(Tiểu luận) đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực : TS NGUYỄN HOÀNG MAI : Trần Ngọc Toàn Nguyễn Tiến Tuấn 105170382 105170386 Nhóm HP / Lớp : 17TDH2 Ngành : Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng” Sinh viên thực hiện: Trần Ngọc Toàn Số thẻ sinh viên: 10517038 Lớp: 17TDH2 Đề tài gồm có chương: Chương 1: Tổng quan thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng Đặt vấn đề ưu điểm sạc xe điện không dây Giới thiệu sạc điện không dây, cấu trúc bản, lý thuyết cảm ứng điện từ Ngồi cịn giới thiệu số đề tài nghiên cứu có liên quan Chương 2: Thiết kế phần động lực Chương giới thiệu linh kiện cần có hệ thống, ngun lí hoạt động chúng, tổng quát sơ đồ khối phần động lực, dựa vào lý thuyết truyền điện khơng dây tính thơng số linh kiện Tính tốn phần bảo vệ cho tồn hệ thống, từ đưa sơ đồ chi tiết phần động lực Chương 3: Thiết kế phần điều khiển Giới thiệu tổng quan vi điều khiển Mơ hình hóa Buck đầu thu Sữ dụng số bù cấu trúc điều khiển (bộ bù Lead(PD), bù Lag(PI), bù Lead – Lag(PID)) Thiết kế điều khiển mạch Buck converter Chương 4: Mô phỏng, lắp ráp đánh giá kết ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIÊhP Họ tên sinh viên: Trần Ngọc Tồn Lớp: 17TDH2 hóa Khoa: Điện Số thẻ sinh viên:105170382 Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động Tên đề tài đồ án: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM SẠC XE ĐIỆN KHÔNG DỪNG Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Chương 1: Tổng quan thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng Chương 2: Thiết kế phần động lực Chương 3: Thiết kế phần điều khiển Chương 4: Mô phỏng, lắp ráp đánh giá kết Các vẽ đồ thị: Bao gồm X vẽ Bản vẽ số 1: Họ tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/2021 Ngày hoàn thành đồ án: 3/2022 Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2022 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Đồ án tốt nghiệp nhiệm vụ yêu cầu sinh viên để kết thúc khoá học trước tốt nghiệp trường, đồng thời giúp cho sinh viên tổng kết kiến thức học suốt trình học tập, phần xác định cơng việc mà làm tương lai tốt nghiệp trường Với đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng”, sau tìm hiểu tiến hành làm đồ án, với hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn đề tài đem lại cho em kiến thức bổ ích kinh nghiệm cho cơng việc tương lai sau Trong suốt trình làm đồ án với nổ lực thân với hướng dẫn tận tình Thầy: TS Nguyễn Hồng Mai thầy cô khác khoa đến đồ án em hoàn thành Mặc dù em cố gắng tìm tịi học hỏi kinh nghiệm, kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình làm đồ án Em mong nhận giúp đỡ thầy bạn để em hồn thiện kiến thức chuyên môn Em xin chân thành cảm ơn Thầy: TS Nguyễn Hồng Mai tận tình hướng dẫn em thời gian tìm hiểu thực Đề tài tốt nghiệp Sự hướng dẫn, góp ý tận tình thầy nguồn động viên to lớn giúp em nhiều trình thực đề tài Và em cảm ơn quý thầy cô Khoa Điện giúp đỡ em nhiều trình học tập thực đề tài Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Khoa Điện thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên thực Trần Ngọc Tồn– 17TDH2 CAM ĐOAN Tơi tên là:Trần Ngọc Toàn, sinh viên lớp 17TDH2 Khoa Điện, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng Tôi xin cam đoan đồ án tơi tự tính toán, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn TS Nguyễn Hoàng Mai Để hoàn thành đồ án này, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác mà không ghi Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Sinh viên thực Trần Ngọc Toàn – 17TDH2 Sinh viên: Hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai Mục lục CHƯƠNG 1: Tổng quan thiết kế hệ thống điều khiển sạc xe điện không dừng 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Khái niệm WPTS 10 1.1.2 Cấu trúc hệ thống WPTS 10 1.2 Tổng quan cảm ứng điện từ 10 1.2.1 Luận điểm Maxwell thứ – điện trường xoáy 10 1.2.2 Luận điểm Maxwell thứ hai- dòng điện dịch 12 1.2.3 Hiện tượng cảm ứng điện từ 14 1.3 Các phương pháp nạp pin 15 1.3.1 Nạp với dịng điện khơng đổi 15 1.3.2 Nạp với điện áp không đổi 15 1.3.3 Phương pháp nạp kết hợp dòng áp 15 1.4 Các hệ thống liên quan đến đề tài 16 1.4.1 WPTS quy nạp 16 1.4.2 WPTS cưỡng 17 1.4.3 WPTS cộng hưởng 18 1.5 Hệ thống thực đề tài 20 1.6 Các ưu nhược điểm sạc khơng dây với sạc có dây 20 1.6.1 Ưu điểm 20 1.6.2 Nhược điểm 21 1.7 Các nghiên cứu liên quan cụ thể có 21 1.7.1 Primary-Side Power Flow Control of Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Charging 21 1.7.2 Overview of Wireless Charging Technologies for Electric Vehicles 22 CHƯƠNG 2: Thiết kế phần động lực 24 2.1 Giới thiệu phần động lực 24 Sinh viên: Hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai 2.1.1 Mục tiêu 24 2.1.2 Giới thiệu 24 2.1.3 Giới thiệu linh kiện có hệ thống 24 2.2 Sơ đồ khối phần động lực 32 2.2.1 Chỉnh lưu cầu diode 33 2.2.2 Bộ nghịch lưu cầu pha 33 2.2.3 Hệ thống khớp nối 34 2.2.4 Bộ chuyển đổi Buck converter (DC-DC) 37 2.3 Tính tốn phần động lực 38 2.3.1 Tính chọn cuộn dây tụ hệ thống khớp nối 38 2.3.2 Bộ chỉnh lưu Diode 42 2.3.3 Bộ nghịch lưu tần số cao 42 2.3.4 Bộ Buck converter (DC-DC) 43 2.4 Sơ đồ chi tiết phần động lực 44 2.5 Thiết kế, tính tốn phần bảo vệ 44 CHƯƠNG 3: Thiết kế phần điều khiển 47 3.1 Tổng quan adruino 47 3.1.1 Giới thiệu adruino 47 3.1.2 Chức 47 3.1.3 Phần cứng Adruino Uno R3 47 3.2 Tổng quan esp8266 48 3.2.1 Cấu tạo ESP8266 48 3.2.2 Tính ESP8266 49 3.2.3 Chức ESP8266 đồ án 50 3.3 Sơ đồ khối toàn toàn hệ thống 50 3.4 Thiết kế điều khiển đầu phát 50 3.5 Thiết kế điều khiển đầu thu 50 3.5.1 Sinh viên: Mơ hình hóa Buck 50 Hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai 3.5.2 Một số bù sử dụng cấu trúc điều khiển DC/DC converter 53 3.5.3 Thiết kế điều khiển mạch Buck converter .56 CHƯƠNG 4: Mô phỏng, lắp ráp đánh giá kết 63 4.1 Mô Matlab 63 Hình ảnh Sinh viên: Hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Mai Hình 1.1 Cấu trúc WPTS 10 Hình 1.2 Từ trường biến thiên điện xốy 11 Hình 1.3 Nguyên lý thiết kế hệ thống điện không dây 15 Hình 1.4 Sơ đồ sạc pin theo phương pháp nạp kết hợp 16 Hình 1.5 Sơ đồ mạch WPTS quy nạp 17 Hình 1.6 Sơ đồ mạch loại cấu trúc WPTS cộng hưởng .19 Hình 2.1 Phân cực diode thuận(trái),phân cực diode ngược(phải) 25 Hình 2.2 Đặc tính vơn-ampe diode 26 Hình 2.3 Cấu trúc bán dẫn Mosfet 26 Hình 2.4 Kí hiệu quy ước hình dáng Mosfet .27 Hình 2.5 Quá trình mở Mosfet 28 Hình 2.6 Quá trình khóa Mosfet 29 Hình 2.7 Cấu tạo tụ điện 31 Hình 2.8 Cấu tạo cuộn cảm .31 Hình 2.9 Sơ đồ khối phần động lực 32 Hình 2.10 chỉnh lưu cầu diode 33 Hình 2.11 Sơ đồ mạch nghịch lưu cầu pha .34 Hình 2.12 Hệ thống khớp nối 35 Hình 2.13 Bộ chuyển đổi Buck converter 37 Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống khớp nối 38 Hình 2.15 Đồ thị hiển thị hiệu suất theo giá trị hệ số ghép nối k(0≤k≤0.5) 41 Hình 2.16 Sơ đồ chi tiết phần động lực 44 Hình 2.17 Vị trí đặt dây chảy để bảo vệ .45 Hình 4.1 Mạch động lực 61 Hình 4.2 Bộ điều khiển Buck 64 Sinh viên: Hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ICE:Internal Combustion Engine EV: Electric Vehicles UBC: Unidirectional Battery Chargers BBC:Bidirectional Battery Chargers WPTS: Wireless Power Transfer Systems SS: Series – Series SP: Series – Parallel PS: Parallel – Series PP: Parallel – Parallel PFC: Power factor correction Sinh viên: Hướng dẫn: TS Nguyễn Hoàng Mai