Ngày nay điệnbằng sức gió đã trở nên rất phổ biến, thiết bị được sản xuất hàng loạt, côngnghệ lắp ráp đã hoàn thiện nên chi phí cho việc hoàn thành một trạm điệnbằng sức gió hiện nay thấ
TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN GIÓ
Tổng quan
NĂNG LƯỢNG GIÓ – NGUỒN NĂNG LƯỢNG SẠCH ĐẦY TIỀM NĂNG
- Đứng trước thực tế nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao nhưng những nguồn năng lượng hóa thạch như dầu, khí đốt, than,… đang ngày càng trở nên khan hiếm cũng như gây ra những tác hại khôn lường cho môi trường, chúng ta cần tìm ra những dạng năng lượng mới để thay thế cho chúng Một trong những nguồn năng lượng triển vọng, đang trong những bước khai thác và sử dụng có thể kể đến là năng lượng gió.
- Năng lượng gió hiện nay là một trong những dạng năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới cũng như có tiềm năng lớn tại Việt Nam Trong bài viết sau đây, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về năng lượng gió, cách thức chúng hoạt động cũng như ưu nhược điểm của loại năng lượng này.
1.1.1 Khái niệm năng lượng gió
- Năng lượng gió là một loại năng lượng được sử dụng từ rất lâu đời Từ xa xưa ông cha ta đã biết dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm trên biển.
- Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyểnTrái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời.Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời Cổ Đại.
- Bởi sự ảnh hưởng không đồng đều của nhiệt độ mặt trời vào bầu khí quyển làm cho không khí giữa vùng này và vùng khác bị chênh lệch về áp suất do vậy sinh ra sự chuyển động không khí từ vùng có áp suất cao đến vùng không khí có áp suất thấp và sự chuyển động đó được gọi là gió Chúng ta đều biết sự chuyển động của gió tạo ra một lực cơ học và nó ở dạng lực mặt do vậy nó cũng có chiều có hướng và có độ lớn cũng có nghĩa là có năng lượng ở dạng cơ năng nên từ xa xưa con người đã biết lợi dụng sức gió để ứng dụng vào cuộc sống (cối xay gió, thuyền buồm, ) nhưng đấy là những ứng dụng đơn giản còn trong thời đại hiện nay có sự nghiên cứu và đã được ứng dụng rộng rãi, năng lượng gió được chuyển sang điện năng 1.1.2 Sự hình thành năng lượng gió
- Do sự chênh lệch nhiệt độ, áp suất khác biệt giữa xích đạo và các cực: Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
- Do sự quay của Trái Đất: Do bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quay quanh trục của Trái Đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến vùng áp thấp không chuyển động thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy có chiều xoáy khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu Nếu nhìn từ vũ trụ thì trên Bắc bán cầu không khí di chuyển vào một vùng áp thấp ngược với chiều kim đồng hồ và ra khỏi một vùng áp cao theo chiều kim đồng hồ. Trên Nam bán cầu thì chiều hướng ngược lại - Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng bị ảnh hưởng bởi địa hình tại từng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên ban ngày đất nóng lên nhanh hơn nước, tạo nên khác biệt về áp suất và vì thế có gió thổi từ biển hay hồ vào đất liền Vào ban đêm đất liền nguội đi nhanh hơn nước và hiệu ứng này xảy ra theo chiều ngược lại.
1.1.3 Lịch sử phát triển của năng lượng gió
- Con người đã sử dụng năng lượng gió từ hàng ngàn năm trước, khi con người lần đầu tiên nhận ra sức mạnh của gió và sử dụng nó để nghiền ngũ cốc hoặc đẩy thuyền.
- Cối xay gió được người Hồi giáo phát minh năm 634, dùng để xay bắp và thoát nước Vào mùa khô, chỉ có một nguồn sức đẩy duy nhất là gió, thổi ổn định theo một hướng trong nhiều tháng Cối xay gió có 6 – 12 cánh quạt được phủ vải hay cánh cọ Nó có trước cối xay đầu tiên ở châu u 500 năm.
