Thiết kế và chế tạo hệ thống hướng sáng cho tấm pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG HƯỚNG SÁNG CHO TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Người hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS ĐẶNG PHƯỚC VINH NGUYỄN THÁI BÌNH ĐÀM MINH NGỌC Số thẻ sinh viên : 101130194 101130210 Lớp: 13CDT2 Đà Nẵng, 2018 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG HƯỚNG SÁNG CHO TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Họ tên SV : Đàm Minh Ngọc Mã SV : 101130210 Lớp : 13CDT2 Họ tên SV : Nguyễn Thái Bình Mã SV : 101130194 Lớp : 13CDT2 GV hướng dẫn : TS Đặng Phước Vinh GV duyệt : TS Lê Hồi Nam Tóm tắt nội dung đề tài: Nhu cầu thực tế đề tài Để kết thúc chương trình sinh viên ngành điện tử cần phải hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo yêu cầu Để chế tạo cấu, hệ thống sinh viên cần phải nắm kiến thức phần khí điện tử Đồ án tốt nghiệp hội để xâu chuỗi vận dụng tất kiến thức học Tình trạng ô nhiễm môi trường ngày gia tăng Do việc nghiên cứu ứng dụng nguồn lượng vào đời sống hết vấn đề nóng hổi Đặc biệt với việc sử dụng điện tải gây nhiều đề đáng quan tâm cần phải có giải pháp cấp bách Từ yêu cầu nhóm định tiến hành lên ý tưởng tiến hành thực đề tài “Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời” Hệ thống điều hướng vị trí nhận lượng mặt trời lớn Phạm vi nghiên cứu đề tài tốt nghiệp Trong đề tài này, nhóm tác thiết kế cấu cho máy, tìm hiểu phương pháp điều khiển để đưa phương án tối ưu nhất, nghiên cứu tính thiết thực sản phẩm đưa giải pháp phù hợp để đảm bảo suất chất lượng sản phẩm, từ đó: - Tính tốn thiết kế hệ truyền động - Thiết kế thi công hệ thống hướng sáng cho pin mặt trời Nội dung thực - Số trang thuyết minh: 60 trang - Số vẽ: 5A0 - Mơ hình: hệ thống hướng sáng cho pin mặt trời Kết - Tính thiết thực lý lựa chọn đề tài - Đưa phương án thiết kế lựa chọn phương án tối ưu - Tính tốn cấu lựa chọn đọng hệ dẫn động - Thực lập trình điều khiển hệ thống yêu cầu - Sử dụng phần mềm matlab để đánh giá công suất - Cung cấp điện cho thiết bị xoay chiều ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành Đàm Minh Ngọc 101130210 13CDT2 CƠ ĐIỆN TỬ Nguyễn Thái Bình 101130194 13CDT2 CƠ ĐIỆN TỬ Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG HƯỚNG SÁNG CHO PIN MẶT TRỜI Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: Nội dung phần thuyết minh tính toán: a) Phần chung: STT Họ tên sinh viên Đàm Minh Ngọc Nội dung - Nguyễn Thái Bình - Tìm hiểu số loại cấu ngồi thực tế để đưa ý tưởng tốt Đưa nguyên lí, lựa chọn cấu phù hợp để thiết kế Chế tạo hệ thống b) Phần riêng: STT Họ tên sinh viên Nội dung Đàm Minh Ngọc Thiết kế hệ thống Solidworks, tìm hiểu code điều khiển Nguyễn Thái Bình Đánh giá cơng suất Matlab, hoàn thành thuyết minh Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): a) Phần chung: STT Họ tên sinh viên Đàm Minh Ngọc Nguyễn Thái Bình Nội dung - Bản vẽ tổng thể 1A0 b) Phần riêng : STT Họ tên sinh viên Nội dung Nguyễn Thái Bình - Bản vẽ thuật tốn Bản vẽ sơ đồ động 1A0 1A0 Đàm Minh Ngọc - Bản vẽ sơ đồ chi tiết Bản vẽ sơ đồ mạch điện 1A0 1A0 Họ tên người hướng dẫn: TS Đặng Phước Vinh Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 01/02/2018 Ngày hoàn thành đồ án: 01/06/ 2018 Đà Nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2018 Trưởng Bộ môn Kỹ thuật Cơ điện tử Người hướng dẫn TS Đặng Phước Vinh Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, với đà phát triển đất nước đường đổi mới, ngành khí nói chung, ngành kĩ thuật chế tạo nói riêng có tiến triển đóng góp định cho phát triển chung Tuy nhiên, khoa học ngày phát triển, thiết bị hệ thống cũ trở nên lạc hậu không đáp ứng q trình phát triển nhanh chóng ngành liên quan Đồ án tốt nghiệp có vị trí quan trọng chương trình đào tạo kỹ sư cán kĩ thuật thiết kế,chế tạo loại máy thiết bị khí phục vụ ngành kinh tế nông nghiệp, công nghiệp, giao thông vận tải, điện lực …vv Để giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức môn học giúp cho họ làm quen với nhiệm vụ thiết kế chương trình đào tạo,đồ án tốt nghiệp yêu cầu thiếu sinh viên kết chương trình đại học Sau thời gian tìm hiểu với giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo TS Đặng Phước Vinh đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình thiết kế tất nhiên có sai sót thiếu thực tế kinh nghiệm thiết kế, mong bảo thông cảm quý thầy cô để lần thiết kế sau thực tế sau hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, 01 tháng 06 năm 2018 Đàm Minh Ngọc i Nguyễn Thái Bình CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án hay cơng trình có trước Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn, thơng tin trích dẫn đồ án ghi nguồn gốc rõ ràng phép cơng bố Nhóm sinh viên thực hiện: Đàm Minh Ngọc ii Nguyễn Thái Bình MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu cảm ơn i Lời cam kết ii Mục lục iii Danh sách bảng biểu, hình vẽ sơ đồ iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung hệ thống hướng sáng pin mặt trời 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Các ứng dụng 1.4 Lý chọn đề tài 1.5 Cấu trúc đồ án CHƯƠNG 2:TÌNH TỐN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 2.1 Chọn bậc tự 2.2 Chọn hệ thống truyền động 2.3 Tính tốn thiết kế phần khí chọn động 12 2.3.1.Chọn động 13 2.3.2.Thiết lập truyền xích 14 2.3.2.1.Thiết lập truyền xích cho động 14 2.3.2.2.Thiết lập truyền xích cho động 16 2.3.3 Chọn trục quay 18 2.3.3.1 Lựa chọn kích thước trục 18 2.3.3.2 Lựa chọn kích thước trục 19 2.3.4 Chọn ổ bi 19 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 21 3.1.Giới thiệu ý tưởng: 21 3.2.Phương án điều khiển 21 3.3.Mô tả điều khiển 22 3.4.Giới thiệu linh kiện sử dụng 24 3.5.Bộ lưu giữ nghịch lưu 33 3.5.1 Các loại ắc quy 34 iii 3.5.2 Các cố cần bảo vệ ác quy chì – axit 35 3.6.Phần mềm Matlab 36 3.6.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 36 3.6.2 Tạo giao diện 37 3.7 Kết 39 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 41 4.1 Những phần đạt đề tài 41 4.2 Những hạn chế hướng khắc phục 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 43 PHỤ LỤC 44 iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ơ nhiễm nhà máy nhiệt điện Hình 1.2: Trạm xạc iện sử dụng hệ thống hướng sáng pin mặt trời Hình 1.3: Hệ thống lượng Sun Flowers Hình 1.4: Hệ thống pin lượng mặt trời Maroc Hình 2.1: Bộ truyền đai Hình 2.2: Bộ truyền xích Hình 2.3: Bộ truyền bánh 10 Hình 2.4: Bộ truyền trục vít bánh vít 11 Hình 2.5: Bộ truyền lựa chọn 11 Hình 2.6: Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời 12 Hình 2.8: Kích thước trục 19 Hình 2.10: Ổ bi trục 20 Hình 2.11: Bản vẽ tổng thể khí hệ thống hướng sáng 20 Hình 2.12: Cảm biến quang trở 21 Hình 2.13: Cảm biến quang trở 22 Hình 3.2: Sơ đồ mạch điều khiển 23 Hình 3.3 : Biến trở sử dụng cảm biến góc xoay 24 Hình 3.4: Arduino Uno R3 24 Hình 3.5: Mạch cầu H-L298N 27 Hình 3.6 : Quang trở 28 Hình 3.7: Một số loại biến trở 28 Hình 3.8 : Cấu tạo biến trở 29 Hình 3.9 : Pin lượng mặt trời 29 Hình 3.10: Cấu tạo pin mặt trời 31 Hình 3.12: Mơ hình nối dây nối tiếp 32 Hình 3.13: Mơ hình nối dây nối tiếp song song 33 Hình 3.14: Cấu tạo bình ắc quy 34 Hình 3.15 : Giao diện làm việc matlab 37 Hình 3.16: Giao diện Matlab 37 Hình 3.17: Module ASC712 38 Hình 3.18: Sơ đồ nối dây ASC712 38 Hình 3.19: Đồ thị công suất 40 Hinh 4.1:Hình ảnh thực tế hệ thống điều hướng pin mặt trời 42 v Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời ▪ Cách đo Khi đo DC phải mắc tải nối tiếp Ip+ Ip- chiều, dòng điện từ Ip+ đến Ip- để Vout mức điện 2.5 – 5V tương ứng dòng – 5A, mắc ngược Vout điện 2.5V đến 0V tương ứng với 0A đến -5A Cấp nguồn 5V cho module chưa có dịng Ip (chưa có tải mắc nối tiếp với domino), Vout=2.5V Khi dịng Ip( dịng tải) 5A Vout=5V, Vout tuyến tính với dịng Ip , khoản 2.5V đến 5V tương ứng với dòng đến 5A Để kiểm tra dùng đồng hồ VOM thang đo DC đo Vout ▪ Ưu điểm modun ASC712 - Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp - Thời gian tăng đầu để đáp ứng với đầu vào 5µs - Điện trở dây dẫn 1.2mΩ Nguồn : 5V-DC Độ nhạy đầu từ 63-190mV/A Điện áp ổn định - ACS 712 5A (x05B): Ip: 5A đền -5A Độ nhạy: 180 – 190 mV/A 3.7 Kết Đoạn code trọng tâm v1 = readVoltage (a,'A1'); v2 = readVoltage (a,'A2'); v3 = v1*5*(v2-2.5)*5.405 v4 = readVoltage (a,'A3'); v5 = readVoltage (a,'A4'); v6 = v4*5*(v5-2.5)*5.405 t = datetime('now') ; addpoints(h,datenum(t),v3); addpoints(n,datenum(t),v6); hold on ; Điều ý đoạn code hệ số hệ số 5.405 Đối với hệ số trải qua lần phân áp nên phải thự nhân để đưa giá trị thực cần đo điện áp pin Cịn hệ số 5.405, thơng số module có tín hiệu đầu điện áp tỉ lệ với dòng điện 5.405 A/V Nên cần phải thực chia điện áp đo cho để tính dịng điện SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 39 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời Hình 3.19: Đồ thị cơng suất Nhận xét : Q trình đo đạc nhóm đưa kết luận công suất mà pin điều hướng lớn công suất pin lượng mặt trời khoảng 30% Chưa xét đến phần công suất động quay ta nhận thấy hệ thống hướng sáng đạt công suất cao Nhận thấy hướng nghiên cứu trình sử dụng pin mặt trời hiệu SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 40 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Những phần đạt đề tài ▪ Hoàn thành kết cấu khí với hai bậc tự phần phân tích phương án thiết kế ▪ Cơ cấu hoạt động điều hướng theo hướng chiếu sáng mượt ▪ Đã thực giao tiếp matlab với arduino Từ tạo giao diện vẽ đồ thị cơng suất , điện áp, dòng điện ▪ Thiết kế phản hồi để đảm báo cho hệ thống chạy an toàn điều hướng 4.2 Những hạn chế hướng khắc phục ▪ Một số hạn chế: có hai vấn đề hạn chế • Vấn đề thứ nhất: chưa tạo sạc từ pin vào thiết bị acquy nghịch lưu để đưa vào sử dụng thiết bị đờ sống • Vấn đề thứ hai: đối vơi phần mềm Matlab chưa đưa đánh giá ▪ tối ưu hai cấu Kết đo chưa có sở để đánh giá tính xác cụ thể hóa Hướng giải cho vấn đề hạn chế - Vấn đề thứ nhất: cần tạo sạc để ngắt đầy bình ac quy mở tự động cần sạc Tạo nghịch lưu chuyển từ dòng điện chiều - sang dòng điện xoay chiều đưa vào sử dụng cho đồ điện dân dụng Vấn đề thứ 2: cần phải đưa thơng số xác cao mang tính đại diện khác như: Giá trị lớn đạt trình đo So sánh hai đồ thị khác đặt pin đứng yên pin điều hướng SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 41 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời Hinh 4.1: Hình ảnh thực tế hệ thống điều hướng pin mặt trời SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 42 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Nguyễn Trọng Hiệp, Nguyễn Văn Lẫm, Thiết kế chi tiết máy, Nhà xuất Giáo Dục, Hà Nội, 1999 [2] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, Nhà xuất Khoa học – kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [3] Phạm Thị Ngọc Yến, Ngơ Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Nguyễn Thị Lan Hương Cơ sở Matlab ứng dụng NXB khoa học kỹ thuật Năm 2005 [4] https://www.mathworks.com [5] http://arduino.vn/bai-viet/1183-huong-dan-su-dung-cam-bien-dong-dien-acs712voi-arduino [6] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi , SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 43 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời PHỤ LỤC Code arduno int qt1 = A0; int qt2 = A1; int qt3 = A2; int qt4 = A3; int bt1 = A5; int bt2 = A4; //Khai báo chân tín hiệu motor int IN1 = 7; int IN2 = 6; //Khai báo chân tín hiệu cho motor int IN3 = 5; int IN4 = 4; void setup() { Serial.begin(9600); // Khởi tạo cộng Serial 9600 pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); } void loop() { int gt1 = analogRead(qt1); SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 44 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời int gt2 = analogRead(qt2); int gt3= analogRead(qt3); int gt4= analogRead(qt4); int gtbt1 = analogRead(bt1); int gtbt2 = analogRead(bt2); int t=gt1+gt2+gt3+gt4 ; int tbt=(gt1+gt2)/2; // tb tren int tbd=(gt3+gt4)/2; // tb duoi int tbl=(gt2+gt4)/2; //tb trai int tbr=(gt1+gt3)/2; //tb phai int sld= tbt-tbd ; // sai lech doc int sln= tbl-tbr ; // sai lech ngang if(t>=4000) { if(gtbt2>150) { digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, HIGH); // motor lui delay(100); digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW); // motor lui delay(100); } else if(gtbt1>420||gtbt1420) { digitalWrite(IN1,LOW); digitalWrite(IN2, HIGH); //moto TIEN delay(100); digitalWrite(IN1,LOW); digitalWrite(IN2, LOW); //moto TIEN delay(200); } else { digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); //moto LUI delay(100); digitalWrite(IN1,LOW); digitalWrite(IN2, LOW); //moto TIEN delay(200); } } else { digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW); //moto dung digitalWrite(IN3, LOW); SVTH: Nguyễn Thái Bình Đàm Minh Ngọc GVHD: TS Đặng Phước Vinh 46 Thiết kế chế tạo hệ thống hướng sáng cho pin lượng mặt trời digitalWrite(IN4, LOW); //moto dung delay(500); } } else { if( sln=100) { if( tbl>=tbr) { digitalWrite(IN1, HIGH); digitalWrite(IN2, LOW); //moto lui delay(100);//tiến s digitalWrite(IN1, LOW); digitalWrite(IN2, LOW); //moto lui delay(100);//tiến s } else if( tbl=tbd+10) { digitalWrite(IN3, HIGH); digitalWrite(IN4, LOW); // motor tiến delay(100);//tiến s digitalWrite(IN3, LOW); digitalWrite(IN4, LOW); // motor tiến delay(100);//tiến s } else if( tbt