Thiết Kế Chế Tạo Máy Phát Điện Sử Dụng Sức Gió Mini

Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư chogiáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.Đòi hỏi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ - -

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNHTÊN ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG SỨC GIÓ

MINI

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN VIẾT NGƯ

SINH VIÊN THỰC HIỆN

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

1.1 ƯU THẾ VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 6

1.1.1 Năng lượng hiện tại 6

1.1.2 Lý do chọn năng lượng gió 6

1.1.3 tìm hiểu về năng lượng gió 7

a Nguyên lý để chuyển gió thành điện năng 7

b Tuabin của một trạm điện gió 8

c Các địa điểm có thể xây dựng điện gió 9

1.1.4 Ưu nhược điểm cơ bản của năng lượng gió 10

Ưu điểm: 10

Nhược điểm 11

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG 12

2.1 ACQUY 12

2.1.1 cấu tạo acquy 12

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của acquy 13

2.1.3 Các thông số cơ bản của acquy 14

2.1.4 Các phương pháp nạp cho acquy 15

2.2.IC LM 358 17

2.3 IC 4047 19

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG 20

3.1 LỰA CHỌN CÁNH QUẠT 20

3.2 LỰA CHỌN ACQUY 21

3.3 MẠCH NGHỊCH LƯU(DC/AC) 22

a Phương án 1: 23

b Phương án 2 24

3.3.1 Tính toán mạch điều khiển 25

3.4 Tính toán máy biến áp 28

3.5 CHỌN MOSFET IRF 250 30

CHƯƠNG IV THI CÔNG MẠCH 31

4.1 THIẾT KẾ BỘ LẠP ACQUY 31

4.1.1 Sơ đồ mạch ngắt khi acquy đã nạp đầy 31

4.1.2 Sơ đồ mạch ngắt khi acquy đã xả yếu 32

4.2 MẠCH NGHỊCH LƯU 33

4.3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG 34

4.4 Sơ đồ board mạch toàn hệ thống 36

4.5sản phẩm thực tế 36

CHƯƠNG V:HƯỚNG DẪN PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ LỜI KẾT 37

5.1: Hướng phát triển của đề tài 37

5.2.: Lời kết 38

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc côngnghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã có khánhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức

Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư chogiáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đạivào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đápứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìmhiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa

Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “ Thiết kế, chế tạo và lắp ráp máy phát điện

sủ dụng sức gió mini” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế Sau khi

nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Viết Ngư cùng với sự nỗ lực

của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt cơbản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thời giancũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót Vậy em kínhmong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án của emđược hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG GIÓ

1.1 ƯU THẾ VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

1.1.1 Năng lượng hiện tại

Trong cuộc sống hằng ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng khổng lồ.Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiêuthụ năng lượng

Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm-58% một phầntrong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời

Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể nấunước bằng năng lượng mặt trời

Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công nghệ nănglượng mặt trời

Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng để cung cấp cho chiếu sáng

và các thiết bị gia dụng

1.1.2 Lý do chọn năng lượng gió

Năng lượng mặt gió là dạng năng lượng sạch, xanh, miễn phí, và có giá trị sử dụngtốt nhất Gió suất hiện cùng mặt trời đã xuất hiện cách đây 5 tỷ năm và tiếp tục thêm 5 tỷnăm nủa, quá đủ cho loài người

Chúng ta đang tìm các công nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách hiệu quảnhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi môi trường Đây thực sự là nguồn tàinguyên khổng lồ ợng được dùng cho nấu ăn,5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng

1.1.3 tìm hiểu về năng lượng gió

Nước ta nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam cóthuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình trongvùng Biển Đông của Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khámạnh và biến đổi nhiều theo mùa

Trong chương trình đánh giá về năng lượng của Châu Á, Ngân hàng Thế giới đãkhảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á mà trong đó có Việt Nam.Theo nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng giólớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia Trong khiViệt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ „tốt“ đến „rấttốt“ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, Lào2,9%, và Thái-lan 0,2% Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360

MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng côngsuất dự báo của ngành điện vào năm 2020

a Nguyên lý để chuyển gió thành điện năng

Khi hướng gió đến được chia thành hai lực:

- Lực trượt: Hiệu quả kém khoảng 10-15%

- Lực nâng: Nếu trục rôto ở vị trí thẳng đứng thì hiệu quả trung bình đạt 30% lượngđiện, còn nằm ngang với 2-3 cánh thì hiệu quả cao hơn khoảng 40-45%.

Lực tác dụng lên tuabin phụ thuộc vào trọng lượng không khí, vận tốc gió, diện tíchcủa cánh quạt và động năng của gió Nó được tính theo công thức: F =Cp(1/2)ρVV2A, trong đó Cp là hệ số (= 16/27), A là diện tích của cánh quạt gió màchính là diện tích hình tròn A = ΠR2 với R là bán kính cánh quạt (1/2) ρVV2 làđộng năng trong 1m2 không khí Suy ra, công suất của gió khi qua tuabin: Pgió =[Cp.(1/2)ρVV2A]V và rút gọn Pgió = (ρV/2)AV3Cp

b Tuabin của một trạm điện gió

Trong ứng dụng năng lượng gió thì tuabin gió đóng vai trò quan trọng trong việcbiến gió thành điện năng Bộ phận cơ bản của trạm điện

gió là tuabin có trục rôto nằm ngang Cấu tạo của nó dựa vào hình 4 bao gồm:

- Cánh để đón hướng gió đến và tác động lên

cánh tuabin Lực nâng làm cho cánh tuabin quay Bản thân mỗi cánh có thể tựquay xung quanh theo chiều mũi tên như trong hình 4

- Chuyển động quay được truyền từ trục trên qua các bánh răng Nhờ cơ cấu

chuyển động khớp mà có thể truyền chuyển động tới trục

dưới để sang bộ phận tạo ra điện

Hình 1.1 Biểu đồ mối quan hệ giữa các công suất

- Vỏ tuabin bảo vệ các bộ phận bên trong và chống lại sự ôxy hóa của không khí.

- Phanh dùng trong trường hợp tốc độ gió vượt quá mức cho phép nhằm bảo vệ

tuabin gió hoạt động an toàn

- Bộ phận đón hướng gió có tác dụng đón hướng gió mạnh nhất để tối đa lượng

điện

- Bộ phận khí tượng dùng để theo dõi tình hình khí tượng.

- Môtơ lệch có tác dụng để tuabin có thể quay quanh cột nhằm đón đúng hướng gió.

Tuabin được phân loại thành tuabin loại nhỏ và lớn

c Các địa điểm có thể xây dựng điện gió

Người ta phân biệt ba loại địa điểm đặt trạm điện gió: Nội địa (onshore), ven biển (near shore) và ngoài thềm lục địa (offshore) Các trạm đặt ở ven biển hay ngoài

thềm lục địa thường cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì bờ biển thường cógió mạnh Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấukiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn

Hình 1.2 Trang trại điện gió (Winfarm)

1.1.4 Ưu nhược điểm cơ bản của năng lượng gió

Ưu điểm:

 Giúp bạn tiết kiệm tiền:

- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ gió là thiết thực miễn phí

- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ gia đình của bạn sử dụng điện

- Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn

- Nếu hệ thống sử dụng năng lượng gió sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, bạn có thể sản suất đại trà

- Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng

- Năng lượng gió không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu

- Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu

- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới

- Việc sử dụng năng lượng gió gián tiếp làm giảm chi phí y tế

 Thân thiện với môi trường:

- Năng lượng gió sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi.

khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế hệ điện không

hoặc sương mù

 Độc lập, bán độc lập

cấp tiện ích Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện của bạn, nhưng cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện

hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả Hệ thống do đó có thể được càiđặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web mới

ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững

phát hành và không yêu cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu

Nhược điểm:

gió,

- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái tạo Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh.

mức độ tốt hiệu quả

thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định

ảnh hưởng đến chất lượng của dòng điện

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG

2.1 ACQUY

2.1.1 cấu tạo acquy

Ắc quy tuy được chia ra nhiều loại và sử dụng ở nhiều mục đích khác nhau, nhưng đều

có điểu chung ở cấu tạo và nguyên lý làm việc

Cấu tạo : Hầu hết các ắc quy sử dụng trên xe nâng đều là loại ắc quy điện cực chì Cácbản cực của ắc quy có dạng vỉ lưới, bản cực dương của ắc quy làm bằng ôxít chì (PbO2),còn các bản cực âm làm bằng chì (Pb); các bản cực dương và âm được bố trí xen kẽ nhau

và giữa chúng có các vách ngăn Các vách ngăn có dạng tấm mỏng, có tính thẩm thấu cao

và không được dẫn điện Một ắc quy thường có nhiều ngăn (hộc) nối tiếp nhau, tuỳ theođiện thế cần cung cấp ắc quy sẽ có số ngăn khác nhau Mỗi ngăn của ắc quy chỉ có thểsinh ra điện áp 2.1 ~ 2.2V, như vậy nếu điện áp ắc quy là 12V thì có 6 ngăn; nếu điện ápkhoảng 48V thì phải có 24 ngăn

 Phân loại ắc quy:

- Ắc quy sử dụng điện môi bằng a xít (gọi tắt là ắc quy a xít hoặc ắc quy Chì-Axít) + Ắc quy axít kiểu hở thông thường

+ Ắc quy axít kiểu kín khí

+ Ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm (gọi tắt là ắc quy kiềm)

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của acquy

Ở trạng thái được nạp đầy, cực dương của ắc quy là PbO2, cực âm là Pb, trong các quátrình phóng điện và nạp điện cho ắc quy, trạng thái hóa học của các cực bị thay đổi.khi này xảy ra phản ứng hóa học sau:

Quá trình nạp điện cho ắc quy, do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong ắc quy sẽ cóphản ứng ngược lại so với chiều phản ứng trên, phản ứng chung gộp lại trong toàn bình

sẽ là:

2PbSO4 + 2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4

Trong thực tế, các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (để tạo ra dung lượng bình ắcquy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy Nhiều tấm cực để tạo ratổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tạinhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn – và tất nhiên

là dung lượng ắc quy cũng tăng lên

Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực dương vàcực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực (nếu sốbản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá xa, do

đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi) Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có tấmchắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho quátrình phản ứng xảy ra khi các cation và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực

2.1.3 Các thông số cơ bản của acquy

Điện lượng: là điện lượng của acquy được nạp đầy, rồi đem cho phóng điện 1A liên

tục cho đến điện áp của acquy giảm xuống đến một giá trị quy định bởi nhiệt độ qui địnhdung lượng của acquy được tính băng ampe-giờ(Ah)

Điện áp: tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho acquy mà điện

áp đầy của mỗi ngăn của acquy là nó được nạp đầy là 2,6V-2.7V,khi acquy phóng điệnhoàn toàn là 1,7V-1,8V.Điện áp của acquy không phụ thuộc vào số lượng bản cực nhiềuhay ít

Điện trở trong :là giá trị điện trở bên trong của acquy bao gồm giá trị điện trở của

các bản cực,điện trở dung dịch có xét đến sự ngăn cách các tấm ngăn các bản cực.thường thì giá trị điện trở trong của acquy khi được nạp đầy là(0,001-0,0015)Ω , và khiacquy đã phóng điện hoàn toàn là(0,02-0,025)Ω

2.1.4 Các phương pháp nạp cho acquy

Có 3 cách để nạp cho acquy:

 Phương pháp nạp điện áp

a, phương pháp nạp acquy với điện áp không đổi

Phương pháp này yêu cầu acquy được mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thếcủa nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3-2,5)V cho mỗi ngăn đơn Phươngpháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn dòng điện giảm dần theo thờigian Tuy nhiên với phương pháp này acquy dược nạp không no, do đó nó chỉ dung bổsung nạp cho acquy trong quá trình sủ dụng

b,phương pháp nạp acquy với dòng điện không đổi

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loạiacquy, bảo đảm cho acquy được no.Đay là phương pháp sủ dụng trong các xưởng sửachữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp sửa chưã cho các acquy bị sunfat hoá Vớiphương pháp này acquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện:

Un ≥ 2,7.Naq

Trong đó : UN_ Điện áp nạp

Naq số ngăn của acquy

Trong quá trình nạp điện sức điện động acquy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạpkhông đổi ta phải bố trí trong mạch biến trở R Trị số giới hạn của biến trở được xácđịnh theo công thức :

R= Un−2 Naq

¿

Nhược điểm của phương pháp này nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài vàyêu cầu của acquy đưa vào nạp có cung dung lượng định mức Để khắc phục thời giannạp ,người sủ dụng phương pháp nạp với dòng điện thay đổi theo hai hay nhiều nấc.Trong trường hợp hai nấc, dòng điện điện nạp thứ nhất chọn bằng (0,3-0,6)C10 tức lànạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi acquy đã bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nạp ởnắc thứ hai lá 0,1C10

c.phương pháp nạp dòng áp

Đây lá phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những

ưu điểm của mỗi phương pháp

Đối với yêu cầu trong quá trình nạp quá trình biến đổi vá chuyển hoá được tự độngdiễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chon phương pháp nạp acquy là phương phápdòng áp

Để đảm bảo thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn=8htương ứng với 75%-80% dung lượng acquy ta nạp với dòng không đổi là In=0,1C10 Vìtheo đặc tính nạp của acquy trong doạn nạp chính thì kho ding điện không đổi thì điệnáp,sức điện động tải ít thay đổi,do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp Sauthời gian 8h acquy bắt đầu sôi lúc dó ta chuyển sang nạp ở chế độ nạp ổn áp Khi thờigian nạp được 10h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2-3h

Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nhưng do khả năng quá tải của acquy kiềm lớnnên lúc ổn dòng ta có thể nạp In=0,2.C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiếm kiềm thời gian vớidòng nạp In=0,5.C10 Các quá trình nạp acquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp

hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên hai cực của acquy, lúc dó dòng nạp sẽ

+Chân số 1: đầu ra A.

+Chân 2: đầu vào nghịch đảo A.

+Chân 3:đầu vào không nghịch đảo A.

+ Chân số 4(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân

chung

+Chân 5: đầu vào không nghịch đảo B

+Chân 6: đầu vào nghịch đảo B.

+Chân 7: đầu ra B

+Chân 8: chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động

b.Đặc điểm

Nguồn điện áp cung cấp

Điện áp đầu vào phổ

Hoạt động trong môi

trường xung quanh

2.3 IC 4047

Để tạo ra khối phát xung ta sử dụng vi mạch CD4047B

Hình 2.8 Sơ đồ chân IC 4047

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN TRONG HỆ

THỐNG 3.1 LỰA CHỌN CÁNH QUẠT

Hiện nay trên thị trường có nhiều loạ hình cánh quạt như cánh quạt hình chữ

A ,thiết kế cánh quạt hình trụ đứng Ta thấy gió thổi theo nhiều hướng khác nhau Để tận dụng tối đa năng lượng gió ta lựa chọn thiết kế cánh quạt theo hình quả bí ,để khi gió thổi theo nhiều hướng khác nhau thì quạt vẫn quay để phát ra điện

a, cánh quạt hình hình quả bí b, cánh quạt hình trụ đứng