NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO BỘ SẠC PIN LITHIUM MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 3 TÓM TẮT 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH 6 MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY 10 1.1 Tổng quan chung 10 1.2 Cơ sở lý thuyết về truyền năng lượng không dây 14 1.2.1 Từ trường 14 1.2.2 Từ thông 15 1.2.3 Truyền sóng 16 1.2.4 Cảm ứng từ 17 1.2.4.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ 17 1.2.5. Hệ số tự cảm K 18 1.2.6 Nguyên lý truyền điện không dây bằng cảm ứng từ 19 1.2.7. Mô hình truyền điện không dây điển hình 21 1.2 Thiết bị truyền năng lượng không dây 25 1.2.1. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền điện không dây 25 1.2.2 Quy chuẩn chung của hệ thống sạc không dây 26 1.2.3 Công nghệ truyền năng lượng không trong cuộc sống 9 28 1.2.4 Cấu tạo thiết bị truyền điện không dây 33 1.2.5 Nguyên lý hoạt động 34 1.2.6 Đánh giá hệ thống 34 CHƯƠNG 2 : CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 36 2.1 Các thiết bị 36 2.1.1 Function Generator HM8030 – 6 ( máy tạo sóng) 36 2.1.2 LCR – Meter HM8018 (máy đo linh kiện) 36 2.1.3 Máy đo sóng TBS1102B 38 Đặc điểm: 38 2.2 Các linh kiện 38 2.2.1 Mosfet 38 2.2.2 Cuộn cảm 41 2.2.3 Điện trở 42 2.2.4 Diode 43 2.2.5 Tụ điện 52 2.2.8 IC nguồn LM 317 57 2.2.8 Pin Lithium 57 CHƯƠNG 3 :THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 62 3.1 Giới thiệu về cơ sở lựa chọn thiết kế anten 9 62 3.2 Thiết kế thử nghiệm một số mẫu anten 63 3.3. Thiết kế bộ phát 65 3.4. Thiết kế bộ thu 66 3.5 Kết quả khảo sát hệ thống 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 71 1.Kết luận 71 2.Hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cảm ứng từ 14 Hình 1.2 Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn 15 Hình 1.3 Từ thông sinh ra trong một vòng dây 16 Hình 1.4 Quá trình chuyển tiếp trường của anten 17 Hình 1.5 Hệ số tự cảm K 18 Hình 1.6 Nguyên lý làm việc máy biến áp 19 Hình 1.7 Nguyên lý làm việc của các thiết bị gia nhiệt cảm ứng, năng lượng được truyền không tiếp xúc từ cuộn dây sang vật cần gia nhiệt 20 Hình 1.8 Nguyên lý làm việc của công nghệ truyền không dây ở trường gần 21 Hình 1.9 Sơ đồ mô hình truyền năng lượng không dây 22 Hình 1.10 Cách để sạc pin không dây 25 Hình 1.11 Mạch phát không dây 25 Hình 1.12 Mạch thu không dây 26 Hình 1.13 Sạc không dây cho ô tô 30 Hình 1.14 Sơ đồ mạch ghép từ cảm ứng 30 Hình 1.15 Một hệ thống truyền năng lượng không dây dựa trên khớp nối từ tính cộng hưởng. Hệ thống bao gồm 4 giai đoạn công suất, cụ thể là bộ chuyển đổi hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC), bộ khuếch đại RF, cuộn dây hoặc bộ cộng hưởng và bộ chỉnh lưu tích hợp. 32 Hình 1.16 Mạch RLC cho công nghệ WPT dựa trên ghép từ cộng hưởng 32 Hình 1.17 Cấu tạo thiết bị truyền không dây 34 Hình 2.1 Máy tạo song HM8306 36 Hình 2.2 Máy đo linh kiện LCR HM8018 37 Hình 2.3 Máy đo sóng TBS1102B 38 Hình 2.4 Chân Mosfet 39 Hình 2.5 Ký hiệu kênh mosfet 39 Hình 2.6 Cuộn cảm 41 Hình 2.7 Điện trở 42 Hình 2.8 Ký hiệu và hình dạng Diode 43 Hình 2.9 Cấu tạo diođe 44 Hình 2.10 Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode 46 Hình 2.11 Phân cực ngược cho Diode 47 Hình 2.12 Vùng phân cực diode zenner 47 Hình 2.13 Vùng phân cực