HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ  CHENG PHI QUỲNH HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ  HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.S Lê Văn Bạn Cheng Phi Quỳnh Khóa: 2004 - 2008 Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY  AUTOMATIC BATTERY CHARGE SYSTEM USING WIND GENERATOR Speciality: Automatic Control Supervisor: Student: Master Le Van Ban Cheng Phi Quynh Course: 2004 - 2008 Ho Chi Minh city August, 2008 LỜI CẢM TẠ Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến! Cha mẹ, gia đình ni dưỡng khôn lớn, tạo điều kiện tốt cho sống học tập Q thầy tồn trường Đại Học Nông Lâm, đặc biệt thầy khoa Cơ Khí & Cơng Nghệ tận tình dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trình học tập Thầy Lê Văn Bạn trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tâm giúp đỡ em thực đề tài Tất bạn bên cạnh quan tâm lẫn nhau, ln động viên, khích lệ tinh thần giúp hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, tháng năm 2008 Cheng Phi Quỳnh iii TÓM TẮT Gió nguồn lượng tự nhiên, sạch, vơ tận có khắp nơi Trái Đất Riêng nước ta với 3000 km chiều dài bờ biển nên có nguồn lượng gió dồi Đề tài tiến hành nghiên cứu sạc bình ắc quy từ máy phát điện nhờ lượng gió Đây bước chương trình nghiên cứu lượng gió  Nội dung bao gồm:  Tìm hiểu hệ thống gió chế tạo sử dụng giới  Nghiên cứu thiết kế mạch chuyển đổi nguồn điện từ máy phát điện xoay chiều pha thành điện chiều nạp cho ắc quy  Khảo nghiệm mạch thiết kế  Kết quả:  Đã mô hoạt động mạch thiết bị mô  Hạn chế đề tài chưa khảo nghiệm với máy phát điện gió thực tế iv SUMMARY The wind is a clean and inexhaustible resource available all over the world Viet Nam has more than 3000 kms of seashore Wind power is very plentiful In this thesis carried out a research for battery charging from wind generator It is a first step in wind energy research program  In this thesis consists of:  Learn about wind system which was manufactured and used in the world  Study and design circuit to change power source from one phase alternating current generator to direct current to charge for baterry  Test circuit  Results:  Circuit's action was emulated on simulator  Thesis's restriction was not assayed with wind generator in practice v MỤC LỤC TRANG TỰA i LỜI CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv SUMMARY v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG .xiii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 2: TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI 2.1 Hệ thống biến đổi lượng gió thành điện 2.1.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.2 Cấu tạo chung hệ thống biến đổi lượng gió thành điện 2.1.3 Phân loại turbine gió 2.2 Hệ thống turbine gió trục ngang 2.3 Hệ thống turbine gió trục ngang cơng suất 500 W xuất xứ Trung Quốc 2.3.1 Các đặc tính kỹ thuật 2.3.2 Máy phát điện xoay chiều ba pha có rotor nam châm vĩnh cửu sử dụng hệ thống turbine gió trục ngang cơng suất 500 W Trung Quốc 2.4 Máy biến áp ổn áp 2.4.1 Cấu tạo 2.4.2 Nguyên lý hoạt động .9 vi 2.5 Khảo sát “Automatic Wind Generator Charger Controller” công suất 500 W Trung Quốc sản xuất 2.6 Tra cứu linh kiện điện tử .12 2.6.1 Vi điều khiển ATMEGA16L .12 2.6.2 LM358 14 2.6.3 C1815 14 2.6.4 IRFP150N .14 2.6.5 IRF540 15 2.6.6 LM7812 15 2.6.7 LM7805 16 2.6.8 Linh kiện 7408 16 2.6.9 ULN2803 16 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .17 3.1 Phương pháp 17 3.2 Các bước tiến hành 17 3.3 Phương tiện 17 CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19 4.1 Thực phần cứng 19 4.1.1 Thiết kế mạch nạp cho ắc quy dùng vi điều khiển 19 4.1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động khối mạch cụ thể .21 