Thiết kế, chế tạo Modul tự động điêu khiển đèn chiếu sáng sử dụng bằng máy phát năng lượng gió

Hiện nay ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung nhu cầu về năng lượng điện ngày một tăng cao trong đó các nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện nhiệt điện… là các dạng năng lượng đang ngày càng cạn kiệt và gây mất cân bằng sinh thái ô nhiễm môi trường. Nguồn điện năng khai thác từ các nhà máy nguyên tử có chi phí lớn và cũng tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn. Bởi vậy việc sử dụng nguồn năng lượng sạch có khả năng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời là một xu hướng đang được phát triển mạnh trên thế giới.Tuy nhiên nguồn năng lượng mặt trời cũng đang trong giai đoạn phát triển và mới chỉ được thực hiện với công suất nhỏ.Do vậy việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo từ gió đang ngày càng được phát triển ở nhiều quốc gia trên toàn cầu.Với nhu cầu trên, em đã được giao đề tài :“ Thiết kế, chế tạo module tự động điều khiển đèn chiếu sáng sử dụng máy phát năng lượng gió ’’ , em mong muốn đóng góp 1 phần nào trong việc đẩy mạnh thiết kế, chế tạo nguồn năng lượng nước ta. Nội dung đồ án gồm các Chương :Chương 1 : Tổng quan về năng lượng mặt trờiChương2 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tuabin gióChương 3 : Thiết kế module điều khiển

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPNGÀNH ĐÀO TẠO : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHUYÊN NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODUL TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU

SÁNG SỬ DỤNG BẰNG MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓ

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Viết Ngư

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Lương Hoàng Hải

Bùi Đình Quỳnh

Lớp : Điện – K3

Đơn vị : Khoa Điện – Điện Tử

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU……… … 3

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ……… … 4

1.Tính cấp thiết của đề tài……….4

2 Năng lượng gió……… 5

3 Sử dụng năng lượng gió 6

4 Tình hình năng lượng gió trên thế giới và việt nam……… 7

5 Những thuận lợi và khó khăn……… …… 12

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓ ……… 14

1 cấu tạo……… …… 14

2 Nguyên lý hoạt động của Tua-bin gió……… 15

3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đầu ra của Tua-bin gió….16 3.1 sức gió……… 16

3.2 Độ cao……… …… 17

3.3 Độ cản gió……… …… 17

3.4 Động lực học Cánh quạt……… …… 17

3.5 Nhiệt độ không khí……… …….….17

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN.18 1 Mạch nguồn……….… 18

3 Mạch điều khiển sạc điện cho Pin……… 18

2 Phân tích lựa chọn bộ vi xử lý……… ….20

Các bộ xử lý thường dùng……… ….… 20

Vi điều khiển AVR……….………….…21

Vi điều khiển atmega8……….…… 23

4 Mạch điều khiển đóng cắt cho đèn chiếu sáng……… 38

5 Chương trình điều khiển……… …… 39

KẾT LUẬN ……… ……… 43

KIẾN NGHỊ……….44

LỜI CẢM ƠN……… ……… 45

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung nhu cầu vềnăng lượng điện ngày một tăng cao trong đó các nhà máy điện sử dụngnguồn năng lượng truyền thống như thủy điện nhiệt điện… là các dạngnăng lượng đang ngày càng cạn kiệt và gây mất cân bằng sinh thái ônhiễm môi trường Nguồn điện năng khai thác từ các nhà máy nguyên tử

có chi phí lớn và cũng tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn Bởi vậy việc sửdụng nguồn năng lượng sạch có khả năng tái tạo như năng lượng gió, nănglượng mặt trời là một xu hướng đang được phát triển mạnh trên thếgiới.Tuy nhiên nguồn năng lượng mặt trời cũng đang trong giai đoạn pháttriển và mới chỉ được thực hiện với công suất nhỏ.Do vậy việc sử dụngnguồn năng lượng tái tạo từ gió đang ngày càng được phát triển ở nhiềuquốc gia trên toàn cầu

Với nhu cầu trên, em đã được giao đề tài :“ Thiết kế, chế tạo

module tự động điều khiển đèn chiếu sáng sử dụng máy phát năng lượng gió ’’ , em mong muốn đóng góp 1 phần nào trong việc đẩy mạnh

thiết kế, chế tạo nguồn năng lượng nước ta

*Nội dung đồ án gồm các Chương :

Chương 1 : Tổng quan về năng lượng mặt trời

Chương2 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tua-bin gió

Chương 3 : Thiết kế module điều khiển

Hà nội, ngày 15 tháng 6 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lương Hoàng Hải

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.Tính cấp thiết của đề tài

Thế kỷ 20 đã trải qua với tiến độ vượt bậc của loài người Một thế kỷtrong đó con người đã làm nên những điều kỳ diệu, phát minh ra vô vàn nhữngcông cụ máy moc giúp con người nâng cao năng suất lao động, giúp đáp ứngnhu cầu của con người Nhưng bên cạnh phát triển và tiến độ đps thì con ngườiphải đối mặt với những mặt trái của sự phát triển không bền vững của kinh tếthế giới Môi trường bị hủy hoại, tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt, áp lực côngviệc ngày càng lớn Trong thế kỷ 21 con người phải đối diện với một loạt cácthách thức mang tính toàn cầu, chăng hạn như : năng lượng, môi trường bị hủyhoại, bùng nổ dân số, chiến tranh, y tế, v.v… Trong đó vấn đề năng lượng vẫnđược xem là quan nhất và cấp thiết nhất Năng lượng hóa thạch ngày càng cạnkiệt, tranh chấp lãnh thổ tạo ảnh hưởng để duy trì nguồn cung cấp năng lượng làmối đe dọa tiềm ẩn nguy cơ xung đột Năng lượng hóa thạch không đủ cung cấpcho cỗ máy kinh tế thế giới đang ngày càng phình to làm kinh tế trì trệ dẫn đếnnhững cuộc khủng hoảng và suy thoái kinh tế Chúng ta những con người thế

kỷ 21 phải thực hiện một loạt những hành động quan trọng để tìm ra nguồnnăng lượng có thể thay thế cho năng lượng hóa thạch để đáp ứng cho nhu cầucủa toàn thế giới Hàng loạt các năng lượng mới hứa hẹn trong thế kỷ 21 nàynhư : năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượngsinh khối và nhiều nguồn năng lượng khác… Bằng những tiến bộ khoa học kỹthuật và xu hướng tất yếu các năng lượng tái sinh đang được nghiên cứu và sửdụng ngày càng nhiều Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượngtái sinh quan trọng nhất đang được và sẽ đóng góp ngày càng lớn vào sản lượngnăng lượng thế giới

Cách đây nhiều thế kỷ, con người đã biết tận dụng năng lượng gió phục

vụ lợi ích cho nhân loại, đó là những thuyền buồm lướt sóng vượt đại dương vàcối xay gió hoạt động từ ngày này qua tháng khác để thay thế sức người Cuối

thế kỷ 19, máy phát điện sức gió đầu tiên trên thế giới ra đời những công suấtcòn quá nhỏ.

Gió là nguồn năng lượng sạch và vô cùng lớn, theo ước tính của các nhàkhoa học, hang năm trái đất nhận được 1x1013 kWh năng lượng từ gió.Nếuchúng ta chỉ cần thu được vài trăm phần trăm (%) năng lượng này cũng có thểthỏa mãn cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của nhân loại Việc sử dụng nănglượng mới và tái tạo trong đó năng lượng gió được nhiều nước quan tâm, đặcbiệt ở các nước công nghiệp tiên tiến lại có năng lượng ổn định

