Dựa trên phương pháp mô hình hóa và mô phỏng mạch tăng áp DC/DC, mạch thực tế được lắp đặt để kiểm chứng khả năng hoạt động. Trong đó, việc lựa chọn phần tử trong mạch thực tế đóng vai trò rất quan trọng. Không chỉ ảnh hưởng đến khả năng làm việc mà các phần tử còn ảnh hưởng đến đáp ứng đầu ra của mạch.
Khi lắp đặt mạch thực tế, nhằm bảo đảm độ thực tiễn và sự chính xác, các thông số phần tử được lựa chọn dựa trên mô hình hóa và kết quả mô phỏng. Giá trị của cuộn cảm và tụ được giữ nguyờn như phần mụ phỏng với L = 1mH và C =100 àF.
Nguồn đầu vào mạch tăng áp được cung cấp bởi hệ thống pin mặt trời bao gồm 4 tấm pin với công suất mỗi tấm pin: Pmax = 22W đấu nối gồm 2 mảng PV mắc song song, mỗi mảng được cấu thành từ 2 tấm PV mắc nối tiếp. Với các thông số mỗi tấm pin: VMPP = 17,46 V, IMPP = 1,27 A, Voc = 21,64 V, Isc = 1,35A. Trong trạng thái cực đại, và các điều kiện lý tưởng, hệ thống có điện áp đầu ra đạt 43,28V khi hở mạch, và dòng cực đại lên đến 2,7A.
Hình 4.1: Hệ thống pin mặt trời cung cấp nguồn cho mạch tăng áp.
Đối với van bán dẫn, việc lựa chọn van phải dựa vào nguồn điện từ PV và tầng số băm xung. Dựa vào giá trị điện áp và dòng điện ra cực đại của pin, ta có thể chọn sơ bộ được van bán dẫn. Nhưng nếu van bán dẫn được lựa chọn có tần số băm xung nhỏ hơn tần số yêu cầu, van sẽ rất nhanh phát nhiệt khi hoạt động và có thể gây ra hư hỏng cho mạch. Với các thông số đã có ở trên, ta chọn MOSFET IRFP250N có thông số định mức như sau:
54
Như đã trình bày ở các phần trên, các phần tử mạch động lực được lắp đặt với các thông số như đã lựa chọn. Ta sử dụng 2 MOSFET IRFP250N cho để đóng mở trong 2 nửa chu kì xung từ mạch điều khiển đảm bảo độ chính xác cũng như giảm tổn hao trên các van bán dẫn. Các MOSFET và diode được gắn nhôm tản nhiệt để tránh tình trạng phát nóng khi làm việc ở dòng điện lớn. Đầu vào của mạch tăng áp được lắp một tụ lọc giữ điện áp vào phẳng hơn, đảm bảo sự ổn định cho mạch hoạt động.
Ngoài các phần tử chính, mạch động lực còn có các module đo dòng điện ACS72 có thể đo được dòng điện lên đến 5A và cầu phân áp để phản hồi các giá trị điện áp và dòng điện của mạch tăng áp, phục vụ cho việc tính toán của mạch điều khiển để đảm bảo đáp ứng đầu ra đúng như yêu cầu.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của vi điều khiển và tín hiệu số, việc thực hiện các thuật toán trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Các thuật toán được đưa vào các bộ vi xử lí dưới dạng các dòng lệnh (Code) được viết trên các phần mềm máy tính.
Các bộ vi điều khiển giúp cho việc thực thi các thuật toán chính xác hơn, giảm được nhiễu tín hiệu do tác nhân bên ngoài.
Mạch điều khiển được lắp đặt chủ yếu hoạt động dựa trên vi xử lí Arduino Nano được thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt. Thuật toán PI được lập trình trên máy tính và nạp vào Arduino Nano dưới dạng Code thông qua dây cáp nạp.
Hình 4.3: Vi xử lí Arduino Nano
Các tín hiệu đo lường điện áp và dòng điện được phản hồi từ các module đo lường ở mạch động lực về Arduino để xử lí. Arduino sau khi thực hiện tính toán vòng lặp PI sẽ đưa ra góc mở D hợp lý dưới dạng tín hiệu số với độ phân giải 12bit. IC MCP4921 có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (Digital – Analog Converter), truyền đến IC tạo xung SG3525 để tạo ra xung PWM cho các MOSFET.
Nguồn điện cung cấp cho Arduino và các IC được lấy từ pin mặt trời và đưa qua 2 module ổn áp nguồn LM2596S, tạo ra điện áp 12V cho SG3525 và 5V cho Arduino, MCP4921.
55
Màn hình LCD 20x4 có tác dụng hiển thị các giá trị điện áp và công suất được in ra từ Arduino, giúp ta có thể quan sát được đáp ứng đầu ra của mạch tăng áp, từ đó kịp thời kiểm soát và điều chỉnh khi mạch có sự cố hoặc mất ổn định.
4.2 Kết quả đo thực tế
Hoạt động của mô hình mạch được kiểm tra và theo dõi dựa trên các phản hồi điện áp đầu vào và điện áp đầu ra. Quá trình này được đo trực tiếp và xuất ra từ vi xử lý với độ chính xác cao. Thông qua các công cụ hỗ trợ, các giá trị đo thục tế được xuất ra dưới dạng đồ thị bằng phần mềm matlab.
Hình 4.4: Kết quả đo điện áp thực tế
Với mô hình mạch, giá trị điện áp tham chiếu Vref = 60V và điện áp đầu vào thay đổi từ 20-42V tương tự như trong mô phỏng để đảm bảo tính thực tiễn và chính xác.
Điện áp đầu vào được thay đổi ngẫu nhiên bằng cách che bớt tấm pin mặt trời để mô phỏng theo các trường hợp ngoài thực tế: nắng gắt và nắng yếu do các yếu tố thời tiết bất định gây ra (hiện tượng che khuất, mây mù). Lúc nắng gắt, độ bức xạ cao, điện áp tấm pin vào khoảng 42V (đường đáp ứng VPV). Khi các tấm pin bị che đi, điện áp thu được từ tấm pin giảm đột ngột và dao động trong khoảng 20V. Đường đồ thị cho thấy rằng điện áp vào luôn có sự nhiễu động (khoảng 1-2V). Với điện áp thay đổi đột ngột như vậy, nhiệm vụ của mạch là phải giữ điện áp đầu ra luôn ở mức điện áp mong muốn, đảm bảo sự ổn định cho các phụ tải một chiều được kết nối với mạch. Do vậy mà các phương pháp điều khiển mà ở đây là phương pháp PI trở nên cần thiết.
Kết quả thực tế có thể thấy, điện áp đầu ra của mạch luôn bám mức 60V. Tuy nhiên khi có sự biến động điện áp đầu vào, khi giảm từ 42V xuống mức 20V, đáp ứng đầu ra thu được cũng bị ảnh hưởng (giảm khoảng 7V) nhưng sau đó phục hồi lại mức cài đặt gần như ngay lập tức (lần lượt ở các giây thực 5,15 và 20). Đánh giá chung, có thể thấy điện áp đầu ra đáp ứng rất tốt, bám gần trùng với điện áp đặt Vref và có độ dao
60