تحقیق در مورد طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها

توضیحات

 تحقیق در مورد طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها دارای 16 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد تحقیق در مورد طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی تحقیق در مورد طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن تحقیق در مورد طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها :

طراحی و پیاده سازی مدار شارژر باتری و مدار درایور موتورها

پیشگفتار
در این بخش مراحل كارهای انجام شده و طراحی های صورت گرفته برای ساخت مدارهای شارژر باتریها و درایور موتورهای dc كه مورد استفاده قرار گرفته اند به اضافه مدار مولد PWM به طور دقیق تشریح شده است.

ابتدا اجمالاً مطالبی را كه در گزارشهای پیشین گفته شد مرور می كنیم- معرفی سلولهای خورشیدی و علت رواج استفاده از آن در سالهای اخیر و همچنین بلوك دیاگرام مدارهای لازم. بعد از آن به تشریح مدارات لازم و تحلیل آنها خواهیم پرداخت.
3-1- مدار شارژر باتریها

در این قسمت به تحلیل مدار شارژر باتری ها و نحوه كار آن می پردازیم. این مدار در گزارش شماره یك بررسی شده است. اما به دلیل اهمیت موضوع مجدداً به آن می پردازیم. بلوك دیاگرام مدار شارژر را در شكل زیر ملاحظه كنید.

بلوك دیاگرام مدار شارژر باتری

عملكرد این مدار به این صورت است كه انرژی خارج شده از سوی صفحه فتو ولتاییك را رگوله كرده و به باتری می فرستد. در این سیستم یك پتانسیومتر برای كنترل جریان و ولتاژ، یك طراحی برای شارژ كردن دوره ای باتری و نیز یك خنثی كننده دما برای شارژ بهتر باتری در دماهای مختلف وجود دارد. هدف از طراحی این مدار یك كنترل كننده شارژ به منظور ساده بودن، بازدهی بالا و قابل اطمینان بودن است. یك سیستم متوسط خورشیدی قادر است كه 12 ولت برق و یا جریانی در حدود 10 آمپر تولید كند. در این گونه سیستمها یك باتری اسیدی خشك نیز وجود دارد كه قادر است انرژی تولید شده از صفحات را در خود نگه دارد و این در حالی است كه یك باتری ممكن است كه چندصد بار در طول روز شارژ و دشارژ گردد.

مدار نشان داده شده به طور كلی همانند یك سوییچ جریان عمل می كند كه بین ترمینال PV و باتری قرار دارد. در این سوییچ، دیود D1 باعث جلوگیری از برگشت جریان از باتری به سلول خورشیدی می گردد. هنگامی كه ولتاژ باتری از ولتاژ ماكزیمم كمتر باشد، مقایسه گر IC1a روشن می گردد و دو مقدار Q1 و Q3 را با هم مقایسه می كند كه این عمل باعث می شود جریان برای شارژ به سمت باتری حركت كند. توجه داشته باشید كه Q3 یك MOSFET كانال P است كه باعث می شود مدار یك زمین مشترك با باتری و صفحه داشته باشد. هنگامی كه باطری به شارژ كامل رسید، IC1a همانند یك مقایسه گر و بر اساس یك Schmidt Trigger Oscilator عمل می كند. این سوییچ باعث خاموش و روشن شدن جریان سلول خورشیدی می گردد و از نوسان ولتاژ روی نقطه تنظیم باتری جلوگیری می كند. در نقطه بحرانی یك OP AMP نیاز است كه به خوبی عمل كند. باید به خاطر داشته باشید كه OP AMP 741 برای استفاده در این قسمت مناسب نیست و عملكرد چندان خوبی نخواهد داشت.
ترانزیستور Q1 باعث سوییچ كردن بقیه مدار می گردد؛ البته در صورتی كه ولتاژ PV به قدر كافی زیاد باشد كه بتواند باتری را شارژ نماید. از طرفی دیگر در شب باعث می شود كه این سوییچ خاموش شود. چرا كه ولتاژ كافی در دو سر صفحه وجود ندارد كه بتواند باتری را شارژ نماید. در نتیجه ترانزیستور Q1 در حالت خاموش قرار دارد.
IC2 یك ولتاژ 5 ولت رگوله شده را تولید می كند تا بتواند انرژی لازم را برای مقایسه گرها فراهم نماید و به عنوان یك ولتاژ مرجع عمل می كند.
LED های قرمز و سبز كه از قسمتهای IC1a و IC1b خارج می شوند، نشاندهنده عمل شارژ شدن باتری است. اگر باتری در حال شارژ شدن باشد، LED سبز، روشن خواهد شد و اگر باتری در چنین حالتی نباشد، LED قرمز، روشن خواهد شد.
پایه شماره 5 IC1b تنها به یك نقطه مركزی نیاز دارد تا همانند یك مقایسه گر عمل كند و تنها به پایه شماره 2 IC1a‌متصل است تا نیازی به زمین نداشته باشد.
مقاومتها و مقاومتهای گرمایی توان بالا در قسمت ورودی IC1a باعث فراهم شدن یك پل می شود كه برای مقایسه كردن ولتاژ باتری و ولتاژ مرجعی كه از قسمت IC2، R8 و R9 می آید، به كار می رود.

3-2- مدار كنترل كننده موتور:]1 [ و ]2 [
تا این مرحله موفق به مهار انرژی دریافتی از سلولهای فتو ولتاییك و ذخیره آنها در باتری شده ایم. حال باید از این انرژی در راه اندازی موتورها استفاده كرد. در این پروژه از دو موتور dc استفاده شده است. علت استفاده از دو موتور به جای یك موتور، دادن امكان تغییر جهت حركت با استفاده از تغییر جهت چرخش موتورها و یا تغییر سرعت چرخش آنها به هدایت كننده قایق است. با این كار عملاً نیازی به استفاده از سكان نیست( هرچند برای شرایط اضطراری باید یك سكان و پدالهای غیر الكتریكی و یا پارو در قایق موجود باشد.).
برای راه اندازی هر موتور باید یك مدار راه انداز طراحی كنیم. از آنجایی كه موتور باید بتواند در هر دو جهت كار كند،
بهترین راه حل استفاده از مدار H-Bridge می باشد. شكل كلی این مدار را در زیر مشاهده می كنید.

دیاگرام مدار راه انداز موتور (H-Bridge)
بیس دو ترانزیستور 1 و 4 با یك فرمان و بیس دو ترانزیستور 2 و 3 نیز با یك فرمان تحریك می شوند. هنگامی كه ترانزیستورهای 1 و 4 كار می كنند، ترانزیستورهای 2 و 3 در حالت قطع قرار دارند و جریان از چپ به راست از موتور می گذرد. هنگامی كه ترانزیستورهای 2 و 3 كار می كنند، ترانزیستورهای 1 و 4 قطع می باشند و جریان از راست به چپ از موتور می گذرد. بنابراین موتور در هر دو جهت قابل راه اندازی است.

در این پروژه به دلیل نیاز به عبور جریان بالا با وجود ولتاژ 30 ولت از موتور، به جای ترانزیستور از IRF740 MOSFET استفاده شده است.
شكل صفحه بعد نیمی از مدار را نشان می دهد. یعنی با مدار فوق می توان موتور را در یك جهت راه انداخت. علت پیچیدگی بخش فوقانی مدار جلوگیری از داغ شدن IRF بالایی است. چون اگر بخواهیم IRF بالایی را با ولتاژ منبع تغذیه اصلی مدار راه بیاندازیم، به علت قرار گرفتن در حالت خطی به شدت داغ می شود و حداقل باعث هدر رفتن انرژی ذخیره شده در باتری می شود. بنابراین با استفاده از یك منبع تغذیه ایزوله و یك اپتو انكودر 4N26، IRF بالایی را راه انداختیم. در پیاده سازی انجام شده منبع مستقل با استفاده از یك مبدل dc به dc ساخته شده است. در واقع برای كل مدار نیاز به دو مبدل DC/DC داریم كه بدین منظور از دو IC BMR 614 2410/11 كه ساخت شركت ERICSSON می باشد، استفاده شده است(مدار درایور دو موتور نیاز به چهار مبدل DC/DC دارد.).

نیمی از مدار H-Bridge با جزییات بیشتر
طبق آنچه در شكل مشاهده می كنید، فرمان قطع یا وصل توسط یك ولتاژ 5 ولت دیجیتال( كه توسط یك رگولاتور 5 ولت فراهم شده است ) به اپتو انكودر رسیده و پس از عبور از آن و تفكیك ولتاژ به یك ترانزیستور BD139 می رسد. BD139 این ولتاژ را تقویت كرده به گیت IRF بالایی می رساند. ضمناً همین فرمان نیز به گیت IRF پایینی رسیده و مجموعاً دو IRF باعث حركت موتور در جهت مورد نظر و یا توقف آن می شوند.

دو دیود نیز روی درین و سورس هر دو IRF برای جلوگیری از امكان آسیب دیدن آنها در اثر جریان برگشتی از موتور قرار داده شده است.
بعد از پیاده سازی مدار فوق، برای دادن فرمان لازم به موتور لازم است توسط یك كلید ولتاژ لازم را به بیس ترانزیستورهای (4و1) و (2و3) بدهیم, به طوری كه هر زوج از ترانزیستورها در یك زمان فعال باشند و هیچگاه هر دو زوج به طور همزمان فعال نگردند.
در این مدار اگر كلید هیچیك از پایه های A یا B را به زمین وصل نكند, موتور فعال نخواهد شد. اگر A به زمین وصل شود, موتور در یك جهت و اگر B به زمین وصل شود, در جهت دیگر خواهد چرخید.

یك كلید مشابه دیگر برای كنترل موتور دوم به كار می رود كه عملكرد آن هیچ تأثیری بر موتور اول ندارد. مشاهده می كنید كه در هیچ حالتی امكان ندارد دو زوج ترانزیستور (4و2) و (2و3) به طور همزمان فعال شوند و در مدار اتصال كوتاه ایجاد شود.

شماتیك و نحوه عملكرد كلید كنترل موتور
-3-PWM ] 3 [ و ] 4 [
اكنون مداری داریم كه قادر به كنترل دو موتور و حركت آنها در هر دو جهت می باشد. اما مطلوب آنست كه موتورها را با سرعتهای مختلفی به كار بیندازیم. برای اینكار از روشی به نام PWM (Pulse Width Modulation) استفاده كرده ایم. در این روش با اعمال یك پالس مربعی به كلكتور ترانزیستورهایی كه توسط كلیدها راه می افتد، و تغییر سیكل وظیفه(Duty Cycle) آن می توانیم به سرعت های مختلفی دست یابیم.
ایجاد PWM كاری كلاسیك و دارای روال مشخص است كه در ادامه به شرح آن می پردازیم:

• تولید پالس مربعی: برای اینكار از یك آی سی تایمر 555 استفاده شده است. شماتیك این مدار و طرز استفاده از این آی سی را در شكل صفحه قبل مشاهده می كنید. فركانس تولید شده در این بخش حدود KHz9 می باشد كه با توجه به آزمایشات انجام شده روی موتور و بدست آوردن پاسخ فركانسی به صورت تجربی محاسبه شده است. چون موج PWM در نهایت دارای فركانسی خواهد بود كه در این قسمت توسط آی سی تایمر ایجاد شده است.

• تولید لبه: در این قسمت با اعمال موج مربعی تولید شده در قسمت قبل یك مونواستابل (74123) یك لبه با فركانس KHz9 می سازیم.
• تولید شیب: در این قسمت با استفاده از لبه تولید شده در قسمت قبل و مداری كه شماتیك آن را در شكل زیر ملاحظه می كنید، یك تابع دندان اره ای می سازیم. مدار زیر ساده ترین مدار مولد شیب است كه پاسخگوی نیاز ما می باشد. به طور كلی این مدار یك خازن است كه از طریق یك مقاومت سری پر می شود. ترانزیستوری باید مطابق شكل با خازن موازی شود تا مسیری برای تخلیه خازن وجود داشته باشد. خازن C1 توسط V و از طریق R1 پر می شود. R ترانزیستور Q1 را در حالت روشن بایاس می كند، پس خازن در حالت تخلیه است. با اعمال پالس ورودی منفی به بیس Q1، از طریق C2، ترانزیستور خاموش می شود. با خاموش شدن Q1، C1 شروع به پر شدن می كند و یك خروجی نسبتاً شیب دار ایجاد می شود. با اتمام پالس ورودی Q1 مجدداً شروع می شود و به سرعت خازن را تخلیه می كند.

مدار مولد تابع شیب
خروجی مدار ساده RC نمایی است نه خطی. ولی اگر ولتاژ خروجی از ولتاژ منبع تغذیه خیلی كوچكتر باشد، خروجی تقریباً خطی خواهد بود.
• تولید خروجی: آخرین مرحله اعمال تابع شیب به یكی از ورودیهای یك تقویت كننده عملیاتی است كه در اینجا به عنوان یك مقایسه كننده عمل می كند. برای اینكار آی سی OP07 انتخاب شده است. ورودی دیگر OP07 یك ولتاژ dc است كه با استفاده از یك پتانسیومتر بین صفر و پنج ولت(ولتاژهای تغذیه تقویت كننده) تغییر می كند. با اینكار در خروجی OP07 یك موج مربعی تولید می شود كه با چرخاندن پتانسیومتر می توان سیكل وظیفه(Duty Cycle) آن را بین صفر و صددرصد تغییر داد.

خروجی نهایی PWM به مدار درایور موتور اعمال می شود و با چرخاندن پتانسیومتر روی آن می توان سرعت موتورها را كم و زیاد كرد.

برای دریافت اینجا کلیک کنید