- Vào những năm 1920 và 1926, Albert Betz, một nhà khoa học Đức, đã thực hiện nghiên cứu và tính toán hiệu suất tuabin gió tối đa Kết quả của ông đã dẫn đến việc thiết lập một giới hạn về tỷ lệ hiệu suất của cách quạt và hình dạng tối ưu của chúng Giới hạn này được gọi là "Betz giới hạn" và vẫn được sử dụng trong thiết kế tuabin gió hiện đại.
- Năm 1950, Giáo sư Ulrich Hutter đã áp dụng cơ học hiện đại và công nghệ sợi quang tiên tiến để xây dựng cánh quạt tuabin gió trong hệ thống thử nghiệm của mình Điều này đã cải thiện hiệu suất và hiệu quả của turbine gió và đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng gió
- Poul la Cour, một nhà nghiên cứu Đan Mạch, đã phát triển một loại tua-bin gió phát điện trực tiếp.
- Năm 1958, một học sinh tên là Johannes Juul đã phát triển khái niệm cho phép dòng điện xoay chiều từ tuabin gió có thể được nối vào lưới điện cho lần đầu tiên Điều này đã mở ra cánh cửa cho việc sử dụng năng lượng gió trên quy mô lớn và tích hợp vào hệ thống điện lưới, bước đột phá quan trọng trong ngành năng lượng gió.
1.1.4 Ứng dụng thực tiễn của năng lượng gió
- Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện.
- Góp phần bảo vệ môi trường Gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vĩnh cửu nên bạn sẽ không cần phải sử dụng các loại máy móc để khai thác gây ô nhiễm môi trường.
- Tiết kiệm tiền điện Do đó là nguồn tài nguyên sẵn có nên bạn không cần tốn chi phí để sản xuất điện Nhìn chung, việc xây dựng một tuabin gió vẫn rẻ hơn rất nhiều so với việc xây dựng một nhà máy nhiệt điện.
Các phương pháp điều khiển và sử dụng cho hệ thống điện gió
tích hợp với lưới điện, vi điều khiển có thể điều chỉnh các bộ chuyển đổi năng lượng như inverter.
- vi điều khiển giúp tự động hóa và tối ưu hóa quá trình hoạt động của tuabin gió, giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng hiệu quả trong việc sản xuất điện từ năng lượng gió Đồng thời, nó cũng giúp trong việc bảo vệ và duy trì tuabin, làm gia tăng tuổi thọ và giảm thiểu chi phí bảo dưỡng.
TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN ÁP
Giới thiệu thiết bị chuyển đổi điện áp
Thiết bị chuyển đổi điện áp là một thiết bị biến năng Nó cho phếp chuyển đổi năng lượng điện dưới các mức điện áp khác nhau với biên độ và tần số theo yêu cầu - Các phương pháp chuyển đổi điện áp thông dụng hiện nay: +) Chuyển đổi DC – DC
Chuyển đổi DC - DC
Bộ chuyển đổi DC-DC là một loại bộ chuyển đổi điện áp được sử dụng để chuyển đổi điện áp từ nguồn DC vào thành một mức điện áp DC khác Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi DC-DC dựa trên sự sử dụng các thành phần điện tử như transistor, điốt, tụ điện, cuộn cảm và các mạch điều khiển để điều chỉnh đầu ra điện áp Bộ chuyển đổi DC-DC được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như nguồn điện cho các thiết bị di động, hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống điện tử công nghiệp.
2.2.1 Băm xung một chiều nối tiếp
Băm xung một chiều nối tiếp hay còn gọi là “Buck chopper” (băm xung giảm áp)
Sơ đồ loại này thể hiện như trên hình 2.1 Quy luật điều khiển van Tr hoàn toàn như nguyên lý chung đã xét, tuy nhiên quá trình năng lượng xảy ra như sau:
+) Trong khoảng thời gian từ 0 đến t0 khi van dẫn điện, năng lượng của nguồn sẽ được cấp cho phụ tải, nếu coi van là lý tưởng có: Ut=E, vì dòng điện từ nguồn i1 phải đi qua điện cảm L, nên điện cảm này sẽ nạp năng lượng trong giai đoạn van
+) Trong khoảng còn lại, từ t0 đến hết chu kỳ điều khiển, van Tr khóa, điện cảm L phóng năng lượng tích lũy ở giai đoạn trước, dòng điện qua L vẫn theo chiều cũ và chảy qua van đệm D (dòng i2), lúc này Ut = -Ud ~ 0.