2 Năng lượng gió

 Khái niệm

Gió là một dạng năng lượng của mặt trời Gió được sinh ra là do nguyênnhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sựkhông đồng đều trên bề mặt trái đất Luồng gió thay đổi tùy thuộc vào địa hìnhtrái đất, luồng nước, cây cối Con người sử dụng năng lượng gió cho nhiều mụcđích như: đi thuyền, thả diều, phát điện

 Sự hình thành năng lượng gió

Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho bầukhí quyển, nước và không khí nóng không đồng đều Một nử bề mặt của tráiđất, ban đêm, bị che khuất không nhận bức xạ mặt trời và thêm vào đó là bức xạmặt trời gần xích đạo nhiều hơn các cực, đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vìthế có sự khác nhau về áp suất mà không khí ở xích đạo và hai cực, cũng nhưkhông khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của trái đất di động tạo thành gió.Trái đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quaycủa trái đất nghiêng đi nên cũng tạo không khí theo mùa

Do bị ảnh hưởng của hiệu ứng Coriolis được tạo thành từ sự quanh trụccủa trái đất nên không khí đi từ vùng áp cao đến áp thấp không chuyển độngnăng thắng mà tạo thành các cơn gió xoáy khác nhau từ Bắc bán cầu về Nambán cầu

Ngoài các yếu tố có tính toàn cầu trên gió cũng ảnh hưởng bởi từng địahình của từng địa phương Do nước và đất có nhiệt dung khác nhau nên do banngày đất nóng nhanh hơn nước, tạo nên sự khác biệt về áp suất và vì thế có gióthổi từ biển hay sông, hồ vào đất liền Vào ban đêm nước nguội đi nhanh hơn

và hiệu ứng này có chiều ngược lại

3 Sử dụng năng lượng gió

Năng lượng gió đã được sử dụng hàng trăm năm nay Con người đã dùngnăng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu Ngoài ra nănglượng gió còn được sử dụng tạo động cơ học để làm quay cối xay gió hay điệnnăng tua-bin gió, xe chạy bằng năng lượng gió

“Tháp quyền lực’’ sử dụng năng lượng gió tại Đài Loan

Hình 1.1 Một số hình ảnh hệ thống sử dụng năng lượng gió

4 Tình hình năng lượng gió trên thế giới và việt nam

 Tình hình năng lượng gió trên thế giới

Cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21 này vấn đè về nguồn năng lượng cungcấp cần phải xem xét lại: hiện nay nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn dần,đồng thời vấn đề gây ô nhiễm mô trường do việc đốt nhiên liệu hóa thạch càngtrở nên trầm trọng Vấn đề năng lượng sạch đang được quan tâm nhiều và làmột sự lựa chọn cho ngành năng lượng thay thế trong tương lai Nguồn nănglượng sạch đang được quan tâm như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, nănglượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều Tất cả nhữngnăng lượng sạch này sẽ góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc sống nhân loại vàcải thiện môi trường Các hệ thống năng lượng này được xem như là một sự lựachọn thay thế cho các hệ thống cung cấp từ lưới điện quốc gia ở những vùngnông thôn biệt lập, nơi mà việc phát triển lưới điện không khả thi về mặt kinh

tế, trong đó năng lượng gió được xem là nguồn năng lượng dễ khai thác vớicông nghệ đơn giản và chi phí đầu tư và vận hành tương đối thấp

Theo tính toán của các nhà nghiên cứu, năng lượng từ mặt trời đến tráiđất khoảng 173.000 tỉ KW còn năng lượng gió ước tính 3.500 tỉ KW Trên toàn

bộ bề mặt hành tinh của chúng ta, năng lượng có thể khai thác được từ gió lớnhơn năng lượng toàn bộ các dòng sông trên trái đất từ 10 đến 20 lần

Năng lượng gió đã được khai thác và ứng dụng từ rất lâu dùng để chạybơm nước, thuyền buồm, các cối xay gió đã xuất hiện từ thế kỷ 12 Từ đó đếnnay việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sử dụng năng lượng gió ngày càngphát triển với tốc độ ngày càng nhanh cả về số lượng lẫn chất lượng