thuận 48 Hình 2.14 Vùng rò rỉ 48 Hình 2.15 Vùng đánh thủng 49 Hình 2.16 Mạch ổn áp 50 Hình 2.17 Mạch tạo sóng 50 Hình 2.18 Giá trị ngõ ra của diode zenner 51 Hình 2.19 Mạch điều khiển relay 51 Hình 2.20 Tụ điện 52 Hình 2.21 Mạch phóng nạp của tụ điện 52 Hình 2.22 Tụ điện phân cực 53 Hình 2.23 Tụ không phân cực 53 Hình 2.24 Tụ cao áp 104 275V 54 Hình 2.25 Tụ hạ áp 54 Hình 2.26 Tụ nguồn 560 uF 400V 55 Hình 2.27 Tụ liên lạc 55 Hình 2.28 IC LM 317 57 Hình 2.29 Pin lithium 57 Hình 2.30 Qúa trình sạc và xả của pin lithium 58 Hình 3.1 Hình dáng của angten 63 Hình 3.2 Anten sử dụng đồng 1 sợi cuốn thành hình tròn mặt phẳng 63 Hình 3.3 Angten sử dụng đồng nhiều sợi cuốn thành hình tròn mặt phẳng 64 Hình 3.4 Angten sử dụng đồng 1 sợi cuốn thành vòng tròn 64 Hình 3.5 Sơ đồ bộ phát 65 Hình 3.6 Mạch phát 65 Hình 3.7 Sơ đồ bộ thu 67 Hình 3.8 Mạch thu 67 Hình 3.9 Mạch phát truyền năng lượng không dây để sạc điện thoại ngoài thị trường 69 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, nghiên cứu về công nghệ truyền tải điện không dây là vấn đề quan trọng để phát triển hệ thống điện trong tương lai. Việc này sẽ giảm thiểu được chi phí trong thiết kế, thi công các công trình về điện dân dụng và công nghiệp. Từ đó, quá trình sử dụng điện sẽ tiện lợi hơn, hệ thống điện không phải đấu nối dây dẫn phức tạp khi số lượng thiết bị điện tăng lên. Đối với các ứng dụng tầm ngắn hiện đại, truyền tải điện cảm ứng (IPT) hệ thống và hệ thống sạc không dây cho thiết bị cầm tay các thiết bị như điện thoại di động đã thu hút nhiều sự chú ý từ những năm 1990 cho đến nay. Đó cũng là lý do cho em tập trung nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu công nghệ truyền năng lượng không dây ứng dụng cho bộ sạc pin Lithium “. 2. Mục đích và phạm vi nghiên cứu Với mục đích thiết kế ra một hệ thống sạc thiết bị không dây đơn giản và hiệu quả, giảm thiểu việc thao tác đầu nối đối với người sử dụng, và tăng tính hiện đại theo xu hướng của thị trường. Trong thời gian (122022) thực hiện đề tàitốt nghiệp đại học. Em tập trung nghiên cứu hệ thống truyền năng lượng không dây ở khoảng cách gần, nguyên lý nguyên lý của hệ thống dựa trên hiệu ứng cộng hưởng từ. Hệ thống này có thể được ứng dụng trong lĩnh vực robotic và thiết bị điện tử phục vụ nhu cầu hằng ngày của con người … Với những mục tiêu được đặt ra như sau: KHỐI PHÁT : Thiết kế cuộn dây (Anten phát năng lượng); Thiết kế mạch tạo tần số (cung cấp cho cuộn dây phát). KHỐI THU : Thiết kế cuộn dây (Anten thu năng lượng từ phát); Thiết kế mạch để thu năng lượng từ anten thu; Thiết kế mạch để ổn định điện áp để đưa ra mức năng lượng mong muốn cấp cho Pin; MẠCH ỔN ĐÁP ĐẦU RA: Mạch ổn áp để sạc cho pin. 3. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện chuyên đề trên phương pháp nghiên cứu được thực hiện: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết thiết kế bộ truyền năng lượng không dây; khảo sát, sử dụng các linh kiện thương mại có trên thị trường để lắp ráp và thí nghiệm trên board mạch, cân chỉnh tham số; Với phương châm lý thuyết đi đôi với thực nghiệm, để hoàn thành đề tài này em đã sử dụng nhiều bảng mạch khác nhau để kiểm tra sự tương thích giữa các khối. Sử dụng thiết bị đo sóng, thiết bị linh kiện như: tụ, điện trở, cuộn dây, …để đo đạc, cân chỉnh tham số. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Tạo ra một sản phẩm từ những linh kiện thông dụng trên thị trường, dễ kiếm, giá cả phải chăng để tạo ra một sản phẩm mang lại nhiều hữu ích cho cuộc sống. Nâng cao khả năng nghiên cứu với mục tiêu tăng tính và giảm dần sự tiếp cận thao tác của con người; Sản phẩm mang tính phát triển công nghệ hiện đại, có khả năng áp dụng vào thực tế, sử dụng vào các hệ thống nhà máy hay các đơn vị liên quan. 5. Cấu trúc của đề tài Nội dung đề tài bao gồm: Mở đầu; Chương 1: Tổng quan về công nghệ truyền năng lượng không dây; Chương 2: Các thiết bị và linh kiện để thực hiện đề tài; Chương 3: Thiết kế và thực nghiệm hệ thống; Kết luận và hướng phát triển. CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY 1.1 Tổng quan chung 1.1.1. Lịch sử phát triển 1 Truyền điện không dây (WPT) là phương thức truyền điện năng từ nguồn đến tải qua không khí mà không cần sử dụng các đầu nối vật lý. Lịch sử phát triển của hệ thống WPT bắt đầu từ việc xây dựng phương trình Maxwell vào năm 1862. Maxwell đã mô tả các hiện tượng của sóng vô tuyến trong các phương trình Maxwell. Sau đó, Henry Poynting đã minh họa sóng điện từ như một dòng chảy năng lượng và được sử dụng trong định lý Poynting vào năm 1884. Nikola Tesla đã nghiên cứu về nguyên tắc truyền điện không dây vào cuối thế kỷ 19. Tuy nhiên, các thí nghiệm của Tesla không được khai thác ở mức độ thương mại vì lỳ do không an toàn, hiệu suất thấp và giá thành đắt. Sau các thử nghiệm ban đầu của Tesla, sóng điện từ được sử dụng cho các ứng dụng liên lạc không dây. Ngày nay, đề xuất của Tesla đã trở thành hiện thực với sự ra đời của các công nghệ bán dẫn tiên tiến. Hệ thống WPT hữu ích trong các môi trường làm việc mà các đầu nối vật lý gây bất tiện, nguy hiểm hoặc không thể thực hiện. Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên khắp thế giới để tiếp nối ý tưởng truyền điện không dây như: Năm 2001, công ty Splashpower ở Anh đã sử dụng. Tháp Wardenclyffe do Nikola Tesla xây dựng các cuộn dây cộng hưởng trong một mặt phẳng để truyền hàng chục Watt vào các thiết bị khác nhau bao gồm cả đèn chiếu sáng, điện thoại di động, PDA, iPod,...; Năm 2006, các nhà vật lý ở Viện Công nghệ Massachussetts, Mỹ đã giả định một cách để loại trừ những khó khăn này bằng cách sử dụng các sóng điện từ “phù du” không phát xạ; Năm 2007, một nhóm nghiên cứu do giáo sư Marin Soljacic ở MIT đã truyền năng lượng không dây để thắp sáng một đèn điện 60W với hiệu suất 40% với khoảng cách 2m, sử dụng hai cuộn dây có đường kính 60 cm, nhóm đã phát triển lý thuyết truyền năng lượng không dây tường minh hơn; Tháng 3 năm 2015, các nhà khoa học Nhật Bản đã thực hiện được một bước đột phá trong việc truyền tải năng lượng điện không dây vũ trụ từ mặt trời; Đặc điểm chung của các hệ thống này đều dựa trên nguyên lý cảm ứng từ và cảm ứng điện từ. Về sau công nghệ truyền năng lượng không dây trường xa được thực hiện bằng nguyên lý phóng chùm tia công suất (powerbeam) ở dạng tia vi ba hay tia laser để truyền công suất lớn (cỡ KW, MW thậm chí thiết kế đến cỡ GW) từ vũ trụ về bề mặt Trái Đất; Trong bản báo cáo này, tác giả sẽ trình bày về một phương án thiết kế, chế tạo thử nghiệm truyền điện không dây nhỏ gọn, truyền điện được ở khoảng cách gần từ 0 – 150mm với hiệu suất truyền từ 50 – 90%. Công việc chính của tác giả là liên kết các dữ liệu về nguyên lý hoạt động, phương pháp lựa chọn linh kiện, phương pháp chế tạo vòng dây sơ cấp và thứ cấp, các nguyên lý này sẽ được tìm hiểu từ những đề tài khoa học đã được công bố và tác giả sẽ ứng dụng chúng vào một bài toán cụ thể là “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO BỘ SẠC PIN LITHIUM ”. 