Chuyển đổi DC - AC
2.3.1 Tổng quan về hệ thống INVERTER
Inverter là thiết bị chuyển điện có thể điều chỉnh các thông số điện như hiệu điện thế, cường độ dòng điện và tần số của đầu ra so với đầu vào Nhằm tiết kiệm năng lượng và thuận tiện cho việc sử dụng các thiết bị điện trong công nghiệp và trong sinh hoạt cuộc sống Những ứng dụng của công nghệ INVERTER là: Biến Tần, Nghịch lưu.
2.3.2 Tổng quan về hệ thống nghịch lưu
Nghịch lưu là quá trình biến đổi năng lượng một chiều thành năng lượng xoay chiều với điện áp và tần số ngõ ra có thể thay đổi cung cấp cho tải soay chiều.
Phân loại Các sơ đồ nghịch lưu được chia làm hai loại.:
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ phụ thuộc vào lưới xoay chiều.
- Sơ đồ nghịch lưu làm việc ở chế độ độc lập (với các nguồn độc lập như ác quy, máy phát một chiều )
Nghịch lưu phụ thuộc có sơ đồ nguyên lý giống như chỉnh lưu có điều khiển. Mạch nghịch lưu phụ thuộc là mạch chỉnh lưu trong đó có nguồn một chiều được đổi dấu so với chỉnh lưu và góc mở của các tiristo thoả mãn điều kiện ( /2 <
< ) lúc đó công xuất của máy phát điện một chiều trả về lưới xoay Tần số và điện áp nghịch lưu này phụ thuộc vào tần số điện áp lưới xoay chiều.
Nghịch lưu độc lập (NLĐL) là thiết bị để biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành năng lượng dòng điện xoay chiều với tần số ra cố định hoặc thay đổi Trong hệ thống chỉnh lưu cũng có bộ nghịch lưu nhưng là nghịch lưu phụ thuộc, sự khác biệt giữa hai bộ nghịch lưu này ở chỗ:
- Nghịch lưu phụ thuộc tuy cũng biến đổi năng lượng một chiều (DC) thành năng lượng xoay chiều (AC), nhưng tần số điện áp và dòng điện xoay chiều chính là tần số không thể thay đổi của lưới điện Hơn nữa sự hoạt động của chỉnh lưu này phải được xác định theo tần số và pha của lưới xoay chiều đó
- Nghịch lưu độc lập hoạt động độc với tần số ra do mạch điều khiển quyết định và có thể thay đổi tùy ý, tức là độc lập với lưới điện
Nghịch lưu độc lập được phân thành ba loại:
NLĐL điện áp, cho phép biến đổi từ điện áp một chiều E thành nguồn điện xoay chiều có tính chất như điện áp lưới: trạng thái không tải là cho phép, còn trạng thái ngắn mạch tải là sự cố
2 NLĐL dòng điện, cho phép biến nguồn dòng một chiều thành nguồn dòng điện xoay chiều
3 NLĐL cộng hưởng, có đặc điểm khi hoạt động luôn hình thành mộtmạch vòng dao động cộng hưởng RLC
Tải của NLĐL là thiết bị điện xoay chiều có thể là một pha hay ba pha, do đó NLĐL cũng được chế tạo hai dạng NLĐL một pha và NLĐL ba pha
Van bán dẫn sử dụng trong NLĐL phụ thuộc loại nghịch lưu:
- Với NLĐL điện áp, van hoạt động dưới tác động của sức điện động một chiều E, điều này tương tự như van trong băm xung một chiều, vì vậy thích hợp phải là van điều khiển hoàn toàn: các loại transistor BT, MOSFET, IGBT hay GTO
- Với NLĐL dòng điện và NLĐL cộng hưởng, do tính chất mạch cho phép ứng dụng tốt van bán điều khiển thyristor nên chúng thường được dùng.
2.3.2.3 Nghịch lưu nguồn dòng và nguồn áp
Là mạch nghịch lưu có L bằng vô cùng ở ngõ vào, làm cho tổng trở của mạch nguồn có giá trị lớn: tải làm việc với nguồn dòng Hình 3.4 trình bầy sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương của nghịch lưu nguồn dòng một pha RL Dòng nguồn i phẳng, không đổi ở một giá trị tải, được dóng cắt thành dòng AC cungN cấp cho tải S1, S4 đóng: i > 0; S2, S3 đóng: i < 0 Vậy tải nhận được dòng điện0 0
AC là những xung vuông có biên độ phụ thuộc tải
Hình 3.4 sơ đồ nguyên lý và mạch tương đương
Của nghich lưu nguồn dòng
2) Nghịch lưu nguồn áp: Đặc trưng của nghịch lưu nguồn áp là có tổng trở trong bằng không để có thể cung cấp hay nhận dòng tải Một đặc trưng khác là ngắt điện luôn có diode song song ngược để năng lượng từ tải có thể tự do trả về nguồn thể hiện hình 3.5 Áp nguồn một chiều được đóng cắt thành những xung áp hình vuông có biên độ chính xác đển cung cấp cho tải.
2.3.3 Các loại nghịch lưu có trên thị trường
Là loại biến đổi DC-AC đơn giản nhất Tín hiệu điều khiển khối công suất ở dạng xung vuông Điện áp AC thu được ở đầu ra nhờ việc đảo pha điện áp DC cấp vào biến áp với một tần số nhất định như hình 3.6.
Hình 3.6 Nghich lư sóng vuông
- Ở nửa chu kỳ đầu tín hiệu xung kích ở mức cao Q1 và Q2 dẫn, Q3 và Q4 ngưng dẫn do tín hiệu xung kich đã đi qua IC đảo trở thành mức thấp, dòng điện bên sơ cấp biến áp đi theo hướng
VDC → W11 → Q1, Q2 → GND Cuận thứ cấp thu được bán kỳ dương của dòng điện với biên độ điện áp tỉ lệ thuận với hệ số khuếch đại của biến áp.
- Ở nửa chu kỳ sau tín hiệu xung kích ở mức thấp Q1 và Q2 ngưng dẫn, Q3 và Q4 dẫn do tín hiệu xung kich đã đi qua IC đảo trở thành mức cao, dòng điện bên sơ cấp biến áp đi theo hướng
VDC → W12 → Q3, Q4 → GND Cuận thứ cấp thu được bán kỳ âm của dòng điện với biên độ điện áp tỉ lệ thuận với hệ số khuếch đại của biến áp.
Hình 3.7 Dạng sóng của nghịch lưu sóng vuông so với sóng sin
Vi : Phần điện áp thiếu của sóng vuông so với sóng sin
Ve : Phần điện áp dư thừa của sóng vuông
Chuyển đổi AC - AC
Hình 2.10 sơ đồ nguyên lí, giản đồ điện áp BBD AC – AC
Bộ biến đổi AC-AC (AC-AC converter) là một thiết bị chuyển đổi năng lượng từ một nguồn cung cấp điện xoay chiều (AC) sang một dạng AC khác có biên độ, tần số hoặc pha khác nhau Có nhiều loại bộ biến đổi AC-AC, nhưng một số nguyên lý hoạt động chung có thể được mô tả như sau:
- Một số bộ biến đổi AC-AC được thiết kế để điều chỉnh biên độ của điện áp đầu ra Điều này thường được thực hiện bằng cách sử dụng các thành phần điều khiển như thyristor hoặc transistor Các thành phần điều khiển này được kích thích sao cho chúng kiểm soát thời điểm mà dòng điện được chuyển từ nguồn vào đến đầu ra Kết quả là biên độ của điện áp đầu ra có thể được kiểm soát.
- Bộ biến đổi AC-AC cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi tần số của nguồn điện AC Điều này hữu ích trong các ứng dụng nơi mà tần số cần phải được điều chỉnh, ví dụ như trong các hệ thống điều khiển động cơ Các mạch chuyển đổi tần số thường sử dụng các thành phần như biến áp và các bộ chỉnh lưu để chuyển đổi tần số.
- Một số ứng dụng yêu cầu đảo chiều pha của nguồn điện AC Bộ biến đổi AC-
AC có thể được sử dụng để thực hiện điều này bằng cách sử dụng các thành phần điều khiển phù hợp.
- Bộ biến đổi AC-AC cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi điện áp của nguồn vào thành điện áp đầu ra khác nhau Điều này thường được thực hiện thông qua các biến áp có tỷ số số vòng lớn và nhỏ khác nhau.
BỘ BIẾN ĐỔI DC - AC TỪ 12V LÊN 220V
Các đặc điểm chung
Các bộ điều áp xoay chiều (ĐAXC) dùng để đóng ngắt hoặc thay đổi điện áp xoay chiều ra tải từ một nguồn xoay chiều cố định, trong đó tần số điện áp ra bằng tần số nguồn Trong máy điện có thiết bị điện là biến áp tự ngẫu cho phép thực hiện yêu cầu này, tuy nhiên việc điều chỉnh phải tiến hành thông qua hệ cơ khí di chuyển chổi than trượt trên các vòng dây biến thế, vì vậy hệ này không bền, phản ứng chậm, nhưng có ưu điểm cơ bản là điện áp ra tải luôn đảm bảo sin trong toàn dải điều chỉnh Điện tử công suất sử dụng các van bán dẫn để chế tạo các bộ điều áp xoay chiều, có đặc điểm sau đây: ĐAXC dùng van bán dẫn có đầy đủ ưu điểm của những mạch công suất sử dụng kỹ thuật bán dẫn như: dễ điều chỉnh và tự động hóa, làm việc ổn định, phản ứng nhanh với các đột biến điều khiển, độ tin cậy và tuổi thọ cao, dễ thay thế, thích hợp với quá trình hiện đại hóa quá trình công nghệ… Nhược điểm chung và cơ bản nhất của ĐA XC là điện áp ra tải không sin trong toàn dải điều chỉnh (điện áp trên tải chỉ đạt sin hoàn chỉnh khi đưa toàn bộ điện áp nguồn ra tải), điều chỉnh càng sâu – càng giảm điện áp ra, thì độ méo sẽ càng lớn, tức là thành phần sóng hài bậc cao (là bội số của tần số vào) cũng càng lớn Với những tải yêu cầu nghiêm ngặt về độ méo và thành phần sóng hài có thể không ứng dụng được ĐA XC Phạm vi ứng dụng của ĐA XC thường là:
• Điều chỉnh ánh sáng đèn sợi đốt và ổn định độ phát quang của hệ chiếu sáng • Điều chỉnh và ổn định nhiệt độ các lò điện trở bằng cách tự động khống chế công suất điện đưa vào lò.
• Có thể được sử dụng để điều chỉnh tốc độ điện động cơ KĐB, nhưng chỉ phù hợp với phụ tải của động cơ dạng quạt gió hoặc bơm li tâm với phạm vi điều chỉnh không lớn ĐAXC thích hợp với các chế độ như khởi động, đóng – ngắt nguồn cho động cơ điện xoay chiều.
• ĐAXC cũng được dùng để điều chỉnh điện áp sơ cấp các biến áp lực và thông qua đó điều chỉnh điện áp ra tải, phụ tải có thể là dòng điện xoay chiều hoặc một chiều (chỉnh lưu diode phía thứ cấp) khi rơi vào hai trường hợp sau:
1 Điện áp thứ cấp thấp hơn nhiều điện áp sơ cấp nhưng dòng điện thứ cấp rất lớn, ví dụ như thiết bị hàn tiếp xúc.
2 Điện áp thứ cấp mà tải yêu cầu cao hơn nhiều lần điện áp nguồn, ví dụ như nguồn cho điện phân, lọc bụi tĩnh điện.
25 ĐA XC làm việc với nguồn vào là điện áp xoay chiều, tức là giống như mạch chỉnh lưu, vì vậy các van được sử dụng cũng như nguyên tắc điều khiển có nhiều điểm tương tự như mạch chỉnh lưu Do tải đòi hỏi dòng điện xoay chiều nên van bán dẫn có thể dùng ở đây là:
• TRIAC, đây là van duy nhất cho phép dòng điện chảy theo cả hai chiều.
• Ghép hai van chỉ cho phép dẫn một chiều, bằng cách đấu song song ngược nhau, lúc đó mỗi van đảm nhận một chiều của dòng tải Bằng cách này có thể ghép hai thyristor với nhau hoặc một thyristor với một diode.
Nguyên tắc điều khiển của ĐAXC tương tự như trong mạch chỉnh lưu điều khiển, tức là điều chỉnh góc mở của van bán dẫn Xét về phía mạch van, bộ chỉnh lưu và ĐAXC có những điểm giống nhau: các van làm việc với điện áp xoay chiều nên được khóa tự nhiên bằng điện áp nguồn và cũng chịu các ảnh hưởng lưới điện đến van, kiểu điều khiển van cũng là dịch pha điểm phát xung so với pha nguồn xoay chiều.
Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi DC - AC 1 pha
Mạch chuyển đổi DC 12V sang 220V AC : thường cần thiết ở những nơi không thể lấy nguồn AC từ Mains Một mạch Inverter được sử dụng để chuyển đổi nguồn
DC thành nguồn AC Bộ Inverter có thể có hai loại Bộ Inverter sóng sin đúng / thuần và bộ Inverter chuẩn hoặc Inverter Những bộ Inverter sóng sin thực sự / thuần túy này có giá thành cao, trong khi bộ Inverter đã sửa đổi hoặc gần như không đắt.
Những Inverter được sửa đổi này tạo ra sóng vuông và chúng không được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị điện tử tinh vi Ở đây, một mạch Inverter điều khiển điện áp đơn giản sử dụng các transistor điện làm thiết bị chuyển mạch được xây dựng, giúp chuyển đổi tín hiệu 12V DC thành 220V AC một pha. Ý tưởng cơ bản đằng sau mọi mạch nghịch lưu là tạo ra dao động bằng cách sử dụng một chiều cho trước và áp dụng những dao động này trên cuộn sơ cấp của biến áp bằng cách khuếch đại dòng điện Điện áp sơ cấp này sau đó được nâng lên thành điện áp cao hơn tùy thuộc vào số vòng dây trong cuộn sơ cấp và thứ cấp
Bộ chuyển đổi 12V DC sang 220 V AC cũng có thể được thiết kế bằng các transistor đơn giản Nó có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho đèn lên đến 35W nhưng có thể được thực hiện để tăng tải mạnh hơn bằng cách thêm nhiềuMosfet.
3.5 Mô phỏng bộ biến đổi trên trên Psim
- Mô phỏng mạch điều khiển :
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG BỘ NGHỊCH LƯU TỪ 12VDC
Sơ đồ khối của bộ nghịch lưu
Bộ điều khiển trung tâm
Tạo ra nguồn ổn áp 5 VDC cấp cho khối điều khiển trung tâm.
Hạn dòng từ ác quy để cấp cho khối chuyển mạch
* Bộ điều khiển trung tâm.
- Tạo dao động 50Hz đưa tới điều khiển khối chuyển đổi DC – AC
- Kiểm tra các phím điều khiển và truyền dữ liệu cần hiển thị tới LCD ( giá trị điện áp của Ắc quy, giá trị điện áp cấp cho tải, giá trị điện áp nguồng điện khi nạp, chế độ hiện hành).
- Mã hóa dữ liệu nhận về từ khối hồi tiếp. Điều khiển khối chuyển mạch.
*Khối Hiển thị và phím ấn
Khối thực hiện giao tiếp giữ bộ nghịch lưu và người sử dụng, khối này cho người sử dụng biết về các thông số đang hoạt động Nhận các yêu cầu điều khiển của người dùng sau đó chuyền về bộ sủ lý trung tâm để thực hiện yêu cầu đó
* Khối chuyển đổi DC – AC
- Thực hiện chuyển đổi tín hiệu một chiều từ Ắc quy thành tín hiệu soay chiều, có tần số là tần số là tần số cấp tới từ bộ điều khiển chung tâm
- Thực hiện lọc tín hiệu đầu ra.
Thực hiện chuyển mạch bằng các Role để thực hiện thay đôi của các quá trình ( nghịch lưu hoặc nạp điện).
Thực hiện lấy mẫu điện áp cấp cho tải và điện áp từ nguồn điện đưa về khối sử ly trung tâm.
Các linh kiện sử dụng trong bộ nghịch lưu
Vi điều khiển STM32 là một dòng vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex-M3 Nó được sản xuất bởi công ty Smmicroelectronics và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhúng và Iot
STM32 có nhiều biến thể khác nhau, được chia thành hai dòng chính là dòng Performance và dòng Access.Dòng Performance có tần số hoạt động cao lên đến 72Mhz, trong khi dòng Access có tần số hoạt động lên đến 36Mhz Cả hai dòng này đều tương thích về cách bố trí chân và phần mềm , và có khả năng mở rộng bộ nhớ FLASH ROM lên đến 512K và RAM lên đến 64K
STM32 được tích hợp nhiều ngoại vi hỗ trợ như ADC,timer,I2C,SPI,CAN,USB và RTC Mỗi ngoại vi đều có những đặc điểm độc đáo và thú vị, giúp cho vi điều khiển STM32 trở thành một lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng nhúng và IoT 4.2.1.2 Chức năng của STM32
- STM32F103C8T6 là vi điều khiển 32bit, thuộc họ F1 của dòng chip STM32 hãng ST.
- Tốc độ tối đa 72Mhz
- Clock, reset và quản lý nguồn Điện áp hoạt động từ 2.0 → 3.6V.
Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz → 20Mhz
Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40Khz
- Chế độ điện áp thấp:
Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin ngoài để dùng bộ RTC và sử dụng dữ liệu được lưu trữ khi mất nguồn cấp chính
- 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ
Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6 V
Có chế độ lấy mẫu 1 kênh hoặc nhiều kênh
Có hỗ trợ DMA cho ADC, UART, I2C, SPI.
3 Timer 16 bit hỗ trợ các mode Input Capture/ Output Compare/ PWM.
1 Timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ ngắt Input, dead- time
2 Watchdog Timer để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
1 Systick Timer 24 bit đếm xuống cho hàm Delay,….
- Có hỗ trợ 9 kênh giao tiếp:
- Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.
Kit phát triển STM32F103C8TX Blue Pill ARM Cortex-M3 là loại được sử dụng để nghiên cứu về ARM nhiều nhất hiện nay
Các thông số kĩ thuật: Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính.
Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz.
Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC.
Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB, Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset.
4.2.1.3 Một số modul của STM32
Khi một chân được cấu hình để hoạt động với tính năng Input thì:
-Khối OUTPUT sẽ bị vô hiệu hóa.
-Khối TTL Schmitt trigger sẽ được sử dụng.
-Các điện trở kéo lên (pull up), kéo xuống (pull down) sẽ được sử dụng tùy vào người dùng cấu hình bằng cách lập trình điều khiển giá trị bit tương ứng trên thanh ghi GPIOx_PUPDR.
-Giá trị mức logic đang có trên chân vi điều khiển sẽ được thể tại BIT tương ứng trên thanh ghi Input Data (IDR).
-Thực hiện thao tác đọc giá trị BIT của thanh ghi IDR để biết được trạng thái logic trên chân vi điều khiển.
-Lưu ý: Tránh không để chân ở trạng thái Input floating, vì lúc này giá trị logic trên thanh ghi IDR sẽ thay đổi ngẫu nhiên hoặc Đồng thời cũng làm gia tăng1 0 năng lượng tiêu thụ của vi điều khiển.
Khi một I/O PIN được cấu hình hoạt động với chức năng OUPUT thì:
Khối điều khiển OUPUT được sử dụng với các chế độ: Open drain mode hoặc Push-pull mode.
-Với chế độ Open drain: Một giá trị bit bằng “ ” ở thanh ghi ODR sẽ làm N-MOS0 dẫn,P-MOS ngưng dẫn, lúc này chân vi điều khiển có mức logic 0 (được nối với GND); Một giá trị bit bằng “ ” ở thanh ghi ORD sẽ ngưng dẫn cả N-MOS và P-1 MOS, chân tương ứng sẽ ở trạng thái Hi-Z(trở kháng cao).
-Với chế độ Push-pull Một giá trị bit bằng “ ở thanh ghi ODR sẽ làm N-MOS: 0” dẫn và P-MOS ngưng dẫn, lúc này chân vi điều khiển có mức logic 0 (được nối với GND); Một giá trị bit bằng “1” ở thanh ghi ODR sẽ làm N-MOS ngưng dẫn và P- MOS dẫn Lúc này chân vi điều khiển có mức logic “1” (được nối với VDD).
Như vậy, để điều khiển giá trị logic của một pin được cấu hình hoạt động với chức năng OUPUT thì chúng ta cần ghi giá trị logic vào thanh ghi Ouput Data (GPIOx_ODR) Bit tương ứng của thanh ghi sẽ điều khiển pin ở vị trí tương ứng.
Ví dụ: BIT thứ “0” của thanh ghi GPIOA_ODR sẽ điều khiển pin tương ứng là PA0
*) Các tính năng ngoại vi khác
Các tính năng ngoại vi khác như Timer, I2C, SPI, UART… có thể sử dụng các chân I/O cho chức năng của ngoại vi đó
Khi cấu hình một chân hoạt động với tính năng ngoại vi khác thì:
-Khối điều khiển OUTPUT được cấu hình sử dụng với chế độ Open-drain hoặc Push-pull.
-Khối điều khiển OUTPUT nhận tín hiệu từ các ngoại vi khác để điều khiển logic trên 1 chân (chứ không phải từ thanh ghi ODR)
-Khối đầu vào TTL Schmitt trigger được kích hoạt
Trở kéo có thể được sử dụng hoặc không tùy ngoại vi
-Giá trị mức logic có đang có trên chân vi điều khiển sẽ được thể tại BIT tương ứng trên thanh ghi Input Data (IDR).
-Thực hiện tao tác đọc giá trị BIT của thanh ghi IDR để biết được trạng thái logic trên chân vi điều khiển.
*) Một số thanh ghi cơ bản cần quan tâm
Có nhiều cách để bạn có thể lập trình cho vi điều khiển STM32 như lập trình trực tiếp trên thanh ghi, lập trình sử dụng bộ thư viện ở cấp thấp (yêu cầu người dùng hiểu tốt về phần cứng vi điều khiển) hoặc những thư viện ở lớp cao như thư viện HAL (người dùng không cần hiểu sâu về phần cứng vi điều khiển)
Tuy nhiên, để có thể xây dựng được firmware cho STM32 một cách tốt nhất, sử dụng được chức năng debug hay can thiệp vào các hàm của thư viện hoặc kết hợp tác động trực tiếp lên các thanh ghi khi cần thiết thì các bạn cũng cần biết qua một số thanh ghi cơ bản sau của khối GPIO.
-Thanh ghi IDR: Là một thanh ghi có 32bit, tuy nhiên chỉ sử dụng 16bit thấp (vì mỗi PORT quản lý tối đa 16 Pin) Thanh ghi IDR là thanh ghi chỉ cho phép thao
36 tác đọc (r) Giá trị các bit trong thanh ghi IDR thể hiện giá trị logic trên I/O pin tương ứng:
-Thanh ghi ODR: Là thanh ghi 32bit, tuy nhiên chỉ sử dụng 16bit thấp giống như IDR Thanh ghi ODR cho phép người dùng có thể ghi dữ liệu (hoạt động chủ yếu) và đọc lại các giá trị đã ghi (rw) Giá trị các bit trong thanh ghi ODR sẽ điều khiển giá trị logic trên Ouput Pin tương ứng, mặc định tất cả các bit có mức logic 0.
-Thanh ghi BSRR: Là thanh ghi 32bit Trong đó, 16 bit cao (từ BR0 – BR15) khi có mức logic 1 thì có chức năng Reset giá trị logic của bit có thứ tự tương ứng trên thanh ghi ODR (0-15), làm cho pin tương ứng có mức logic 0 16 bit thấp (BS0 –BS15) khi có mức logic 1 thì có chức năng Set giá trị logic của bit có thứ tự tương ứng trên thanh ghi ODR (0-15), làm cho pin tương ứng có mức logic 1 Mặc định,tất cả các bit có mức logic 0
4.2.2 Giới thiệu màn hình hiển thị LCD
Trong những năm gần đây LCD đang ngày càng được sử dụng rộng rãi thay thế dần cho các đèn LED (các đèn LED 7 đoạn hay nhiều đoạn) Đó là vì các nguyên nhân sau:
+) Các LCD có giá thành hạ.
+) Khả năng hiển thị các số, các ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với các đèn LED (vì các đèn LED chỉ hiển thị được các số và một số ký tự).
Thiết kế và thi công
4.3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý, mạch in của khối trong mạch
- Tổng quan cây điện gió :