quan tâm trở lại đến tính thương mại của năng lượng gió và làm tiền đề chosự phát triển công nghệ cao hơn tại Đan Mạch và Califonia.Turbine gió trục đứng kiểu SavoniusTuy nhiên mãi đến n
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1.1 Gió và tài nguyên gió
Hàng nghìn năm nay con người đã biết khai thác sức gió để vận hành các cỗ máy phục vụ cho cuộc sống của mình, từ việc dựa vào sức gió để dong buồm ra khơi cho đến vận hành các máy bơm nước hay xay ngũ cốc Hình ảnh cối xay gió trên những miền quê phương Tây đã trở nên tiêu biểu qua nhiều thế kỷ. Đến cuối thế kỷ 19 chiếc máy phát điện dùng sức gió đầu tiên ra đời, với tên gọi là turbine-gió để phân biệt với cối-xay-gió (biến năng lượng gió thành cơ năng) Charles F Brush đã tạo ra chiếc turbine gió có khả năng phát điện đầu tiên trên thế giới tại Cleveland, Ohio vào năm 1888 Giống như một cối xay gió khổng lồ có đường kính 17m với 144 cánh bằng gỗ mỏng Năm 1891 nhà khí tượng học người Đan Mạch Poul The Mule Cour xây dựng một turbine thử nghiệm ở Askov – Đan Mạch, Turbine gió này có một rô to bốn cánh kiểu cánh máy bay và có trục quay nhanh hơn.
Năm 1922, kỹ sư người Phần Lan S.J.Savonius đã cải tiến nguyên lý đẩy của khái niệm trục đứng bằng cách thay thế cánh buồm bằng hai cốc hình tròn, Năm 1931, kỹ sư người Pháp George Darrieus phát minh ra turbine gió trục đứng Darrieus Dựa vào nguyên lý kéo, turbine này có hai (hoặc nhiều hơn) cánh mềm dạng cánh máy bay Một đầu cánh gắn ở đỉnh và một đầu gắn xuống đáy của trục đứng chính turbine, giống như một cái máy đánh trứng khổng lồ Sau đó những mẫu thiết kế được cải tiến với cánh quạt có rãnh để hiệu suất turbine cao hơn.
Năm 1950 kỹ sư Johannes Juhl, đã phát triển turbine gió 3 cánh có khả năng phát điện xoay chiều, đây chính là tiền thân của turbine gió Đan Mạch quan tâm trở lại đến tính thương mại của năng lượng gió và làm tiền đề cho sự phát triển công nghệ cao hơn tại Đan Mạch và Califonia.
Turbine gió trục đứng kiểu Savonius
Phải đến những năm 1980, công nghệ tuabin gió mới đủ trưởng thành để có thể tạo ra tuabin gió lớn phục vụ phát điện Hướng phát triển chủ yếu tập trung vào tuabin trục ngang, nhưng vẫn có nghiên cứu sâu hơn về thiết kế trục đứng Darrieus tại Canada và Mỹ trong những năm 1970 và 1980 Điển hình là dự án "Eole C" tại Cap Chat - Quebec với đường kính cánh quạt 100m, công suất 4,2MW Tuy nhiên, do độ bền cánh quạt kém, dự án chỉ vận hành được 6 tháng trước khi bị hư hỏng.
Châu Âu dẫn đầu trong lĩnh vực năng lượng gió, vào năm 1982 công suất tối đa của các turbine gió chỉ có 50 kW Đến năm 1995 các turbine gió thương mại đã đạt công suất lên gấp 10 lần, tức khoảng 500 KW Trong thời gian đó, chi phí xây dựng các turbine gió giảm đột ngột, chi phí sản xuất điện năng giảm đi một nửa Một số lượng lớn turbine gió từ cỡ lớn trở thành loại cực nhỏ, vì sản lượng của chúng chỉ vài kWh/tháng Các turbine gió ngày nay được xây dựng với kích thước lên đến 3 MW và đường kính là 100m Hiện nay có nhiều nhà máy sản xuất turbine gió kích thước lớn.
Năng lượng gió trên thế giới hiện đang trong thời kỳ phát triển rực rỡ nhất, đặc biệt là các Nước Cộng đồng châu Âu, công nghệ turbine gió có thể giải quyết được các vấn đề: cạn kiệt nguồn tài nguyên hóa thạch, hiệu ứng nhà kính, tuân thủ các điều khoản trong Nghị định Thư Kyoto về hiện tượng trái đất ấm dần lên.
Với tình hình phát triển nhanh chóng như hiện nay tại các nước châu Âu, cho thấy sản lượng của các nước này sẽ còn tiếp tục tăng Mỹ và Canada cũng tích cực phát triển mở rộng tăng công suất năng lượng gió Tốc độ mở rộng phụ thuộc vào mức độ hỗ trợ của chính phủ, chính quyền các nước cũng như cộng đồng quốc tế Đây cũng là trách nhiệm chính cho các nước trong việc tuân thủ cắt giảm lượng khí thải Carbon Dioxide theo Nghị Định Thư Kyoto về cắt giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính Một làn sóng công nghệ mới đã và đang phát triển nhanh chóng với mục tiêu tương lai là cải thiện công suất và giảm giá thành.
1.1.2 Tình hình phát triển điện gió trên thế giới
Năng lượng gió đã được sử dụng từ năm 4000 trước Công nguyên để cung cấp năng lượng cho thuyền buồm, xay ngũ cốc, bơm nước cho các trang trại và gần đây là tạo ra điện Chỉ riêng ở Mỹ, hơn 6 triệu cối xay gió nhỏ, hầu hết có công suất dưới 5 mã lực, đã được sử dụng từ những năm 1850 để bơm nước Cối xay gió nhỏ đã được sử dụng để tạo ra điện từ năm 1900, nhưng sự phát triển của tua-bin gió hiện đại chỉ mới diễn ra gần đây nhằm ứng phó với cuộc khủng hoảng năng lượng vào đầu những năm 1970 Cần lưu ý sự khác biệt giữa thuật ngữ cối xay gió được sử dụng để phát điện cơ học (nghiền ngũ cốc, bơm nước, v.v.) và tua bin gió được sử dụng để phát điện, mặc dù về mặt kỹ thuật cả hai thiết bị đều là tua bin vì chúng lấy năng lượng từ chất lỏng.
Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới Với sự trợ giúp của các công trình lắp đặt gần đây trên toàn thế giới, tổng công suất năng lượng gió của thế giới đã tăng lên 539 GW(gigawatt, 1 GW = 1000 MW = 1 triệu kW) tính đến cuối năm 2017 TrungQuốc là quốc gia dẫn đầu thế giới với công suất điện gió là 188 GW Hoa Kỳ đứng thứ hai với công suất 89 GW Đức, Ấn Độ và Tây Ban Nha theo sau danh sách này với công suất lần lượt là 56, 33 và 23 GW Mức tăng năng lượng gió lần lượt là 16,6, 17,2, 11,8 và 10,8% trong các năm 2014, 2015, cầu điện toàn cầu.
Altamont Pass ở California là trang trại gió lớn nhất thế giới với 15.000 tuabin gió hiện đại Trang trại này và hai trang trại khác ở California sản xuất khoảng 3 tỷ kWh điện mỗi năm, đủ để đáp ứng nhu cầu điện của San Francisco.
Chi phí năng lượng gió đã giảm đáng kể từ khoảng 0,5 đô la/kWh vào đầu những năm 1980 xuống còn khoảng 0,05 đô la/kWh vào giữa những năm
1990 Chi phí hiện tại của điện gió bao gồm chi phí vốn và vận hành là 0,082 USD/kWh Giá này thấp hơn đáng kể so với chi phí của các nhà máy điện hạt nhân và than tiên tiến với giá trị trung bình là 0,11 USD/kWh Tuy nhiên, các nhà máy khí đốt tự nhiên tiên tiến sản xuất điện với chi phí 0,063 USD/kWh. a) Các trang trại gió đang mọc lên khắp thế giới nhằm giúp giảm nhu cầu toàn cầu hóa về nhiên liệu hóa thạch b) Một số tuabin gió lắp đặt trên các tòa nhà (Tòa nhà tại trung tâm thương mại thế giới Bahrain)
Các tua bin gió lắp trên thế giới.
Các khu vực có tốc độ gió trung bình từ 6 m/s trở lên là những địa điểm tiềm năng để phát điện gió tiết kiệm Hầu hết các tuabin gió thương mại đều tạo ra công suất điện từ 100 kW đến 3,2 MW ở điều kiện thiết kế cao điểm. Một tuabin gió mới được lắp đặt gần đây có thể tạo ra hơn 8 MW điện Tốc độ quay của rôto của tuabin gió thường dưới 40 vòng/phút (dưới 20 vòng/phút đối với tuabin lớn) Đường kính sải cánh (hoặc rôto) của tuabin gió 3,2 MW do Boeing Engineering chế tạo là 320 ft (97,5 m).
Tiềm năng mật độ điện gió của Việt Nam năm 2017 Ở Việt Nam, tiềm năng gió ngoài khơi lớn hơn nhiều so với tiềm năng gió trên đất liền do bờ biển dài Gió trên biển mạnh hơn, ổn định hơn Những hạn chế về sử dụng đất để đặt tua-bin và cơ sở hạ tầng truyền tải cũng thấp hơn Sử dụng mô hình Nghiên cứu và Dự báo Thời tiết (WRF) (độ phân giải
10 km trong 10 năm, từ 2006 đến 2015), các nghiên cứu chỉ ra rằng tiềm năng năng lượng lớn nhất nằm ở khu vực ngoài khơi xung quanh đảo Phú Quý (Tỉnh Bình Thuận) Chỉ riêng khu vực này đã có thể cung cấp 38,2 GW công suất phát điện gió ngoài khơi.Bảng 3.2 Tiềm năng năng lượng gió trên đất liền và ngoài khơi năm 2019
ISF ước tính tài nguyên gió ngoài khơi lên tới 609 GW, trải rộng trên đến các khu vực ven biển có độ sâu nước tối đa là 50 m và khoảng cách tối đa tới bờ là 70 km và sử dụng dữ liệu khí tượng năm 2015 Nghiên cứu của ISF đã ước tính thêm các yếu tố công suất và tiềm năng năng lượng gió trong khu vực Tuy là nguồn năng lượng có thể thay đổi nhưng hệ số công suất ước tính của năng lượng gió ở Việt Nam lên tới 36% đối với gió trên đất liền và 54% đối với gió ngoài khơi.
1.1.3 Tiềm năng và trữ lượng gió ở Việt Nam
TỔNG QUAN VỀ CÂY ĐIỆN GIÓ
1.2.1 Cấu tạo động cơ tubin gió.
- Cánh (Blade): Cánh rô to là các thành phần chính của turbine dùng để bắt năng lượng gió và chuyển đổi năng lượng gió này thành năng lượng cơ làm quay trục turbine Việc thay đổi góc pitch của cánh có thể làm tối ưu năng lượng thu được từ gió.
- Hub: Hub là điểm tâm nơi các cánh gắn vào và gắn liền với trục tốc độ thấp.
- Hộp số (Gear box): Hộp số là hộp chuyển đổi vận tốc quay từ trục tốc độ thấp
- Phanh (Brake): Phanh có cơ cấu giống phanh xe hơi, dùng để hãm và dừng hẳn tất cả các thành phần của turbine trong quá trình công nhân sửa chữa, duy tu Ở các turbine cỡ lớn thường có đến hai hệ thống phanh độc lập.
- Máy phát (Generator): Máy phát được nối vào trục tốc độ cao, là bộ phận chính chuyển đổi năng lượng cơ từ trục tốc độ cao thành năng lượng điện ở ngõ ra.
- Máy đo tốc độ và hướng gió (Anemometer and Wind vane): Hai thiết bị này sử dụng để xác định vận tốc gió và chiều gió.
- Tháp (Tower): Tháp là trụ chính để đỡ toàn bộ hệ thống.
- Thùng chứa (Nacelle): Thùng chứa là thùng chứa toàn bộ các thành phần hệ thống trừ cánh.
- Bộ xoay hướng gió (Yaw drive): Bộ xoay hướng gió có nhiệm vụ xoay cánh luôn luôn hướng vuông góc với luồng gió, đối với loại turbine trục đứng thì bộ phận này là không cần thiết.
- Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển là một hệ thống máy tính có thể giám sát và điều khiển hoạt động turbine Chẳng hạn, khi gió đổi hướng hệ thống này sẽ điều chỉnh để xoay cánh luôn luôn hướng vuông góc với chiều gió, hoặc thay đổi góc pitch để năng lượng thu được luôn là tối ưu Khi có gió bão hoặc sự cố hệ thống sẽ cho dừng hoạt động toàn bộ hệ thống để đảm bảo an toàn
1.2.2 Nguyên lý hoạt động của tuabin gió.
Tubin gió làm việc trái ngược với mộ máy quạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tubin gió lại sử dụng gió để tạo ra điện Năng lượng vủa gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính sẽ truyền động làm quay máy phát điện để tạo ra điện.
Các tubin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió Ở tốc cac luồng gió bất thường.
Các tubin gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc xây dựng, chúng ta có thể nối tới một trang mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn.
Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau cho turbine gió, và được phân ra làm hai loại cơ bản chính: Turbine gió trục ngang (HAWT) và turbine gió trục đứng (VAWT) Các cánh quạt gió thường có các dạng hình dáng: cánh buồm, mái chèo, hình chén đều được dùng để “bắt” năng lượng gió để tạo ra mô men quay trục turbine.
Turbine gió trục ngang (HAWT) có rô to kiểu chong chóng với trục chính nằm ngang Số lượng cánh quạt có thể thay đổi, tuy nhiên thực tế cho thấy loại 3 cánh là có hiệu suất cao nhất HAWT có các thành phần cấu tạo nằm thẳng hàng với hướng gió, cánh quạt quay được truyền động thông qua bộ nhông và trục Loại turbine trục ngang không bị ảnh hưởng bởi sự xáo trộn luồng khí (khí động học), nhưng yêu cầu phải có một hệ thống điều chỉnh hướng gió bằng cơ khí để đảm bảo các cánh quạt luôn luôn hướng thẳng góc với chiều gió.
Hình 1 Cấu tạo turbine trục đứng và trục ngang
2 Đường kính rô to 4 Cánh rô to
9 Chiều gió phía sau rô to
12 Độ cao kính xích đạo.
13 Cánh rô to với góc bước cố định.
1.2.4 Giới thiệu về cây điện gió
Những cây nhân tạo này được thiết kế với ba thân cây bằng thép và các nhánh nhỏ khác chứa các tuabin gió thu nhỏ có hình dạng những chiếc lá Một cơn gió nhỏ đẩy những chiếc lá chuyển động Cây Gió bắt đầu cung cấp một dạng năng lượng thân thiện với môi trường.
Cây Gió chỉ cần lắp đặt trong bán kính 11m đất Công viên, trung tâm thương mại và thậm chí cả nhà ở đột nhiên trở thành địa điểm hoàn hảo để lưu trữ nguồn năng lượng tái tạo.
Hình 1.2 Hình ảnh tổng quan về cây điện gió
1.2.5 Cấu tạo cây điện gió
Hình 1.3 Bố cục tổng quan tuabin gió trục đứng
Cánh quạt là một phần quan trọng và cơ bản của tubin gió Chúng chủ yếu làm bằng hợp kim nhôm, sợi thủy tinh hoặc sợi cacbon Thiết kế của các cánh quạt riêng lẻ cũng ảnh hưởng đến thiết kế tổng thể của rotor Cánh quạt lấy năng lượng ra khỏi gió Các cánh quat bắt gió và chuyển đổi thành động năng thành vòng quay của trung tâm.
Trục là bộ phận được quay bởi các cánh tubin Nó lần lượt được kết nối với máy phát điện trong vỏ chính.
1.2.3.3 Vòng bi hướng tâm và lực đẩy
- Vòng bi hướng tâm thường được sử dụng để hỗ trợ trục quay cảu cánh quạt hoặc rotor Chúng giúp trục quay quay một cánh mượt mà và ổn định dưới sự tác động của lực từ Vòng bị hướng tâm thường bao gồm các vòng bi cầu, vòng bị trụ hoặc vòng bi côn.
- Vòng bi lực đẩy: Thường được sử dụng để chịu lực đẩy theo hướng đồng trục với trục quay, giúp chịu được áp lực từ cánh quạt hoặc rotor khi đối mặt với áp lực của gió Chúng giảm ma sát và mòn trong quá trình hoạt động của cây điện gió Vòng bị lực đẩy thường bao gồm các vòng bi cầu hoặc vòng bị trụ.
Các tubin cần được kết nối với các bộ phận điện để có được năng lượng cần thiết:
Máy phát điện Chuyển tốc độ gió.
Bộ điều khiển tuabin Nhận biết và điêù chỉnh tốc độ quay của tuabin gió.
Bộ kết hợp Kết hợp công suất thu được từ mỗi tubin đến một công suất đầu ra.
Pin Được sạc bằng điện để cung cấp điện thế tĩnh cho nguồn điện hoặc giải phóng điện tíc khi cần thiết. Cầu chì Thiết bị làm gián đoạn dòng điện khi quá tải
Bộ chuyển đổi Chuyển đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều Cảm biến tubin Phanh quá tải Đọc chỉ số tiêu thụ Đọc phần trăm pin
Bảng 1.1 Bộ phận điện và chức năng
TỔNG QUAN VỀ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT
1.3.1 Bộ biến đổi điện áp AC – DC
- Nhiệm vụ: Bộ đổi nguồn AC/DC là mạch điện biến đổi đầu vào dòng điện xoay chiều (AC) thành đầu ra dòng điện một chiều (DC) Bộ chuyển đổi được gọi là “bộ chỉnh lưu”; chúng chuyển đổi điện áp AC đầu vào thành điện áp
DC có thể thay đổi, sau đó tối ưu hóa nó thông qua một được điện áp DC không điều chỉnh.
1.3.2 Bộ biến đổi điện áp DC – DC
+ Bộ biến đổi DC-DC hay DC-DC converter hay bộ biến đổi điện áp một chiều DC-DC là một mạch điện tử hoặc thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi nguồn dòng điện một chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác.
Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện Mức năng lượng từ rất thấp (pin nhỏ) đến rất cao (truyền tải điện cao áp).
+ Bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng chuyển đổi tần số cao và cuộn cảm, máy biến áp và tụ điện để làm mịn nhiễu chuyển đổi thành điện áp DC điều chỉnh Các vòng phản hồi kín duy trì đầu ra điện áp không đổi ngay cả khi thay đổi điện áp đầu vào và dòng điện đầu ra Với hiệu suất 90%, nó thường hiệu quả hơn và nhỏ hơn nhiều so với bộ điều chỉnh tuyến tính Nhược điểm của nó là nhiễu và phức tạp.
- Phân loại: Bốn cấu trúc liên kết phổ biến là bộ chuyển đổi buck, boost, buck-boost và SEPIC.
+ Bộ chuyển đổi buck giảm điện áp xuống, tạo ra điện áp thấp hơn điện áp đầu vào Bộ chuyển đổi buck có thể được sử dụng để sạc pin lithium ion đến 4,2V, từ nguồn 5V USB.
+ Bộ chuyển đổi boost nâng điện áp lên, tạo ra điện áp cao hơn điện áp đầu vào Bộ chuyển đổi boost có thể được sử dụng để điều khiển chuỗi đèn LED từ pin lithium hoặc cung cấp đầu ra USB 5V từ pin lithium.
+ Bộ chuyển đổi buck-boost nâng điện áp lên hoặc xuống, tạo ra điện áp bằng hoặc cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào Bộ chuyển đổi buck-boost có thể được sử dụng để cung cấp đầu ra 12V từ pin 12V Điện áp của pin 12V có thể thay đổi trong khoảng từ 10V đến 14,7V Bộ chuyển đổi buck-boost cũng có thể cung cấp năng lượng cho đèn LED từ một tế bào Điện áp rơi thuận của LED cao tới 3 V Tế bào pin lithium có thể thay đổi trong khoảng từ 2,5 đến 4,2 V Buck-boost tạo ra điện áp dương và âm.
+ Bộ chuyển đổi SEPIC cũng nâng điện áp lên hoặc xuống, tạo ra điện áp bằng hoặc cao hơn hoặc thấp hơn điện áp đầu vào SEPIC được sử dụng cho các ứng dụng tương tự như buck-boost, nhưng cung cấp một số lợi thế trong một số ứng dụng.
1.3.3 Bộ biến đổi điện áp DC – AC
- Nhiệm vụ: Bộ nghịch lưu (DC-AC converter) là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp và dòng điện từ nguồn điện một chiều (DC) sang điện áp xoay chiều (AC) tương ứng.
+ BBĐ điện áp (nghịch lưu điện áp)
+ BBĐ dòng điện (nghịch lưu dòng điện)
+ BBĐ cộng hưởng (nghịch lưu cộng hưởng)
1.3.4 Bộ biến đổi điện áp AC – AC
- Nhiệm vụ: Bộ nghịch lưu (DC-AC converter) là thiết bị có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp và dòng điện từ nguồn điện một chiều (DC) sang điện áp xoay chiều (AC) tương ứng.
+ BBĐ điện áp (nghịch lưu điện áp)
+ BBĐ dòng điện (nghịch lưu dòng điện)
+ BBĐ cộng hưởng (nghịch lưu cộng hưởng)
1.4.Công thức tính công suất của tuabin gió
Trong ngành công nghiệp và kỹ thuật, tính toán công suất của một tuabin gió là một phần quan trọng Dưới đây là công thức phổ biến để tính công suất của tuabin gió:
Công suất (P) được tính bằng công thức sau:
P là công suất của tuabin gió (đơn vị: watt).
ρ là mật độ không khí (đơn vị: kg/m3).
A là diện tích tiếp xúc của cánh quạt (đơn vị: m2).
V là vận tốc gió (đơn vị: m/s).
Cp là hệ số hiệu suất của tuabin gió, thường dao động từ 0.25 đến 0.45.
Trong đó, mật độ không khí (p) thường được xác định là khoảng 1.225 kg/ m3 ở điều kiện tiêu chuẩn. Để tính toán công suất của tuabin gió, bạn cần biết diện tích tiếp xúc của cánh quạt, vận tốc gió và hệ số hiệu suất của tuabin gió cụ thể.
Trong chương I đã nêu tổng quan về tình hình phát tiển năng lượng gió tại Việt Nam Năng lượng gió đã trở thành một phần không thể thiếu trong ngành năng lượng tái tạo của Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện cho nền kinh tế phát triển và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu Với địa hình nhiều đồi núi và bờ biển dài, Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển nguồn điện từ gió
Trong chương này cũng chỉ ra các bộ biến biến đổi điện tử công suất nhiệm vụ và phân loại của từng bộ biến đổi Và đề tài này em lựa chọn sử dụng bộ biến băm xung một chiều (DC-DC boost converter) để vận hành hệ thống và quan sát đánh giá.
-Bộ DC-DC Converter được thiết kế để tối đa hóa năng lượng thu được cho hệ thống quang điện và tuabin gió được gọi là bộ tối ưu hóa công suất.
TỔNG KẾT
Hình 2.1 Mạch tăng áp Boost
Hình 2.2 Dạng sóng của mạch boost
Hình 2.1 mô tả sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Boost Nó bao gồm nguồn điện áp đàu vào một chiều Us, cuộn cảm L, van Tr, diode D, tụ lọc C và điện trở tải R Van Tr có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho cuộn cảm L, chứ không phải nối tả vào nguồn.
THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC
BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC TĂNG ÁP (BOOST)
Hình 2.1 Mạch tăng áp Boost
Hình 2.2 Dạng sóng của mạch boost
Hình 2.1 mô tả sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Boost Nó bao gồm nguồn điện áp đàu vào một chiều Us, cuộn cảm L, van Tr, diode D, tụ lọc C và điện trở tải R Van Tr có nhiệm vụ cung cấp năng lượng điện cho cuộn cảm L, chứ không phải nối tả vào nguồn.
Khi mosfet dẫn (kích vào chân G) lúc này điện áp tại cuộn cảm
L = V in , lúc này diode D 1 ngắt do bị phân cực ngược và nó sẽ cắt mạch tải ra khỏi nguồn E đồng thời dòng trong cuộn dạy L sẽ xuất hiện và tăng từ giá trị ban đầu nào đó, cuộn dây tích lũy năng lượng dưới dạng từ trường Tụ điện C và diode D có tác dụng chặn dòng điện đi tới các phần còn lại của mạch.
Hình 2.3 Mạch bắt đầu làm việc khi Mosfet đóng
Khi mosfet bị tắt nhanh chóng nên dòng điện dẫn đến cuộn cảm bị giảm đột ngột Bản chất của cuộn cảm là duy trì dòng điện trơn tru, nó không thích sự thay đổi đột ngột của dòng điện Nên khi bị ngắt dòng điện, nó tạo ra một điện áp lớn có cực ngược lại với điện áp ban đầu cung cấp cho nó trong khoảng thời gian mosfet dẫn bằng cách sử dụng năng lượng được lưu trữ trong từ tường để duy trì dòng điện đó Điều này dẫn đến hai cực điện áp, điện áp cung cấp VIN và điện áp VL trên cuộn dây nối tiếp với nhau Cực dương của diode bây giờ ở điện áp cao hơn so với cực âm (hãy nhớ rằng lúc đầu tụ điện đã được sạc để cung cấp điện áp) và được phân cực thuận, điều đó có nghĩa là ta đã nâng điện áp DC thành công.
Hình 2.4 Tụ điện được nạp và dòng qua tải là dòng qua diode
Hình 2.5 Dòng qua tải được duy trì nhờ tụ điện
Mỗi khi Mosfet dẫn điện trở lại, mạch sẽ có làm 2 vòng dòng điện điện hoạt động Điện thế tại cực âm của diode D sẽ lớn hơn điện thế tại cực đương do điện áp trên tụ điện C giải phóng nên diode sẽ tắt, cách ly ngõ ra của mạch với ngõ vào, tạo ra 2 vòng dòng điện hoạt động là của nguồn ngõ vào và điện áp trên tụ điện C xả ra với giá trị VIN + VL cho tải Tụ C xả điện khi Mosfet dẫn và sẽ được nạp lại năng lượng khi Mosfet ngắt, tạo thành tuần hoàn nên việc duy trì điện áp ngõ ra trên tải gần như được đảm bảo.
Phân tích cho thấy quy luật điện áp trên tải có dạng:
Các dạng sóng điển hình của mạch tăng áp Boost trong các khoảng dẫn được trình bày trong hình 2.2.
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN MẠCH LỰC
- THÔNG SỐ YÊU CẦU CỦA MẠCH CẦN THIẾT KẾ
+ Điện áp nguồn vào để tính toán thông số mạch lực V ¿ V
+ Điện áp n guồn ra V out =2 4 V
+ Tần số hoạt động trong khoảng f = 30000Hz – 290000 Hz + Chọn tần số hoạt động là 290000Hz
TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN
Ta có từ công thức P=U I=¿ I = 200 24 =8,333
- Dòng điện trung bình qua tải
- Điện áp chịu đựng qua van lớn hơn Vout = 24V
MÔ PHỎNG MẠCH LỰC TRÊN MATLAB/ SIMULINK
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1.1 Điều chế độ rộng xung PWM
PWM là viết tắt của Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) và nó là một kỹ thuật phổ biến được sử dụng để thay đổi độ rộng của các xung trong một chuỗi xung PWM có nhiều ứng dụng như điều khiển độ sáng của đèn LED, điều khiển tốc độ của động cơ DC, điều khiển động cơ servo hoặc nơi bạn phải lấy ngõ ra analog bằng các thiết bị kỹ thuật số.
Các chân số của Arduino cung cấp cho chúng ta 5V (khi ở mức CAO) hoặc OV (khi ở mức THẤP) và ngõ ra là một tín hiệu sóng vuông Vì vậy, nếu chúng ta muốn làm mờ đèn LED, chúng ta không thể lấy điện áp trong khoảng từ 0 đến 5V từ chân số này nhưng chúng ta có thể thay đổi thời gian
ON và OFF của tín hiệu Nếu chúng ta thay đổi thời gian ON và OFF đủ nhanh thì độ sáng của đèn LED sẽ bị thay đổi Điều chế độ rộng xung về cơ bản là một sóng vuông với thời gian cao và thấp khác nhau Một tín hiệu PWM cơ bản được hiển thị trong hình dưới đây.
Hình 3.1 Hình ảnh dạng xung với PWM
Có một số thuật ngữ liên quan đến PWM mà chúng ta cần phải biết, đó là:
T on (On-Time): Khoảng thời gian khi tín hiệu ở mức CAO (5V).
T off (Off Time): Khoảng thời gian khi tín hiệu ở mức THẤP (0V).
Như trong hình trên, Ton biểu thị thời gian ON (thời gian ở mức CAO) và
Toff biểu thị thời gian OFF (thời gian ở mức THẤP) của tín hiệu Chu kỳ là tổng của cả thời gian ON và OFF và được tính theo công thức như sau
Chu kỳ làm việc (Duty Cycle):
Chu kỳ làm việc được tính là thời gian ON trong một chu kỳ của tín hiệu Sử dụng công thức tính chu kỳ ở trên, chu kỳ làm việc được tính như sau
D = (T on /T on + T off ) = T on /T total
Vì vậy, ở chu kỳ làm việc 50% và tần số 1Hz, đèn LED sẽ sáng trong nửa giây và sẽ tắt trong nửa giây còn lại Nếu chúng ta tăng tần số lên 50Hz (50 lần ON và OFF mỗi giây), thì đèn LED sẽ được nhìn thấy phát sáng ở một nửa độ sáng bằng mắt người.
Biểu đồ sau đây cho thấy sự so sánh của các chu kỳ làm việc khác nhau và mức điện áp tương ứng của chúng.
Hình 3.2 Hình ảnh dạng xung với các duty thay đổi
Từ biểu đồ, rõ ràng là khi tăng chu kỳ làm việc, điện áp ngõ ra (hoặc công suất được cung cấp) cũng tăng lên Đối với chu kỳ làm việc 100%, điện áp tương ứng là 5V và đối với chu kỳ làm việc 50%, điện áp là 2,5V, v.v…
Hình3.3 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều kiểu PWM
Sơ đồ cấu trúc Phát xung chủ đạo và tạo điện áp răng cưa
Chỉ có nguyên tắc điều khiển kiểu PWM dùng các khâu này.
Hai khâu có quan hệ chặt chẽ với nhau, tương tự như khâu tạo điện áp răng cưa của điều khiển chỉnh lưu phụ thuộc vào xung nhịp đồng bộ Hoạt động của chúng cũng giống nhau do tính chất điện áp ra như nhau: đều là răng cưa. Điều khác biệt là ở chỗ, trong chỉnh lưu thì tần số xung nhịp phụ thuộc vào nguồn điện áp xoay chiều của lưới điện, còn với hệ băm xung thì tần số này do bản thân mạch điều khiển quyết định và không có quan hệ gì với tần số lưới điện.
Có hai dạng răng cưa hay được dùng: răng cưa tuyến tính một cực tính, răng cưa tam giác hai cực tính a, Răng cưa tuyến tính một cực tính
Trong phần BXMC sử dụng răng cưa dạng đi lên, chứ không nên dùng răng cưa đi xuống như trong điều khiển chỉnh lưu Nguyên do là: một hệ thống tuyến tính, tức là có quan hệ tỉ lệ thuận giữa đại lượng ra và điện áp điều khiển (ura = k.uđk) là rất thuận lợi khi xây dựng các bộ điều chỉnh tự động VìBXMC có ura tỉ lệ thuận với tham số γ, nên để hệ tuyến tính cần có uđk cũng tỉ lệ với γ, mà điều này chỉ có được nếu răng cưa tuyến tính đi lên Đồ thị minh họa nguyên lý hoạt động BXMC ở hình 2.2 cho thấy rõ: tăng uđk thì γ cũng tăng theo.
Khâu phát xung chủ đạo có hai nhiệm vụ:
- Tạo dao động với tần số cố định bằng tần số băm xung van lực
- Điện áp ra có dạng xung với hình dáng theo yêu cầu của khâu tạo răng cưa tuyến tính đi lên với đặc điểm: thời gian làm việc (răng cưa đi lên) phải lớn hơn nhiều lần thời gian hồi phục răng cưa (đi xuống).
Từ đây ta có thể đưa ra một số sơ đồ nguyên lý thí dụ sau.
1Sơ đồ hình 3.4 sử dụng bộ dao động dùng khuếch đại thuật toán, để thực hiện yêu cầu thời gian quét và thời gian phục hồi răng cưa khác nhau cần phải tách riêng điện trở nạp (R1) và điện trở phóng (R2) cho tụ C1 nhờ các diode D1, D2
Hình 3.4 Sơ đồ tạo điện áp răng cưa tuyến tính đi lên bằng OA
Biểu thức tính các khoảng thời gian này:
- Khoảng thời gian xung: Ufx > 0:
- Khoảng thời gian xung: Ufx = 0:
- Chu kỳ dao động T=t1+t2, với tần số f = 1/T.
Có thể coi phạm vi điều chỉnh:
Khi cần chỉnh chính xác tần số phải đưa biến trở P1 vào giữa hai điện trở, và muốn hiệu chỉnh tần số thì thay R4 bằng biến trở
Sơ đồ hình 3.5 dùng dao động 555, do mạch này chỉ cho điện áp ra một dấu nên để dễ ghép nối cần dùng khâu tạo răng cưa dùng transistor Dao động 555 đã trình bày ở chương trước, tuy nhiên cũng phải dùng thủ thuật tách hai thời gian phóng nạp tụ C1 nhờ diode D1, lúc đó:
- Khoảng thời gian xung: Ufx > 0: t1 = 0,7R1C1
- Khoảng thời gian xung: Ufx = 0: t2 = 0,7R2C1
- Chu kỳ dao động T=t1+t2, với tần số f = 1/T.
Có thể coi phạm vi điều chỉnh:
, và thường t1 Chọn cuộn cảm 47 àF 20A ( cuộn cảm 9052).
= > Chọn tụ hóa 100uF và 50V ( tụ E360)
- Điện áp chịu đựng qua van lớn hơn Vout = 24V
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG STM32
GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN ARM
Cấu trúc ARM (Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32- bit kiểu RISC(Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh đơn giản hóa) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, cácbộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu.
Hình 4.1 Một số ứng dụng của ARM
GIỚI THIỆU VỀ STM32
- STM32 là vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế Lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống từng mang lại thành công vang dội cho công ty ARM – hãng sản xuất chíp ST Microelectronic Dòng STM32 tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khi đó hiệu suất cực cao và việc lập trình cũng rất dễ dàng Với sự đồ sộ về ngoại vi (GPIO, I2C, SPI, ADC, USB, Ethernet, CAN )
- Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ
4.2.2 Một vài đặc điểm nổi bật của STM32
ST đã đưa ra thị trường 4 dòng ᴠi điều khiển dựa trên ARM7 ᴠà ARM9, nhưng STM32 là một bước tiến quan trọng trên đường cong chi phí ᴠà hiệu ±uất (price/performance), giá chỉ gần 1 Euro ᴠới ±ố lượng lớn, STM32 là ±ự thách thức thật ±ự ᴠới các ᴠi điều khiển 8 ᴠà 16-bit truуền thống STM32 đầuền thống STM32 đầu tiên gồm 14 biến thể khác nhau, được phân thành hai dòng: dòng Performance có tần ±ố hoạt động của CPU lên tới 72Mhᴢ ᴠà dòng Acce±± có tần ±ố hoạt động lên tới 36Mhᴢ Các biến thể STM32 trong hai nhóm nàуền thống STM32 đầu tương thích hoàn toàn ᴠề cách bố trí chân (pin) ᴠà phần mềm, đồng thời kích thước bộ nhớ FLASH ROM có thể lên tới 512K ᴠà 64K SRAM.
Nhánh Performance hoạt động ᴠới хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуền thống STM32 đầu đủ các ngoại ᴠi, nhánh Acce±± hoạt động ᴠới хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung nhịp tối đa 36Mhᴢ ᴠà có ít ngoại ᴠi hơn ±o ᴠới nhánh Performance.
STM32 có hỗ trợ thêm tối đa 12 kênh DMA (Direct Memorуền thống STM32 đầu Acce±±). Mỗi kênh có thể được dùng để truуền thống STM32 đầuền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại ᴠi hoặc từ các thanh ghi ngoại ᴠi đi ᴠới kích thước từ (ᴡord) dữ liệu truуền thống STM32 đầuền đi có thể là 8/16 hoặc 32-bit Mỗi ngoại ᴠi có thể có một bộ điều khiển DMA (DMA controller) đi kèm dùng để gửi hoặc đòi hỏi dữ liệu như уền thống STM32 đầuêu cầu Một bộ phân хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуử bu± nội (bu± arbiter) ᴠà ma trận bu± (bu± matriхung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầу) tối thiểu hoá ±ự tranh chấp bu± giữa truуền thống STM32 đầu cập dữ liệu thông qua CPU (CPU data acce±±) ᴠà các kênhDMA Điều đó cho phép các đơn ᴠị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng ᴠà tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong ᴠi điều khiển ±ố 72MHᴢ ᴠà dòng tiêu thụ chỉ có 36mA ᴠới tất cả các khối bên trong ᴠi điều khiển đều được hoạt động Kết hợp ᴠới các chế độ tiết kiệm năng lượng của Corteхung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầу, STM32 chỉ tiêu thụ 2μA khi ở chế độ Standbу Một bộ dao động nội RC 8MHᴢ choA khi ở chế độ Standbуền thống STM32 đầu Một bộ dao động nội RC 8MHᴢ cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động Khả năng nhanh đi ᴠào ᴠà thoát khỏi các chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều ±ự tiêu thụ năng lượng tổng thể.
Ngàуền thống STM32 đầu naуền thống STM32 đầu các ứng dụng hiện đại thường phải hoạt động trong môi trường khắc khe, đòi hỏi tính an toàn cao, cũng như đòi hỏi ±ức mạnh хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуử lý ᴠà càng nhiều thiết bị ngoại ᴠi tinh ᴠi Để đáp ứng các уền thống STM32 đầuêu cầu khắc khe đó, STM32 cung cấp một ±ố tính năng phần cứng hỗ trợ các ứng dụng một cách tốt nhất. Chúng bao gồm một bộ phát hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo ᴠệ хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung Clock ᴠà hai bộ Watchdog± Bộ đầu tiên là một Watchdog cửa ±ổ (ᴡindoᴡed ᴡatchdog) Watchdog nàуền thống STM32 đầu phải được làm tươi trong một khung thời gian хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуác định Nếu nhấn nó quá ±ớm, hoặc quá muộn, thì Watchdog ±ẽ kích hoạt Bộ thứ hai là một Watchdog độc lập (independent ᴡatchdog), có bộ dao động bên ngoài tách biệt ᴠới хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung nhịp hệ thống chính Hệ thống bảo ᴠệ хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung nhịp có thể phát hiện lỗi của bộ dao động chính bên ngoài (thường là thạch anh) ᴠà tự động chuуền thống STM32 đầuển ±ang dùng bộ dao động nội RC 8MHᴢ
Một trong những уền thống STM32 đầuêu cầu khắc khe khác của thiết kế hiện đại là nhu cầu bảo mật mã chương trình để ngăn chặn ±ao chép trái phép phần mềm Bộ nhớ Fla±h của STM32 có thể được khóa để chống truуền thống STM32 đầu cập đọc Fla±h thông qua cổng Debug Khi tính năng bảo ᴠệ đọc được kích hoạt, bộ nhớ Fla±h cũng được bảo ᴠệ chống ghi để ngăn chặn mã không tin cậуền thống STM32 đầu được chèn ᴠào bảng ᴠector ngắt Hơn nữa bảo ᴠệ ghi có thể được cho phép trong phần còn lại của bộ nhớ Fla±h STM32 cũng có một đồng hồ thời gian thực ᴠà một khu ᴠực nhỏ dữ liệu trên SRAM được nuôi nhờ nguồn pin Khu ᴠực nàуền thống STM32 đầu có một đầu ᴠào chống giả mạo (anti-tamper input), có thể kích hoạt một ±ự kiện ngắt khi có ±ự thaуền thống STM32 đầu đổi trạng thái ở đầu ᴠào nàуền thống STM32 đầu Ngoài ra một ±ự kiện chống giả mạo ±ẽ tự động хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуóa dữ liệu được lưu trữ trên SRAM được nuôi bằng nguồn pin.
Dòng Corteхung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầу-M3 cũng đi kèm ᴠới một hệ thống gỡ lỗi hoàn toàn mới gọi là CoreSight Truуền thống STM32 đầu cập ᴠào hệ thống CoreSight thông qua cổng truуền thống STM32 đầu cập Debug (Debug Acce±± Port), cổng nàуền thống STM32 đầu hỗ trợ kết nối chuẩn JTAG hoặc giao diện 2 dâуền thống STM32 đầu (±erial ᴡire-2 Pin), cũng như cung cấp trình điều khiển chạуền thống STM32 đầu gỡ lỗi, hệ thống CoreSight trên STM32 cung cấp hệ thống điểm truуền thống STM32 đầu cập(data ᴡatchpoint) ᴠà một công cụ theo dõi (in±trumentation trace) Công cụ nàуền thống STM32 đầu có thể gửi thông tin ᴠề ứng dụng được lựa chọn đến công cụ gỡ lỗi Điều nàуền thống STM32 đầu có thể cung cấp thêm các thông tin gỡ lỗi ᴠà cũng có thể được ±ử dụng trong quá trình thử nghiệm phần mềm.
4.2.2.5 Dòng Performance và Access của STM32.
Họ STM32 có hai nhánh đầu tiên riêng biệt: dòng Performance ᴠà dòngAcce±± Dòng Performance tập hợp đầуền thống STM32 đầu đủ các thiết bị ngoại ᴠi ᴠà chạуền thống STM32 đầu ᴠới хung nhịp lên đến 72Mhᴢ ᴠà có đầуung nhịp tối đa 72MHᴢ Dòng Acce±± có các thiết bị ngoại ᴠi ít hơn ᴠà chạуền thống STM32 đầu tối đa 36MHᴢ Quan trọng hơn là cách bố trí chân (pin± laуền thống STM32 đầuout) ᴠà các kiểu đóng gói chip (package tуền thống STM32 đầupe) là như nhau giữa dòng Acce±± ᴠà dòngPerformance Điều nàуền thống STM32 đầu cho phép các phiên bản khác nhau của STM32 được hoán ᴠị mà không cần phải ±ửa đổi ±ắp ±ếp lại footprint (mô hình chân của chip trong công cụ laуền thống STM32 đầuout bo mạch) trên PCB (Printed Circuit Board) Ngoài hai dòng Performance ᴠà Acce±± đầu tiên, hiện naуền thống STM32 đầu ST đã đưa ra thị trường thêm hai dòng USB Acce±± ᴠà Connectivity.
-STM32F103C8T6 là vi điều khiển 32bit,thuộc họ F1 của dòng chip STM32 hãng SR.
-Tốc độ tối đa 72Mhz.
-Clock,reset và quản lí 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 đến 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 0-3.6V
Có chế độ lấy mẫu 1 kênh hoặc nhiều kênh.
Có hỗ trợ DMA cho ADC,UART,12C,SPI.
3 timer 16bit hỗ trợ các mode Input Capture/ Output Compare/PWM.
1 timer 16bit hỗ trợ 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 24bit đếm xuống cho hàm Delay
-Có hỗ trợ 9 kênh giao tiếp:
-Kiểm tra lỗi CRC và 96bit-ID.
Kit phát triển STM32F103C8TX Blue Pill ARM cortex-M3 là loại được sử dụng để nghiên cứu về ARM nhiều nhất hiện nay.
Giới thiệu 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).
+) Nhờ kết hợp một bộ điều khiển làm tươi vào LCD làm giải phóng cho CPU công việc làm tươi LCD Trong khi đèn LED phải được làm tươi bằng CPU (hoặc bằng cách nào đó) để duy trì việc hiển thị dữ liệu.
+) Dễ dàng lập trình cho các ký tự và đồ hoạ.
- Chức năng các chân của LCD
+) LCD được nói trong mục này có 14 chân, chức năng của các chân được cho trong bảng 12.1 Vị trí của các chân được mô tả trên hình 12.1 cho nhiều LCD khác nhau.
+) Chân VCC, VSS và VEE: Các chân VCC, VSS và VEE:
Cấp dương nguồn - 5v và đất tương ứng thì VEE được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD.
+) Chân chọn thanh ghi RS (Register Select).
Có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị trên LCD.
+) Chân đọc/ ghi (R/W). Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/
Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liêu Xung này phải rộng tối thiểu là
+) Chân D0 - D7. Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Để hiển thị các chữ cái và các con số, chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật RS = 1.Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.
Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhân thông tin Cờ bận là D7 và có thể đượcđọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau: Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận 1) thì
LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới.
Lưu ý: chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên
Mạch điều khiển điện gió
+ Khối nguồn: 12V LM7809 (IC ổn áp) 9VDC LM7805 (IC ổn áp) 5VDC ASM1117 (IC ổn áp) 3,3 VDC cấp nguồn cho vi điều khiển
+ Khối hiển thị: LCD20x4 (4 hàng, 20 cột) lập trình với giao tiếp I2C.
Timer 1: nghịch lưu 3 pha fpwm = 32KHz
Timer 8: nghịch lưu 1 pha fpwm = 32KHz
Timer 4: Biến áp xung fpwm = 20 – 25 KHz
Timer 9: Ngắt timer fpwm = 32KHz
+ ADC: đọc các cảm biến, đọc giá trị biến trở đo nguồn, điều khiển tần số, đọc điện áp phản hồi, đo dòng, đo áp, đo nhiệt độ sử dụngDMA của STM32
+ Nút nhấn: (6 nút) Điều khiển chọn các mode hiển thị LCD: chọn tần số băm xung, hoạt động các chế độ Sử dụng GPIO INPUT
+ Khối cách ly mạch điều khiển với mạch lực: PC817 (cách ly quang)
+ Mạch van: sử dụng 2 kênh Mosfet
Lưu ý: Mắc song song nhiều van Mosfet với nhau tăng dòng tăng công suất cho mạch
Xung PWM nhiễu mắc điện trở xung PWM được ổn định.
+ Biến áp xung: tăng áp 12VDC > 310VDC
Mạch CV12TO380
4.5 Kết quả thực nghiệm cây điện gió
4.5.1 Điện áp của ắc quy
4.5.2 Điện áp ra của DC-DC tăng áp
CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 5.1 Mô hình cây điện gió và máy biến áp
