Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống nguồn cung cấp không nối dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM ĐÔNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60520202 TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM ĐÔNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS. TSKH. HỒ ĐẮC LỘC TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2014 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phạm Đông Phước Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17- 11- 1976 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830024 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tổng quan về hệ thống cấp nguồn không kết nối - Cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp nguồn không kết nối - Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống nguồn không kết nối - Khảo sát thực nghiệm III- Ngày giao nhiệm vụ: 12 tháng 06 năm 2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29 tháng 03 năm 2014 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TSKH. HỒ ĐẮC LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Phạm Đông Phước i LỜI CẢM ƠN *** Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Đắc Lộc, Thầy Nguyễn Thanh Phương. Người đã từng bước giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Xin Cám ơn đến thầy Phạm Thế Duy Học viện Bưu Chính Viễn Thông TP.HCM, thầy Phạm Minh Tiến Trường Trung cấp CNTT Sài Gòn đã cho em những nền tản kiến thức – tri thức quí báo. Xin Cám ơn các thầy cô trong khoa Cơ – Điện – Điện Tử; Phòng Quản lý Sau Đại Học của Trường Đại Học Công nghệ TP.HCM, Tập thể lớp 12SMD11 đã tạo cơ hội cho em thực hiện luận văn này. Cuối cùng, Xin được cám ơn Ba Mẹ, các anh, em cùng vợ và hai con thơ làm chổ dựa tinh thần để có đủ nghị lực và trí khôn. Học viên thực hiện Phạm Đông Phước ii TÓM TẮT Luận văn trình bày về mô hình hệ thống cấp nguồn không nối dây công suất lớn. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc của cảm ứng điện từ. Hệ thống bao gồm một bộ chuyển đổi công suất sơ cấp và một bộ chuyển đổi công suất thứ cấp. Bộ chuyển đổi sơ cấp là một hệ thống nghịch lưu biến đổi công suất nguồn từ tần số 50/60Hz sang tần số 20kHz. Bộ chuyển đổi thứ cấp (phần di động), được từ tính hóa bởi bộ chuyển đổi sơ cấp. Hệ thống thứ cấp được sử dụng để tạo ra nguồn một chiều DC bởi mạch nâng áp. Năng lượng điện được truyền từ phần sơ cấp tới phấn thứ cấp thông qua bộ phận di động (pickup). Kết quả thực nghiệm cho chứng minh tính hiệu quả của hệ thống cấp nguồn không nối dây được đề xuất. iii ABSTRACT This thesis presents a model of the contactless power supply system with high power. It is composed a primary power converter and a secondary power converter. The primary power converter is an inverter system which is used to invert 50/60Hz power supply to 20kHz power supply. The secondary power converter, pickup, is magnetized by the primary power converter. The secondary system is used to generate DC power supply by boosting circuit. The power is transferred from the primary to secondary through pickup. The experiment data show the effectiveness of the proposed power supply system. iv MỤC LỤC Trang 1.1 T NG QUAN V H NG NGHIÊN C U C A TÀI.Ổ Ề ƯỚ Ứ Ủ ĐỀ 1 1.1.1 n c ngo iỞ ướ à 1 1.1.2 M t s công trình nghiên c u liên quan v h th ng CPS trên th gi iộ ố ứ ề ệ ố ế ớ 1 1.1.3 . n c taỞ ướ 3 1.2. T NH C P THI T C A TÀI, Ý NGH A KHOA H C VÀ TH C TI N C AÍ Ấ Ế Ủ ĐỀ Ĩ Ọ Ự Ễ Ủ TÀI.ĐỀ 3 1.3. M C CH NGHIÊN C U.Ụ ĐÍ Ứ 3 1.4. NHI M V NGHIÊN C U VÀ GI I H N C A TÀI.Ệ Ụ Ứ Ớ Ạ Ủ ĐỀ 3 1.4.1 Nhi m v nghiên c uệ ụ ứ 3 1.4.2 Gi i h n c a t iớ ạ ủ đề à 4 1.5. PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ Ứ 4 1.6. PH M VI NG D NG.