4.1.2.1 Mạch chỉnh lưu 21 4.1.2.2 Mạch tạo nguồn 12 V V 21 4.1.2.3 Mạch vi điều khiển 22 4.1.2.4 Mạch lấy tín hiệu điện áp từ nguồn sau chỉnh lưu 23 4.1.2.5 Mạch lấy tín hiệu điện áp hai cực ắc quy 23 4.1.2.6 Mạch chuyển tín hiệu dòng nạp ắc quy thành tín hiệu điện áp .24 4.1.2.7 Mạch kích FET nạp cho ắc quy 24 4.1.2.8 Mạch kích FET điều khiển động chiều biến áp xoay .25 4.1.2.9 Mạch hiển thị dòng điện, điện áp LED đoạn 25 vii 4.1.3 Thực thi phần cứng 28 4.1.3.1 Mạch chỉnh lưu _ Mạch nguồn _ Mạch lấy tín hiệu điện áp nguồn 29 4.1.3.2 Mạch vi điều khiển nút chọn điện áp nạp cho ắc quy 30 4.1.3.3 Mạch tạo nguồn 12 V, V kích động chiều biến áp xoay 31 4.1.3.4 Mạch khuếch đại lấy tín hiệu điện áp dòng nạp cho ắc quy kích FET nạp ắc quy .32 4.1.3.5 Mạch hiển thị dòng điện, điện áp LED đoạn 33 4.2 Thực phần mềm 34 4.2.1 Phần mềm BASCOM AVR .34 4.2.2 Lưu đồ giải thuật 35 4.2.3 Chương trình 36 4.3 Kết 41 4.4 Thảo luận 46 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 47 5.1 Kết luận .47 5.2 Đề nghị 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT A (Ampere): Đơn vị đo cường độ dòng điện AC (Alternating Current): Điện xoay chiều ADC (Analog to Digital Converter): Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số +aq: Cực dương ắc quy -aq: Cực âm ắc quy DC (Direct Current): Điện chiều EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory): Bộ nhớ đọc lập trình xóa điện MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường có cổng ngăn cách với lớp bán dẫn lớp điện môi SiO2 RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên SRAM (Static Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên trạng thái tĩnh V (Volt): Đơn vị đo điện áp VCL: Điện áp nguồn chiều sau chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều W (Watt): Đơn vị đo công suất ix 4.2.2 Lưu đồ giải thuật: Bắt đầu Chọn chế độ nạp Chọn nạp 24 V Chọn nạp 12 V Thực thi nạp Nhận giá trị điện áp nguồn Nhận giá trị điện áp dòng Hiển thị dòng điện, điện áp LED Sai VCL = A? Đúng Sai I=0? Đúng Ngừng sạc ắc quy Sai VCL < A? Đúng Kích động DC quay ngược để giảm điện áp đầu vào Kích động DC quay thuận để tăng điện áp đầu vào Kết thúc Hình 4.23: Lưu đồ giải thuật mạch sạc ắc quy dùng vi điều khiển 35 Lưu đồ giải thuật thể trình tự hoạt động mạch sạc ắc quy dùng vi điều khiển thiết kế trên, làm sở để viết chương trình nạp vào vi điều khiển Trong đó: VCL: giá trị điện áp nguồn sau chỉnh lưu A: giá trị điện áp cài đặt I: giá trị dòng điện nạp cho ắc quy 4.2.3 Chương trình: Dựa lưu đồ giải thuật viết thành chương trình điều khiển sạc tự động cho ắc quy điện áp đầu vào thay đổi theo tốc độ gió phần mềm BASCOM AVR Chương trình sau: $regfile = "m16def.dat" $crystal = 1000000 '$baud = 4800 Dim Ap As String * , Dong As String * , Ht As String * , S1 As String * Dim So As Byte , M As Byte , Caidat As Byte , Caidat1 As Byte , Lap1 As Byte Dim Lap As Byte , Gt_dien_ap As Word , Gt_dong As Word , Gt_acquy As Word , Chenh_lech As Integer Dim D As Byte , Ap_len As Byte , Dong_len As Byte , Flash As Byte , Bg As Byte 'Config Timer1 = Pwm , Pwm = , Compare A Pwm = Clear Down , Compare B Pwm = Clear Down , Prescale = Config Timer1 = Timer , Prescale = Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal Enable Interrupts Enable Timer1 36 On Timer1 Getgt Start Adc Ddrb = &HFF Ddrd = &B11111001 Ddra = &B00000000 Ddrc = &HFF 'portd.7 : dk ngat sac ac quy 'portd.1 : nut nhan SW1 'portd.2 : nut nhan SW2 'portd.0 : quay motor thuan 'portd.6 : quay motor nghich Set Portd.1 Set Portd.2 Set Portd.7 Portb = Portc = Caidat1 = Caidat = 120 Bg = Dong = " " Ap = " " 'Set Portc.3 Do Gosub Chay 37 If Pind.1 = And Pind.2 = Then M=1 ' Enable Timer0 End If If M = Then