- NGUYỄN THỊ THANH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : 1. - LÊ HUY TÙNG Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của đề tài: “Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất.” chưa từng được bảo vệ ở bất cứ hội đồng nào. - Những số liệu thực trạng việc dạy và học môn điện tử công suất trong báo cáo của luận văn do tác giả điều tra, phân tích và tổng hợp. - DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT TT Từ viết tắt Nghĩa của từ viết tắt 1 PV Pin mặt trời (Photovoltaic cell) 2 MPPT Công suất điện tối đa(Maximum Point Power Tracking) 3 PMSG Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu(Permanent Magnetic Synchronous Generator ) 4 FC Pin nhiên liệu(Fuel cell) 5 WT Tuabin gió(Wind turbines) 6 PPMP Phương pháp mô phỏng 7 NCKH Nghiên cứu khoa học 8 SV Sinh viên 9 GV Giáo viên DANH MỤC BẢNG TT Bảng Tên bảng Trang 1 Bảng 2.1 Đánh giá thái độ của người học 15 2 Bảng 2.2 Đánh giá cảm xúc của người học đối với môn điện tử công suất 16 3 Bảng 2.3 Đánh giá hoạt động của người học trong môn điện tử công suất 17 4 Bảng 2.4 Thực trạng ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy. - 19 5 Bảng 2.5 Đánh giá của người học khi phần mềm Matlab được ứng dụng vào giờ học 20 6 Bảng 2.6 tín hiệu vào/ra của diode 24 7 Bảng 2.7 Các đầu vào ra của Thyristor 29 8 Bảng 2.8 Các đầu vào ra của GTO 33 9 Bảng 2.9 Các đầu vào ra của Mosfet 38 10 Bảng2.10 Các đầu vào ra của Ideal Switch 43 11 Bảng2.11 các đầu vào ra của IGBT 47 12 Bảng2.12 Bảng thông số các khối trong đồng hồ đa năng 55 13 Bảng2.13 Bảng phân cực dòng/ áp của đồng hồ đa năng 56 14 Bảng2.14 Các nhãn theo tên của khối trong cầu thông dụng 64 15 Bảng2.15 các đầu vào ra của cầu 64 16 Bảng 3.1 Các yếu tố đầu vào cho các mô hình FC 78 17 Bảng 3. - 2 Các yếu tố đầu vào cho các mô hình PV 83 18 Bảng 3.3 Các thông số DC/DC chuyển đổi ở đầu ra hệ thống PV 84 19 Bảng 3.4 Bảng thông số điều khiển tuan bin gió 90 20 Bảng 3.5 Thông số của bộ chỉnh lưu hai cầu trong tua bin gió 92 DANH MỤC HÌNH TT Hình Tên hình Trang 1 Hình1.1 Mô hình nâng cao chất lượng dạy học bằng phương pháp mô phỏng 3 2 Hình 1.2 Mô hình TPACK 5 3 Hình 1.3 Mục đích giáo dục (theo Albert shanker) 9 4 Hình 2.1 Tháp học tập( Learning Pyramid) thể hiện tỉ lệ phần trăm khả năng tiếp thu kiến thức tương ứng với các hoạt động học tập của sinh viên. - 14 5 Hình 2.2 thái độ người học đối với môn điện tử công suất 15 6 Hình 2.3 Cảm xúc của người học đối với môn điện tử công suất 16 7 Hình 2.4 Hoạt động của người học trong môn điện tử công suất 17 8 Hình 2.5 Thực trạng ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy. - 19 9 Hình 2.6 Đánh giá của người học khi phần mềm Matlab được ứng dụng vào giờ học 20 10 Hình 2.7 Matlab/ Simulink cho điện tử công suất 21 11 Hình 2.8 Mô tả diode 22 12 Hình 2.9 Mô tả hoạt động của Diode 22 13 Hình 2.10 Sơ đồ khối Diode 23 14 Hình 2.11 Hộp thoại Diode 23 15 Hình 2.12 Demo mô phỏng mạch chứa Diode 25 16 Hình 2.13 Kết quả mô phỏng bằng Matlab cho mạch hình Hình 2.14 Mô tả thyristor 26 18 Hình 2.15 Mô tả hoạt động của Thyristor 27 19 Hình 2.16 Đặc tính dòng/ áp của Thyristor 27 20 Hình 2.17 Hộp thoại và các thông số 28 21 Hình 2.18 Demo mô phỏng 1 mạch chứa Thyristor 30 22 Hình 2.19 Kết quả mô phỏng mạch chứa Thyristor 30 23 Hình 2.20 Mô tả GTO 31 24 Hình 2.21 Mô tả hoạt động của GTO 31 25 Hình 2.22 Đặc tính dòng/ thời gian của GTO 32 26 Hình 2.23 Hộp thoại và các thông số của GTO 32 27 Hình 2.24 Mô phỏng mạch chứa GTO 34 28 Hình 2.25 kết quả mô phỏng mạch chưa GTO(scope 1) 35 29 Hình 2.26 Kết quả mô phỏng mạch chứa GTO(scope 2) 36 30 Hình 2.27 Mô tả Mosfet 36 31 Hình 2.28 Mô tả hoạt động của MOSFET 37 32 Hình 2.29 Đặc tính dòng/áp của Mosfet 37 33 Hình 2.30 Hộp thoại và các thông số Mosfet 39 34 Hình 2.31 Mô phỏng mạch chứa Mosfet 40 35 Hình 2.32 Kết quả mô phỏng mạch chứa Mosfet. - 41 36 Hình 2.33 Mô tả Ideal switch 41 37 Hình 2.34 Mô tả hoạt động của Ideal switch 42 38 Hình 2.35 Đặc tính dòng/áp của Ideal switch 42 39 Hình 2.36 Hộp thoại Ideal switch 44 40 Hình 2.37 Mô phỏng mạch điện chứa Ideal Switch 44 41 Hình 2.38 Kết quả mô phỏng mạch chứa Ideal Switch 44 42 Hình 2.39 Mô tả IGBT 45 43 Hình 2.40 Mô tả hoạt động của IGBT 45 44 Hình 2.41 Đặc tính dòng/áp của IGBT 46 45 Hình 2.42 Đặc tính dòng/thời gian của IGBT 46 46 Hình 2.43 Hộp thoai IGBT 48 47 Hình 2.44 Mô phỏng mạch chứa IGBT 49 48 Hình 2.45 Kết quả mô phỏng mạch chứa IGBT 50 49 Hình 2.46 Mô tả đo áp 50 50 Hình 2.47 Hộp thoại Đo áp 51 51 Hình 2.48 Mô phỏng mạch chứa đo áp 52 52 Hình 2.49 Kết quả mô phỏng mạch chứa đo áp 52 53 Hình 2.50 Mô tả đo dòng 53 54 Hình 2.51 Hộp thoại đo dòng 54 55 Hình 2.52 Mô phỏng mạch chứa đo dòng 54 56 Hình 2.53 Kết quả mô phỏng mạch chứa đo dòng. - 55 57 Hình 2.54 Mô tả đồng dồ đa năng 57 58 Hình 2.55 Hộp thoại của đồng hồ đa năngHình 58 59 Hình 2.56 Mô phỏng mạch chưa đồng hồ đa năng 58 60 Hình 2.57 kết quả mô phỏng mạch chứa đồng hồ đa năng 44 61 Hình 2.58 kết quả mô phỏng mạch chứa đồng hồ đa năng 44 62 Hình 2.59 Cầu Diode 45 63 Hình 2.59 Cầu Diode 59 64 Hình 2.60 Cầu Thyristor 59 65 Hình 2.61 Cầu GTO-Diode 60 66 Hình 2.62 Cầu IGBT-Diode 60 67 Hình 2.63 Cầu MOSFET-Diode và cầu Ideal Switch 61 68 Hình 2.64 Hộp thoại các cầu thông dụng 61 69 Hình 2.65 Mô phỏng mạch chứa các cầu thông dụng 61 70 Hình 2.66 Kết quả mô phỏng mạch chứa cầu đa năng 62 71 Hình 3.1 Cấu trúc quá trình mô phỏng NCKH 65 72 Hình 3.2 Xây dựng quá trình vận dụng PPMP trong dạy học chuyên nghành kỹ thuật 66 73 Hình 3.3 Mô hình nâng cao chất lượng dạy học bằng PPMP 68 74 Hình 3.4 Bản chất công nghệ dạy học 69 71 Hình 3.5 Một cầu hình điển hình pin nhiêu liệu(FC)với bộ chuyển đổi DC-AC trực tiếp nối vào lưới điện 71 72 Hình 3.6 Một cấu hình FC điển hình với một DC-DC và một bộ chuyển đổi DC-AC 72 73 Hình 3.7 Một cấu hình FC điển hình với một DC-AC và một bộ chuyển đổi AC-AC 74 74 Hình 3.8 Sơ đồ khối hệ thống pin nhiên liệu 74 75 Hình 3.9 Mô phỏng hệ thống điều khiển pin năng lượng FC 74 76 Hình 3.10 Đường đặc tính dòng/áp trong FC 76 77 Hình 3.11 Mô phỏng dòng điền tối đa, sụt áp, và tốc độ dòng khí 76 77 Hình 3.12 Kết quả Scop 1 77 78 Hình 3.13 Kết quả Scop 2 78 79 Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời[18] 79 80 Hình 3.15 Hệ thống phụ của mô hình điều khiển MPPT 79 81 Hình 3.16 Hệ thống phụ của mô hình chuyển đổi dc / dc. - 80 82 Hình 3.17 Mô hình hệ thống điều khiển PV 81 83 Hình 3.18 Hệ thống con của mô hình điều khiển phản hồi 81 84 Hình 3.19 Đặc điểm đầu ra của các thông số 82 85 Hình 3.20 Mô phỏng bức xạ và bảng điều khiển nawg lượng mặt trời 82 86 Hình 3.21 Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi DC/DC 83 87 Hình 3.22 Điện áp đầu ra bảng điều khiển PV 84 88 Hình 3.23 Tổng công suất máy phát điện năng lượng mặt trời 85 89 Hình 3.24 Sơ đồ khối hệ thống tuabin gió 86 90 Hình 3.25 Chỉnh lưu hai cầu 87 91 Hình 3.26 Sơ đồ khối hệ thống tuabin gió( chỉnh lưu hai cầu Hình 3.27 Hệ thống điều khiển chỉnh lưu hai cầu, các bộ lọc 88 93 Hình 3.28 Đặc điểm tuabin gió 89 94 Hình 3.29 Mô phỏng tốc độ gió 89 95 Hình 3.30 Sản lượng hiện tại của MPPT (Iref = IPV) 91 96 Hình 3.31 Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi hai cầu AC/DC 92 97 Hình 3.32 Công suất của máy phát điện tua bin gió 93 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. - CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNGTRONG DẠY HỌC KỸ THUẬT. - Mô phỏng. - Công nghệ mô phỏng. - Ứng dụng mô phỏng trong dạy học kĩ thuật. - DẠY HỌC CHUYÊN NGÀNH KĨ THUẬT . - Dạy học. - Dạy học chuyên ngành kĩ thuật. - MỘT SỐ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT . - MÔ PHỎNG KĨ THUẬT VỚI MATLAB NHẰM NĂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC . - 11 CHƯƠNG 2: MATLAB VÀ ỨNG DỤNG CHO MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. - VAI TRÒ CỦA MATLAB ĐỐI VỚI MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. - THỰC TRẠNG GIẢNG DẠY ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG. - MATLAB/ SIMULINK CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. - Mô tả. - Ví dụ và kết quả mô phỏng. - 30 2.3.3.1 Mô tả. - 69 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CHO MỘT SỐ PHẦN CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT. - XÂY DỰNG CẤU TRÚC MÔ PHỎNG TRONG DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG NCKH. - Mô phỏng trong nghiên cứu khoa học. - Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học. - XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN DỤNG PPMP TRONG DẠY HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT 71 3.2.1. - Mối quan hệ giữa PPMP trong dạy học với phương pháp khoa học 72 3.2.2. - Tác động của PPMPDH đối với công nghệ dạy học. - Điện tử công suất cho chuyển đổi hệ thống pin nhiên liệu. - Nhà trường từ chỗ hoạt động khép kín chuyển sang mở cửa rộng rãi, đối thoại với xã hội, gắn bó chặt chẽ với nghiên cứu khoa học- công nghệ và ứng dụng. - Trong bối cảnh quốc tế đó, để đáp ứng nhu cầu của sự phát triển đất nước, nền giáo dục Việt Nam phải thực hiện một sự đổi mới sâu sắc và toàn diện về nội dung lẫn phương pháp dạy học như tinh thần của nghị quyết TW2 - khóa VIII của Đảng Cộng Sản Việt Nam đã nêu: “Đội mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học”. - Vì vậy, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả dạy học, tôi chọn đề tài về đổi mới phương pháp giảng dạy là: “Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất”. - Tác giả hy vọng có thể tạo thêm những bậc thang để các giáo viên, sinh viên tiếp cận với PPDH hiện đại, khuyến khích họ tăng cường sử dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học để nâng cao hiệu quả dạy học. - Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng của Matlab trong giảng dạy môn điện tử công suất nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên và nâng cao chất lượng giảng dạy môn điện tử công suất. - Khách thể nghiên cứu: Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất. - Đối tượng nghiên cứu: Matlab/Simulink và điện tử công suất. - Phạm vi nghiên cứu: Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất. - Nhiệm vụ nghiên cứu 4.1. - Nghiên cứu cơ sở lí luận về mô phỏng và dạy học chuyên nghành kỹ thuật. - Đánh giá thực trạng giảng dạy điện tử công suất và khả năng ứng dụng mô phỏng. - Cơ sở lí luận phần mềm Matlab cho điện tử công suất. - Thiết kế mô phỏng một phần của điện tử công suất. - Giả thuyết khoa học Nếu ứng dụng phần mềm Matlab/ Simulink vào dạy học môn điện tử công suất sẽ góp phần nâng cao hiệu quả việc dạy và học môn học này tại các trường đại học và cao đẳng. - Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, các bài báo trong và ngoài nước về mô phỏng trong dạy học, các ứng dụng của Matlab trong dạy học kỹ thuật. - Phương pháp mô phỏng: xây dựng một số học liệu cho điện tử công suất. - Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu,kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm 3 chương: Chương 1: Công nghệ mô phỏng và ứng dụng trong dạy học kỹ thuật Chương 2: Matlab và ứng dụng trong dạy học điện tử công suất Chương 3: Thiết kế mô phỏng cho một số phần của điện tử công suất
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt