Pin mặt trời gồm các lớp bán dẫn chịu tác dụng của quang học để biến đổi các năng lượng phôton bức xạ mặt trời thành năng lượng điện. Hiệu suất của tấm
82
pin mặt trời sẽ lớn nhất khi pin mặt trời cung cấp cho ta công suất cực đại. Công nghệ hiện nay để điều khiển pin mặt trời là sử dụng phương pháp hệ bám điểm công suất cực đại (Maximum Point Power Tracking - MPPT) và đảm bảo rằng pin mặt trời sẽ luôn luôn làm việc ở điểm MPP bất chấp tải được nối vào pin. Qua việc mô phỏng hệ thống pin mặt trời là một ựng dụng mở rộng mô phỏng chỉnh lưu DC/DC. Cung cấp cho sinh viên thấy ứng dụng thực tế của chỉnh lưu một chiều . Cung caaos cơ sở đển sinh viên có thể tự nghiên cứu và ứng dụng vào thực tế. Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời được xây dựng như hình 3.9 :
Hình 3.14: Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời[16]
Hệ thống điều khiển Pin mặt trời(Photovoltaic cell)
Các đặc tính đầu ra của mô hình khác nhau với PV bức xạ năng lượng mặt trời và nhiệt độ di động là phi tuyến. Hơn nữa, sự bức xạ năng lượng mặt trời là không thể đoán trước, mà làm cho các điểm công suất tối đa (MPP) của module PV thay đổi liên tục. Vì vậy, một điểm công suất tối đa theo dõi (MPPT) kỹ thuật là cần thiết để vận hành mô-đun PV tại thời điểm công suất tối đa của nó (MPP). Xáo trộn và quan sát (P & O) là thuật toán theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) kiểm soát thuật toán mà sẽ được điều chỉnh trong mô hình này. P & O thuật toán định kỳ hoạt động bằng cách tăng hoặc giảm các dòng điện hoạt động mảng PV, và so sánh công suất đầu ra với PV trước đó. Nếu đó là tích cực hệ thống điều khiển di chuyển các điểm hoạt động mảng PV trong cùng hướng, nếu không, nó di chuyển theo hướng ngược lại[16].
83
Một mô hình điều khiển MPPT được xây dựng và thực hiện sử dụng MATLAB, để vận hành mô-đun PV ở công suất tối đa của nó điểm. P & O thuật toán đòi hỏi phải có hai phép đo: đo lường của hiện tại (IPV) và đo lường của điện áp (VPV). Mô hình đề xuất được thực hiện như trong hình 3.10:
Hình 3.15: Hệ thống phụ của mô hình điều khiển MPPT
Ngoài ra, một dc trung bình chuyển sang mô hình chuyển đổi với kiểm soát đầu vào hiện tại (Iref) được xây dựng và thực hiện sử dụng MATLAB / SIMULINK, để giảm những giai điệu chuyển đổi và bước lên điện áp quang điện với một điện áp cao hơn DC(ví dụ 400V). Mô hình đề xuất được thực hiện như trong hình 3.11 :
Hình 3.16: Hệ thống phụ của mô hình chuyển đổi dc / dc.
Tuy nhiên, khi hệ thống PV với một MPPT được kết nối để chuyển đổi năng lượng điện tử (PEC), số tự động bộ điều khiển phản hồi sẽ được cần thiết để cân bằng quyền lực và duy trì liên tục điện áp trực tiếp; đặc biệt là khi hệ thống đang chạy trong các điều kiện khác nhau. PV đề nghị kiểm soát mô hình hệ thống được thực hiện như hình. 3.12 và hình 3.13
84
Hình 3.17: Mô hình hệ thống điều khiển PV
85
Bảng 3.2: Các yếu tố đầu vào cho các mô hình PV
86
Bảng 3.3: Các thông số DC/DC chuyển đổi ở đầu ra hệ thống pin mặt trời
87
88
89
Hình 3.23 :Tổng công suất máy phát điện năng lượng mặt trời.
3.3.4.Tuabin gió
Mô hình điều khiển tuarbine gió sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnetic Synchronous Generator - PMSG). Vì tốc độ gió luôn thay đổi theo thời gian, để turbine vận hành tối ưu với vận tốc gió nhất định thì hệ thống rotor phải có chức năng tự điều chỉnh theo sự thay đổi của vận tốc và hướng gió. Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu hoàn toàn đáp ứng được điều này, vì từ thông luôn tồn tại sẵn nhờ hệ thống nam châm vĩnh cửu dán trên bề mặt rotor[16]. Ngoài ra để điều khiển cho turbine gió, ta sử dụng bộ chỉnh lưu (AC/DC) phía máy phát điện PMSG dùng để hòa đồng bộ với lưới và cũng như tách máy phát điện ra khỏi lưới khi cần thiết, nghịch lưu phía lưới (DC/AC) nhằm giữ ổn định điện áp mạch một chiều trung gian (Udc).