Theo thống kê, đến cuối năm 2003 tổng công suất lắp đặt tại các nhà máyphát điện bằng tuabin gió trên thế giới là 39.294 MW, gấp hơn 4 lần tổng côngsuất lắp đặt của các nhà máy điện ở việt nam hiện nay Giá trị này tăng 26% sovới năm 2012 Như vậy việc sử dụng năng lượng gió đã được khoa học chứng

gió được lắp đặt trên thế giới.Nhận thức được tầm quan trọng của năng lượngtái sinh nói chung và năng lượng nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia trênthế giới đang dốc tiền của, nhân lực vào việc nghiê cứu và đưa vào thực tiễnnăng lượng gió, giúp sự căng thẳng năng lượng của các nước.

Hình 1 trình bày công xuất sản xuất từ điện gió trên thế giới trong khoảngthời từ 1996 đến 2008 Tổng lượng công xuất sản xuất trên thế giới vào năm

2009 là 159,2 GW, với 340 TWh năng lượng, xác nhận mức tăng trưởng 31%mỗi năm, một con số khá lớn giữa lúc nền kinh tế toàn cầu đang gặp khó khăn.Theo thống kê trên thế giới: Đức, Tây Ban Nha, Hoa Kỳ, Đan Mạch và Ấn Độ

là những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới Chẳng hạnvào năm 2009, điện gió chiếm 8% tổng số điện sử dụng tại Đức, trong khi đócon số này lên đến 14% ở Ai-Len và 11% tại Tây Ban Nha Hoa kỳ sản xuấtnhiều điện gió nhất trên thế giới với công suất nhảy vọt từ 6 GW vào năm 2004lên đến 35 GW vào năm 2009 và điện gió chiếm 2,4% tổng số điện tiêu dùng.Trung Quốc và Ấn Độ cũng phát triển nhanh về nguồn năng lượng sạch này với22,5 GW (Trung Quốc, 2009) và 25 GW (Ấn Độ, 2009)

Hình 1.2 Công xuất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996 – 2008

Trong số 20 thị trường lớn nhất trên thế giới, riêng ở Châu Âu đã có 13nước với Đức là nước dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lượnggió với khoảng cách xa so với các nước còn lại

Công suất định mức của các nhà máy sản xuất điện gió vào năm 2007 đượcnâng lên 94.112 MW Công suất này được thay đổi dựa trên sức gió qua cácnăm, các nước, các vùng :

Bảng 1.1 : Công suất định mức NLG của các nước trên TG năm 2007

Hình 1.3: Sự phát triển của công xuất điện gió trên thế gới theo khu vực

 Tình hình năng lượng gió ở việt nam

Tốc độ tăng trưởng trung bình của sản lượng điện ở việt nam trong 20 nămtrở lại đây đạt mức rất cao, khoảng 12-13%/năm, tức là gần gấp đôi tốc độ tăngtrưởng GDP của nền kinh tế Chiến lược công nghiệp hóa và duy trì tốc độ tăngtrưởng cao để thực hiện, dân giàu, nước mạnh và thách thức to lớn trong nhữngthập niên tới Để hoàn thành được những trọng trách này, ngành điện phải cókhả năng dự báo nhu cầu về điện năng của nền kinh tế, trên cơ sở đó hoạch định

và phát triển năng lực cung ứng của mình

Bảng dưới đây cung cấp dữ liệu lịch sử của một số biến số ảnh hưởng tớinhu cầu về điện ở việt nam trong những năm qua : Nếu tốc độ phát triển nhucầu điện tiếp tục được duy trì ở mức rất cao 14-15%/năm như mấy năm trở lạiđây thì năm 2010 nhu cầu về điện đạt mức 90.000 GWh, gấp đôi so với năm

2005 Theo dự báo của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam, nếu tốc độ tăngtrưởng GDP trung bình tiếp tục được duy trì ở mức 7,1%/năm thì nhu cầu điệnsản xuất của việt nam vào năm 2020 se là khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030

là 327.000 GWh Trong khi đó, ngay cả khi huy động tối đa các nguồn điệntruyền thống thì sản lượng nội địa của chúng ta cũng chỉ đạt mức tương ứng là165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030) Điều này có nghĩa lànền kinh tế sẽ thiếu hụt điện rất nghiêm trọng, và tỷ lệ thiếu hụt lên đến 20-30%mỗi năm Đứng trước thách thức thiếu hụt điện năng, chúng ta cần tìm ra mộtnguồn năng lượng mới, năng lượng gió

Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, việt nam có mộtthuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió Trong chương trình đánh giánăng lượng cho châu á, Ngân hàng thế giới đã có một khảo sát chi tiết về nănglượng gió ở khu vực Đông Nam Á trong đó có việ nam Theo tính toán vànghiên cứu này, trong bốn nhà được khảo sát thì việt nam thì việt nam có tiềmnăng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào,Campuchia Trong khi việt nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá cótiềm năng từ “ tốt ’’ đến “ rất tốt ’’ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thìdiện tích này ở Thái Lan là 0,2%, ở Lào là 2,9% và ở Campuchia là 0,2%

Tổng điện năng điện gió của việt nam là 513.600 MW tức là bằng hơn 200lần công suất của thủy điện Sơn La và hơn 10 tổng dự báo ngành điện vào năm

2020 Nếu xét theo tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió có cỡ nhỏ phục vụcho phát triển kinh tế ở những vùng khó khăn thì việt nam có đến 41% diện tíchnông thôn có thể phát triển diện tích gió loại nhỏ Nếu so sánh với con số nàyvới nước láng giềng thì Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan có 9% diện

tích nông thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ Đây quả thật là ưu đãi dànhcho viêt nam mà chúng ta chưa nghĩ đến cách tận dụng.

Ngày nay, trước tình hình các nguồn năng lượng truyền thống (dầu mỏ, khíthiên nhiên, than, ) trên thế giới ngày cang khan hiếm, việc khai thác và sửdụng nguồn năng lượng mới (ngoài năng lượng nguyên tử) như năng lượng mặttrời, năng lượng gió đang là những đề tài và những chương trình lớn đối vớicác quốc gia Việt Nam là vùng có tiềm năng lượng gió ở mức thấp, tuy nhiên ởmột số vùng thuộc các hải đảo và ven biển miền Trung lại có tốc độ gió khácao, phù hợp với việc tận dụng để phát điện.Tốc độ gió trung bình của ViệtNam ở độ cao cách mặt đất 30m theo đánh giá là khoảng 4 – 5 m/s ở các vùng

bờ biển Ở vài hòn đảo độ lập đạt ngưỡng 9 m/s phù hợp phát triển năng lượngnày

Từ những năm 80 trở lại đây nhiều nhà khoa học với các công trình nghiêncứu nhằm cung cấp điện cho các hook gia đình vùng sâu vùng xa, hải đảo, nơi

mà lưới điện quốc gia chưa vươn tới Định hướng này đã được đề cập đến năm

2010 của Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam (EVN)

Hiện tại ở việt nam có tất cả 20 dự án điện gió với dự kiến sản xuất 20 GW.Nguồn điện gió này sẽ kết nối với hệ thống lưới điện quốc gia và sẽ được công

bố và quản lý bởi Tổng công ty điện lực việt nam Trong thời gian qua (tháng 4năm 2004), việt nam đã lắp đặt trạm năng lượng gió công suất là 858 KW trênĐảo Bạch Long Vĩ do chính phủ tài trợ và các tổ chức máy được chế tạo bởihãng Technology SA (Tây Ban Nha) Ngoài ra trung tâm năng lượng tái tạo vàthiết bị nhiệt (RECTARE) Đại học bách khoa TP Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên

800 tuabin gió trong hơn 40 tỉnh thành với sự tài trợ hiệp hội việt nam – thụy sĩtập trung nhiều nhất gần nha trang, trong đó có gần 140 tuabin gió đã hoạtđộng Ở Cần Giờ TP Hồ Chí Minh với sự hỗ trợ của Pháp cũng đã lắp đặt được

50 tuabin gió Tuy nhiên những tuabin gió này đều là có công suất nhỏ khoảng

vài KW mức độ thành công không cao vì không được bảo dưỡng thường xuyêntheo đúng yêu cầu.

Tháng 8/2008 Fuhrlaender AG, môt tập đoàn sản xuất tuabin gió hàng đầucủa Đức đã bàn giao 5 tổ máy (cánh quạt gió) sản xuất điện gió đầu tiên cho dự

án điện gió tại Tuy Phong, Bình Thuận với mỗi tổ máy có công suất 1,5 MW(cũng xin ghi nhận nơi đây thời tiết ở Tuy Phong rất khô khan, nhưng có nhiềunắng và gió Tốc độ gió trung bình ở đây là 6,7m/s) Tổ máy đầu tiên được lắpđặt vào tháng 11/2008 và chính thức hoàn thành kết nối vào điện lưới quốc giavào tháng 8/2009

Có thể thấy rằng gió là nguồn năng lượng sạch và kinh tế do thiên nhiên bantặng Tuổi thọ của 1 tua-bin phát điện có thể lên đến 20 – 30 năm, 1 số tua-bingió phát điện được xây dựng cách đây hơn 50 năm vẫn còn hoạt động tốt Việckhai thác tốt nguồn năng lượng này sẽ giúp đa dạng hóa các nguồn phát điện,giảm bớt gánh nặng cho lưới điện vốn dựa vào nguồn năng lượng truyền thống

5 Những thuận lợi và khó khăn

 Những thuận lợi

Năng lượng gió là nhiên liệu sinh ra bởi gió, vì vậy nó là nguồn nhiên liệusạch Năng lượng gió không gây ô nhiễm không khí so với các nhà máy nhiệtđiện dựa vào sự đốt cháy nhiên liệu than hoặc khí gas Năng lượng gió có ởnhiều vùng Do đó nguồn cung cấp năng lượng gió của đất nước thì rất phongphú

Năng lượng gió là một dạng năng lượng có thể tái tạo lại được mà giá cả lạithấp do khoa học tiến tiến ngày nay Khoảng 4 đến 6 cent/kwh Điều đó còn tuỳthuộc vào nguồn gió, tài chính của công trình và đặc điểm của công trình

Tuabin gió có thể xây dựng trên các nông trại, vì vậy đó là một điều kiệnkinh tế cho các vùng nông thôn, là nơi tốt nhất về gió mà có thể tìm thấy.Những người nông dân và các chủ trang trại có thể tiếp tục công việc trên đất

của họ bởi vì tuabin gió chỉ sử dụng một phần nhở đất trồng của họ, chủ đầu tưnăng lượng gió chỉ phải trả tiền bồi thường cho những nông dân và chủ cáctrang trại mà có đất sử dụng việc lắp đặt các tuabin gió.

CHƯƠNG 2 : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT

ĐỘNG CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ

1 Cấu tạo

`Hình 2.1 : Cấu tạo của Tua-bin gió

 Blades : Cánh quạt Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làmcho các cánh quạt chuyển động và quay

 Rotor : Bao gồm các cánh quạt và trục

 Pitch : Bước răng Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ chorotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện

 Brake : Bộ hãm phanh Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấpbằng điện hoặc bằng động cơ

 Low – speed shaft : Trục quay tốc độ thấp

 Gear box : Hộp số Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục cótốc độ cao, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất

ra điện Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ vàtuabin gió

 Máy phát điện : Năng lượng gió từ tua bin gió truyền vào một máy phátđiện qua bộ chuyển tốc , làm máy phát quay phát ra điện Điện tạo ratheo dây dẫn truyền xuống bộ trữ năng