1.1.2. Tổng quan về ứng dụng truyền năng lượng không dây Vệ tinh năng lượng mặt trời 2 Vệ tinh thu năng lượng mặt trời SPS là một công nghệ được kỳ vọng sẽ thành hiện thực vào những năm 2030. Tiềm năng và tính thương mại của SPS là rất lớn. Hiện các nhà khoa học đang tập trung nghiên cứu giải quyết bài toán về giảm giá thành cho SPS. SPS sẽ giải phóng chúng ta khỏi mạng truyền dẫn và cung cấp điện sử dụng dây dẫn. Chúng ta cũng không mất vật liệu dây dẫn vì SPS là mạng truyền năng lượng không dây. Hơn thế, có thể thực hiện việc truyền điện tới những liệu. SPS sẽ loại bỏ sự mất điện do ngắn mạch hay các sự cố ở mặt đất. Công suất tổng của hệ thống sẽ rất linh hoạt. Chi phí ban đầu để thực hiện hệ thống SPS là rất lớn và sự lo ngại chồng lấn các khái niệm của hệ thống WPT sang các hệ thống truyền thông hiện tại. Thiết bị y khoa 3 Điện thoại di động và đèn pin hoạt động bằng pin mà không có khó khăn. Tuy nhiên, vì tuổi thọ giới hạn, năng lượng pin không phải là một lựa chọn khả thi cho nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực của y học hoặc kỹ thuật thử nghiệm, chẳng hạn như cấy ghép hoặc đầu dò. Các nhà nghiên cứu đã phát triển quá trình cung cấp năng lượng cho những hệ thống này mà không dùng dây dẫn; Các nhà nghiên cứu tại Viện Fraunhofer ở Hermsdorf đã thành công trong truyền điện không dây dẫn từ một môđun máy phát di động tới một môđun máy phát di động thiết bị nhận. Môđun truyền tải có dạng hình trụ nhỏ gọn, nó có thể được gắn vào dây thắt lưng, Dr. Holger Lausch, nhà khoa học tại IKTS nói. Máy phát cung cấp dòng điện hơn 100 milliwatts và có phạm vi khoảng 50 cm. Kết quả là, máy thu nhận có thể được đặt hầu như bất cứ nơi nào trong cơ thể. Với thiết bị di động, tác giả có thể cung cấp năng lượng từ xa đến bộ phận cấy ghép, hệ thống liều dùng thuốc men và các ứng dụng y tế khác mà không cần chạm vào chúng như viên nang nuốt nội soi di chuyển qua đường tiêu hóa và truyền tải hình ảnh bên trong của cơ thể ra bên ngoài, Lausch nói. Môđun thu nhận có thể được truy vết bất cứ lúc nào bất kể năng lượng truyền đối với vị trí và địa điểm của nó.Vì vậy, nếu máy thu được đặt bên trong một viên nang nội soi video, hình ảnh tạo ra có thể được gán cho các vùng đường ruột cụ thể. Nếu nó được đặt bên trong một viên nang liều lượng, sau đó các thành phần hoạt chất trong thuốc có thể được phát tán theo chỉ định. Xe điện 4 Hệ thống WPT ứng dụng sạc cho xe điện chia thành hai loại, sạc không dây tĩnh và sạc không dây động. Với sạc không dây tĩnh, khi sạc xe điện phải dừng lại và đỗ đúng vị trí của bộ truyền để nhận năng lượng từ bộ truyền. Các bộ sạc không dây tĩnh có điều kiện kết nối điện từ tốt, hiệu suất có thể đạt được trên 90%. Tuy nhiên, khoảng cách di chuyển sau mỗi lần sạc của xe điện không tăng so với sạc cắm 9 dây. Để tăng khoảng cách di chuyển thì xe điện phải được sạc thường xuyên hoặc được trang bị ắc quy có dung lượng lớn hơn. Tuy nhiên, các giải pháp này đều phát sinh chi phí. Do đó, hệ thống sạc động không dây là một công nghệ nhiều hứa hẹn có thể mở rộng phạm vi di chuyển của xe, xe điện có thể vừa di chuyển trên đường vừa sạc. Như vậy, khoảng cách di chuyển của xe điện tăng lên trong khi có thể sử dụng ắc quy với dung lượng nhỏ nhất; UC Berkeley đã tiến hành một thử nghiệm về hệ thống sạc động cho xe điện dựa trên công nghệ WPT vào cuối thập niên 90. Hệ thống này được thử nghiệm cho xe bus, có công suất truyền 60kW, khoảng cách truyền 76mm, đường truyền dài 213m. Do công nghệ bán dẫn hạn chế, tần số làm việc chỉ đạt 400 Hz, hiệu suất đạt được là 60%. Kết quả của nghiên cứu này đã mở ra các hướng nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất của hệ thống sạc không dây động. Viện khoa học và công nghệ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) đã có nhiều đóng góp cho các nghiên cứu về hệ thống sạc động. KAIST đã xây dựng một số hệ thống sạc động OLEV (OnLine Electric Vehicles) thử nghiệm cho xe bus và xe SUV. KAIST thử nghiệm một hệ thống sạc động cho xe bus với công suất truyền bằng 60kW, khoảng cách truyền là 170mm, hiệu suất đạt trên 71%. Hệ thống sạc động cho xe SUV cũng được thử nghiệm với công suất truyền bằng 15kW, khoảng cách truyền là 170mm, hiệu suất lớn nhất đạt được là 83%. Phòng thí nghiệm quốc gia ORNL (Oak Ridge National Laboratory) của Mỹ, nghiên cứu phát triển hệ thống sạc động sử dụng các bộ truyền kiểu đoạn. Hệ thống truyền công suất 20kW, khoảng cách truyền từ 125175 mm, hiệu suất đạt được lên tới 90%. Ngoài ra, còn nhiều các viện nghiên cứu, các tập đoàn đã và đang nghiên cứu thử nghiệm các hệ thống WPT ứng dụng trong sạc động không dây cho xe điện. Như vậy có thể thấy rằng, các hệ thống sạc động không dây cho xe điện đã và đang được nghiên cứu, phát triển, hứa hẹn làm cho việc sử dụng xe điện tiện lợi hơn và an toàn hơn. Các công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống WPT ứng dụng trong sạc động không dây cho xe điện có thể được đưa vào cấp độ thương mại với chi phí hợp lý. Tuy nhiên, để thương mại hóa vẫn còn rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu, phát triển như mức công suất truyền, khoảng cách truyền, hiệu suất khi xe di chuyển thẳng hướng và lệch bên, điều khiển đóng cắt các cuộn dây theo vị trí của xe, điều khiển quản lý quá trình sạc cho ắc quy, vấn đề tốc độ, vấn đề an toàn, chi phí... Do vậy, các nghiên cứu mở rộng về hệ thống WPT ứng dụng sạc động không dây cho xe điện đang là vấn đề được quan tâm nghiên cứu; Hệ thống WPT bao gồm hai phía cách điện với nhau, được gọi là phía sơ cấp và phía thứ cấp. Ở phía sơ cấp, các cuộn dây sơ cấp được đặt cố định dưới lòng đường tạo thành làn đường sạc động cho xe. Nguồn điện lưới xoay chiều được chuyển thành nguồn một chiều nhờ bộ chỉnh lưu PFC. Sau đó, nguồn một chiều được biến đổi thành nguồn xoay chiều tần số cao nhờ bộ nghịch lưu tần số cao để đưa tới các cuộn dây sơ cấp thông qua mạch bù sơ cấp. Dòng điện tần số cao trong các cuộn dây sơ cấp phát ra từ trường xoay chiều. Ở phía thứ cấp, cuộn dây nhận được đặt dưới gầm xe điện cảm ứng được một điện áp xoay chiều tần số cao. Bằng cách cộng hưởng với mạch bù phía thứ cấp, công suất và hiệu suất truyền được cải thiện đáng kể. Nguồn xoay chiều tần số cao này được chỉnh lưu và đưa đến bộ điều khiển phối hợp trở kháng, bộ điều 11 khiển quản lý năng lượng ắc quy, một phần sạc cho ắc quy và một phần đưa đến drive điều khiển động cơ trong xe điện. Bộ điều khiển phối hợp trở kháng có chức năng điều khiển trở kháng nhằm tối đa hiệu suất truyền. 