NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN

Nghiên cứu tổng quan đề tàiNghiên cứu cơ sở lý thuyết gồm: nguyên lý hoạt động cơ bản của các loại nguồn xung, các linh kiện điện tử sử dụng trong hệ thống hạ ápThực hiện mô phỏng mạch hạ áp với phần mềm Proteus và SIMetrixĐấu mạch hạ áp DC – DC thực tế, làm mạch inThử nghiệm và đánh giáKết luận và kiến nghịViết thuyết minh đề tài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khố : Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ GVHD: Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khố : 2016 - 2020 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao *** *** NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Lê Thanh Phúc SINH VIÊN THỰC HIỆN: I Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết gồm: nguyên lý hoạt động loại nguồn xung, linh kiện điện tử sử dụng hệ thống hạ áp - Thực mô mạch hạ áp với phần mềm Proteus SIMetrix - Đấu mạch hạ áp DC – DC thực tế, làm mạch in - Thử nghiệm đánh giá - Kết luận kiến nghị - Viết thuyết minh đề tài II Trình bày Tập thuyết minh đề tài: 01 thuyết minh III Thời gian thực hiện: Ngày bắt đầu: 19/2/2020 Ngày hoàn thành: 7/6/2020 Tp Hồ Chí Minh, ngày…,tháng…,năm 2020 TRƯỞNG BỘ MƠN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Trước tiên, nhóm muốn cảm ơn đến tất thầy, cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, đặc biệt thầy Khoa Chất Lượng Cao Nhóm r ất biết ơn thầy chia sẻ kiến thức, kinh nghi ệm v ề ngành ô tô tạo điều kiện tốt để tiếp cận nghiên cứu mơn học, điều giúp nhóm có tảng để hồn thành đề tài giao Nhóm muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy với kỹ sư ln tận tình giúp đỡ bị nhóm gián đoạn cơng việc làm Cách gi ải thích thầy dễ hiểu, điều giúp cho vi ệc n ắm b ắt, ti ếp c ận xác định phạm vi đề tài trở nên dễ dàng Cũng nhờ thầy mà nhóm có điều kiện nghiên cứu phịng lab với đầy đủ trang thi ết b ị, trình làm đồ án nhờ mà xúc tiến Tuy có hỗ trợ từ thầy nhà trường việc báo cáo có sai sót q trình làm điều khơng thể tránh kh ỏi, có th ể xu ất phát t việc thân nhóm chưa tìm hiểu, nghiên cứu kỹ q trình làm Nhóm mong nhận góp ý từ thầy, để báo cáo hồn thi ện tốt TÓM TẮT Nguồn sử dụng nguồn xoay chiều có điện áp 220 vơn chỉnh lưu Nhóm tập trung nghiên cứu, thiết kế, thực giảm áp nguồn chỉnh lưu đánh giá chuyển đổi DC sang DC, hạ áp cho đ ầu mà phụ tải xe điện cần Để có th ể thi ết kế chuy ển đổi giảm áp DC – DC ta cần sử dụng kiến thức liên quan đến nguồn xung Theo nhu cầu tại, nhóm cần thiết kế mạch hạ áp theo kiểu flyback b ởi linh hoạt cho nhiều mức ện áp đầu ổn định với độ xác cao mà dạng nguồn xung khác khơng làm Sau q trình nghiên cứu, nhóm tìm hiểu cấu tạo nguyên lý ho ạt động loại nguồn xung với số linh ki ện điện tử đặc biệt sử dụng mạch hạ áp Dựa tìm hi ểu, nhóm mơ hệ thống hạ áp phần mềm Proteus SIMetrix Sau nhóm thực thử nghiệm thực tế qua việc thiết kế biến áp xung tạo hạ áp có đầu 12 vơn, ampere Mạch gi ảm áp đ ược th v ới tải lớn, nhỏ dùng xe máy điện nhận thấy r ằng h ệ th ống hoạt động ổn định với độ sụt áp nhỏ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG 10 Hình 3.35 Cửa sổ cài đặt điều kiện mô Ở phần Analysis Mode ta chọn Transient tức mô miền thời gian Ở ô stop time ta điền ms để trình mô diễn tới ms dừng lại Sau nhấn Run để chạy mơ Để đo điện áp vị trí mạch điện mô phỏng, ta vào mục Probe chọn Voltage vào vị trí ta muốn đo Còn muốn đo cường độ dòng điện ta chọn Probe chọn Current in Wire Current in Device Pin vào vị trí ta muốn đo Hình 3.36 Cách đo điện áp cường độ dịng điện mạch mơ Những giá trị điện áp cường độ dòng điện mà ta quan tâm mạch điện hạ áp điện áp đầu vào, điện áp MOSFET, dòng điện chạy qua MOSFET, xung PWM kích MOSFET, điện áp đầu ra, dịng điện qua tải tiêu thụ điện Sau kết mô dạng đồ thị giá trị vừa nêu 89 Hình 3.37 Đồ thị điện áp đầu vào Hình 3.38 Đồ thị điện áp MOSFET 90 Hình 3.39 Đồ thị dịng điện qua MOSFET Ở hình 3.39, dịng điện đỉnh qua MOSFET 1,5A, gần với giá trị mà tính tốn mục 3.3.2 Idspeak = 1,57A Hình 3.40 Đồ thị xung PWM kích MOSFET Ở hình 3.40, xung PWM đưa vào cực Gate MOSFET có điện áp mức High 12 vơn Như phân tích phần nguyên lý hoạt động, cuộn N A 91 nguồn nuôi ổn định cho UC2842, điện áp cuộn NA 12 vôn, điện áp chân VCC UC2842 12 vơn Như kết luận điện áp mức High xung PWM với điện áp chân VCC UC2842 Hình 3.41 Đồ thị điện áp đầu Hình 3.42 Đồ thị điện áp xung cuộn thứ cấp Khi MOSFET đóng ngắt liên tục tần số cao điện áp bên cuộn sơ cấp có dạng xung hình 3.38, đồng thời bên cuộn thứ cấp điện áp có dạng xung hình 3.42 Ở hình 3.42 điện áp xung cuộn thứ cấp có thành phần dương thành phần âm Diode DOUT mắc đầu cuộn thứ cấp 92 làm nhiệm vụ chỉnh lưu, cho điện áp thành phần dương qua Sau tụ điện COUT lọc điện áp xung kết điện áp đầu 12 vôn cấp cho tải điện có dạng hình 3.41 Hình 3.43 Đồ thị dòng điện đầu 3.5.Thiết kế mạch điện hạ áp dạng mạch in phần mềm Proteus Để thiết kế mạch in phần mềm Proteus, trước tiên cần ph ải vẽ mạch điện nguyên lý Mạch điện nguyên lý hình vẽ dựa mạch điện hình 3.1 93 Hình 3.44 Sơ đồ nguyên lý mạch điện hạ áp vẽ Proteus Sau vẽ xong mạch nguyên lý, nhấn vào biểu tượng PCB Layout tác vụ Mạch điện chuyển sang dạng mạch in Ở dạng m ạch in, linh kiện xếp cho hợp lý Khi s ắp xếp linh ki ện xong, việc dây thực Có hai cách dây dây tay dây tự động Đi dây tay áp dụng cho mạch ện đơn giản, linh kiện Còn mạch điện phức tạp nhi ều linh ki ện dây tự động lựa chọn Sau dây xong, m ạch ện h áp dạng mạch in hình Hình 3.45 Mặt sau mạch điện hạ áp 94 Hình 3.46 Mặt trước mạch điện hạ áp Hình 3.47 Sơ đồ mạch in mạch điện hạ áp dạng file PDF 95 Hình 3.48 Mạch điện hạ áp thực tế 96 Chương THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG 4.1.Thử nghiệm với biến áp xung EE22 Biến áp xung EE22 có điện áp đầu 12 vơn dịng điện đầu Ampere Biến áp xung bán rộng rãi thị trường Nhóm tiến hành tháo rã biến áp xung để xác định cuộn cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp, cuộn hồi tiếp xác định chiều quấn cuộn dây Sau tìm hiểu biến áp xung xong, dựa vào mạch điện hạ áp hãng Texas Instruments, nhóm tự hàn mạch điện hạ áp Mạch điện hạ áp sau hàn có dạng hình Hình 4.1 Mạch điện hạ áp sau hàn Ban đầu cho mạch hạ áp vận hành chế độ khơng tải Sau thử với bóng đèn halogen 12 vơn – 35W đến đèn LED có kết hình bên dưới: Hình 4.2 Mạch hạ áp vận hành chế độ khơng tải 97 Hình 4.3 Thử mạch hạ áp dùng biến áp EE22 với đèn halogen 12 vơn – 35 W Hình 4.4 Thử mạch hạ áp dùng biến áp EE22 với đèn LED Đánh giá kết thử nghiệm: Mạch chạy tốt chế độ không tải công suất đầu mạch khoảng 12W nên ta thấy đèn halogen sáng yếu điện áp bị sụt 7V với đèn led có cơng suất nhỏ hoạt động tốt Khi thử với đèn halogen khoảng vài phút, nhiệt độ MOSFET tăng cao Nhiệt độ MOSFET tăng cao công suất biến áp xung 12W công suất đèn halogen 35W nên dẫn đến MOSFET hoạt động mạnh dẫn tới tải Ở lần thử này, biến áp xung hoạt động êm, không gây tiếng ồn 98 4.2.Thử nghiệm với biến áp xung B48 Ở yêu cầu đặt phải thiết kế mạch điện hạ áp có khả vận hành tải điện xe máy điện Cho nên sau tính tốn thiết kế biến áp mục 3.3, nhóm tự quấn biến áp xung đặt tên B48 Biến áp xung B48 có điện áp đầu 12 vơn dòng điện đầu Ampere Thay biến áp xung EE22 biến áp xung B48 ta có kết thử nghiệm hình bên Hình 4.5 Thử mạch hạ áp dùng biến áp B48 chế độ khơng tải Hình 4.6 Thử mạch hạ áp dùng biến áp B48 với đèn halogen 99 Đánh giá kết thử nghiệm: Ở kết ban đầu lần thử nghiệm với biến áp B48, lúc khơng có cơng tắc, sau cấp nguồn đèn sáng yếu Nhận thấy nguyên nhân tụ (trong mạch hình 3.1) khơng nạp đủ lượng nên bổ sung thêm công tắc ngắt nguồn cấp cho đèn Khi cấp nguồn khoảng 5s đóng cơng tắc này, lúc tụ nạp đủ nên đèn hoạt động tốt, độ sụt áp nhỏ MOSFET sau phút hoạt động nhiệt độ mức ấm Do biến áp xung lần thử quấn thủ cơng nên có phát tiếng ồn mức nhỏ Bảng sau tóm tắt lại kết lần thử nghiệm với tải điện xe máy điện, cụ thể bóng đèn halogen Bảng 4.1 Bảng tóm tắt kết thử nghiệm 100 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1.Kết luận Biến áp xung Điện áp dòng điện Điện áp (vơn) Dịng điện (Ampere) EE22 B48 4,4 1,55 11,3 2,46 Sau khoảng thời gian thực đề tài thiết kế mạch hạ áp cấp nguồn cho phụ tải xe máy điện Nhóm hồn thành số nội dung sau:  Nắm vấn đề việc thiếu nguồn cho phụ tải mà dự án xe điện gặp phải để xác định rõ mục tiêu, đối tượng nghiên cứu khoanh vùng phạm vi nghiên cứu, chọn hướng đề tài  Sưu tầm tài liệu, tìm hiểu loại nguồn xung linh ki ện đ ặc biệt UC3843, TL431 để từ thử nghiệm, tìm hiểu cách sử dụng áp dụng vào đề tài  Tập trung vào nghiên cứu nguồn xung flyback, chủ yếu sâu phân tích cấu trúc mạch điện nguyên lý hoạt động  Học cách tính tốn, chọn vật liệu để quấn biến áp xung dựa tài liệu tìm  Mơ mạch điện phần mềm SIMetrix cho đồ th ị v ề xung kích, điện áp dòng điện đầu  Thử nghiệm với mạch điện hàn dây cải tiến sau l ần th ất b ại cho đáp ứng với mục đích ban đầu  Thiết kế mạch in cho mạch điện hạ áp phần mềm Proteus 5.2.Kiến nghị Qua lần thử nghiệm nhóm hồn thành mục tiêu đặt trình mạch hạ áp hoạt động biến áp xung có phát tiếng ồn Ngoài mạch điện hoạt động thời gian dài nhi ệt đ ộ linh kiện MOSFET, UC3843 hay biến áp xung có th ể tăng cao Do nhóm kiến nghị cần phải thiết kế phần vỏ bao mạch ện có cánh tản nhiệt để làm giảm bớt nhiệt độ linh ki ện, qua nâng cao tuổi thọ mạch điện 101 Bên cạnh cần phải nâng cao công nghệ quấn bi ến áp xung đ ể có th ể sản xuất số lượng lớn để làm cho biến áp xung hoạt động êm h ơn, khơng phát tiếng ồn Do trình độ thời gian có hạn nên nhóm ch ỉ thi ết kế đầu hạ áp, thực tế tải xe máy ện cần nhiều mức điện áp khác nên cần bổ sung thêm nhi ều đầu cho hệ thống lần cải tiến sau 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Trọng Chưởng Bùi Văn Huy, “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống biến đổi điện tử công suất ứng dụng hệ thống l ượng mặt tr ời kết nối lưới”, tạp chí Khoa học cơng nghệ – số đặc biệt năm 2018 [2] Trịnh Trung Hiếu, Đoàn Anh Tuấn Lê Thị Tịnh Minh, “Thiết kế chuyển đổi DC – DC cho hệ thống điện sử dụng l ượng m ặt tr ời ”, tạp chí Khoa học cơng nghệ Đại học Đà Nẵng – Vol 17, số năm 2019 [3] TS Lê Minh Phương, “Các linh kiện bán dẫn bản” [4] Chitravalavan, Dr R Seyezhai (2017), “Study and Analysis of Switched Mode DC –DC Converter Topologies for Telecommunication System” [5] O Cornea, N Muntean, M Gavris (2010), “Interleaved Phase DC – DC Converter for Automotive Applications” [6] ON Semiconductor, “Design Guidelines for Off-line Flyback Converters Using Fairchild Power Switch (FPS)” [7] ON Semiconductor, “The TL431 in the Control of Switching Power Supplies” [8] Jean Picard (2010), “Under the Hood of Flyback SMPS Designs” [9] Texas Instruments (2017), “UCx84x Current-Mode PWM Controller” [10] Texas Instruments (2019), “Switching Regulator Fundamental” [11] Thomas Gamsjäger, “Electronic Engineering 2: Resistors, Elementary Resistor Circuits and the Resistor Paradox” [12] Marian P Kazmierkowski; R Krishnan; Frede Blaabjerg (2002), “Control in Power electronics” [13] The Capacitance Company KEMET Charged, “Introduction to Capacitor Technologies” [14] Texas Instruments (2013), “AN – 776 20 Watt Simple Switcher Forward Converter” [15] www.tailieucokhi.net [16] https://cuuduongthancong.com [17] google hình ảnh, internet [18] https://components101.com [19] https://huphaco.vn [20] https://www.researchgate.net [21] https://byjus.com [22] https://www.electronics-tutorials.ws [23] Thomas L.Floyd, “The Basic Capacitor” 103 ... CHẤT LƯỢNG CAO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN SVTH: MSSV: SVTH: MSSV: Khố : 2016 - 2020 Ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ... VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ÁP THẤP CHO CÁC TẢI ĐIỆN TRÊN XE MÁY ĐIỆN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Lê Thanh Phúc SINH VIÊN THỰC HIỆN: I Nội dung nghiên. .. cứu, thi ết k ế h ệ thống cung cấp điện áp thấp cho tải điện xe máy ện” 1.2.Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế mạch hạ áp cho đầu 12 vôn - Nhiệm vụ nghiên cứu: Đề tài