If Pind.1 = And Pind.2 = Then Incr Caidat1 If Caidat1 > Then Caidat1 = Caidat = Caidat1 * 120 For Lap1 = To 20 Gosub Chay Next Lap1 End If If Pind.1 = And Pind.2 = Then M=0 Flash = ' Disable Timer0 End If End If If Gt_dien_ap > Caidat Then Set Portd.0 Reset Portd.6 End If If Gt_dien_ap < Caidat Then Set Portd.6 Reset Portd.0 End If If Gt_dong = Then Reset Portd.7 Else Set Portd.7 38 End If Loop Chay: ' Ap = "125" ' Dong = "10" D=1 If M = Then Ht = Dong + Str(caidat) Ht = Format(ht , "00000") Else Ht = Dong + Ap End If If Flash = Then Bg = 'D = Else Bg = 'D = End If For Lap = To Bg S1 = Mid(ht , Lap , 1) ' Portd = Gosub HienLED ' If Lap = Then ' Reset Portd.7 ' Else ' Set Portd.7 ' End If 39 Portb = D Waitms Portb = Portc = D=D*2 Next Lap Return Getgt: Gt_dien_ap = Getadc(0) Gt_dong = Getadc(1) Gt_acquy = Getadc(2) Ap = Str(gt_dien_ap) Dong = Str(gt_dong) Ap_len = Len(ap) Dong_len = Len(dong) If Ap_len > Then Ap = "aaa" If Dong_len > Then Dong = "aa" Ap = Format(ap , "000") Dong = Format(dong , "00") If M = Then Lap = Incr Flash If Flash > Then Flash = End If 40 'Print Ap 'Print Dong Return HienLED: Select Case S1 Case "1" : Portc = Case "2" : Portc = 91 Case "3" : Portc = 79 Case "4" : Portc = 102 Case "5" : Portc = 109 Case "6" : Portc = 125 Case "7" : Portc = Case "8" : Portc = 127 Case "9" : Portc = 111 Case "0" : Portc = 63 Case Else : Portc = 64 End Select Return 4.3 Kết quả: Các bảng mạch sau hồn thành thủ cơng, hoạt động tốt tính thẩm mỹ chưa cao Để tăng thêm độ bền gọn hơn, kết hợp phần vi điều khiển có nút nhấn chọn chế độ nạp cho ắc quy với phần hiển thị dòng điện điện áp bảng mạch chạy hai lớp 41 Hình 4.24: Mạch hai lớp kết hợp vi điều khiển, nút nhấn hiển thị LED Sau thi công mạch phần cứng viết chương trình nạp vào vi điều khiển, tiến hành khảo nghiệm mạch, chưa có máy phát điện thực tế nên mạch khảo nghiệm thiết bị mô  Cấu tạo chung thiết bị mô sau: (hình 4.25)  Để mơ tín hiệu điện áp nhận vào vi điều khiển, mạch sử dụng biến trở để thay đổi điện áp nhận vào trình thay đổi tín hiệu điện áp máy phát điện thật 42  Ngõ cầu điều khiển H kết nối với motor giảm tốc DC để điều chỉnh chiều tăng giảm điện biến trở xoay  Trình tự thí nghiệm sau:  Trên phím điều khiển chọn giá trị điện áp nạp tương ứng với bình 12 V hay 24 V  Dùng tay xoay biến trở, điện áp đầu vào thay đổi lệch khỏi điện áp cài đặt làm cho động DC quay Tùy theo điện áp đầu vào lớn hay nhỏ khoảng điện áp cài đặt mà động DC quay thuận hay quay nghịch Nếu tiếp tục xoay biến trở đến điện áp đầu vào nằm khoảng điện áp cài đặt động DC ngừng quay  Đo độ lệch bánh đánh dấu thay đổi giá trị điện áp đầu vào làm động DC xoay đến động DC ngừng xoay Từ tính thời gian đáp ứng vi điều khiển  Xác định thời gian đáp ứng vi điều khiển để điều khiển động giá trị điện áp đặt cho động dừng Hình 4.25: Khảo nghiệm mạch thiết bị mơ 43 Chú thích: 1: Mạch vi điều khiển hiển thị LED 2: Biến trở 3: Mạch cầu H điều khiển động quay theo hai chiều 4: Động DC 5: Bộ truyền bánh Các kết khảo nghiệm theo điện áp đầu vào mô thu nhận theo bảng 4.1 bảng 4.2:  Chọn chế độ nạp 24 V Điện áp cung cấp từ 26,5 – 27,5 V cài đặt Điện áp đầu vào (V) Độ lệch bánh (o) Thời gian đáp ứng (s) 26 60 0,91 25 180 2,73 24 300 4,54 23 300 4,54 22 360 5,45 21 400 6,06 20 540 8,18 19 780 11,82 18 1020 15,45 17 1020 15,45 Bảng 4.1: Kết đo chế độ nạp 24 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng giảm 44 Điện áp đầu vào (V) Độ lệch bánh (o) Thời gian đáp ứng (s) 28 120 1,82 29 150 2,27 30 390 5,91 31 420 6,36 32 540 8,18 33 660 10 34 750 11,36 35 840 12,73 36 850 12,88 37 900 13,63 Bảng 4.2: Kết đo chế độ nạp 24 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng tăng  Chọn chế độ nạp 12 V Điện áp cung cấp từ 14,5 – 15,5 V cài đặt Điện áp đầu vào (V) Độ lệch bánh (o) Thời gian đáp ứng 90 (s) 14 180 2,73 13 240 3,63 12 330 11 390 5,91 10 450 6,82 540 8,18 720 10,91 780 11,82 810 12,27 900 13,63 Bảng 4.3: Kết đo chế độ nạp 12 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng giảm 45 Điện áp đầu vào (V) Độ lệch bánh (o) Thời gian đáp ứng 90 (s) 16 90 1,36 17 150 2,27 18 240 3,63 19 300 4,54 20 420 6,36 21 600 9,09 22 720 10,91 23 870 13,18 24 880 13,33 25 900 13,63 Bảng 4.3: Kết đo chế độ nạp 12 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng tăng  Nhận xét kết đo hai chế độ nạp 24 V 12 V Mỗi bảng kết có 20 lần đo tương ứng với 20 giá trị điện áp đầu vào Giá trị điện áp đầu vào xa giá trị điện áp cài đặt thời gian đáp ứng chậm Trên sở kết đo được, nhận thấy thời gian đáp ứng chậm Đó điều chỉnh biến trở xoay tay để thay đổi điện áp đầu vào nên sai số lớn Tỉ số truyền giảm tốc cho động DC lớn thời gian đáp ứng chậm Tốc độ lấy mẫu lớn 4.4 Thảo luận: Mặc dù mạch khảo nghiệm thiết bị mô phỏng, thời gian đáp ứng chậm điện áp lệch theo hướng cao hướng thấp tốc độ xử lý tốc độ xử lý vi điều khiển 46 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận: Sau thời gian thực đề tài, đạt kết sau:  Thiết lập sơ đồ khối sạc ắc quy tự động dùng vi điều khiển AVR ATMEGA16L  Thiết kế sạc ắc quy tự động dùng vi điều khiển AVR  Thi công mạch sạc ắc quy tự động dùng vi điều khiển AVR gồm bốn bảng mạch: bảng mạch vi điều khiển có nút nhấn kết hợp hiển thị LED đoạn, bảng mạch cầu H điều khiển động DC, bảng mạch chỉnh lưu tạo nguồn nạp cho ắc quy lấy tín hiệu điện áp nguồn, bảng mạch lấy tín hiệu dòng điện nạp điện áp ắc quy  Thiết lập lưu đồ giải thuật viết chương trình điều khiển đưa vào AVR  Mạch hoạt động theo yêu cầu, đáp ứng chưa nhanh, chưa khảo nghiệm trực tiếp máy phát điện gió 5.2 Đề nghị: Mạch sạc ắc quy tự động lấy nguồn từ máy phát điện gió chưa khảo nghiệm máy phát điện gió thực tế nên đề nghị tiếp tục khảo nghiệm thực tế đưa vào sử dụng phục vụ sống Ngoài cách dùng vi điều khiển ATMEGA16L đề nghị nên nghiên cứu thêm loại vi điều khiển khác có tốc độ xử lý cao họ AVR họ PIC để đề tài thêm phong phú 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Hoàng Hữu Thận Cơ sở kỹ thuật điện 2) Hoàng Hữu Thận, Đỗ Quang Đạt, 1976 Kỹ thuật điện đại cương Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội 3) Lê Xuân Thê Dụng cụ bán dẫn vi mạch Nhà xuất Giáo Dục 4) Ngô Diên Tập, 2003 Kỹ thuật vi điều khiển với AVR Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 5) Nguyễn Như Anh Kỹ thuật số Nhà xuất Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh 6) Nguyễn Văn Nhờ Điện tử cơng suất Nhà xuất Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh 7) Nguyễn Văn Yến, Phạm Phong Điều khiển tốc độ turbine gió cách sử dụng động bước để xoay cánh Đại học Đà Nẵng 8) Vương Đình Bằng Kỹ thuật điện Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh 9) Trang web: http://www.alldatasheet.com PHỤ LỤC Một số hình ảnh “Automatic Wind Generator Charger Controller” cơng suất 500 W Trung Quốc: Hình P.1 : Một số hình ảnh “Automatic Wind Generator Charger Controller” công suất 500 W Trung Quốc ... FET điện qua điện trở dẫn điện sạc thắng cho ắc quy tín hiệu điện áp Mạch lấy tín hiệu điện áp từ ắc quy Hiển thị điện áp, dòng nạp cho ắc quy Hình 2.11: Sơ đồ khối mạch nạp ắc quy từ máy phát điện. .. NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ  HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:... lượng gió nhiều người, nhiều quan quan tâm đến Bước đầu tham gia vào lĩnh vực này, chấp thuận Khoa Cơ Khí & Công Nghệ để tiến hành đề tài “HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG