(Đồ án hcmute) bộ biến đổi nguồn dc ac một pha 5 bậc sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC-AC MỘT PHA BẬC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: NGUYỄN NHÂN BỔN SVTH: TRỊNH VĂN THẮNG MSSV: 15142107 SVTH: LÊ NGUYỄN TƯỜNG AN MSSV: 15142001 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC-AC MỘT PHA BẬC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : TRỊNH VĂN THẮNG 15142107 LÊ NGUYỄN TRƯỜNG AN 15142001 Khóa : 2015 Ngành : ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD : TS NGUYỄN NHÂN BỔN Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 an an an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -*** Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Ngành : Trịnh Văn Thắng Lê Nguyễn Trường An Điện – Điện Tử 15142107 15142001 Lớp 15142CL3 Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lượng thực Ưu điểm Khuyết điểm Đề nghị cho bảo vệ hay không Đánh giá loại Điểm .( Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày .tháng năm 2019 Giáo viên phản biện (Kí ghi rõ họ tên iii an LỜI CẢM ƠN Trước hết, chúng em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Nhân Bổn tận tình bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm để em thực Đồ án Chúng em xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cơ Khoa Điện – Điện Tử tận tình hướng dẫn, trực tiếp truyền đạt kiến thức, cung cấp tài liệu, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ án Xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em có thời gian để hồn thành Đồ án Xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Sinh viên thực Trịnh Vắn Thắng & Lê Nguyễn Trường An iv an TÓM TẮT Đồ án “Bộ nghịch lưu pha bậc sử dụng lượng mặt trời” hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu sau:  Tìm hiểu pin lượng mặt trời  Tìm hiểu sử dụng ứng dụng Matlap để mô điều khiển  Phân tích cấu trúc nghịch lưu bậc Đánh giá ưu nhược điểm chúng chọn phương pháp thực hợp lý Kết nghiên cứu:  Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab mơ dạng sóng điện áp ngõ tải  Phù hợp để điều khiển tải vừa nhẹ cơng nghiệp, chi phí nhỏ điều khiển tải nhẹ với độ ổn định cao có sử dụng lượng mặt trời  Mạch phần cứng hoàn chỉnh v an MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA TRANG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC .vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .vii DANH MỤC HÌNH ẢNH BIỂU ĐỒ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU .ix TÀI LIỆU THAM KHẢO x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích mục tiêu đề tài 1.3 Điểm đề tài 1.4 Ý nghĩa thực tiễn .2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu tổng quát 2.1.1 Giới thiệu hệ thống pin lượng mặt trời 2.1.2 Pin mặt trời 2.1.2.1 Khái niệm pin mặt trời .5 2.1.2.2 Cấu tạo pin lượng mặt trời .5 2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 2.1.3 Bộ tích trữ điện (Acquy) .6 2.1.3.1 Khái niệm acquy 2.1.3.2 Cấu tạo acquy vi an 2.1.3.3 Nguyên lý hoạt động acquy 2.2 Bộ nghịch lưu áp 2.2.1 Khái niệm nghịch lưu áp .8 2.2.2 Phân loại nghịch lưu áp 2.3 Các dạng cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc .9 2.3.1 Dạng diode kẹp NPC (Diode Clamped Multilevel Inverter) 10 2.3.2 Dạng dùng tụ điện thay đổi (Flying Capacitor Multilevel Inverter) 12 2.2.4 Cấu trúc dạng ghép tầng (Cascade Inverter) .13 2.2.5 Nhận xét: 15 2.3 Cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc dạng Cascade 15 2.3.1 Bộ nghịch lưu áp cầu pha 15 2.3.2 Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng ghép tầng (cascade) 17 2.4 Tìm hiểu card DSP TMS320F28335 19 2.4.1 Giới thiệu Card DSP TMS320F28335 19 2.4.2 Cấu trúc phần cứng 23 2.4.3 Các khối module 26 2.4.3.1 Điều khiển nhớ truy cập trực tiếp (DMA) .26 2.5 Tóm tắt – tổng kết chương 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH PHẦN CỨNG 28 3.1 Mạch nguồn +15V -5V 28 3.1.1 Biến áp nguồn 28 3.1.2 Mạch nguồn ổn áp DC 29 3.2 Mạch kích 31 3.3 Mạch công suất IGBT 34 3.4 Mạch tăng áp DC/DC .37 3.5 Bộ điều khiển lượng mặt trời 38 3.6 Sơ đồ khối .39 vi an 3.7 Mơ hình tồn hệ thống 40 CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .41 4.1 Phần mềm sử dụng 41 4.2 Hướng dẫn sử dụng phần mềm 41 4.2.2 Các khối chức hỗ trợ Card F28335 45 4.2.3 Viết chương trình tes Card F28335 48 4.3 Chương trình điều khiển nghịc lửu pha bậc nhúng cho Card DSP .52 4.3.1 Chương trình điều chế xung Simulink 52 4.3.2 Cách lấy khối chương trình Silmulink 52 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THỰC TẾ VỚI TẢI ĐÈN VÀ ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT THẤP .54 5.1 Kết mô Matlap 54 5.1.1 Các tham số mô 54 5.1.2 Mơ hình mơ Matlap 54 5.1.3 Kết mô 56 5.1.3.1 Không tải 56 5.1.3.2 Tải trở 56 5.1.3.3 Tải RL 56 5.1.3.4 Tải RL 57 5.2 Kết thực tế 57 5.2.1 Không tải .57 5.2.2 Tải đèn 57 5.2.3 Tải động .59 5.3 Nhật xét 59 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 6.1 Kết luận 60 6.2 Hướng phát triển 60 vi an Điều chỉnh thông số cho eCAP  Khối SPI RCV Nhận liệu từ cổng giao tiếp SCIRXD Cho phép DSP giao tiếp bất đồng với thiết bị khác theo chuẩn NRZ  Khối SCI XMT Xuất liệu qua cổng giao tiếp SCITXD.Cho phép DSP giao tiếp bất đồng với thiết bị khác theo chuẩn NRZ  Khối SPI XMT Xuất liệu (chỉ hỗ trợ kiểu 16 bit) từ cổng giao tiếp SPISOMOx SPISIMIx truyền dẫn chế độ phụ  Khối I2C RCV Điều chỉnh thông số modun I2C để nhận liệu từ I2C bus 47 an  Khối I2C XMT Điều chỉnh thông số modun I2C để xuất liệu từ I2C bus  Khối eCAN RCV Điều chỉnh thông số hộp thư eCAN để nhận thơng báo từ cổng eCAN 4.2.3 Viết chương trình tes Card F28335  Vào thư viện Simulink  Blank Model Hình 4.9 Tạo Simulink tes Card  Vào Library Embedded Coder Support  C2833X  Digital Out 48 an Hình 4.10 Chọn Digital Output  Chọn khối Constant Hình 4.11 Chọn Constant 49 an  Mơ hình tes card LED Hình 4.12 Mơ hình tes F28335  Thiết lập thơng số cho GPIO Output Hình 4.13 Thông số GPIO Ouput 50 an  Cài đặt cấu hình Card F28335 Hình 4.14 Cài đặt cấu hình Card F28335  Nhúng Tes Led Card F28335 Hình 4.15 Tes Led Card F28335 51 an 4.3 Chương trình điều khiển nghịc lửu pha bậc nhúng cho Card DSP 4.3.1 Chương trình điều chế xung Simulink Hình 4.16 Chương trình điều khiển hồn chỉnh Simulink 4.3.2 Cách lấy khối chương trình Silmulink  Khối Sine Ware - Ta vào DSP System Toolbox  Soures  Sine Ware  Kéo khối vào chương trình  Khối Constan - Ta vào Simulink  Soure  Constan  Kéo khối vào chương trình  Khối Sum - Ta vào Simulink Commonly Used Blocks Sum  Kéo khối vào chương trình  Khối Relational 52 an - Ta vào Simulink Commonly Used Blocks  Relational Kéo khối vào chương trình  Khối GPIO DO - Ta vào Embedded Coder Support vào chương trình  C2833x  Digital Output  Kéo khối 4.4 Tóm tắt tổng két chương - Chương giúp hiểu rõ thành phần tham gia vào đồ án này: + Cách cài đặt sử dụng phần mềm Matlap 2017b để viết chương trình + Cách tes Card DSP F28335 sử dụng + Thiết kế chương trình điều khiển nghịch lưu pha bậc nạp cho Card DSP F28335 53 an CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI THỰC TẾ VỚI TẢI ĐÈN VÀ ĐỘNG CƠ CƠNG SUẤT THẤP 5.1 Kết mơ Matlap 5.1.1 Các tham số mô - Các thông số mô phỏng: + Chỉ số điều chế m = + Sóng điều khiển có tần số 50Hz, sóng mang dạng PD tần số 5.000 Hz + Các nguồn DC có giá trị Vd = 100V + Tải RL có R = 100Ω, L = 100H 5.1.2 Mơ hình mơ Matlap Hình 5.1 Mơ hình mơ Matlap - Ngun lý hoạt động: Sóng sin mang tín hiệu điện áp điều khiển, với tín hiệu sóng mang điều chỉnh bớt hệ số điều chế Sự so sánh sóng điều khiển sóng mang tạo xung kích điều khiển khóa IGBT + Khối sóng sin: Tạo tín hiệu điện áp điều khiển + Khối m: Điều chỉnh hệ số điều chế + Khối Vc: Tạo tín hiệu sóng mang - Khối IGBT: Gồm IGBT gép nối theo cấu hình Cascade 54 an Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý khối IGBT - Khối tải: Gồm tải R, L Hình 5.3 Sơ đồ khối tải thơng số cài đặt 55 an 5.1.3 Kết mô 5.1.3.1 Khơng tải Hình 5.4 Dạng sóng ngõ khơng tải 5.1.3.2 Tải trở Hình 5.5 Dạng sóng ngõ tải trở 5.1.3.3 Tải RL Hình 5.6 Dạng sóng ngõ tải RL (L=100H) 56 an 5.1.3.4 Tải RL Hình 5.7 Dạng sóng ngõ tải RL (L=1000kH) 5.2 Kết thực tế 5.2.1 Khơng tải Hình 5.5 Dạng sóng ngõ không tải thực tế V.DC (In) 77.8 77.8 V.AC (Out) 110.3 110.5 I (Out) 0 57 an Bảng 5.1 Thông số thực tế không tải 5.2.2 Tải đèn - Thông số: + Điện áp: 220V + Cơng suất: 60W Hình 5.6 Dạng sóng ngõ tải đèn thực tế V.DC (In) 77.8 77.8 V.AC (Out) 108.2 109.1 I (Out) 0.2 Bảng 5.2 Thông số thực tế tải đèn 58 an 5.2.3 Tải động - Thông số: + Điện áp: 220V + Công suất: 200W Hình 5.6 Dạng sóng ngõ tải động thực tế V.DC (In) 77.8 77.8 V.AC (Out) 108.2 109.1 I (Out) 0.2 0.2 Bảng 5.3 Thông số thực tế tải động 5.3 Nhật xét - Từ kết mơ ta nhận xét sau: + Kết mơ thí nghiệm thực tế gần giống + Điện áp cho tải tốt, dạng sóng sin ngõ chuẩn + Dạng sóng ổn định, sài tốt cho tải động có cơng suất vừa nhỏ 59 an CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận - Đồ án tiến hành nghiên cứu hồn thành mơ hình nghịch lưu pha bậc sử dụng nguồn lượng mặt trời Dạng sóng gần sin Các kết đạt bao gồm: + Phân tích cấu tạo hiểu nguyên lý hệ thống pin lượng mặt trời + Phân tích cấu trúc nghịch lưu bậc Đánh giá ưu nhược điểm chúng chọn phương pháp thực hợp lý + Xây dựng mơ hình vật lý nghịch lưu pha bậc Mơ hình nghịch lưu thiết kế, chế tạo có tính ổn định áp dụng + Sử dụng lập chương trình điều khiển ứng dụng Matlap 2017b + Kết cho thực tế tương đối sát với kết mô phần mềm 6.2 Hướng phát triển - Kết nghiên cứu thực mơ hình nghịch lưu pha bậc sử dụng tải pha tiếp tục phát triển mơ hình sử dụng cho tải pha - Kích thước mạch cịn lớn Có thể cải tạo cho mạch nhỏ gọn sử dụng linh kiện tốt hiệu - Chưa khai thác hết tính Card DSP Có thể sử dụng Card để thu nhập thông tin liệu điều khiển Nghiên cứu thêm tính Card - Thí nghiệm thực tế tải có cơng suất lớn hơn, với dịng điện cao 60 an S an K L 0 ... KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ BIẾN ĐỔI NGUỒN DC- AC MỘT PHA BẬC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SVTH : TRỊNH VĂN THẮNG 151 42107 LÊ NGUYỄN TRƯỜNG AN 151 42001 Khóa : 20 15 Ngành : ĐIỆN-ĐIỆN... Trường An iv an TÓM TẮT Đồ án ? ?Bộ nghịch lưu pha bậc sử dụng lượng mặt trời? ?? hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu sau:  Tìm hiểu pin lượng mặt trời  Tìm hiểu sử dụng ứng dụng Matlap để mô điều khiển... thống pin lượng mặt trời 2.1.2 Pin mặt trời 2.1.2.1 Khái niệm pin mặt trời .5 2.1.2.2 Cấu tạo pin lượng mặt trời .5 2.1.2.3 Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời