1.6.5 Bộ điện phân .32 Nhóm 14 ii MỤC LỤC CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU 34 2.1 Bộ nghịch lưu áp 35 2.1.1 Bộ nghịch lưu áp pha 35 2.1.3 Bộ nghịch lưu áp đa bậc 38 2.2 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 41 2.2.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 44 2.2.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM) .47 2.3 Bộ nghịch lưu dòng 49 2.3.1 Bộ nghịch lưu dòng pha 49 2.3.2 Bộ nghịch lưu dòng pha 51 2.4 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu dòng .52 2.4.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 52 2.4.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung 53 PHẦN III: KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Nhóm 14 iii DANH MỤC HÌNH DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc bình ắc quy Hình 1.2 Một số loại ắc quy Hình 1.3 Đặc tính điện tỉ trọng phóng nạp với dịng khơng đổi Hình 1.4 Đặc tuyến phóng điện tới điện cuối Hình 1.5 Dung lượng định mức dựa mức Hình 1.6 Đặc tính điện - thời gian phóng đến điện cuối = V 10 Hình 1.7 Mức dung lượng dịng điện phóng điện đến điện cuối = 1V .11 Hình 1.8 Đặc tính phóng ắc quy 15 Hình 1.9 Sơ đồ đặc tính nạp 17 Hình 1.10 Sơ đồ đặc tính nạp với dịng điện khơng đổi 19 Hình 1.11 Sơ đồ đặc tính nạp với điện áp nạp không đổi 20 Hình 1.12 Sơ đồ khối mạch 25 Hình 1.13 Tín hiệu hình sin .26 Hình 1.14 Ký hiệu máy biến áp 26 Hình 1.15 Các loại biến áp 26 Hình 1.16 Mạch chỉnh lưu nửa chu kì .27 Hình 1.17 Mạch chỉnh lưu chu kỳ 27 Hình 1.18 Mạch lọc 28 Hình 1.19 Mạch ổn áp dùng diode zenner 28 Hình 1.20 Mạch ổn áp dùng IC LM 317 29 Hình 1.21 Mơ hình trình diễn pin nhiên liệu metanol trực tiếp .30 Hình 1.22 Sơ đồ tích trữ lượng dùng Pin nhiên liệu 32 Hình 1.23 Mơ hình tích trữ lượng dùng Pin nhiên liệu 33 Hình 2.1 Bộ nghịch lưu áp pha dạng mạch cầu H dạng sóng 36 Hình 2.2 Bộ nghịch lưu áp pha dạng tia dạng sóng .36 Hình 2.3 Mạch nghịch lưu áp pha dạng nửa cầu dạng sóng 36 Nhóm 14 iv DANH MỤC HÌNH Hình 2.4 Mạch nghịch lưu áp pha dạng cầu 37 Hình 2.5 Dạng sóng điện áp số điểm mạch nghịch lưu pha 38 Hình 2.6 Mạch nghịch lưu áp đa bậc 39 Hình 2.7 Mạch nghịch lưu áp đa bậc pha tổng quát 40 Hình 2.8 Nguồn DC tần số tải thay đổi theo yêu cầu 45 Hình 2.9 Điện áp pha mạch nghịch lưu bước 45 Hình 2.10 Mạch nghịch lưu dòng pha .50 Hình 2.11 Mạch nghịch lưu dịng sử dụng SCR 51 Hình 2.12 Dạng tín hiệu cơng tắc dịng qua tải 52 Hình 2.13 Tính hiệu cơng tắc điều khiển .54 Hình 2.14 Dịng điện tải 55 Nhóm 14 v DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Quá trình biến đổi lượng ắc quy Bảng 1.2 Tỷ trọng chất điện phân bình ắc quy .6 Bảng 1.3 So sánh ắc quy kiềm ắc quy axit 13 Nhóm 14 vi PHẦN I: MỞ ĐẦU PHẦN I: MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Những năm gần đây, việc ứng dụng NLTT tạo nguồn điện thay nhiều địa phương, đơn vị, doanh nghiệp, người dân quan tâm, đón nhận, dần bước tiếp