1.2 Cơ sở lý thuyết về truyền năng lượng không dây 1.2.1 Từ trường Từ trường là một môi trường vật chất đặc biệt bao quanh nam châm, dòng điện. Từ trường gây ra lực từ (lực tương tác) lên nam châm dòng điện hoặc các vật có từ tính đặt trong đó như mô tả trên hình 1.1. Hình 1.1 Cảm ứng từ • Đặc điểm của từ trường: Có độ lớn; Có hướng; Đại lượng đặc trưng là cảm ứng từ B đơn vị (T); • Cách xác định từ trường:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ DƯƠNG KHOA GIANG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO BỘ SẠC PIN LITHIUM KHÓA LUẬN KỸ SƯ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đà Nẵng, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO BỘ SẠC PIN LITHIUM CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD : TS.TRẦN THUẬN HOÀNG SVTH : DƯƠNG KHOA GIANG LỚP : K21 EDT MSSV : 2121158109 Đà Nẵng, 2022 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan: Bản khóa luận tồn công sức tác giả bỏ nghiên cứu nghiêm túc, thực sự hướng dẫn tận tình thầy TS Trần Thuận Hồng Nội dung khóa luận có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin internet xác nhận theo danh mục tài liệu tham khảo cuối khóa luận Một lần tác giả xin khẳng định trung thực lời cam kết Đà Nẵng, Ngày tháng 12 năm 2022 Người cam đoan Dương Khoa Giang LỜI CẢM ƠN Qua năm năm phấn đấu học hỏi không ngừng, cuối em hồn thành khóa luận tốt nghiệp Để đạt thành này, phải kể đến cơng lao to lớn tồn thể thầy cơ, bạn bè tận tình dạy dỗ giúp đỡ em suốt trình học tập từ em bước vào trường nhiều bỡ ngỡ Qua em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy giáo, cô giáo trường Đại học Duy Tân, đặc biệt thầy TS Trần Thuận Hoàng – Người ln ln giúp đỡ, hướng dẫn tận tình em suốt q trình làm khóa luận Em học hỏi thầy phương pháp làm việc khoa học, tính kiên trì, sáng tạo nghiên cứu nhiều kiến thức bổ ích Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trường đại học Duy Tân nói chung, thầy khoa Điện – Điện tử nói riêng Các thầy cô truyền đạt hướng dẫn chúng em kiến thức tảng quan trọng ngành học giúp chúng em vận dụng phát huy vào thực tế khóa luận Em xin cảm ơn anh, chị công tác trung tâm Điện-Điện Tử CEE tạo điều kiện, giúp đỡ truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý giúp em hồn thành tốt khóa luận Em xin kính chúc thầy giáo, cô giáo, anh chị bạn mạnh khỏe, hạnh phúc thành công sống! TĨM TẮT Truyền tải điện khơng dây cách truyền tải lượng điện từ nguồn phát tới nhiều thiết bị tiêu thụ mà khơng cần sử dụng dây dẫn Do đó, hệ thống mang đến nhiều thuận tiện cho sống đại Hơn nữa, số trường hợp đặc biệt sử dụng dây dẫn truyền lượng khơng dây lựa chọn tối ưu Hệ thống truyền lượng không dây chia làm ba loại: Khoảng cách gần; Khoảng cách trung bình; Khoảng cách xa; Trong đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống truyền lượng không dây khoảng cách gần, nguyên lý hệ thống dựa hiệu ứng