Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Khảo sát, thiết kế và thi công mô hình thí nghiệm gió 2 tầng cánh

Nội dung thực hiện: − Tìm hiểu các lý thuyết cơ bản về năng lượng tái tạo, năng lượng gió và tuabin gió − Sửa chữa mô hình máy phát điện 2 tầng cánh thay đổi ?? ??.. − Mô hình máy phát đ

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

1.1.1 Tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam và thế giới

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng, các quốc gia đang tích cực phát triển năng lượng sạch, đặc biệt là năng lượng điện gió Năng lượng gió, với tính chất tái tạo và không gây ô nhiễm, đang trở thành một giải pháp hiệu quả cho vấn đề môi trường Do đó, điện gió được xem là xu hướng phát triển năng lượng sạch trong tương lai.

Năm 2023, công suất gió mới lắp đặt trên toàn cầu đạt gần 117 GW, tăng 50% so với năm 2022, với sự phát triển diễn ra ở 54 quốc gia Tổng công suất lắp đặt tích lũy của các trang trại gió toàn cầu đã vượt mốc 1 terawatt, đạt 1.021 GW.

GW vào cuối năm 2023 (tăng 13% so với cuối năm 2022) [1]

Việt Nam sở hữu tiềm năng phát triển năng lượng gió lớn nhờ vào địa hình đa dạng và dân số đông Vùng biển rộng lớn của Việt Nam vẫn chưa được khai thác triệt để Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới, năng lượng gió tại Việt Nam có tiềm năng cao nhất trong bốn nước trong khu vực, với hơn 39% tổng diện tích ước tính có tốc độ gió trung bình hằng năm trên 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với công suất lên tới 512 GW.

Trong những năm gần đây, điện gió đã nổi lên như một trong những nguồn năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất tại Việt Nam Tính đến tháng 7/2023, tổng công suất lắp đặt điện gió đạt 1.000 MW, tương đương khoảng 4% tổng công suất điện lắp đặt toàn quốc.

Điện gió được kỳ vọng sẽ trở thành nguồn năng lượng tái tạo chủ lực tại Việt Nam trong thời gian tới Chính phủ Việt Nam đặt mục tiêu tổng công suất lắp đặt điện gió đạt 12.000 MW vào năm 2030.

1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Nghiên cứu và chế tạo mô hình thí nghiệm máy phát điện gió công suất nhỏ đã được triển khai rộng rãi trên toàn cầu, dẫn đến việc thương mại hóa thành công các sản phẩm này.

Hiện nay, các sản phẩm tuabin gió trên thế giới chủ yếu là loại tuabin 1 tầng cánh và hoàn toàn nhập khẩu từ nước ngoài Điều này dẫn đến việc Việt Nam phụ thuộc vào sản phẩm ngoại nhập, gây ra hiệu suất sử dụng thấp và tạo tâm lý tiêu cực cho người tiêu dùng đối với năng lượng gió và năng lượng tái tạo nói chung.

Vào cuối tháng 4/2024, các tháp tuabin điện gió ngoài khơi công suất 10 MW sản xuất tại Việt Nam sẽ được xuất xưởng và vận chuyển từ Khu Công nghiệp Phú Mỹ đến dự án điện gió Jeonnam 1, nằm ngoài khơi tỉnh Jeonnam, phía Tây Nam Hàn Quốc.

Hình 1.1 Đại diện các tập đoàn quốc tế bên cạnh tháp tuabin điện gió cung cấp cho Dự án điện gió ngoài khơi Jeonnam 1 Hàn Quốc

Các công nghệ điện gió sử dụng tuabin với 1 tầng rotor và 3 cánh quạt hiện nay trên thế giới gặp nhiều vấn đề về hiệu suất Hiệu suất của các tuabin gió 3 cánh đang được lắp đặt tại các trang trại gió toàn cầu là rất thấp, theo định luật Betz.

Vào năm 1919, một máy phát điện gió được phát triển với khả năng thu nhận tối đa 59,3% năng lượng từ luồng không khí đi qua Thực tế cho thấy, hiệu suất sử dụng năng lượng gió của tua bin gió có thể đạt được những con số ấn tượng, nhưng vẫn bị giới hạn bởi các yếu tố kỹ thuật và môi trường.

Hiệu suất tối đa của tuabin gió 3 cánh hiện đại chỉ đạt khoảng 30÷40%, với bình quân chỉ 26% Tại Việt Nam, nghiên cứu về tuabin 2 tầng cánh chủ yếu tập trung vào dự án “Sản xuất thử nghiệm tổ máy phát điện chạy bằng sức gió, 2 hệ cánh đồng trục” do Công ty TNHH Công nghệ mới Việt - Nga giới thiệu Công nghệ này, phát triển từ ý tưởng cánh quạt hai lớp trong máy bay quân sự tại Nga, do Giáo sư Bakanov Anatoly G., Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Nga sáng chế Vào tháng 4/2011, công nghệ điện gió YnS-W đã được đăng ký bằng độc quyền sáng chế tại Nga, và chỉ 2 tháng sau, Việt Nam đã tiếp cận công nghệ này và ký kết hợp tác với đối tác Nga.

Hình 1.2 Mô hình tuabin gió “2 lớp cánh đồng trục"

Qua những phân tích và tình hình nghiên cứu trên cho thấy máy phát điện gió

Chúng tôi đã chọn đề tài "Khảo sát, thiết kế và thi công mô hình thí nghiệm gió 2 tầng cánh" nhằm nghiên cứu và phát huy hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng xanh này Mục tiêu của nghiên cứu là tìm kiếm phương hướng tự động điều khiển để phục vụ đời sống xã hội.

Mục tiêu

Thiết kế và thi công bộ thí nghiệm cho máy phát điện gió hai tầng cánh cho phép khảo sát hiệu suất của cánh đơn và cánh đôi Mô hình này giúp xác định góc cánh tối ưu và khoảng cách giữa hai cánh để đạt được tỷ lệ hiệu suất tốt nhất.

Nội dung nghiên cứu

Trình bày khái quát về đề tài nghiên cứu các nội dung sẽ thực hiện, mục tiêu cần hướng tới và các yêu cầu cần thiết của đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Bài viết sẽ trình bày các khái niệm, phương pháp và lý thuyết cơ bản liên quan đến đề tài Đồng thời, phần này cũng sẽ làm rõ nguồn gốc và cách thức áp dụng các lý thuyết đã được sử dụng trong nghiên cứu.

Chương 3: Thiết kế thi công và khảo sát thí nghiệm máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông 𝒅𝝓

Phần này tập trung vào việc thiết kế cơ khí và lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống cơ khí, đồng thời trình bày quy trình thi công mô hình máy phát điện gió nhằm tăng cường độ biến thiên từ thông 𝑑𝜙.

𝑑𝑡 Tiếp đến là nêu quy trình khảo sát thí nghiệm cũng như kết quả nhận được sau quá trình thu thập số liệu và đưa ra nhận xét

Chương 4: Thiết kế thi công và khảo sát thí nghiệm máy phát điện gió tăng mô-men tác dụng cho máy phát

Giống như chương 3, phần này tập trung vào việc thiết kế cơ khí và lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống cơ khí, cùng với việc thi công mô hình máy phát điện tăng mô-men Tiếp theo, quy trình khảo sát thí nghiệm được trình bày, kèm theo kết quả thu thập số liệu và những nhận xét rút ra từ quá trình này.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Trong phần này, chúng tôi trình bày các kết quả đạt được từ đề tài, tự đánh giá và chỉ ra những vấn đề còn tồn tại chưa được giải quyết trong quá trình nghiên cứu Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đề xuất các khả năng phát triển đề tài, cùng với những ý tưởng nâng cấp theo nhiều hướng khác nhau.

Giới hạn

Hiện tại, mô hình toán học cho tuabin gió 2 tầng cánh vẫn chưa được phát triển, dẫn đến việc chưa có mô hình trên máy tính Để khắc phục điều này, nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình vật lý nhằm làm cơ sở cho việc phát triển mô hình toán trong tương lai Nhóm tập trung vào hai phương pháp chính để nâng cao hiệu suất của máy phát điện gió 2 tầng cánh.

Mô hình máy phát điện gió 2 tầng cánh sử dụng hai phần độc lập là rotor và stator, tạo ra hai rotor độc lập ngược chiều, gọi là rotor 1 và rotor 2 Thiết kế này giúp tăng cường hiệu suất biến đổi 𝑑𝜙, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc sản xuất điện năng từ gió.

𝑑𝑡 để tăng sức điện động 𝐸

Mô hình máy phát điện gió 2 tầng cánh đồng trục với chiều quay khác nhau, kết hợp tác động lên bánh răng thứ 3, nhằm hỗ trợ mô-men cho trục bánh răng và hộp số.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan lý thuyết về năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo, hay còn gọi là năng lượng sạch, là nguồn năng lượng được khai thác từ các nguồn tự nhiên có tính tuần hoàn và liên tục Ví dụ điển hình bao gồm ánh sáng mặt trời và gió, hai nguồn năng lượng này luôn xuất hiện hàng ngày, góp phần vào sự phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

Năng lượng không thể tái tạo, hay còn gọi là năng lượng "bẩn", là nguồn năng lượng được khai thác từ các khoáng sản tự nhiên trong lòng đất, bao gồm dầu, khí đốt và than đá, và có thời hạn sử dụng nhất định.

Một nguồn năng lượng bền vững là :

• Không bị mất đi khi sử dụng liên tục

• Không ảnh hưởng sức khoẻ con người

2.1.2 Ưu, nhược điểm của năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo có khá nhiều ưu điểm, chẳng hạn như:

• Nguồn năng lượng có chất lượng sạch, ít gây ô nhiễm nên thân thiện với môi trường

• Có khả năng phục hồi nên không bị cạn

• Có ích và tính ứng dụng cao như tối ưu chi phí sử dụng điện cho các hộ gia đình, nhà máy, doanh nghiệp, …

Tuy nhiên, năng lượng tái tạo cũng tồn tại nhiều nhược điểm như:

• Đầu tư ban đầu tốn kém do chi phí dành cho xây dựng hệ thống các trang thiết bị cao cấp và hiện đại

• Có tính ổn định không cao do bắt nguồn từ thiên nhiên và phải chịu tác động từ các tác nhân làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động

2.1.3 Các nguồn năng lượng tái tạo trên Trái Đất

Năng lượng tái tạo là dòng năng lượng có tốc độ hồi phục bằng tốc độ tiêu thụ

Về căn bản, năng lượng tái tạo trên Trái Đất chủ yếu có nguồn gốc từ mặt trời

2.1.3.1 Năng lượng mặt trời trực tiếp

Năng lượng mặt trời là quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện, sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời.

Năng lượng mặt trời có thể được khai thác hiệu quả thông qua nhiều công nghệ hiện đại, bao gồm sưởi ấm, quang điện, kiến trúc năng lượng mặt trời và năng lượng mặt trời tập trung.

Hình 2.1Nhà máy nhiệt mặt trời dùng gương tập trung ánh sáng làm nguồn nhiệt

Hình 2.2Hệ thống pin quang điện áp mái và các trang trại điện mặt trời

Hiện nay, con người sử dụng năng lượng mặt trời một cách đa dạng, từ việc đun nóng nước cho đến việc phát điện cho các thiết bị điện, nhằm đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày.

Hình 2.3 Bộ thu nhiệt mặt trời dùng để đun nấu, sưởi ấm 2.1.3.2 Năng lượng mặt trời gián tiếp

Năng lượng gió và năng lượng thủy điện đều phát sinh từ sự chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất cùng với chuyển động của hành tinh, tạo ra gió và lượng mưa do sự nâng lên của bầu không khí Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

Sự phân bố không đều của ánh sáng mặt trời trên Trái Đất, cùng với chuyển động của hành tinh, tạo ra dòng không khí từ xích đạo hướng về hai cực, điều này được khai thác hiệu quả bởi các tuabin gió.

Năng lượng gió là nguồn năng lượng rẻ nhất tại nhiều quốc gia, đặc biệt ở các tiểu bang như California, Texas, Oklahoma, Kansas và Iowa của Hoa Kỳ, nơi có tốc độ gió cao, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất điện gió dồi dào.

Hình 2.4 Năng lượng gió được tận dụng để sản xuất điện b) Năng lượng thủy điện

Bức xạ mặt trời làm bốc hơi nước biển, tạo thành mưa cấp nước cho sông, suối Đập và tuabin thuỷ điện khai thác năng lượng này

Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo hàng đầu tại nhiều quốc gia, với các nhà máy thủy điện quy mô lớn Nguồn năng lượng này phụ thuộc vào nước, đặc biệt là dòng chảy nhanh của các con sông hoặc nước từ trên cao như thác Chúng ta khai thác sức nước để vận hành các tuabin máy phát điện, tạo ra điện năng hiệu quả và bền vững.

Mặc dù nhiều nhà máy thủy điện lớn và đập thủy điện siêu lớn được xây dựng trên toàn cầu, nhưng chúng không được coi là nguồn năng lượng tái tạo Nguyên nhân là do các con đập này làm thay đổi dòng chảy tự nhiên của sông, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và đời sống của các cộng đồng xung quanh.

Hình 2.5 Năng lượng thuỷ điện c) Năng lượng sịnh học

Năng lượng sinh học, hay năng lượng sinh khối, là nguồn năng lượng được tạo ra từ động vật và cây trồng Nguồn năng lượng này có thể được sử dụng trực tiếp thông qua quá trình quang hợp của thực vật, chuyển đổi CO2 thành carbon, hoặc thông qua việc đốt cháy để tạo ra nhiệt.

Mặc dù năng lượng sinh học được xem là nguồn năng lượng tái tạo, nhưng gần đây, nghiên cứu cho thấy việc đốt sinh khối thực vật thải ra lượng CO2 đáng kể, dẫn đến những tác động tiêu cực đến môi trường.

Một số dạng năng lượng sinh khối, như mùn cưa và phoi từ các xưởng cưa, được lựa chọn do có lượng thải CO2 thấp Những nguyên liệu này sẽ phân hủy nhanh chóng và giải phóng carbon với mức độ tối thiểu, góp phần vào việc giảm thiểu tác động đến môi trường.

Hình 2.6 Năng lượng sinh học 2.1.3.3 Năng lượng không bắt nguồn từ mặt trời

Năng lượng tái sinh không chỉ phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời mà còn bao gồm năng lượng địa nhiệt, được hình thành từ sự phân rã phóng xạ của các khoáng vật trong lớp vỏ Trái đất, kết hợp với nhiệt độ cao từ tâm Trái đất Ngoài ra, năng lượng thủy triều cũng là một dạng năng lượng tái sinh, được tạo ra từ sự chuyển đổi năng lượng hấp dẫn.

Dưới tác động của lực hấp dẫn, vật chất tại tâm Trái Đất bị nén lại tạo ra nhiệt năng, cho phép khai thác điện từ những khu vực có độ dốc địa nhiệt cao Tuy nhiên, công nghệ khai thác năng lượng địa nhiệt hiện vẫn bị hạn chế tại một số địa điểm, và tiện ích của nó cũng gặp khó khăn do các vấn đề kỹ thuật.

Tổng quan về năng lượng gió và tuabin gió

2.2.1 Sự hình thành của năng lượng gió

Năng lượng gió, một dạng năng lượng gián tiếp từ năng lượng mặt trời, được hình thành từ động năng của không khí chuyển động trong bầu khí quyển Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng này bao gồm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực, sự quay của trái đất và các yếu tố địa hình.

Bức xạ mặt trời không đều trên bề mặt trái đất, với một nửa bề mặt (mặt ban đêm) không nhận được ánh sáng mặt trời Khu vực gần xích đạo nhận được nhiều bức xạ hơn các cực, dẫn đến sự khác biệt về áp suất Sự chênh lệch này tạo ra sự di chuyển của không khí giữa xích đạo và hai cực, cũng như giữa mặt ban ngày và ban đêm, hình thành nên gió.

Trái đất xoay tròn tạo ra sự xoáy không khí, nhờ vào trục quay nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo quanh mặt trời, dẫn đến hình thành các dòng không khí theo mùa.

Hiệu ứng Coriolis là kết quả của sự tự quay của trái đất, khiến không khí di chuyển từ áp cao đến áp thấp không theo đường thẳng mà tạo thành các cơn gió xoáy Ở bắc bán cầu, không khí di chuyển vào áp thấp theo chiều ngược kim đồng hồ và ra khỏi áp cao theo chiều kim đồng hồ, trong khi ở nam bán cầu, chiều di chuyển hoàn toàn ngược lại.

Gió không chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố toàn cầu mà còn bị chi phối bởi địa hình địa phương, dẫn đến sự hình thành của nhiều loại gió khác nhau như gió đất - biển, gió núi thung lũng và gió phơn.

2.2.2 Một số lý thuyết cơ bản

2.2.2.1 Nguyên lý Lanchester-Betz-Zhukowsky

Xem không khí đi qua tiết diện tuabin là một khối, động năng của khối không khí đập vào tuabin có tiết diện A trong khoảng thời gian t là:

• 𝜌: khối lượng riêng của không khí (kg/m 3 )

• 𝑣𝑡: quãng đường trong 1s mà khối khí chuyển động được

Hình 2.7 Khối khí đập vào cánh tuabin

Từ đó ta thu được công suất:

Nguyên lý Lanchester-Betz-Zhukowsky xác định lượng năng lượng tối đa có thể thu được từ gió, dựa trên một mô hình đơn giản với giả thiết rằng dòng không khí xung quanh tuabin có tốc độ ổn định.

• Rotor được xem như một đĩa thu năng lượng

• Áp suất sau tiết diện rotor thay đổi

• Động lượng và động năng sau rotor giảm đi

Hình 2.8 Ống động lực học Betz trong điều kiện lý tưởng

Áp dụng định luật bảo toàn động lượng:

Phần công suất gió được đưa vào tua bin:

𝑃 𝑇 = 𝐹𝑢 1 = 𝑚̇(𝑢 0 − 𝑢 2 )𝑢 1 (2.4) Chênh lệch động năng trước và sau tua bin:

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

Bước 2: Xác định năng lượng thu được

Khối lượng không khí đi qua đĩa A1: 𝑚̇ = 𝜌𝐴 1 𝑢 1 (2.7) Thay vào PT ta có: 𝑃 𝑇 = 𝐹𝑢 1 = 𝑚̇(𝑢 0 − 𝑢 2 )𝑢 1 = 𝜌𝐴 1 𝑢 1 2 (𝑢 0 − 𝑢 2 ) (2.8)

: Gọi a là tỉ số vận tốc gió có công thức :

Bước 3: Xác định hệ số năng lượng gió

Năng lượng thu được có thể được biểu diễn: 𝑃 𝑇 = 𝐶 𝑃 𝑃 0 (2.12)

• Với P0 là năng lượng gió trước rotor

• CP là tỉ số năng lượng thu được

Từ phương trình PT có thể rút ra CP:

Cp đạt cực đại tại điểm có đạo hàm bằng 0:

2.2.2.2 Lực đẩy tác dụng lên tua bin

Hình 2.9 Lực đẩy tác dụng lên tua bin

Ý nghĩa: thiết kế tránh tua bin bị đẩy đi khi gặp gió lớn

• Đối với tuabin trục ngang, lực đẩy tập trung vào trục của tua bin

• Lực đẩy tạo ra một moment có khả năng làm đổ tua bin

Tuabin tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa mặt trước và sau của nó Lực ngang trục được tính bởi phương trình Bernoulli: (hình 2.9)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, 𝑢 𝑢 = 𝑢 𝑑

2𝑝(𝑢 0 2 − 𝑢 2 2 ) (2.17) Δp được gọi là chênh lệch áp suất tĩnh:

Lực đẩy lớn nhất đặt lên trụ tua bin có giá trị:

Lực đẩy ngang trục bằng với chênh lệch động lượng không khí:

Gộp 2 phương trình lại, ta có:

Tuabin điện gió là thiết bị chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng để cung cấp cho các tải tiêu thụ Để chế tạo tuabin điện gió, cần kiến thức từ nhiều lĩnh vực như cơ khí, điện, điện tử và khí tượng Thiết bị này bao gồm các phần chính quan trọng cho quá trình hoạt động hiệu quả.

Hình 2.10 Mô phỏng các bộ phận của tuabin gió

− Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển

− Cánh quạt (Blades): Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt chuyển động và quay

− Bộ hãm (Brakes): Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ

Bộ điều khiển khởi động động cơ với tốc độ gió từ 2m/s đến 3m/s và tắt động cơ khi tốc độ gió đạt khoảng 25m/s, nhằm tránh tình trạng quá nhiệt cho các máy phát.

Hộp số (Gear box) là bộ phận quan trọng trong hệ thống máy phát điện, kết nối bánh răng với trục tốc độ thấp và trục tốc độ cao, giúp tăng tốc độ quay từ 30-60 vòng/phút lên 1200-1500 vòng/phút Tốc độ quay này là yêu cầu thiết yếu để sản xuất điện hiệu quả Tuy nhiên, bộ bánh răng này có chi phí cao và là một phần không thể thiếu của động cơ và tuabin gió.

Hiện nay, trên thế giới có hai công nghệ phổ biến trong lĩnh vực truyền động là hộp số và không có hộp số Các hãng sản xuất thiết bị lựa chọn và chế tạo công nghệ dựa trên những ưu điểm và bí quyết riêng của mình.

• Loại có hộp số: dùng cho máy phát bình thường (chuyển đổi vòng quay lên, tùy thuộc thiết kế có số cặp cực)

Máy phát không có hộp số sử dụng nam châm vĩnh cửu để kích từ, với trục rotor truyền động trực tiếp đến trục máy phát Tốc độ vòng quay của máy phát phụ thuộc vào thiết kế số cặp cực; số cực càng lớn thì tốc độ vòng quay càng thấp.

Máy phát điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học từ rotor thành năng lượng điện Trong các tua bin, thường sử dụng cả máy phát đồng bộ và không đồng bộ Đối với các tua bin có công suất từ vài trăm kW đến vài MW, máy phát thường cung cấp dòng điện 3 pha AC với điện áp từ 400V đến 1000V.

− Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao (High-speed shaft)

− Trục quay tốc độ thấp (Low-speed shaft)

Vỏ (Nacelle) của tuabin gió bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, được đặt trên đỉnh trụ và chứa các bộ phận quan trọng như hộp số, trục truyền động tốc độ cao và thấp, máy phát, bộ điều khiển và bộ hãm Vỏ bọc ngoài không chỉ bảo vệ các thành phần bên trong mà còn được thiết kế đủ rộng để kỹ thuật viên có thể đứng bên trong khi thực hiện công việc bảo trì.

− Bước răng (Pitch):Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

− Hub: 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

Trong tuabin gió có hộp số, Hub kết nối trực tiếp với trục hộp số quay chậm để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng quay, từ đó tạo ra điện.

• Trong tường hợp tuabin gió có bộ truyền động trực tiếp, Hub sẽ truyền năng lượng đến máy phát vòng ngay lập tức

Rotor là thiết bị kết hợp với cánh quạt để sản xuất điện năng Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc nâng, khi gió đi qua dưới cánh quạt tạo ra áp suất cao, đồng thời phía trên cánh quạt cũng tạo ra lực kép khiến rotor quay.

Giới thiệu chung về các loại máy phát điện dùng phát điện gió

Máy điện một chiều có cấu tạo gần giống với máy điện xoay chiều rotor dây quấn, bao gồm: stator, rotor, cổ góp và chổi than

Hình 2.24 Cấu tạo và các thành phần của máy điện một chiều Phần tĩnh (Stator)

• Stator, còn gọi là phần cảm, gồn có lõi thép làm bằng thép đúc là mạch từ và dây quấn

• Trên stator có các cực từ chính và phụ, thường có kết cấu dạng cực lồi Các cực từ được quấn dây quấn kích từ

• Rotor, được gọi là phần ứng gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng

• Lõi thép phần ứng hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện, có rãnh để đặt dây quấn phần ứng

• Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với

2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của phần tử đặt trong 2 rãnh dưới 2 cực khác tên

Hình 2.25 Cấu trúc stator và rotor trong máy điện một chiều

Cổ góp và chổi điện

• Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện với nhau, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor

• Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphít, các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo, giá đỡ chổi than được gắn trên vỏ máy

Hình 2.26 Cổ góp và chổi than

2.3.1.2 Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều hoạt động theo nguyên lý mà trong đó dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử kết nối với hai phiến đổi chiều, như được thể hiện trong Hình 2.27.

Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt qua từ trường, tạo ra sức điện động Chiều sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, với từ trường hướng từ cực N đến S Khi phần ứng quay ngược chiều kim đồng hồ, sức điện động ở thanh dẫn phía trên có chiều từ b đến a, trong khi ở thanh dẫn phía dưới, chiều sức điện động từ d đến c Sức điện động tổng cộng bằng hai lần sức điện động của một thanh dẫn Nếu kết nối hai chổi than A và B với tải, sẽ có dòng điện chạy qua tải, với điện áp dương tại chổi A và điện áp âm tại chổi B.

Hình 2.27 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab ở cực

S, thanh cd ở cực N, sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều Nhờ có chổi than đứng yên, chổi than A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B nối với phiến góp phía dưới, nên chiều dòng điện mạch ngoài không đổi Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A, cực âm ở chổi B

Để đạt được điện áp lớn và giảm hiện tượng đập mạch, máy cần có nhiều phần tử và nhiều phiến đổi chiều Trong chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sức điện động phần ứng Eư, và phương trình cân bằng điện áp được thiết lập để mô tả mối quan hệ này.

Điện áp đầu cực máy (U) được xác định bằng công thức U = Eư - RưIư, trong đó Eư là sức điện động phần ứng, Rư là điện trở của dây quấn phần ứng, và RưIư là điện áp rơi trong dây quấn phần ứng.

Hình 2.28 Điện áp đầu cực máy phát điện một chiều 2.3.1.3 Phân loại máy điện DC

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, người ta chia máy điện một chiều ra các loại sau:

• Máy điện một chiều kích từ độc lập: dòng điện kích từ của máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng của máy (hình 2.29a)

• Máy điện một chiều kích từ song song: dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng (hình 2.29b)

• Máy điện một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ nối tiếp với mạch phần ứng (hình 2.29c)

Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp bao gồm hai loại dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp Trong cấu trúc này, dây quấn kích từ song song thường chiếm ưu thế.

Hình 2.29 Các phương pháp cung cấp dòng kích từ trong máy điện một a) Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ máy phát điện kích từ độc lập vẽ trên hình 2.30a

Phương trình cân bằng điện áp:

• 𝑅 ư là điện trở dây quấn phần ứng

• 𝑅 𝑘𝑡 là điện trở dây quấn kích từ

Điện trở điều chỉnh 𝑅 đ𝑐 ảnh hưởng đến đường đặc tính ngoài 𝑈 = 𝑓(𝐼) khi tốc độ và dòng điện kích từ không thay đổi, như thể hiện trong hình 2.30b Khi tải tăng, điện áp giảm khoảng 8 – 10% so với điện áp khi không tải Để duy trì điện áp máy phát ổn định, cần tăng dòng điện kích từ Đường đặc tính điều chỉnh 𝑈 𝑘𝑡 = 𝑓(𝐼) được vẽ trong hình 2.30c khi giữ điện áp và tốc độ không đổi.

Hình 2.30 Sơ đồ và đặc tính máy phát điện một chiều kích từ độc lập b) Máy phát điện kích từ song song

Sơ đồ máy phát điện kích từ song song được vẽ trên hình 2.31a

Phương trình dòng điện: 𝐼 ư = 𝐼 + 𝐼 𝑘𝑡 (2.26) Phương trình cân bằng điện áp:

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng và điện áp rơi trên phần ứng cũng tăng, dẫn đến sự gia tăng phản ứng phần ứng Ở máy phát điện kích từ song song, sự giảm điện áp U giữa hai đầu cực không chỉ do hai nguyên nhân đã nêu ở máy phát điện kích từ độc lập, mà còn do dòng điện kích từ giảm theo, làm giảm từ thông và sức điện động Do đó, đường đặc tính ngoài của máy phát điện kích từ song song dốc hơn và có hình dạng khác biệt Để điều chỉnh điện áp, cần điều chỉnh dòng điện kích từ, với đường đặc tính điều chỉnh 𝐼 𝑘𝑡 = 𝑓(𝐼) khi U và tốc độ không đổi.

2.3.2 Máy phát điện AC đồng bộ 1 pha và 3 pha

Máy điện xoay chiều đồng bộ là loại máy có tốc độ quay rotor n bằng tốc độ quay của từ trường n1 Thiết bị này gồm hai dây quấn: dây quấn stator kết nối với lưới điện có tần số f ổn định, trong khi dây quấn rotor được kích thích bằng dòng điện một chiều Khi hoạt động ở chế độ xác lập, tốc độ quay của rotor trong máy điện đồng bộ luôn giữ không đổi, ngay cả khi tải thay đổi.

• Stator của máy đồng bộ giống như stator của máy không đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là lõi thép stator và dây quấn 3 pha

• Dây quấn stator gọi là dây quấn phần ứng

Hình 2.32 Stator của máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ bao gồm các cực từ và dây quấn kích từ, tạo ra từ trường cần thiết cho hoạt động của máy Đối với các máy có công suất nhỏ, rotor thường sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường.

Có hai loại rotor: rotor cực ẩn và rotor cực lồi

• Rotor cực lồi dùng cho các máy tốc độ thấp, có nhiều đôi cực, dây quấn kích từ được quấn xung quanh thân từ cực

• Rotor cực ẩn thường dùng cho máy tốc độ cao 3000 v/ph, có một đội cực, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh

Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với 2 vòng trượt ở đầu trục, thông qua 2 chổi than để nối với nguồn kích từ

• Vỏ máy, nắp máy và cánh quạt làm mát

Phần kích từ trong máy phát điện có nhiệm vụ tạo ra dòng điện một chiều, cung cấp cho dây quấn phần cảm nhằm tạo ra từ thông Đối với các máy phát điện xoay chiều công suất lớn, phần kích từ thường là một máy phát điện một chiều, được gọi là máy kích từ, và được lắp đặt trên cùng trục với máy phát xoay chiều.

2.3.2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Hình 2.33 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Phần cảm khi có dòng điện một chiều kích thích tạo thành một nam châm 2 cực (N và S) quay với tộc độ n vòng/phút

Khi phần cảm quay, từ thông quét qua các cuộn dây phần ứng, tạo ra sự biến đổi từ thông theo chu kỳ Sự biến đổi này dẫn đến sự xuất hiện các sức điện động cảm ứng eA, eB, eC trong các cuộn dây Do các cuộn dây lệch nhau 120 độ, các sức điện động sẽ lệch pha 120 độ, tương ứng với 1/3 chu kỳ, hình thành hệ thống sức điện động 3 pha.

Trị số hiệu dụng của các sức điện động:

60 là tần số của sức điện động

• W là số vòng dây của một cuộn dây một pha

• 𝜙 𝑚𝑎𝑥 là từ thông cực đại dưới một cực của phần cảm

• k là hệ số quấn dây

Hình 2.34 Sơ đồ mạch điện của máy phát điện đồng bộ

Nếu 3 cuộn dây của phần ứng nối hình Y, nối phụ tải vào A-B-C sẽ có dòng điện 3 pha chạy trong các cuộn dây rồi chạy ra phụ tải Đây là hệ thống điện xoay chiều 3 pha của phần ứng Tần số của dòng điện cũng bằng tần số của sức điện động và lệch pha nhau 1/3 chu kỳ

Từ trường do dòng điện 3 pha của phần ứng sinh ra là một từ trường quay với tốc độ 𝑛 0 = 60𝑓

𝑝 bằng tốc độ quay của phần cảm nên máy phát điện này gọi là máy phát điện đồng bộ

2.3.2.3 Đặc tính của máy phát điện đồng bộ :

Đặc tính ngoài của máy phát điện thể hiện mối quan hệ giữa điện áp U trên cực máy phát và dòng tải I khi tính chất tải không đổi (cosϕt = const), cùng với tần số và dòng điện kích từ không thay đổi Điện áp của máy phát phụ thuộc vào dòng điện và đặc tính của tải Độ biến thiên điện áp đầu cực của máy phát khi hoạt động ở mức định mức so với khi không tải được xác định rõ ràng.

𝑈 đ𝑚 × 100% (2.30) Độ biến thiên điện áp U% của máy phát đồng bộ có thể đạt đến vài chục phân trăm vì Xđb khá lớn

• Đặc tính điều chỉnh Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải khi điện áp U không đổi bằng định mức

Phần lớn các máy điện đồng bộ có bộ tự động điều chỉnh dòng kích từ giữ cho điện áp không đổi

2.3.3 Máy phát điện AC không đồng bộ

Cấu tạo của máy điện không đồng bộ (hình 2.35) gồm hai bộ phận chính là stator và rotor; ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy, bảng đấu dây

Hình 2.35 Cấu tạo của máy điện không đồng bộ

Gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn stator

Lõi thép stator hình trụ được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện có rãnh dập bên trong, ghép lại để tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép này được ép chặt vào vỏ máy, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất hoạt động cao.

• Dây quấn stator làm bằng dây dẫn có bọc cách điện

Hình 2.36 Kết cấu Stator không có dây quấn Hình 2.37 Lá thép Stator

Gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

• Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện có dập rãnh ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục

• Dây quấn rotor: có 2 kiểu rotor dây quấn và rotor ngắn mạch (còn gọi là rotor lồng sóc)

Hình 2.38 Rotor lồng sóc Hình 2.39 Lá thép của rotor dây quấn

• Vỏ máy thường được đúc bằng nhôm hoặc bằng gang

• Chổi than và vành trượt để nối dây quấn rotor với điện trở bên ngoài (đối với máy loại rotor dây quấn)

Hình 2.40 Cấu tạo Rotor dây quấn Hình 2.41 Hình dạng bên ngoài của động cơ không đồng bộ

Hình 2.42 Rotor dây quấn và ký hiệu máy điện rotor dây quấn 2.3.3.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ

Nếu stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rotor không nối với tải mà nối với một động cơ sơ cấp

Nguyên lý làm việc của máy phát điện gió đang vận hanh hiện nay

Có 4 loại máy phát điện gió:

Loại 1: Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc

Hình 2.43 Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc Loại 2: Máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn

Hình 2.44 Máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn Loại 3: Máy phát điện không đồng bộ 2 nguồn DFIG

Hình 2.45 Máy phát điện không đồng bộ 2 nguồn DFIG

Loại 4: Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Hình 2.46 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Máy phát 2 tầng cánh có cấu trúc với hai tầng cánh quay ngược chiều nhau, giúp tối ưu hóa công suất từ luồng gió để chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng Thiết kế của máy phát 2 tầng cánh thường được chia thành ba dạng chính.

• Loại 1: Tuabin gió 2 tầng cánh sử dụng để kéo 2 máy phát điện khác nhau

Tuabin gió 2 tầng cánh sử dụng hai phần độc lập của máy phát, bao gồm rotor và stator, để tạo ra hai rotor độc lập ngược chiều, được gọi là rotor 1 và rotor 2 Thiết kế này giúp tăng cường khả năng biến đổi 𝑑𝜙, tối ưu hóa hiệu suất năng lượng từ gió.