 Controller : Bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độgió

 Anemoneter : Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộđiều khiển

 Wind vane : Chong chóng gió để xử lý hướng gió và liên lạc với Yawdriver (lái xe trượt) để định hướng Tuabin

 Nacelle : Vỏ gồm Roto và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt trên đỉnh trụ.Dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ

 Hight – speed shaft : Trục truyền tốc độ cao

 Yaw driver : Dùng để dữ roto luôn hướng về hướng gió khi có sự thayđổi hướng gió

 Yaw motor : Động cơ cung cấp cho Yaw driver định hướng gió

 Tower : Trụ đỡ Được làm từ thép hình trụ hoặc lưới thép

2 Nguyên lý hoạt động của Tua-bin gió

Hình 2.2 : Nguyên lý hoạt động của Tua-bin

Một cách đơn giản là một tuabin gió làm việc trái ngược với một máyquạt điện, thay vì sử dụng điện để tạo ra gió như quạt điện thì ngược lại tuabingió lại sử dụng gió để tạo ra điện, Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánhquạt quay quanh 1 rotor Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽtruyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện

Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát

ra năng lượng cơ hoặc điện Tuabin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thànhnăng lượng cơ Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thểnhư là bơm nước, hoặc các máy nghiền lương thực, hoặc cho một máy phát cóthể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện

3.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất đầu ra của bin gió

Tua-Hình 2.3 : Hiệu suất của Tua-bin gió phụ thuộc vào 5 yếu tố

3.1 sức gió

Gọi : P = Sức gió

V = Tốc độ gió => P = k.V.F ( với k là hằng số )

F = Lực gió

Nói một cách khác, tốc độ gió càng nhanh, và lực thổi của gió càngmạnh thì năng lượng gió do Tua-bin tạo ra càng lớn Tốc độ gió của cácvùng là khác nhau, do đó chúng ta dễ hiểu được mối liên hệ giữa tốc độgió và năng lượng gió tạo ra bởi Tua-bin.

3.2 Độ cao

Độ cao càng lên cao, tốc độ gió càng lớn, do ảnh hưởng nhiều yếu tố về khí quyển Các điểm cao cũng có ít độ cản của gió hơn từ đồi núi, cây cối và nhà cửa Và tốc độ gió cũng tăng 12% khi khoảng cách từ Tua-bin đến mặt đất tăng 2 lần

Năng lượng của Tua-bin gió sẽ tăng 16% khi nhiệt độ giảm từ +200C

xuống -20 0C với 1 tốc độ gió như nhau Không khí lạnh hơn, thì khối lượngriêng lớn, do đó làm tăng năng lượng gió

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MODULE TỰ

2 Mạch điều khiển nạp điện cho ác quy

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nạp điện cho ác quyMạch điều khiển sử dụng chip ATMega8A, P3 là chân nạp chương trìnhcho chip Các tụ C1,C2,C3,C4,C9 dùng để lọc nguồn, U1 là IC ổn áp 7805 cótác dụng tạo điện áp 5V ổn định cho chip, tụ C10 và C11 để chống nhiễu choxung nhịp thạch anh X1 có giá trị 8MHz để tạo xung nhịp.

Rơ le RL1 có tác dụng tự động chuyển nguồn, dùng nguồn từ má pháthay từ acquy Rơ le RL2 dùng để đóng cắt,điều khiển quá trình sạc pin, cácdiode D1 và D7 dùng để chống dòng điện ngược do cuộn hút rơ le gây ra, cáctranzitor Q1, Q2 dùng để đóng cắt và các điện trở R1, R7 dùng để mở trantương ứng với RL1 và RL2

Diode D8 và điện trở R2 dùng để tạo tín hiệu nhận biết nguồn đang sửdụng là từ máy phát hay từ acquy, các diode D2,D4,D5 để chống dòng điệnchạy ngược

Led D9 để báo hiệu việc sạc acquy, led sáng tức là đang sạc điện trở R4dùng để hạn dòng cho led, cặp hai điện trở R5 và R6 để chia áp từ acquy rồi

Phân tích lựa chọn bộ vi xử lý

 Các bộ xử lý thường dùng

Để điều khiển hệ thống cánh tay robot người ta có thể sử dụng các chip

Vi điều khiển, PLC hay các bo nhúng FPGA

Các bộ vi điều khiển thường được sử dụng trong các hệ thống robot nhỏ,cần sự chính xác hơn là tốc độ Ưu điểm nổi bật của vi điều khiển là giá thành

cự kì rẻ so với PLC và FPGA Về tốc độ, có thể nói với những hệ thống nhỏ làchấp nhận được cùng với đó là việc lập trình cũng khá đơn giản Nhược điểmcủa các bộ vi điều khiển là độ ổn định khi hoạt động ở môi trường công nghiệpkhông cao, chưa thật sự đáp ứng được với các hệ thống lớn, cần xử lý nhiều

Các bộ PLC cũng rất hay được dùng để điều khiển robot Ưu điểm củaloại này là độ ổn định trong môi trường công nghiệp rất cao, hơn bất kì loại nàokhác Tuy nhiên nhược điểm của nó là tốc độ xử lý hơi thấp, giá thành tươngđối cao ko hiệu quả về kinh tế Thêm vào đó là việc lập trình với những giaotiếp cao cấp rất khó

Một loại bộ xử lý thường hay dùng nữa là các bo nhúng FPGA có ưuđiểm là tốc độ xử lý cao, hoạt động ổn định, có thế xử lý gần như tất cả các tínhiệu Tuy nhiên loại này cũng có giá thành cao cộng với việc lập trình cũng khóhơn hai loại kia rất nhiều

Trong phạm vi môn học, nhóm quyết định chọn Vi điều khiển là bộ xử lýđiều khiển tay máy vì những lý do sau:

- Giá thành thấp hơn PLC và FPGA nên đảm bảo tính kinh tế

- Việc lập trình đơn giản trên cơ sở chương trình học

- Dễ tìm tài liệu tham khảo, dễ vận hành và xử lý lỗi

Vi điều khiển được sử dụng trong đề tài là ATMega8 họ AVR của hãng Atmel

 Vi điều khiển AVR

o Vài nét về lịch sử phát triển

AVR là một sản phẩm của công ty Atmel Atmel cũng là công ty có sảnphẩm là các vi điều khiển họ 89C51 mà đã được nhiều người biết đến AVR rấtmạnh và đang phát triển rất nhanh trong thời gian gần đây AVR có đặc tínhhơn hẳn, dễ sử dụng và đặc biệt là về chức năng.

o Các đặc điểm chính:

- Cấu trúc RISC (Reduced Instruction Set Computer) với hầu hết các lệnh

có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đanăng

- Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng và/ra số, bộbiến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung(PWM), …

- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳ thuộctừng loại chip cụ thể

- Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip

- Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thể lập trình được ngay khiđang được cấp nguồn trên bản mạch không cần phải nhấc chip ra khỏibản mạch

- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C

- Hầu hết các chip AVR đều có các tính năng (fetures) sau:

+ Có thể sử dụng xung clock lên đến 16 MHz, hoặc sử dụng xung clocknội lên đến 8 MHz ( sai số 3%)

+ Bộ nhớ chương trình flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dunglượng lớn, có SRAM (Ran tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trìnhđược EEPROM

+ Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

+ 8 bít, 16 bít timer/counter tích hợp PWM

+ Chức năng Analog comparator.

+ Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS – 232).+ Giao diện nối tiếp Two – Wire – Serial (chuẩn tương thích I2C) Master

o AT90S2323 and AT90S2343

o AT90S2333 and AT90S4433

o AT90S4414 and AT90S8515

o AT90S4434 and AT90S8535