Ạ Ứ Ụ 4 Hình 1.9 Hệ thống CPS 8 Hình 1.10 Hệ thống CPS phần sơ cấp 8 Hình 1.11 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động) 9 1.7. K T C U LU N V N.Ế Ấ Ậ Ă 9 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CPS 10 2.1. CÁC PHÂN T CH C B N V H TH NG CPS Í Ơ Ả Ề Ệ Ố 10 2.1.1. Khái ni m v CPS ệ ề 10 2.1.2. C u trúc c b n c a h th ng CPS ấ ơ ả ủ ệ ố 10 Hình 2.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống truyền tải công suất cảm ứng 11 Hình 2.3 Hình dáng cơ bản transformer của CPS 11 2.1.3. Các th nh ph n c a kh i à ầ ủ ố 11 2.1.4. Nguyên lý ho t ngạ độ 12 2.1.5. Các d ng c b n c a c p c m ng i n tạ ơ ả ủ ặ ả ứ đ ệ ừ 12 Hình 2.5. Mô hình cặp cảm ứng điện từ cơ bản 12 2.1.6. H th ng m t pickup (b di chuy n th c p)ệ ố ộ ộ ể ứ ấ 14 Bảng 2.1. Trở kháng thứ cấp, điện áp và dòng tải 14 2.1.7. H th ng nhi u pickups.ệ ố ề 16 2.2. CÁC V N C N L U Ý KHI THI T K H TH NG CPSẤ ĐỀ Ầ Ư Ế Ế Ệ Ố 16 2.2.1. T n s v n h nh ầ ố ậ à 16 2.2.2. i u khi n Đ ề ể 17 Bảng 2.3 Bù sơ cấp 19 2.3. C S LÝ THUY T B CH NH L U VÀ B L C Ơ Ở Ế Ộ Ỉ Ư Ộ Ọ 22 v 2.3.1. Khái ni m ệ 22 Hình 2.7. Khối chỉnh lưu biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều 22 2.3.2. Các d ng m ch ch nh l u c b n ạ ạ ỉ ư ơ ả 23 Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu một pha nửa sóng 24 2.3.3. B l cộ ọ 30 2.4. C S LÝ THUY T M CH NGH CH L U C U 1 PHA D NG IGBT Ơ Ở Ế Ạ Ị Ư Ầ Ù 34 2.4.1. M u ở đầ 34 2.4.2. C u t o v nguyên lý ho t ng IGBT ấ ạ à ạ độ 35 2.4.3. c tính óng c t c a IGBTĐặ đ ắ ủ 36 2.4.4. Yêu c u i v i tín hi u i u khi n IGBT ầ đố ớ ệ đ ề ể 41 2.4.5. ng d ng IGBT cho b ngh ch l u áp 1 phaỨ ụ ộ ị ư 42 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CPS 47 3.1. S THI T K T NG QUÁT C A H TH NGƠĐỒ Ế Ế Ổ Ủ Ệ Ố 47 3.2. T NH TOÁN CÁC PH N T H TH NGÍ Ầ Ử Ệ Ố 48 3.2.1. Ph n s c pầ ơ ấ 48 3.2.2. Ph n th c p ( PICKUP)ầ ứ ấ 51 3.3.M CH NG L C SAU KHI T NH TOÁNẠ ĐỘ Ự Í 55 3.3.1 M ch ng l c s c pạ độ ự ơ ấ 55 3.3.2. Mach ng l c th c p độ ự ứ ấ 55 3.4. GI I THI U M CH I U KHI N Ớ Ệ Ạ Đ Ề Ể 56 3.4.1. Kh i ngu n i u khi nố ồ đ ề ể 56 3.4.1. Kh i m ch i u khi n IGBTố ạ đ ề ể 56 Hình 3.9: Mạch tạo tín hiệu điều khiển cầu nghịch lưu IGBT 25N120 58 Hình 3.10. Sơ đồ khối chức năng IC TL494CN 59 CHƯƠNG4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60 4.1. CÁC THÔNG S O CỐĐ ĐƯỢ 60 4.1.1 Các thông s o c ph n s c p:ố đ đượ ầ ơ ấ 60 Hình 4.5 Dạng sóng tại ngỏ ra biến áp 62 4.2. MÔ HÌNH TH C NGHI M HOÀN CH NHỰ Ệ Ỉ 63 4.2.1. S c p: ơ ấ 63 Hình 4.6 Khối TL494 tạo xung điều khiển cầu nghịch lưu 64 Hình 4.8 Cuộn dây sơ cấp 65 4.2.2. Th c p:ứ ấ 65 4.2.3. T ng h p s c p v th c p.ổ ợ ơ ấ à ứ ấ 66 Hình 4.12 Mô hình toàn mạch Pickup ở vị trí B 67 Hình 4.13 Mô hình toàn mạch Pickup ở vị trí C 67 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN 68 vi [...]... của hệ thống CPS  Chương 3: Thiết kế hệ thống CPS  Chương 4: Kết quả thực nghiệm  Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CPS 2.1 CÁC PHÂN TÍCH CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG CPS 2.1.1 Khái niệm về CPS CPS (Contactless power supply system) là hệ thống cung cấp nguồn không nối dây, tức cấp nguồn cho các tải di động mà không cần kết nối cứng như hệ thống dây điện và thanh... cấp nguồn mới là cấp nguồn không nối dây sử dụng kỹ thuật cặp cảm ứng để đưa ra một quy trình công nghệ để thiết kế và sản xuất với giá thành rẻ hơn so với các hệ thống của nước ngoài và chủ động về mặt công nghệ là một vấn đề cấp thiết Hiện nay chưa có sản phẩm nào được sản xuất trong nước về hệ thống nguồn cung cấp không nối dây, mà trên cơ sở nghiên cứu căn bản về hệ thống thôi 1.2 TÍNH CẤP THIẾT... KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Việc tạo ra các phương thức cấp nguồn khác so với phương thức cấp nguồn truyền thông trong các hệ thống di động nhằm mục đích khắc phục các nhược điểm của phương thức cấp nguồn truyền thống trong các hệ thống này là cấp thiết 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu nguyên lý và thực hiện mô hình thực nghiệm mô hình thu nhỏ của hệ thống CPS 1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI... CPS ứng dụng cho xe chuyển hàng 7 Hình 1.6 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng thẳng Hình 1.7 CPS ứng dụng cho hệ thống nạp bình xe ôtô Hình 1.8 CPS ứng dụng cho hệ thống thanh trượt dạng tròn 8 Hình 1.9 Hệ thống CPS Hình 1.10 Hệ thống CPS phần sơ cấp 9 Hình 1.11 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động) Hình 1.12 Hệ thống CPS phần thứ cấp (pickup di động) 1.7 KẾT CẤU LUẬN VĂN Luận văn bao gồm... 2000, pp 726–732  Mô tả một hệ thống nguồn cung câp không nối dây cho bộ sạc pin di động, điện thoại 3 1.1.3 Ở nước ta Việc cấp nguồn cho các đối tượng có khả năng di chuyển chủ yếu là dựa vào kết nối cứng hoặc thông qua hệ thống thanh trượt - chổi quét Nếu kết nối cứng thì khi đối tượng di chuyển sẽ gặp phải những rắc rối do dây nối nguồn gây nên Trong trường hợp cấp nguồn qua hệ thống thanh trượt... sơ cấp Ls: Cuộn cảm thứ cấp Vp: Điện áp cuộn sơ cấp Vs: Điện áp cuộn thứ cấp ii: Dòng điện nghịch lưu ip: dòng điện sơ cấp is: dòng điện thứ cấp iL: dòng điện tải R: tải trên phía thứ cấp SS topology: Tụ bù sơ cấp nối tiếp cuộn sơ cấp, tụ bù thứ cấp nối tiếp cuộn thứ cấp SP topology: Tụ bù sơ cấp nối tiếp cuộn sơ cấp, tụ bù thứ cấp song song cuộn thứ cấp PS topology: Tụ bù sơ cấp song song cuộn sơ cấp, ... tâm Việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống nguồn cung cấp không nối dây đã và đang được các nhà khoa học của các nước trên thế giới như: Mỹ, Đức, Nhật bản, Hàn Quốc, Trung Quốc … quan tâm Có thể kể ra một số nhà khoa học tiêu biểu như : Grant A Covic, Oskar H Stielau, Xu Shangang, Do Huyn Kang, Ioan Vadan,… Tuy nhiên các nghiên cứu này chưa đưa ra một quy trình công nghệ để thiết kế hệ thống Một... cấp và thứ cấp, hệ số cặp cảm ứng và hệ số chất lượng thứ cấp 2.2.2.6 Sự phụ thuộc dạng mạch bù sơ cấp và thứ cấp Như kết quả bên trên, lựa chọn dạng bù đóng vai trò lớn trong việc chọn đúng tụ sơ cấp Từ khi bù nối tiếp thứ cấp không điện kháng dội tại tần số cộng hưởng danh định, độ tự cảm sơ cấp có thể được điều chỉnh không phụ thuộc cặp cảm ứng hay tải bởi việc mắc nối tiếp một tụ trong mạch sơ cấp. .. HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu nguyên lý của biến áp hở 4 - Nghiên cứu lý nguyên lý hệ thống CPS - Xây dựng mô hình thực nghiệm 1.4.2 Giới hạn của đề tài - Xây dựng mô hình thu nhỏ của hệ thống CPS 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học trên Internet) - Xây dựng mô hình thực nghiệm - Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm 1.6 PHẠM VI... các thiết bị có khả năng di chuyển Ngoài ra hệ thống CPS còn được ứng dụng rất nhiều ngoài thực tế với tất cả các thiêt bị được cấp nguồn có khả năng di chuyển Một số ứng dụng và hình dáng hệ thống CPS: Hình 1.1 CPS ứng dụng cho hệ thống máy cuốn tôn 5 Hình 1.2 CPS ứng dụng trong dây chuyền sản xuất xe hơi Hình 1.3 CPS ứng dụng cần trục vận chuyển container 6 Hình 1.4 CPS ứng dụng cho xe di chuyển Hình . tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tổng quan về hệ thống cấp nguồn không kết nối - Cơ sở lý thuyết về hệ thống cấp nguồn. tháng 05 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM ĐÔNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM ĐÔNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG NGUỒN CUNG CẤP KHÔNG NỐI DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên