TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍDự án cuối kỳ: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TÒAC TẦNG 1 VÀ 2 CÓ GẮN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ MININỘI DUNG THỰC HIỆN a Vận dụng các kỹ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
-BÁO CÁO DỰ ÁN
Xây dựng mô hình tòa C tầng 1 và 2 Trường Đại Học Sư Phạm KỹThuật Thành phố Hồ Chí Minh có gắn máy phát điện gió để làm
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
Dự án cuối kỳ: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TÒAC TẦNG 1 VÀ 2 CÓ GẮN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ MINI
NỘI DUNG THỰC HIỆN a) Vận dụng các kỹ năng đã được học trên giảng đường:
- Kỹ năng làm việc nhóm
- Kỹ năng thuyết trình, viết báo cáo khoa học - Kỹ năng giải quyết vấn đề, lập kế hoạch - Phương pháp nghiên cứu khoa học…
b) Nghiên cứu mô hình tòa nhà C tầng 1 và 2 cùng với thiết bị phát điện gió.
- Cách đo đạc và xây dựng tòa C
- Tìm hiểu các nguyên lí và bộ phận của máy phát điện gió.
c) Tổng kết, đánh giá quá trình thực hiện dự án.
KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU DỰ ÁN
Từ ngày 8/12/2023 đến 20/12/2023: Thiết kế vầ xây dựng mô hình tòa C tầng 1, tầng 2 của trường và nguyên cứu, chế tạo mô hình máy phát điện gió mini Từ ngày 10/12/2023 đến 18/12/2023: Viết báo cáo về mô hình.
Từ ngày 12/12/2023 đến 20/12/2023: Thiết kế poster và làm PowerPoint về mô hình.
1
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên cho em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành và sự kính trọng tới các Thầy và Cô ngành công nghệ kĩ thuật điện, điện tử trường Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP Hồ Chí Minh, và đặc biệt là giáo viên hướng dẫn cô Lê Thị Hồng Lam đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện báo cáo cuối kì này Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót trong cách hiểu, lỗi trình bày Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô để báo cáo cuối kì đạt được kết quả tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Khoa Điện – Điện tử
Ngành: CNKT Điện, điện Tử
Môn học: Nhập môn ngành CNKT Điện, điện tử Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 12 năm 2023
Nhóm xin chân thành cảm ơn!
2
Trang 4TÓM TẮT DỰ ÁN
Nhóm 8 thực hiện dự án: Xây dựng mô hình tòa C tầng 1 và 2 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh kết hợp với máy phát điện gió để làm đèn phát sáng
Làm mô hình giấy cứng là một hoạt động sáng tạo và thú vị Việc tạo ra được một mô hình bằng giấy giúp bạn có thể rèn luyện về sự tỉ mỉ, tập trung trong chính việc làm ra mô hình Ngoài ra, việc làm mô hình giấy còn có thể giúp bạn phát triển tư duy và cách giải quyết vấn đề nhanh gọn.
Máy phát điện gió là máy phát điện có khả năng biến đổi động năng sức gió thành điện năng phục vụ cho nhu cầu sử dụng điện của con người Máy phát điện gió sử dụng nguồn gió tự nhiên để tạo ra dòng điện nên có tính bền vững với sức khỏe con người và môi trường Nó cũng được sử dụng để giảm thiểu chi phí điện và giảm thiểu khí thải nhà kính.
Máy phát điện gió là một thiết bị rất có nhiều công dụng trong cuộc sống khi những chi tiết máy rất đơn giản nhưng hiệu quả mang lại thì rất cao Vì thế, những thiết bị này có thể kết hợp trong việc học tập đối với các ngành liên quan đến kĩ thuật Nhất là sinh viên kĩ thuật Điện, điện tử.
Nhóm 8 đã đưa ra những nội dung cơ bản về việc chế tạo máy phát điện gió sau khi đã được nghiên cứu, tìm hiểu trong những thời gian qua đã học được.
3
Trang 5MỤC LỤC
KẾ HOẠCH LÀM VIỆC
NỘI DUNG THỰC HIỆN
KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU DỰ ÁN
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT DỰ ÁN
Chương 1: Tổng quan về dự án
1.1 Đặt vấn đề
1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1 Đối tượng nghiên cứu
1.2.2 Phạm vi nghiên cứu
1.3 Phương pháp nghiên cứu
1.4 Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn
Chương 2: Thực hiện đề tài
2.1 Cơ sở lý thuyết
2.1.1 Sơ lược về Rotor
2.1.1.1 Đặc trưng của Rotor
2.1.1.2 Cánh quạt
2.1.2 Máy phát điện
2.1.3 Hệ thống kiểm soát (Control System)
2.1.4 Hệ thống điện
2.2 Cách lắp đặt máy phát điện gió
CHƯƠNG 3: Kết quả thực hiện
3.1 Bảng số liệu kỹ thuật
CHƯƠNG 4: Kết luận và hướng phát triển
4.1 Ưu và nhược điểm của sản phẩm
Trang 6Chương 1: TỔNG QUAN DỰ ÁN 1.1 Đặt vấn đề
Việc sử dụng máy phát điện gió để tạo ra điện từ năng lượng gió là vô cùng hợp lí Khi năng lượng này là nguồn năng lượng có thể tái tạo và dễ khai thác, nhất là ở đất nước có biển, thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa như Việt Nam Quan trọng hơn, đây là nguồn năng lượng sạch và không gây ô nhiễm môi trường như các nhiên liệu hóa thạch khác Tuy nhiên, việc triển khai và quản lý máy phát điện gió cũng đặt ra một số vấn đề và thách thức.
Mặc dù máy phát điện gió là một nguồn năng lượng tái tạo, nhưng hiệu suất của chúng thường phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Sự thay đổi trong tốc độ gió có thể ảnh hưởng đến sản lượng và ổn định của máy phát điện.
Gió là không thể dự đoán và sự sẵn có của chúng là không đổi Do đó, máy phát điện gió không phù hợp làm nguồn năng lượng tải cơ sở Nếu chúng ta có những cách lưu trữ năng lượng gió hiệu quả về mặt chi phí thì tình hình sẽ khác
Việc xây dựng các trạm phát điện gió và các cột cánh quạt có thể ảnh hưởng đến môi trường và động vật sống trong khu vực đó Điều này bao gồm tiếng ồn, thay đổi địa hình, và ảnh hưởng đến động vật hoang dã
Dự án cuối kì này, nhóm có cơ hội để trải nghiệm và làm thử chính mô hình máy phát điện gió Dựa vào chính những máy phát điện gió đã có hiện nay, nhóm em sẽ cố gắng làm ra một mô hình tốt hơn, lợi ích hơn cho chính quá trình học tập và cả trong cuộc sống.
1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu1.2.1 Đối tượng nghiên cứu
Gồm có hai đối tượng nghiên cứu: Mô hình tầng 1 và 2 tòa C trường ĐH SPKT và Máy phát điện gió mini
Mô hình tòa C tầng 1 và 2 trường ĐH SPKT gồm có các đối tượng cần nghiên
cứu sau:
o Giấy, bìa để tạo mô hình: bìa FOAM (FOMEX), giấy A4… o Các loại keo dung để giữ vững cho mô hình: keo 502, keo nến… o Các vật dụng để làm mô hình: Dao rọc giấy, kéo, thước, Máy phát điện gió mini gồm có các đối tượng cần nghiên cứu sau:
Pitch: Bộ phận hỗ trợ bảo vệ cánh quạt và rotor trong điều kiện gặp gió lớn
Ngoài ra, pitch còn giúp tạo nên nguồn điện năng ổn định đạt hiệu suất cao nhất (không quá cao hoặc quá thấp) khi quay trong gió.