𝑑𝑡 để tăng sức điện động 𝐸

Tuabin gió 2 tầng cánh đồng trục với chiều quay khác nhau tác động lên bánh răng thứ 3, giúp tăng cường mô-men cho trục bánh răng kết hợp với hộp số.

Nhóm chúng tôi chỉ nghiên cứu loại 2 và loại 3

PHÁT ĐIỆN GIÓ TĂNG ĐỘ BIẾN THIÊN TỪ THÔNG

THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TĂNG ĐỘ BIẾN THIÊN TỪ THÔNG 𝒅𝝓 𝒅𝒕

Kháo sát thử nghiệm mô hình máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông dϕ

3.1.2 Nguyên lý vận hành 2 tầng cánh của máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông 𝒅𝝓

Khi cánh gió 1 quay sẽ quay trục rotor 1 mang phần ứng máy phát DC

 Máy phát làm việc với tốc độ n1 và moment M1 do cánh 1 cung cấp

Khi cánh 2 quay thì cánh 2 tác động lên trục quay 2, làm phần cảm nam châm vĩnh cửu quay nên sẽ cung cấp tốc độ n2 và moment M2 cho máy phát

Khi cả hai cánh quạt hoạt động, chúng quay ngược chiều nhau với cấu tạo độc lập, tạo ra tốc độ quay và mô men tác động tổng hợp từ hai thành phần M1 và M2 Sự kết hợp này tạo ra tốc độ tác dụng tổng n (gồm n1 và n2), từ đó phát sinh sức điện động E tổng hợp cao hơn so với khi chỉ sử dụng một cánh quạt, theo đường đặc tính không tải và đặc tính tải của máy phát DC.

3.2 Khảo sát thử nghiệm mô hình máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông 𝒅𝝓

3.2.1 Quy trình khảo sát thử nghiệm mô hình máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông 𝒅𝝓

Máy phát điện gió sẽ được lắp đặt trước ống tạo gió, bao gồm động cơ tạo gió và cảm biến đo tốc độ gió.

Để điều khiển tốc độ quay của động cơ tạo gió, cần sử dụng bộ biến tần, với các thành phần như được mô tả trong hình 3.11 Hình 3.9 minh họa động cơ tạo gió, trong khi hình 3.10 cho thấy cảm biến đo tốc độ gió.

Để khảo sát và vẽ đặc tính tải của máy phát điện gió, nhóm đã sử dụng bộ bảng dây điện trở lắp đặt phía dưới ống tạo gió Tuy nhiên, bảng điện trở này không đủ để máy phát đạt công suất lý tưởng, vì vậy nhóm đã sử dụng thêm bộ biến trở có giá trị lớn hơn để tăng công suất cho máy phát và khai thác toàn bộ phạm vi của đường đặc tính.

Bên cạnh đó, để đo tốc độ máy phát cần có thêm đồng hồ đo tốc độ như hình 3.13

Hình 3.12 Bộ biến trở Hình 3.13 Đồng hồ đo tốc độ

Máy phát điện gió sẽ được nối với các thành phần trên theo sơ đồ hình 3.14:

Hình 3.14 Sơ đồ khảo sát đặc tuyến tuabin gió

Hình 3.15 Các thành phần được nối theo sơ đồ

Quy trình lấy số liệu bắt đầu bằng việc khởi động động cơ tạo gió qua biến tần với tốc độ tăng dần đến một tốc độ gió xác định Khi máy phát hoạt động, sẽ sinh ra sức điện động không tải Tiếp theo, kết nối nguồn máy phát vào tải trở theo sơ đồ hình 3.14, cho phép thay đổi giá trị điện trở Kết quả điện áp (U) và dòng điện (I) trên tải được ghi nhận qua thiết bị đo, đồng thời đọc tốc độ tương ứng trên đồng hồ đo tốc độ.

Xác định công suất tải là bước đầu tiên để vẽ đặc tính công suất tải của máy phát tương ứng với tốc độ gió Tiếp theo, cần thay đổi các mức độ gió và lập lại quá trình này để thu được các đường đặc tính cho từng mức gió khác nhau Kết quả là chúng ta có đường đặc tính tải Pmax của máy phát, thể hiện mối quan hệ giữa công suất tối đa và tốc độ gió.

3.2.2 Kết quả khảo sát thử nghiệm mô hình máy phát điện gió tăng độ biến thiên từ thông 𝒅𝝓

3.2.2.1 Kết quả khảo sát 1 cánh

Dưới đây là số liệu thu thập từ máy phát điện gió khi được gắn một cánh quạt, với luồng gió có tốc độ lần lượt là 20km/h, 25km/h và 30km/h.

Bảng 3.1 Số liệu thu được khi gắn 1 cánh quạt với vận tốc gió là 20km/h

Giá trị điện trở (Ohm)

Tốc độ cánh ( RPM ) Áp trên tải (V)

Hình 3.16 Đồ thị đặc tính tải 1 cánh khi gió 20km/h Bảng 3.2 Số liệu thu được khi gắn 1 cánh quạt với vận tốc gió là 25km/h

Tốc độ cánh ( RPM ) Áp trên tải (V)

Hình 3.17 Đồ thị đặc tính tải 1 cánh khi gió 25km/h

Tốc độ máy phát (rpm) Đặc tính tải 1 cánh khi gió 20km/h

Sau khi thu thập số liệu về tốc độ gió, chúng ta tiến hành so sánh các đồ thị và vẽ đường đặc tính tải Pmax dựa trên tốc độ gió và tốc độ máy phát Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các giá trị công suất lớn nhất mà máy phát tạo ra từ các số liệu đã được thu thập.

Bảng 3.4 Công suất lớn nhất theo tốc độ gió khi gắn 1 cánh quạt

Bảng 3.5 Công suất lớn nhất theo tốc độ máy phát khi gắn 1 cánh quạt

Tốc độ cánh (rpm) P max (mW)

Tốc độ cánh ( RPM ) Áp trên tải (V) Dòng trên tải (mA)

Hình 3.19 So sánh đặc tính tải công suất 1 cánh khi tốc độ gió thay đổi

Hình 3.20 Đồ thị đặc tính tải P max máy phát 1 cánh theo tốc độ gió

Hình 3.21 Đồ thị đặc tính tải P max máy phát 1 cánh theo tốc độ máy phát

Tốc độ máy phát (rpm)

So sánh đặc tính tải công suất 1 cánh khi tốc độ gió thay đổi

Tốc độ gió (km/h) Đặc tính tải P max máy phát

1 cánh theo tốc độ gió

Tốc độ máy phát (rpm) Đặc tính tải P max máy phát

1 cánh theo tốc độ máy phát

3.2.2.2 Kết quả khảo sát 2 cánh

Dưới đây là số liệu thu thập từ máy phát điện gió với hai cánh quạt khi được cung cấp luồng gió có tốc độ 20km/h, 25km/h và 30km/h Tốc độ của cánh quạt được thể hiện trên đồ thị là tổng tốc độ của cả hai cánh quạt, tức là n1 + n2 = n.

Tốc độ cánh N2 (RPM) Áp trên tải (V)

Dòng trên tải (mA) Tổng N

Sau khi thu thập dữ liệu về tốc độ gió ở từng cấp độ, chúng ta tiến hành so sánh tương tự như khi phân tích máy phát điện gió có một cánh quạt.

Hình 3.25 So sánh đặc tính tải công suất 2 cánh khi tốc độ gió thay đổi

Bảng 3.9 Công suất lớn nhất theo tốc độ gió khi gắn 2 cánh quạt

Bảng 3.10 Công suất lớn nhất theo tốc độ máy phát khi gắn 2 cánh quạt

Tốc độ cánh (rpm) P max (mW)

Hình 3.26 Đồ thị đặc tính tải P máy phát 2 cánh theo tốc độ gió

So sánh đặc tính tải công suất 2 cánh khi tốc độ gió thay đổi

Tốc độ gió (km/h) Đặc tính tải P max máy phát 2 cánh theo tốc độ gió

Hình 3.27 Đồ thị đặc tính tải P max máy phát 2 cánh theo tốc độ máy phát

Sau đó ta so sánh 2 đường đặc tính tải Pmax máy phát của 2 cánh với 2 đường đặc tính tải Pmax máy phát của 1 cánh đã vẽ trước đó

Theo bài báo “Công nghệ mới của điện gió: [Kỳ 1]: Tổng quan tuabin 2 tầng cánh, 9 cánh quạt”, tuabin gió 2 tầng cánh mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với tuabin 1 tầng cánh, đặc biệt là trong hiệu suất hoạt động của máy phát điện gió 1MW Biểu đồ tải cho thấy rõ sự khác biệt về hiệu quả giữa hai loại tuabin này, với tuabin 2 tầng cánh cho phép tối ưu hóa năng lượng gió, nâng cao khả năng phát điện và giảm thiểu chi phí vận hành.

1 tầng cánh ứng với các cấp độ gió từ 1m/s đến 60m/s tương ứng với 3,6 km/h đến

Hình 3.28 So sánh đường đặc tính công suất của 2 loại tua bin gió 1MW [4]

Tốc độ máy phát (rpm) Đặc tính tải P max máy phát 2 cánh theo tốc độ máy phát

Với mô hình khảo sát 2 tầng cánh và 1 tầng cánh của máy phát biến đổi 𝑑𝜙

𝑑𝑡 này, chúng tôi thu được kết quả khi so sánh đường đặc tính tải Pmax 1 cánh với 2 cánh P=f(V) như hình 3.29 và hình 3.30

Hình 3.29 So sánh đường đặc tính tải công suất P max 1 cánh với 2 cánh P=f(v)

Đặc tuyến thí nghiệm chỉ phản ánh một phần của đặc tuyến trong bài báo công bố, do điều kiện phòng thí nghiệm không đạt được tốc độ gió cao (35 km/h là mức tối đa và nếu duy trì lâu, biến tần bảo vệ sẽ dừng hoạt động) Hơn nữa, máy phát DC thí nghiệm có công suất nhỏ và cấu tạo tốc độ cao, nên chỉ có thể thử nghiệm trong khoảng tốc độ gió từ 4 m/s đến 9 m/s, tương ứng với 14 km/h đến 32 km/h.

Tỷ số tăng hiệu suất giữa hai cánh quạt so với một cánh quạt cho thấy sự cải thiện đáng kể Trong vùng gió từ 4 m/s đến 9 m/s (tương đương 14 km/h đến 32 km/h), công suất có thể tăng từ 3 đến 6 lần nhờ vào tác động hiệu quả của gió trong điều kiện từ thông chưa bão hòa mạch từ.

Tiếp đó, khi so sánh đường đặc tính tải Pmax 1 cánh với 2 cánh P=f(n) ta thu được kết quả:

So sánh đường đặc tính tải P max 1 cánh với 2 cánh

Hình 3.30 so sánh đường đặc tính tải công suất P max của 1 cánh với 2 cánh, cho thấy rằng khi sử dụng 2 tầng cánh, tốc độ biến thiên của 𝑑𝜙 tăng lên.

𝑑𝑡 lớn hơn nên đặc tính như sự nối tiếp của đặc tính phát điện có tải của máy phát DC

So sánh đường đặc tính tải P max 1 cánh với 2 cánh

PHÁT ĐIỆN GIÓ TĂNG MÔ-MEN TÁC DỤNG CHO MÁY PHÁT

THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TĂNG MÔ-MEN TÁC DỤNG CHO MÁY PHÁT

Tiêu đề	Khảo Sát, Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Thí Nghiệm Gió 2 Tầng Cánh
Tác giả	Phạm Minh Thy, Nguyễn Thế Trung
Người hướng dẫn	PGS. TS Trương Việt Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Thể loại	đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	6,18 MB