cận ứng dụng thực tiễn hoạt động, sản xuất, sinh hoạt Bên cạnh việc chuyển đổi lượng vấn đề kỹ thuật thiếu quy trình sản xuất điện Vì nhóm lựa chọn đề tài “Ứng dụng hiệu nguồn lượng tái tạo dân dụng công nghiệp” MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ❖ Mục tiêu nghiên cứu: − Tìm hiểu nạp acqui/bộ điện phân dùng với pin nhiên liệu thiết bị tích trữ lượng − Tìm hiểu nghịch lưu DC/AC dùng cho tải điện xoay chiều ❖ Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu, giáo trình trường đại học chuyên ngành kỹ thuật PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để thực đề tài luận văn này, nhóm chúng tơi sử dụng phương pháp thu thập số liệu: Tìm kiếm tổng hợp thơng tin kiến thức lý thuyết từ nguồn có sẵn, từ xây dựng lý luận chứng minh tổng hợp tạo thành luận điểm Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Góp phần ứng dụng hiệu nguồn lượng tái tạo dân dụng công nghiệp CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo phụ lục, nội dung luận văn chia thành chương: Chương 1: Bộ nạp acquy điện phân dùng với pin nhiên liệu thiết bị tích trữ lượng Chương 2: Bộ nghịch lưu DC/AC dùng cho tải điện xoay chiều Nhóm 14 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: BỘ NẠP ACQUY VÀ BỘ ĐIỆN PHÂN DÙNG VỚI PIN NHIÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: BỘ NẠP ACQUY VÀ BỘ ĐIỆN PHÂN DÙNG VỚI PIN NHIÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CƠNG NGHỆ NẠP ẮC QUY 1.1.1 Cấu trúc bình ắc quy Ắc quy nguồn điện hoá, sức điện động ắc quy phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo cực chất điện phân Với ắc quy chì axít sức điện động ắc quy đơn 2,1V Muốn tăng khả dự trữ lượng ắc quy người ta phải tăng số lượng cặp cực dương âm ắc quy đơn Để tăng giá trị sức điện động nguồn người ta ghép nối nhiều ắc quy đơn thành bình ắc quy Bình ắc quy làm từ số tế bào (cell) đặt vỏ bọc cao su cứng hay nhựa cứng Những đơn vị tế bào cực dương cực âm Những cực có vật liệu hoạt hoá nằm lưới phẳng Bản cực âm chì xốp sau nạp có mầu xám Bản cực dương sau nạp PbO2 có màu nâu Cấu trúc ắc quy đơn gồm có: phân khối cực dương, phân khối cực âm, ngăn Phân khối cực cực tên ghép lại với Cấu tạo cực ắc quy gồm có phần khung xương chất tác dụng trát lên Khung xương cực dương âm có cấu tạo giống Chúng đúc từ chì có pha thêm (5 ÷ 8%) Sb tạo hình dạng mặt lưới Phụ gia Sb thêm vào chì làm tăng thêm độ dẫn điện cải thiện tính đúc Trong thành phần chất tác dụng cịn có thêm khoảng 3% chất nở (các muối hữu cơ) để tăng độ xốp, độ bền lớp chất tác dụng Nhờ tăng độ xốp, dung dịch điện phân dễ thấm sâu vào lịng cực, đồng thời diện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học cực tăng thêm Phần đầu cực có vấu, cực dương ắc quy đơn hàn với tạo thành phân khối cực dương Các cực âm hàn với tạo thành phân khối cực âm Số lượng cặp cực ắc quy đơn thường từ đến cặp Nhóm 14 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: BỘ NẠP ACQUY VÀ BỘ ĐIỆN PHÂN DÙNG VỚI PIN NHIÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG Bề dầy cực dương ắc quy trước thường khoảng 2mm Ngày với công nghệ tiên tiến giảm xuống cịn (1,3 ÷ 1,5) mm Bản cực âm thường mỏng (0,2 ÷ 0,3) mm Số cực âm ắc quy đơn nhiều số cực dương nhằm tận dụng triệt để diện tích tham gia phản ứng cực dương, cực âm nằm bên ngồi nhóm cực Tấm ngăn bố trí cực âm cực dương ngăn xốp có tác dụng ngăn cách tránh va đập cực Những ngăn xốp cho phép dung dịch chất điện phân quanh cực bề mặt có lỗ Tấm ngăn làm vật liệu pơliclovinyl có bề dầy (0,8 ÷ 1,2) mm có dạng lượn sóng Một xếp gọi phần tử Sau xếp phận trên, đặt vào ngăn vỏ bình ắc quy Ở bình ắc quy có nắp đậy mềm, nắp đậy tế bào đặt lên sau phiến nối hàn vào để nối cực liên tiếp tế bào Trong cách nối tế bào nối liên tiếp Cuối nắp đậy bình ắc quy hàn vào Bình ắc quy có nắp đậy cứng , có nắp đậy chung làm giảm ăn mịn vỏ bình Những bình ắc quy có nối cực xuyên qua ngăn cách tế bào Tấm ngăn cách không cho dung dịch điện phân qua lại tế bào Điều làm bình ắc quy vận hành tốt bàn nối ngắn đậy kín Đầu nối ắc quy cọc dương cọc âm Cọc dương lớn cọc âm để tránh nhầm điện cực Người ta thường nối dây mầu đỏ với cực dương dây màu đen với cực âm Dây cực âm nối với lốc máy hay phận kim loại Dây cực dương nối với phận khởi động Nắp thông đặt nắp tế bào Những nắp có hai mục đích: + Để đậy kín tế bào ắc quy, cần kiểm tra nước hay cho thêm nước ta mở nắp đậy + Khi nạp bình người ta mở nắp đậy để chất khí hình thành có lối Mỗi tế bào ắc quy có điện khoảng vơn Ắc quy 6V có tế bào mắc nối tiếp Ắc quy 12V có tế bào mắc nối tiếp Muốn có điện cao người ta mắc nối tiếp bình ắc quy với Hai ắc quy 12V mắc nối tiếp tạo hệ thống 24V Nhóm 14 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Để so sánh phương pháp PWM, sử dụng độ méo dạng chuẩn hóa theo phương pháp bước, lúc hệ số méo dạng dịng điện qui chuẩn cho hệ thức: d= IhRMS IhRMS_sixstep Với phương pháp điều chế bước, hệ số méo dạng dòng điện Nếu sử dụng phương pháp điều chế vector khơng gian, hệ số méo dạng tính theo tích phân tích vơ hướng vector sau đây: 𝑇 IhRMS = √ ∫ [⃗𝑖(𝑡) − 𝑖⃗⃗1 (𝑡)] [⃗𝑖(𝑡) − 𝑖⃗⃗1 (𝑡)]∗ 𝑑𝑡 𝑇 Từ đó, áp dụng cơng thức tính hệ số méo dạng d Để đánh giá ảnh hưởng sóng hài phương pháp PWM, ta sử dụng tham số phổ sóng hài dịng điện Nếu sử dụng phương pháp điều chế đồng với tần số kích đóng linh kiện fs số nguyên lần (N) tần số sóng hài f1 (tức fs=N.f1), hệ số sóng hài bậc k qui chuẩn, tính qui đổi theo phương pháp bước cho hệ thức: Hệ số sóng hài không phụ thuộc vào tham số tải Hệ số méo dạng biểu diễn qua hệ số sóng hài sau: Nếu sử dụng kỹ thuật PWM không đồng bộ, ta khơng thể phân tích Fourier phổ dịng điện theo biến tần số rời rạc mà sóng hài dòng điện xuất theo biến tần số liên tục Trường hợp này, ta sử dụng khái niệm phổ mật độ dòng điện theo hệ thức: Tần số đóng ngắt cơng suất tổn hao đóng ngắt: Nhóm 14 43 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Công suất tổn hao xuất linh kiện bao gồm hai thành phần: tổn hao công suất linh kiện trạng thái dẫn điện Pon tổn hao công suất động Pdyn Tổn hao công suất Pdyn tăng lên tần số đóng ngắt linh kiện tăng lên Tần số đóng ngắt linh kiện khơng thể tăng lên tùy ý lý sau: • Công suất tổn hao linh kiện tăng lên tỉ lệ với tần số đóng ngắt • Linh kiện cơng suất lớn thường gây cơng suất tổn hao đóng ngắt lớn Do đó, tần số kích đóng phải giảm cho phù hợp, ví dụ linh kiện GTO cơng suất cỡ MW đóng ngắt tần số khoảng 100Hz • Các qui định tương thích điện từ (Electromagnet Compatibility-EMC) qui định nghiêm ngặt biến đổi cơng suất đóng ngắt với tần số cao 9kHz 2.2.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ Phương pháp gọi tắt phương pháp điều biên Khác với phương pháp sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) cần nguồn áp DC không đổi, phương pháp điều biên đòi hỏi điện áp nguồn DC phải điều khiển Độ lớn điện áp điều khiển cách điều khiển nguồn điện áp DC Chẳng hạn, sử dụng chỉnh lưu có điều khiển kết hợp chỉnh lưu không điều khiển biến đổi điện áp DC Bộ nghịch lưu áp thực chức điều khiển tần số điện áp Các công tắc cặp cơng tắc pha tải kích đóng với thời gian nửa chu kỳ áp Mạch điều khiển kích đóng cơng tắc nghịch lưu áp đơn giản Bộ nghịch lưu áp ba pha điều khiển theo biên độ gọi nghịch lưu áp bước (six-step voltage inverter) Tần số áp tần số đóng ngắt linh kiện Các thành phần sóng hài bội ba bậc chẵn khơng xuất áp dây cung cấp cho tải Còn lại sóng hài bậc (6k ± 1), k=1,2,3 … cần khử bỏ biện pháp lọc sóng hài Nhóm 14 44 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Hình 2.8 Nguồn DC tần số tải thay đổi theo yêu cầu Hình 2.9 Điện áp pha mạch nghịch lưu bước ➢ Tải đấu dạng sao: Dạng điện áp pha tải ut1 hình 5.9 biểu diễn duới dạng: Nhóm 14 45 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Biên độ thành phần sóng hài bậc n điện áp pha tải xác định theo hệ thức: Với n=1, biên độ thành phần hài bản: Trị hiệu dụng điện áp pha có độ lớn: Tải đấu dạng tam giác: Điện áp tải ut12 biểu diễn dạng: Biên độ thành phần sóng hài bậc n điện áp pha tải: Với n = 1, biên độ thành phần hài điện áp tải: Trị hiệu dụng điện áp pha có độ lớn: Nhóm 14 46 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Sóng hài bậc cao xuất dạng điện áp tải cao, hạn chế phạm vi sử dụng phương pháp điều biên, tần số thấp Nếu sử dụng thyristor kết hợp với chuyển mạch làm chức công tắc nghịch lưu áp, chuyển mạch làm việc phụ thuộc vào độ lớn nguồn áp chiều, phương pháp điều biên rõ ràng không phù hợp để điều khiển điện áp tải phạm vi áp nhỏ Ngoại trừ trường hợp điều khiển theo biên độ đòi hỏi nguồn DC điều khiển được, phương pháp khác dựa vào kỹ thuật PWM sử dụng nguồn điện áp DC không đổi Trong trường hợp này, nguồn DC tạo nên từ lưới điện ac qua chỉnh lưu không điều khiển mạch lọc chứa tụ trực tiếp từ nguồn dự trữ dạng pin, aquy 2.2.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SPWM) Về nguyên lý, phương pháp thực dựa vào kỹ thuật analog Giản đồ kích đóng cơng tắc nghịch lưu dựa sở so sánh hai tín hiệu bản: • up: Sóng mang (carrier signal) có tần số cao • ur: Sóng điều khiển (Reference signal) sóng điều chế (modulating signal) dạng sin Ví dụ: cơng tắc lẻ kích đóng sóng điều khiển lớn sóng mang (ur > up) Trong trường hợp ngược lại, công tắc chẵn kích đóng Sóng mang up dạng tam giác Tần số sóng mang cao, lượng sóng hài bậc cao bị khử bớt nhiều Tuy nhiên, tần số đóng ngắt cao làm cho tổn hao phát sinh q trình đóng ngắt cơng tắc tăng theo Ngồi ra, linh kiện địi hỏi có thời gian đóng ton, ngắt toff định Các yếu tố làm hạn chế việc chọn tần số sóng mang Sóng điều khiển ur mang thơng tin độ lớn trị hiệu dụng tần số sóng hài điện áp ngõ Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, ba sóng điều khiển ba pha phải tạo lệch pha 1/3 chu kỳ Trong trường hợp nghịch lưu áp pha, tương ứng với hai pha tải cần tạo hai sóng điều khiển lệch pha 1/2 chu kỳ (tức chúng ngược pha nhau) Để đơn giản mạch kích nữa, ta sử dụng sóng điều khiển để kích Nhóm 14 47 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU đóng, ví dụ: cặp cơng tắc (S1, S4) kích đóng theo quan hệ sóng điều khiển sóng mang, cịn cặp (S3, S2) kích đóng ngược lại với chúng Lúc đó, hình thành trạng thái kích đóng (S1, S2) (S3, S4) Gọi mf tỉ số điều chế tần số (Frequency modulation ratio): Việc tăng giá trị mf dẫn đến việc tăng giá trị tần số sóng hài xuất Điểm bất lợi việc tăng tần số sóng mang vấn đề tổn hao đóng ngắt lớn Tương tự, gọi ma tỉ số điều chế biên độ (Amplitude modulation ratio) : Nếu (biên độ sóng sin nhỏ biên độ sóng mang) quan hệ biên độ thành phần áp áp điều khiển tuyến tính Đối với nghịch lưu áp pha: Đối với nghịch lưu áp ba pha, biên độ áp pha hài bản: Khi giá trị ma >1, biên độ tín hiệu điều chế lớn biên độ sóng mang biên độ hài điện áp tăng không tuyến tính theo biến ma Lúc này, bắt đầu xuất lượng sóng hài bậc cao tăng dần đạt mức giới hạn cho phương pháp bước Trường hợp gọi điều chế (overmodulation) điều chế mở rộng Trong trường hợp nghịch lưu áp ba pha, thành phần sóng hài bậc cao giảm đến cực tiểu giá trị mf chọn số lẻ bội ba Nhóm 14 48 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Nếu để ý đến hệ thức tính số điều chế, ta thấy phương pháp SPWM đạt số lớn vùng tuyến tính biên độ sóng điều chế với biên độ sóng mang Lúc đó, ta có: Phân tích sóng hài: Việc đánh giá chất lượng sóng hài xuất điện áp tải thực phân tích chuỗi Fourier Ở đây, chu kỳ lấy tích phân Fourier chia thành nhiều khoảng nhỏ, với cận lấy tích phân khoảng xác định từ giao điểm sóng điều khiển sóng mang dạng tam giác 2.3 Bộ nghịch lưu dịng Bộ nghịch lưu có nguồn chiều nguồn dòng điện Bộ nghịch lưu dòng sử dụng lãnh vực truyền động động điện xoay chiều cho cảm ứng Tương tự nghịch lưu áp, ta phân biệt nghịch lưu dòng với trình chuyển mạch cưỡng nghịch lưu dịng với q trình chuyển mạch tự nhiên (phụ thuộc) Bộ nghịch lưu dịng có q trình chuyển mạch cưỡng áp dụng cho tải tổng quát Trong trường hợp tải mang tính dung kháng, nghịch lưu sử dụng với trình chuyển mạch phụ thuộc sử dụng linh kiện bán dẫn thyristor 2.3.1 Bộ nghịch lưu dòng pha Sơ đồ nguyên lý hoạt động nghịch lưu dòng pha (Hình 2.10) Trong trường hợp tải tổng quát (R,RL,RLξ), linh kiện phải có khả điều khiển ngắt dịng điện Có thể sử dụng IGBT mắc nối tiếp với diode cao áp sử dụng linh kiện công suất GTO Giả sử dòng dẫn qua S1D1S2D2 tải, dòng điện tải it=I Để đảo chiều dòng điện tải, xung kích đóng đưa vào S1S2 kích ngắt S3S4 Dòng qua tải giảm nhanh đảo chiều it = -I Do tải mang tính cảm kháng, đảo chiều nhanh dòng điện gây điện áp đăt lên cơng tắc Nếu tải có độ tự cảm L nhỏ, mạch mắc nối tiếp công tắc với Nhóm 14 49 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU diode chịu điện áp cao; tải có L lớn, cần phải thay đổi cấu hình nghịch lưu dịng Chẳng hạn mắc tụ song song với tải (Hình 2.10b) dùng mạch tích lượng (Hình 2.10c) Tác dụng mạch phụ làm dòng tải q trình đổi dấu khơng thay đổi đột ngột khơng gây áp q áp phản kháng Cấu trúc dùng tụ xoay chiều mắc rẻ nhánh với tải làm xuất dao động dịng điện điện áp tương tác tụ điện với cảm kháng tải Tụ điện tính tóan cho biên độ thành phần dòng điện dẫn qua tụ có giá trị khơng lớn độ dao động điện áp sóng hài bậc cao tải nằm phạm vi cho phép a c b d Hình 2.10 Mạch nghịch lưu dịng pha Nhóm 14 50 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Cấu trúc dùng mạch tích lượng có khả khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hệ thống mạch công suất trở nên phức tạp sử dụng mạch chỉnh lưu cầu diode phía mạch DC phải có phần tử có khả dự trữ lượng Mỗi lần dòng điện tải đổi chiều, mạch DC nạp lượng dịng tải Phần tử tích điện tụ điện, để điện áp tụ không tăng, ta cần thực điều khiển xả lượng tụ điều khiển lượng tụ trả lưới điện xoay chiều qua mạch bán dẫn công suất (chẳng hạn điều khiển chỉnh lưu chế độ nghịch lưu) Mặc khác, tác dụng mạch tích lượng làm dòng điện thực tế qua tải bị lệch pha so với dòng điện lý tưởng yêu cầu (so sánh q trình dịng ia it1) 2.3.2 Bộ nghịch lưu dòng pha Tương tự trường hợp nghịch lưu dòng pha, cấu tạo nghịch lưu dịng ba pha gồm dạng: mạch chứa diode cao áp bảo vệ, mạch chứa tụ chuyển mạch mạch chứa tụ tích lượng Khi tải có cơng suất lớn, sử dụng nghịch lưu dòng với linh kiện thyristor mạch tắt cưỡng (Hình 2.11) Hình 2.11 Mạch nghịch lưu dịng sử dụng SCR Các ưu nhược điểm cấu trúc mạch nêu phần nghịch lưu dịng pha Đồ thị q trình điện áp dòng điện phần tử mạch minh họa hình vẽ cạnh sơ đồ tương ứng Đối với nghịch lưu dòng điện ba pha Tại thời điểm có cơng tắc nhánh dẫn công tắc nhánh dẫn Mỗi công tắt dẫn điện thời Nhóm 14 51 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU gian 1/3 chu kỳ Bỏ qua thời gian chuyển mạch nhánh, đồ thị dòng điện qua tải vẽ hình 2.11 cho trường hợp điều khiển bước Dịng điện qua tải có dạng khơng sin Hình 2.12 Dạng tín hiệu cơng tắc dòng qua tải 2.4 Các phương pháp điều khiển nghịch lưu dòng Giả thiết giá trị trạng thái van bán dẫn đóng “1” ngắt “0” Qui luật điều khiển nghịch lưu dòng phải đảm bảo điều kiện kích đóng (Qui luật kích nhóm) S1 + S3 + S5 = S2 + S4 + S6 = Điều có nghĩa, thời điểm có van nhóm van nhóm kích đóng 2.4.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ Đây phương pháp điều khiển chủ yếu áp dụng cho nghịch lưu dòng Độ lớn dòng điện tải điều khiển cách điều khiển nguồn dòng điện Chẳng hạn, điều khiển góc kích α chỉnh lưu có điều khiển điều khiển tỉ số thời gian γ có nguồn dc điều khiển biến đổi điện áp chiều Giản đồ xung kích vẽ hình 2.12a Tần số dịng điện tải điều khiển giản đồ kích cho nghịch lưu dịng Góc kích đóng cho cơng tắc nghịch lưu dịng điện Nhóm 14 52 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU π2m với m số pha nghịch lưu Ví dụ, nghịch lưu dịng ba pha, xung kích đóng cho cơng tắc nhóm thực gửi đến linh kiện S1,S3 S5 với độ rộng 2π/3 Tương tự cho linh kiện nhóm Bộ nghịch lưu dòng pha với phương pháp điều biên gọi nghịch lưu dòng điều khiển bước (Six step current Inverter) Bằng cách dùng phân tích Fourier dạng dịng điện qua pha tải Ví dụ: xem đồ thị dịng pha it1 (Hình 5.12) đấu dạng Y, ta thu hệ thức sau: Với n=1, trị biên độ thành phần hài dòng điện pha tải: Trị hiệu dụng dòng điện qua tải: Các thành phần sóng hài dịng điện tải có biên độ tương đối cao Do ảnh hưởng nhiều đến hoạt động tải Dạng sóng dịng điện cải tiến thuận lợi cách kéo dài thời gian chuyển mạch công tắc dẫn điện, chẳng hạn nhờ mạch tích lượng chuyển mạch 2.4.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung Quá trình chuyển mạch nhánh công tắc nghịch lưu dòng tạo nên xung gai điện áp tác dụng không tốt đến hoạt động phần tử mạch điện Độ lớn gai điện áp giảm bớt cách kéo dài thời gian chuyển mạch Thông thường chức nầy thực nhờ tụ điện chứa mạch Để xung gai điện áp giảm nhiều, tụ lớn thời gian chuyển mạch kéo dài Do đó, tần số đóng ngắt cơng tắc khơng thể cao Nhóm 14 53 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Phương pháp đòi hỏi độ lớn dòng điện dc phải điều khiển phương pháp điều biên thực điều rộng xung mạch nghịch lưu dòng để cải tiến dạng sóng dịng điện ngõ dãy tần số làm việc thấp Phương pháp điều chế độ rộng xung nghịch lưu dòng ba pha cho dạng dòng điện phần trùng với dạng cho phương pháp bước Tại số vị trí, dịng điện qua pha tải có độ lớn thay ±I ±I thay số vị trí khác Xét dịng điện it1 qua pha chẳng hạn S2 dẫn, cách đóng ngắt liên tục S1 S3 , ta có độ lớn dịng tải it1 (Hình 2.13) it1 = I S1 đóng, S3 ngắt; it1 = S3 đóng , S1 ngắt Hình 2.13 Tính hiệu cơng tắc điều khiển Nhóm 14 54 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 2: BỘ NGHỊCH LƯU DC/AC DÙNG CHO TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU Hình 2.14 Dịng điện tải Để đạt sóng dịng điện ba pha đối xứng, dạng dòng điện điều chế pha phải chứa xung trung tâm rộng tối thiểu π/3 Khi hai pha điều chế xung, pha thứ ba không thay đổi trạng thái dẫn điện Gọi n số lần thay đổi trạng thái dòng điện pha tải 1/4 chu kỳ dòng tải, chọn vị trí kích thích hợp cơng tắc, ta khử bỏ (n-1) sóng hài dịng tải, đồng thời điều khiển biên độ sóng hài theo giá trị cho trước Với cấu hình mạch chứa tụ để hạn chế điện áp chuyển mạch (xem Hình 2.11), q trình dịng điện qua pha tải (it1) dòng qua tụ điện (ic1) vẽ minh họa hình 2.14 Dịng điện qua tải gần pha với dòng điện ngõ nghịch lưu (ia) thành phần sóng hài dịng điện qua hạn chế Nhóm 14 55 PHẦN III: KẾT LUẬN PHẦN III: KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TRONG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP” với hướng dẫn thầy ThS Nguyễn Văn Khấn đến nhóm chúng tơi hồn thành với vấn đề sau: + Tìm hiểu tính chất, cấu tạo, nguyên lý nạp, xã với mạch nạp Ắc quy + Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý làm việc, nguyên lý nạp, xã pin nhiên liệu với điện phân + Cũng cố lại kiến thức nghịch lưu DC/AC dùng cho tải Do thời gian kiến thức có hạn nên đề tài báo cáo có nhiều sai sót, chúng tơi mong đóng góp ý kiến q Thầy, Cơ khoa Điện - Điện tử - Viễn thông để đề tài nghiên cứu hồn thiện Chúng tơi xin chân thành cảm ơn! Nhóm 14 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Dinh, Điều khiển mạch nạp cho điện phân sử dụng pin nhiên liệu, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, 2008 [2] PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn, Nghiên cứu chế tạo pin nhiên liệu – triển vọng xu hướng nhiên liệu xanh, Sở khoa học cơng nghệ Tp Hồ Chí Minh, 2011 [3] Nguyễn Thị Lê Hiền, Pin nhiên liệu – nguồn lượng tương lai, Viện dầu khí Việt Nam, Tạp chí dầu khí, 2019 [4] ThS Trần Cơng Binh, Năng lượng tái tạo, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, 2014 [5] ThS Nguyễn Phú Quý, Bài giảng Điện tử công suất, Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ, 2018 [6] Trang web https://devi-renewable.com/technology/phan-loai-va-ung-dung-pinnhien-lieu/, truy cập ngày 05/7/2022 Nhóm 14 57 ... nhiên liệu phân loại theo nhiều cách khác tùy theo cách nhìn: • Phân loại theo nhiệt độ hoạt động • Phân theo loại chất tham gia phản ứng • Phân loại theo điện cực • Phân theo loại chất điện phân... tích Fourier phổ dịng điện theo biến tần số rời rạc mà sóng hài dịng điện xuất theo biến tần số liên tục Trường hợp này, ta sử dụng khái niệm phổ mật độ dòng điện theo hệ thức: Tần số đóng ngắt... Vì chì tác dụng với axit theo phản ứng: PbO + H2SO4 = PbSO4 + H2O Đem nối nguồn điện chiều vào hai đầu cực ăc quy dịng điện chiều khép kín qua mạch ắc quy dòng điện theo chiều: Cực dương nguồn