90
Hình 3.24: Sơ đồ khối hệ thống tuabin gió
Do sự khác biệt về tốc độ gió, công suất đầu ra của tuabin máy phát điện cảm ứng gió trải nghiệm sự khác biệt trong tần số và biên độ. Do đó,bộ điều khiển AC / DC Chuyển đổi được sử dụng để mịn sản lượng điện tuabin gió trước khi được cung cấp cho các thiết bị điện tử khác. Với việc mô phỏng tuabin gió tác giả mô phỏng ứng dụng mở rộng của chỉnh lưu hai cầu. Qua đây, cho sinh viên có những nghiên cứu và trải nghiệm thực tế về ứng dụng chỉnh lưu cầu và khả năng làm mịn các giá trị tín hiệu đầu ra. Có thể gợi mở khả năng tự nghiên cứu cho sinh viên ở các mô hình, thiết bị khác. Hình 3.20, cho thấy sơ đồ chỉnh lưu hai cầu[17].
91
Hình 3.26: Sơ đồ khối hệ thống tuabin gió( chỉnh lưu hai cầu)[17]
Đề xuất thực hiện mô hình
92
Bảng3. 4: Bảng thông số điều khiển tua bin gió
Tốc độ phát (rpm) và máy phát điện (pu)
đặc điểm cho mô hình WT được thể hiện trong hình 3.27 tương ứng với giá trị tốc độ gió khác nhau. Công suất đầu ra WT phụ thuộc vào tốc độ gió và tốc độ máy phát điện. như mô tả trong hình 3.27, tốc độ gió là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất lượng điện năng được sản xuất bởi các tua-bin gió. Sức mạnh trong gió là một chức năng khối tốc độ gió, thay đổi tốc độ tạo ra một ảnh hưởng sâu sắc vào sức mạnh.
93
94
Bảng 3. 5: Thông số của bộ chỉnh lưu hai cầu trong tua bin gió
95
Hình 3.30: Sản lượng hiện tại của MPPT (Iref = IPV)
96
Hình 3.32: Công suất của máy phát điện tua bin gió
Thời gian thực hiện: 180’
Giáo án số: 01 Tên Chương: Chỉnh lưu
ngày: 10/11/2014 Tên bài: Chỉnh lưu có điều khiển
97 Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Trình bày được giáo án chỉnh lưu.
- Trình bày chỉnh lưu nửa chu kỳ và chỉnh lưu cả chu kỳ. - Thiết kế mạch điện chỉnh lưu bằng phần mềm Matlab Đồ dùng và phương tiện dạy học:
- Bảng, phần,máy tính, máy chiếu. Hình thức tổ chức dạy học:
- Tập chung cả lớp.
I. Ổn định lớp học: Thời gian:10’
- Điểm danh lớp. - Kiểm tra bài cũ
II. Thực hiện bài học:
TT Nội dung
Hoạt động dạy học
Thời gian Hoạt động của Giáo viên Hoạt động của
Học sinh
1 Dẫn nhập:
Cho HS xem một đoạn Video về các thiết bị chỉnh lưu?
- Thuyết trình
- Đặt câu hỏi đối với HS
(Những bài trước GV đã giới thiệu về phần mềm matlab)
-Lắng nghe, trả lời câu hỏi
5’
2 Giới thiệu chủ đề
- -Anh chị có biết các thiết bị chỉnh lưu trên không?
- Anh chị hãy cho biết các thiết bị trong thực tế được thiết kế có chỉnh lưu?
- Đặt câu hỏi
- Phân tích các câu trả lời của học sinh - Xác định kiến thức hiện tại. - Lằng nghe - Trả lời các câu hỏi 10’
98 - Anh chị hãy cho biết các mạch
chỉnh lưu có được thiết kế sẵn trong Matlab không
Giải quyết vấn đề:
1. Khái quát chung. 1.1.Khái niệm cơ bản
Định nghĩa: chỉnh lưu là thiết bị biến đổi dòng điện (điện áp) xoay chiều thành dòng điện (điện áp) một chiều. Cấu trúc như hình vẽ 1.2.Phân loại 1.3.Các thông số cơ bản của chỉnh lưu. Những thông số có ý nghĩa quan trọng để đánh giá chỉnh lưu bao gồm: - Điện áp tải: Ud = (t).dt - Dòng điện tải: Id = Udc/Rd - Dòng điện chạy qua ngắt điện: IND = Id/m
- Điện áp ngược của ngắt điện: UN= Umax
- Công suất biến áp: SBA = = kad.Ud - Số lần đập mạch trong một chu kỳ m Độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp tải 1.4. Nguyên tắc dẫn của các ngắt điện bán dẫn
2. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ.
2.1. Chỉnh lưu không điều khiển bán kỳ.
2.1.1. Chỉnh lưu không điều khiển tải thuần trở R
-Vẽ hình lên bảng và cho thấy sự khác biệt Khi mô phỏng bằng Matlab - thuyết trình - Mình họa bằng hình ảnh. - Mô phỏng bẳng Matlab - Điện áp tải: Ud = (t).dt - Dòng điện tải: Id = Udc/Rd - Quan sát, lắng nghe, trả lời câu hỏi - Mô phỏng theo mẫu giáo viên làm
(140’)
99 3 * Sơ đồ mạch Các thông số sơ đồ: Điện áp tải: Ud = dt = U2 = 0,45 U2
2.1.2. Chỉn lưu không điều khiển tải thuần trở R, L
* Sơ đồ mạch
Do có tích lũy và xả năng lượng của cuộn dây, do đó dòng điện và điện áp có dạng như hình vẽ * Các thông số sơ đồ: 2.2.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ. 2.2.1.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải thuần trở.
* Sơ đồ mạch
* Các thông số sơ đồ: Điện áp tải được tính:
Ud = dt
= 0,45 U2
2.2.2.Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải R, L.
* Sơ đồ mạch
Điện áp tải được tính: Ud = dt = 0,45 U2
Thuyêt trình, thực hành mẫu - Giảng giải và trực quan. - giời thiệu cho HS các chọn thông số, cách thiết kế làm mạch, chọn và thay đổi các thông số Điện áp tải: Ud = dt = U2 = 0,45 U2
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh - Mô phỏng bằng Matlab - Quan sát, - Lắng nghe - Ghi chép - Quan sát, lắng nghe, trả lời câu hỏi - Mô phỏng theo mẫu giáo viên làm
100
2.2.3. Chỉnh lưu có điều khiển bán kỳ tải R, L có diode xả năng lượng.
3. Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. 3.1.Chỉnh lưu không điều khiển. - Udtb =2. dt = 2 U2 = 0,9 U2 - Dòng điện tải: Id = Udc/Rd I\Dtb = ; IDhd = UND = 2 SBA = = 1,48 UdId 3.2.Chỉnh lưu có điều khiển * Sơ đồ mạch 3.2.1 Tải thuần trở: Udtb =. dt = 0,9 U2 3.2.2. Tải điện cảm: Ud = dt = 0,9 U2 Khi dòng liên tục: α = 0
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh
- Mô phỏng bằng Matlab
Công suất biến áp: : SBA = = 3,09 Ud.I
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh - Mô phỏng bằng Matlab
- Quan sát, lắng nghe, trả lời câu hỏi - Mô phỏng theo mẫu giáo viên làm
- Quan sát, lắng nghe, trả lời câu hỏi - Mô phỏng
20’
101 Ud = 0,9 U2
3.2.3. Chỉnh lưu có diode xả năng lượng
3.2.4. Hiện tượng chuyển mạch
Chỉ xét chuyển mạch khi dòng tải liên tục
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh - Mô phỏng bằng Matlab
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh - Mô phỏng bằng Matlab
- giời thiệu cho HS các chọn thông số, cách thiết kế làm mạch, chọn và thay đổi các thông số theo mẫu giáo viên làm - Quan sát, Lắng nghe - Ghi chép - Quan sát, - Lắng nghe - Ghi chép - Quan sát, Lắng nghe 25’ 30’
102
- Thuyết trình minh họa bằng hình ảnh - Mô phỏng bằng Matlab - giời thiệu cho HS các chọn thông số, cách thiết kế làm mạch, chọn và thay đổi các thông số
- Giảng giải và trực quan. - giời thiệu cho HS các chọn thông số, cách thiết kế làm mạch, chọn và thay đổi các thông số - thực hành Mô phỏng bằng Mablab. - Ghi chép - Quan sát, Lắng nghe - Ghi chép - Thực hành
theo yêu cầu của GV
103 III. Rút kinh nghiệm tổ chức hoạt động:
……… ………
Ngày tháng năm
Trưởng khoa/Trưởng tổ môn Giáo viên
4 Kết thúc vấn đề:
- Nhắc lại những những kiến thức và nhấn mạnh các điểm chính:
Định nghĩa: chỉnh lưu là thiết bị biến đổi dòng điện (điện áp) xoay chiều thành dòng điện (điện áp) một chiều.
- Thuyết trình, diễn giải - Lắng nghe, ghi chép
10’
104
Thời gian thực hiện: 180’ Giáo án số: 02 Tên Chương: Chỉnh lưu
Ngày:20/11/2014 Tên bài: bộ biến đổi DC-DC
Mục tiêu của bài:
Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Trình bày được giáo án chỉnh lưu DC-DC.
- Trình bày cách trinh bày chỉnh lưu bằng băm áp, mắc nối tiếp với tải một điện trở, điều khiển bằng mắc nối tiếp với transitor.
- Thiết kế mạch điện chỉnh lưu bằng phần mềm Matlab Đồ dùng và phương tiện dạy học:
- Bảng, phần,máy tính, máy chiếu. Hình thức tổ chức dạy học:
- Tập chung cả lớp.
IV.Ổn định lớp học: Thời gian:10’
- Điểm danh lớp. - Kiểm tra bài cũ
V. Thực hiện bài học:
TT Nội dung
Hoạt động dạy học
Thời gian
Hoạt động của Giáo viên Hoạt động của
Học sinh
1 Dẫn nhập:
Từ thời xa xưa ông cha ta đã biết sử dụng các dụng cụ để lao động, sản xuất, để hình thành nên các phương tiện dạy học hiện đại như ngày hôm nay. Phần mề Matlab được ứng dụng hết sức mạnh mẽ trong lĩnh vực điện tử công suất nói chung và chỉnh lưu DC/DC nói riêng. - GV cho chạy một số phần
chính diễn các thiết bị có DC/DC
Tạo ra sự lôi cuốn và niềm đam mê nghề của người học dẫn người học vào nội dung chính bài học hôm nay.
-Lắng nghe, trả lời câu hỏi
-Quan sát
105
2 Giới thiệu chủ đề
- -Anh chị có biết các thiết bị chỉnh lưu trên không?
- Anh chị hãy cho biết các thiết bị trong thực tế được thiết kế có chỉnh lưu?
- Anh chị hãy cho biết các mạch chỉnh lưu có được thiết kế sẵn trong Matlab không
- Đặt câu hỏi
- Phân tích các câu trả lời của học sinh
- Xác định kiến thức hiện tại.
- Lằng nghe - Trả lời các câu hỏi - Mô phỏng theo mẫu giáo viên làm. 10’ Giải quyết vấn đề:
1. Đại cương về biến đổi DC - DC.
1.1. Khái quát về điều áp một chiều
Định nghĩa: là bộ điều khiển dòng điện và điện áp một chiều khi nguồn cấp là 1 chiều.
*Các phương pháp điều áp 1 Điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện trở 1.1.1. Điều khiển liên tục
bằng cách mắc nối tiếp với tải 1 transistor Sơ đồ và nguyên lí điều khiển
IC = ßIB ; UT = U1 – IC.Rd Điện áp qua Rd:
Ud = Ic.Rd = ßIB Rd .
1.1.2. Điều khiển bằng băm áp (băm xung). Băm áp một chiều là bộ biến đổi điện áp một chiều thành xung điện áp. Điều chỉnh độ rộng xung điện áp,
- Trình diễn mẫu mô phỏng mạch điện bằng Matlab - Kiêm tra tốc độ thực hành,
thái độ thực hành của HS - Theo dõi kiểm tra HS thực
hành có đúng, có thành thạo không
- Ghi nhận, đánh giá kết quả tình hình học tập rèn luyện kỹ năng của HS, hướng dẫn HS rèn luyện kỹ năng và phẩm chất nghề nghiệp. Id= ; Ud= . -Thuyêt trình, thực hành mẫu - Quan sát, lắng nghe, trả
lời câu hỏi - Mô phỏng theo mẫu giáo viên làm
(140’)
106
3
điều chỉnh được trị số trung bình của tải.
.
1.2. Nguồn cấp trong băm xung 1 chiều 1.2.1. Định nghĩa về nguồn
dòng và nguồn áp