Là tâm của rotor, có chất liệu chính từ gang/ thép, thực hiện “công tác”
chuyển hướng năng lượng từ cánh quạt vào máy phát điện
5
Trang 7Rotor: Rotor là thiết bị gắn liền với cánh quạt giúp tạo ra điện năng Chúng sẽ
hoạt động dựa theo nguyên tắc nâng: Khi xuất hiện luồng gió đi qua dưới cánh quạt sẽ khiến không khí tạo nên áp suất cao Song song đó, phía trên cánh quạt cũng sẽ tạo nên lực kép làm rotor quay.
Blades: Thuộc bộ phận cánh quạt của tuabin gió, kết hợp với trục động cơ
tuabin để quay hoặc chuyển động tạo năng lượng.
Brake: Là phanh (bộ hãm), dùng để dừng rotor trong những tình trạng khẩn
Gear box: Bộ phận kết nối chuyển động quay của rotor với máy phát điện để
sinh ra năng lượng điện.
Yaw drive: Giúp định hình rotor luôn hướng về chiều có xuất hiện nguồn gió
Yaw motor: Động cơ giúp cho thiết bị yaw drive định hình được hướng gió
một cách chính xác.
Tower: Trụ đỡ Nacelle, có chất liệu chính được làm từ thép Khi trụ càng cao
sẽ hỗ trợ thu về năng lượng gió càng nhiều, từ đó tạo ra dòng điện lớn hơn.
Low Speed Shaft: Là trục truyền động tốc độ thấp của máy phát.High Speed Shaft: Là trục truyền động tốc độ cao của máy phát.Controller: Bộ phận điều khiển chính của tuabin gió.
Anemometer: Bộ phận đo lường tốc độ gió Thực hiện nhiệm vụ truyền tốc độ
gió đến bộ phận điều khiển (controller).
Wind vane: Hỗ trợ xử lý hướng gió và kết hợp cùng yaw drive để định hình
tuabin gió.
Generator: Giúp phát điện sau khi tuabin gió tạo ra điện.
Nacelle: Là lớp vỏ của tuabin gió, lớp vỏ này giúp bảo vệ các thiết bị bên trong
thật cẩn thận.
1.2.2 Phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu sơ lược về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của một số loại linh kiện, cách
cấu hình, cách lập trình, cách điều khiển để phục vụ cho nghiên cứu và thực hiện dự án.
Tìm hiểu trọng tâm vào thiết bị máy phát điện gió dựa trên cơ sở hoạt động và các điều khiển tự động cơ bản.
1.3 Phương pháp nghiên cứu
Chế tạo bản thử nghiệm để đánh giá mức độ đáp ứng của phần cứng, phần chương trình và tính khả thi khi lựa chọn giải pháp
Làm rõ vấn đề bằng phương pháp thiết kế mạch để tối ưu hóa (tinh gọn) phần cứng, hạn chế đấu dây, cắm dây vì khi hoạt động có khả năng bị lỏng
Phương pháp tra cứu tài liệu qua Internet: tìm kiếm và chọn lọc thông tin phù hợp để áp dụng các kiến thức đó vào dự án một cách có hiệu quả.
6
Trang 81.4 Ý nghĩa khoa học và ứng dụng thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
o Máy phát điện gió là thiết bị sử dụng nguồn năng lượng sạch để tạo ra dòng điện Điều này giúp cho việc giảm thải khí thải được giảm sút khi nguồn khí thải do đốt than hay khí đốt từ các nhà máy nhiệt điện gây ra o Phát triển và cải tiến máy phát điện gió đòi hỏi nhiều nghiên cứu và phát
triển công nghệ, góp phần thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và công nghệ xanh.
Ứng dụng thực tiễn:
o Để máy phát điện gió đạt hiệu quả cao nhất ta phải xây dựng các nhà máy ở nơi có lượng gió mạnh.
o Việc tạo ra điện từ năng lượng gió, giúp cho nước ta có một mảng điện lưới đa dạng và cả là lượng điện của nước ta ngày một lớn hơn o Nhứng nơi vùng sâu vùng xa như hải đảo, vùng núi, khó bắt điện đến nơi, ta có thể xây dưng nhà máy điện gió công suất nhỏ để cung cấp điện cho chính nơi mình sinh sống
Chương 2: Thực hiện đề tài2.1 Cơ sở lý thuyết2.1.1 Sơ lược về Rotor 2.1.1.1 Đặc trưng của Rotor
Rotor là phần quay của máy, thường được sử dụng trong các động cơ điện hoặc máy phát điện Hoạt động của rotor dựa trên lực tương tác giữa cuộn dây và từ trường điện, tạo ra một mô men xoắn xoay quanh trục quay của nó.
Cấu tạo của rotor: Rotor gồm có lõi thép, dây quấn và trục máy
Nguyên lí hoạt động: Dòng điện ba pha được cấp cho cuộn dây stato, tạo ra một năng lượng đủ mạnh để kích thích rotor bắt đầu quay Trong quá trình quay, tạo ra một từ trường xoay xung quanh mình Điều này xảy ra nhờ từ thông được tạo ra trong khe
7
Trang 9hở không khí Từ trường này chạy qua các dây quấn nhiều pha được đặt trên lõi sắt của rotor Khi từ trường chạy qua, nó tạo ra các động điện động trong dây quấn Điều đặc biệt là rotor được thiết kế kín mạch, vì vậy dòng điện chảy qua các dây quấn và từ thông tạo thành một từ thông tổng tại các khe hở Dòng điện trong dây quấn tương tác với từ thông ở khe hở, tạo ra một mô men xoắn và quyết định vận tốc quay của rotor Qua quá trình này, năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, tăng hiệu suất và ổn định hoạt động của máy.
2.1.1.2 Cánh quạt
Về mặt kỹ thuật, máy phát điện gió thường gồm từ 2 đến 3 cánh quạt Những cánh quạt này xoay quanh một roto nối với trục chính của máy phát điện Phần động năng được tạo ra khi cánh quạt điện gió quay sẽ được làm quay trục máy phát điện Từ đó, tạo ra điện năng.
2.1.2 Máy phát điện
8
Trang 10Máy phát điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng.
Có nhiều loại máy phát điện được sử dụng trong máy phát điện gió, trong đó phổ biến nhất là máy phát điện ba pha có rotor từ nam châm vĩnh cửu hoặc từ nam châm tổ hợp.
Nguyên lí hoạt động: tất cả các máy phát điện đều hoạt động dựa trên hiện tượng
cảm ứng điện từ Theo nguyên lý này, dòng điện có thể bị cảm ứng khi nó di chuyển qua một cuộn dây Hay dòng điện biến thiên trong từ trường Sự chuyển động liên tiếp này sẽ tạo một sự chênh lệch về hiệu đến thế Sự chênh lệch này có thể diễn ra ở hai đầu dây dẫn hoặc cuộn cảm Từ đó, nó sẽ tạo ra dòng điện.
2.1.3 Hệ thống kiểm soát (Control System)
Hệ thống kiểm soát (Control System) trong máy phát điện gió đóng vai trò quan trọng để giữ cho hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định trong mọi điều kiện khí hậu và mức độ gió.
Hệ thống cảm biến(Sensors) là hệ thống kiểm soát thường tích hợp nhiều loại cảm biến để đo lường các thông số quan trọng như tốc độ gió, hướng gió, nhiệt độ, và điện áp đầu ra Các dữ liệu này giúp máy phát điện gió hiểu được điều kiện môi trường và điều chỉnh hoạt động của mình phù hợp.
Hệ thống kiểm soát (Control System): Dữ liệu từ cảm biến được đưa vào hệ thống điều khiển, nơi các thuật toán và logic được áp dụng để đưa ra quyết định về cách máy phát điện gió nên hoạt động Điều này có thể bao gồm điều chỉnh góc cánh quạt, tốc độ quay của rotor, hoặc các thay đổi khác để tối ưu hóa hiệu suất
Điều khiển hướng gió (Yaw Control): Hệ thống này giúp máy phát điện gió định hình cảm biến của mình để theo dõi hướng gió chính xác nhất Điều này đảm bảo rằng cánh quạt luôn hướng vào gió để tối ưu hóa thu nhận năng lượng
9
Trang 112.1.4 Hệ thống điện
Hệ thống điện là hệ thống chịu trách nhiệm chuyển đổi từ năng lượng gió sang năng lượng điện do máy phát điện tạo ra để đuaq vào mạng lưới điện.
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm phân phối, trạm biến áp… các đường dây truyền tải, phân phối và các thiết bị khác (điều khiển, bảo vệ rơle…) tạo thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng.
Hệ thống điện thường có các chức năng để kiểm tra tình trạng và thông báo về bất kỳ vấn đề nào có thể xảy ra Điều này giúp trong việc lập kế hoạch bảo dưỡng và giữ cho máy phát điện gió hoạt động ổn định.
Hệ thống điện trong máy phát điện gió đóng vai trò rất quan trọng khi nó phải chuyển đổi năng lượng và đưa vào trong lưới điện một cách an toàn, có hiệu quả và không làm ảnh hưởng đến hệ thống điện quốc gia.
2.2 Cách lắp đặt máy phát điện gió
Bước 1 Lên kế hoạch lắp tuabin gió Bước 2 Lắp đặt trụ
Bước 3 Ráp rotor, trục quay và tay quay Bước 4 Lắp máy phát điện và hộp số
Bước 5 Lắp đặt hẹ thống kiểm soát và hệ thống điện gió Bước 6 Kiểm tra an toàn với những thứ đã lắp đặt Bước 7 Kiểm tra kết nối.
10
Trang 12Bước 8 Bảo trì và giám sát
CHƯƠNG 3: Kết quả thực hiện
Số lượng cánh Tuabin gió 5kW 3
Máy phát điện Máy phát điện xoay chiều động cơ nam châm vĩnh cửu
Vỏ máy phát điện Tuabin gió Thép Cacbon
Hệ thống điều khiển Nam châm điện/bánh xe gió Chất liệu cánh Sợi thủy tinh gia cường
Nhiệt độ làm việc -40 – 800C
CHƯƠNG 4: Kết luận và hướng phát triển4.1 Ưu và nhược điểm của sản phẩm
11
Trang 134.1.1 Ưu điểm
1 Nguồn năng lượng tái tạo
Đầu tiên và quan trọng nhất, gió là nguồn tài nguyên không giới hạn, miễn phí, có thể tái tạo Gió là một sự xuất hiện tự nhiên và việc tiếp nhận động năng của gió không ảnh hưởng đến dòng chảy hoặc chu kỳ gió theo bất kỳ cách nào
2 Nguồn năng lượng sạch
Nguồn năng lượng gió là một cách sản xuất điện sạch, không gây ô nhiễm Không giống như các loại nhà máy điện khác, nó không thải ra chất ô nhiễm không khí hoặc khí nhà kính Các tuabin gió tạo ra điện từ gió đi ngang qua một cách vô hại Năng lượng gió thân thiện với môi trường hơn nhiều so với việc đốt nhiên liệu hóa thạch để lấy điện.
3 Tiềm năng to lớn
Một số nhóm nghiên cứu độc lập đã đi đến kết luận tương tự: Tiềm năng của Điện gió trên toàn thế giới là hơn 400 TW (terawatt).
Các căng thẳng về nguồn cung (nhiên liệu hóa thạch) có khả năng làm tăng giá của các nguồn nhiên liệu hóa thạch và khiến nền kinh tế phải đối mặt với sự biến động của thị trường quốc tế Năng lượng gió có khả năng giải phóng các quốc gia sử dụng Điện gió khỏi sự ràng buộc kinh tế theo nghĩa bóng của nhiên liệu hóa thạch.
12