cộng hưởng từ Tác giả thiết kế, chế tạo thử nghiệm thành công truyền lượng điện không dây khoảng cách 150 mm, đạt hiệu suất 50% Hệ thống ứng dụng lĩnh vực robotic thiết bị điện tử phục vụ nhu cầu người dùng hàng ngày giúp cho hệ thống điện trở nên gọn tăng tính thẩm mỹ MỤC LỤ C LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG DÂY 1.1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG 10 Tổng quan chung 10 1.2 Cơ sở lý thuyết truyền lượng không dây 14 1.2.1 Từ trường 14 1.2.2 Từ thông 15 1.2.3 Truyền sóng .16 1.2.4 Cảm ứng từ 17 1.2.4.1 Hiện tượng cảm ứng điện từ 17 1.2.5 Hệ số tự cảm K 18 1.2.6 Nguyên lý truyền điện không dây cảm ứng từ 19 1.2.7 Mơ hình truyền điện khơng dây điển hình .21 1.2 Thiết bị truyền lượng không dây .25 1.2.1 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống truyền điện không dây .25 1.2.2 Quy chuẩn chung hệ thống sạc không dây 26 1.2.3 Công nghệ truyền lượng không sống [9] 28 1.2.4 Cấu tạo thiết bị truyền điện không dây .33 1.2.5 Nguyên lý hoạt động 34 1.2.6 Đánh giá hệ thống .34 CHƯƠNG : CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG ĐỂ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 36 2.1 Các thiết bị 36 2.1.1 Function Generator HM8030 – ( máy tạo sóng) 36 2.1.2 LCR – Meter HM8018 (máy đo linh kiện) 36 2.1.3 Máy đo sóng TBS1102B 38 Đặc điểm: 38 2.2 Các linh kiện 38 2.2.1 Mosfet .38 2.2.2 Cuộn cảm 41 2.2.3 Điện trở .42 2.2.4 Diode 43 2.2.5 Tụ điện 52 2.2.8 IC nguồn LM 317 57 2.2.8 Pin Lithium .57 CHƯƠNG :THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 62 3.1 Giới thiệu sở lựa chọn thiết kế anten [9] 62 3.2 Thiết kế thử nghiệm số mẫu anten 63 3.3 Thiết kế phát 65 3.4 Thiết kế thu .66 3.5 Kết khảo sát hệ thống .68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 71 1.Kết luận 71 2.Hướng phát triển đề tài .71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cảm ứng từ 14 Hình 1.2 Từ trường dòng điện chạy dây dẫn uốn thành vịng trịn 15 Hình 1.3 Từ thơng sinh vòng dây 16 Hình 1.4 Quá trình chuyển tiếp trường anten 17 Hình 1.5 Hệ số tự cảm K 18 Hình 1.6 Nguyên lý làm việc máy biến áp 19 Hình 1.7 Nguyên lý làm việc thiết bị gia nhiệt cảm ứng, lượng truyền không tiếp xúc từ cuộn dây sang vật cần gia nhiệt 20 Hình 1.8 Nguyên lý làm việc công nghệ truyền không dây trường gần 21 Hình 1.9 Sơ đồ mơ hình truyền lượng khơng dây .22 Hình 1.10 Cách để sạc pin khơng dây 25 Hình 1.11 Mạch phát khơng dây 25 Hình 1.12 Mạch thu khơng dây 26 Hình 1.13 Sạc không dây cho ô tô .30 Hình 1.14 Sơ đồ mạch ghép từ cảm ứng 30 Hình 1.15 Một hệ thống truyền lượng không dây dựa khớp nối từ tính cộng hưởng Hệ thống bao gồm giai đoạn công suất, cụ thể chuyển đổi hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC), khuếch đại RF, cuộn dây cộng hưởng chỉnh lưu tích hợp 32 Hình 1.16 Mạch RLC cho công nghệ WPT dựa ghép từ cộng hưởng 32 Hình 1.17 Cấu tạo thiết bị truyền không dây .34 Hình 2.1 Máy tạo song HM830-6 36 Hình 2.2 Máy đo linh kiện LCR HM8018 37 Hình 2.3 Máy đo sóng TBS1102B .38 Hình 2.4 Chân Mosfet 39 Hình 2.5 Ký hiệu kênh mosfet 39 Hình 2.6 Cuộn cảm 41 Hình 2.7 Điện trở .42 Hình 2.8 Ký hiệu hình dạng Diode .43 Hình 2.9 Cấu tạo diođe 44 Hình 2.10 Đường đặc tuyến điện áp thuận qua Diode 46 Hình 2.11 Phân cực ngược cho Diode 47 Hình 2.12 Vùng phân cực diode zenner .47 Hình 2.13 Vùng phân cực thuận 48 Hình 2.14 Vùng rị rỉ 48 Hình 2.15 Vùng đánh thủng .49 Hình 2.16 Mạch ổn áp 50 Hình 2.17 Mạch tạo sóng 50 Hình 2.18 Giá trị ngõ diode zenner 51 Hình 2.19 Mạch điều khiển relay .51 Hình 2.20 Tụ điện 52 Hình 2.21 Mạch phóng nạp tụ điện .52 Hình 2.22 Tụ điện phân cực .53 Hình 2.23 Tụ không phân cực 53 Hình 2.24 Tụ cao áp 104 275V 54 Hình 2.25 Tụ hạ áp .54 Hình 2.26 Tụ nguồn 560 uF - 400V 55 Hình 2.27 Tụ liên lạc 55 Hình 2.28 IC LM 317 57 Hình 2.29 Pin lithium 57 Hình 2.30 Qúa trình sạc xả pin lithium 58 Hình 3.1 Hình dáng angten 63 Hình 3.2 Anten sử dụng đồng sợi thành hình trịn mặt phẳng 63 Hình 3.3 Angten sử dụng đồng nhiều sợi thành hình trịn mặt phẳng 64 Hình 3.4 Angten sử dụng đồng sợi thành vịng trịn 64 Hình 3.5 Sơ đồ phát 65 Hình 3.6 Mạch phát 65 Hình 3.7 Sơ đồ thu 67 Hình 3.8 Mạch thu .67 Hình 3.9 Mạch phát truyền lượng khơng dây để sạc điện thoại ngồi thị trường .69 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, nghiên cứu công nghệ truyền tải điện không dây vấn đề quan trọng để phát triển hệ thống điện tương lai Việc giảm thiểu chi phí thiết kế, thi cơng cơng trình điện dân dụng cơng nghiệp Từ đó, q trình sử dụng điện tiện lợi hơn, hệ thống điện đấu nối dây dẫn phức tạp số lượng thiết bị điện tăng lên Đối với ứng dụng tầm ngắn đại, truyền tải điện cảm ứng (IPT) hệ thống hệ thống sạc không dây cho thiết bị cầm tay thiết bị điện thoại di động thu hút nhiều ý từ năm 1990 Đó lý cho em tập trung nghiên cứu với đề tài “Nghiên cứu công nghệ truyền lượng không dây ứng dụng cho sạc pin Lithium “ Mục đích phạm vi nghiên cứu Với mục đích thiết kế hệ thống sạc thiết bị không dây đơn giản hiệu quả, giảm thiểu việc thao tác đầu nối người sử dụng, tăng tính đại theo xu hướng thị trường Trong thời gian (12/2022) thực đề tàitốt nghiệp đại học Em tập trung nghiên cứu hệ thống truyền lượng không dây khoảng cách gần, nguyên lý nguyên lý hệ thống dựa hiệu ứng cộng hưởng từ Hệ thống ứng dụng lĩnh vực robotic thiết bị điện tử phục vụ nhu cầu ngày người … Với mục tiêu đặt sau: KHỐI PHÁT : -Thiết kế cuộn dây (Anten phát lượng); - Thiết kế mạch tạo tần số (cung cấp cho cuộn dây phát) KHỐI THU : - Thiết kế cuộn dây (Anten thu lượng từ phát); - Thiết kế mạch để thu lượng từ anten thu; - Thiết kế mạch để ổn định điện áp để đưa mức lượng mong muốn cấp cho Pin; MẠCH ỔN ĐÁP ĐẦU RA: Mạch ổn áp để sạc cho pin Phương pháp nghiên cứu Để thực chuyên đề phương pháp nghiên cứu thực hiện: Nghiên cứu sở lý thuyết thiết kế truyền lượng không dây; khảo sát, sử dụng linh kiện thương mại có thị trường để lắp ráp thí nghiệm board mạch, cân chỉnh tham số; ... tạo vòng dây sơ cấp thứ cấp, nguyên lý tìm hiểu từ đề tài khoa học công bố tác giả ứng dụng chúng vào toán cụ thể “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG KHÔNG DÂY ỨNG DỤNG CHO BỘ SẠC PIN LITHIUM. .. WPT ứng dụng sạc cho xe điện chia thành hai loại, sạc không dây tĩnh sạc không dây động Với sạc không dây tĩnh, sạc xe điện phải dừng lại đỗ vị trí truyền để nhận lượng từ truyền Các sạc khơng dây. .. sạc không dây cho thiết bị cầm tay thiết bị điện thoại di động thu hút nhiều ý từ năm 1990 Đó lý cho em tập trung nghiên cứu với đề tài ? ?Nghiên cứu công nghệ truyền lượng không dây ứng dụng cho