Nghiên cứu, xây dựng mô hình máy phát điện đơn giản chạy bằng sức gió

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐƠN GIẢN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ Họ, tên sinh viên chịu trách nhiệm chính: Nguyễn Mạnh Hùng Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật - Cơng nghệ Quảng Bình, năm 2016 Khóa học: 55 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐƠN GIẢN CHẠY BẰNG SỨC GIĨ Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật - Ứng dụng Nhóm sinh viên thực đề tài: Nguyễn Mạnh Hùng - Lớp: Đại học Kỹ thuật Điện - Điện Tử K55 Từ Ngọc Thịnh - Lớp: Cao đẳng CNKT Điện - Điện Tử K55 Phan Văn Thiết - Lớp: Cao đẳng CNKT Điện - Điện Tử K55 Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngọc Dũng Quảng Bình, năm 2016 MỤC LỤC THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử vấn đề nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu Quá trình nghiên cứu B NỘI DUNG 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ HỆ THỐNG MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓ 10 Tình hình lượng gió giới 10 Tình hình lượng gió Việt Nam 11 Tìm hiểu máy phát điện gió 12 CHƯƠNG II: TÌM HIỀU VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 15 Giới thiệu chung 15 Cấu tạo 15 Nguyên lý làm việc 18 Biến áp nguồn 19 Điện trở 20 Tụ điện 21 Cuộn dây 22 Diode 22 Tranzitor 23 Mosfet 24 IC TL494 25 CHƯƠNG IV: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU CÔNG SUẤT NHỎ 26 Thiết kế hệ thống máy phát điện gió sử dụng động chiều công suất nhỏ 26 Thiết kế, lắp đặt mơ hình thực nghiệm 29 C KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 DANH MỤC HÌNH VẼ Danh mục Trang Hình 1.1 Cơng suất điện gió giới thời gian 1996-2008 10 Hình 1.2 Sự phát triển cơng suất điện gió giới theo khu vực 10 Hình 1.3 Các trạm lượng gió đặt Việt Nam 11 Hình 1.4 Máy phát điện gió trục đứng trục ngang 12 Hình 1.5 Máy phát điện gió trục đứng trục ngang 12 Hình 2.1 Cấu tạo stato máy điện chiều 14 Hình 2.2 Cấu tạo rơto máy điện chiều 16 Hình 2.3 Nguyên lý làm việc máy phát điện chiều 17 Hình 3.1 Biến áp nguồn 18 Hình 3.2 Cấu trúc đơn giản điện trở 19 Hình 3.3 Hình ảnh thực tế số loại điện trở 19 Hình 3.4 Cấu tạo tụ điện 20 Hình 3.5 Hình ảnh thực tế số loại tụ điện 20 Hình 3.6 Hình ảnh thực tế số loại cuộn cảm 21 Hình 3.7 Cấu tạo ký hiệu điốt 22 Hình 3.8 Cấu tạo ký hiệu tranzitor 22 Hình 3.9 Cấu tạo ký hiệu mosfet 23 Hình 3.50 Cấu tạo bên IC TL494 24 Hình 4.6 Sơ đồ khối hệ thống phát điện cơng suất nhỏ 25 Hình 4.7 Hình mơ cánh quạt gió 25 Hình 4.3 Hình ảnh thực tế động xe đạp điện loại 24V 26 Hình 4.4 Sơ đồ mạch chuyển đổi 12V(DC)-220V(AC) sử dụng IC TL494 27 Hình 4.5 Sơ đồ mạch chuyển đổi 12V(DC)-220V(AC) sử dụng IC 4047 27 Hình 4.6 Một số cấu truyền động 28 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN Năm học: 2015-2016 Thông tin chung - Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng mơ hình máy phát điện đơn giản chạy sức gió - Sinh viên thực hiện: 1) Nguyễn Mạnh Hùng Lớp : Đại học Kỹ thuật Điện - Điện tử K55 Khoa : Kỹ thuật – Công nghệ Năm thứ :3 2) Từ Ngọc Thịnh Lớp : Cao đẳng CN Kỹ thuật Điện - Điện tử K55 Khoa : Kỹ thuật – Công nghệ Năm thứ :3 3) Phan Văn Thiết Lớp : Cao đẳng CN Kỹ thuật Điện - Điện tử K55 Khoa : Kỹ thuật – Công nghệ Năm thứ :3 - Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Ngọc Dũng Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu hệ thống máy phát điện gió - Đưa phương án thiết kế máy phát điện chạy sức gió đơn giản áp dụng thực tế Kết nghiên cứu - Xây dựng mô hình hệ thống máy phát điện sức gió đơn giản lý thuyết - Đề xuất linh kiện đơn giản dễ kiếm cho mơ hình máy phát điện đơn giản thực tế - Lắp đặt thực nghiệm chạy thử hệ thống máy phát công suất nhỏ Tính sáng tạo Từ kiến thức lý thuyết tổng hợp được, đề tài đề xuất hệ thống máy phát điện giá dễ lắp đặt, giá thành rẻ áp dụng thực tế Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài Đề tài có khả ứng dụng cho hộ gia đình góp phần tiết kiệm điện sử dụng từ lưới Ngày tháng 04 năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm Nguyễn Mạnh Hùng Nhận xét giảng viên hướng dẫn đóng góp khoa học đề tài: Ngày 14 tháng 04 năm 2016 Trưởng khoa Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Ngọc Dũng TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN Ảnh 4x6 Họ tên: Nguyễn Mạnh Hùng Sinh ngày: 02/05/1994 Nơi sinh: Châu Hóa - Tun Hóa - Quảng Bình Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Lớp: ĐH Kỹ thuật Điện - Điện tử Khóa: 55 Khoa: Kỹ thuật - Công nghệ Địa liên hệ: Lớp Đại học Kỹ thuật Điện - Điện tử K55 Điện thoại: 0968940873 Email: manhhungdhqbk55@gmail.com II QUÁ TRÌNH HỌC TẬP * Năm thứ 1: Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật - Công nghệ Kết xếp loại học tập: 2.67 - Khá Sơ lược thành tích: Giấy khen Đồn Trường Đại học Quảng Bình năm học 2014-2015 * Năm thứ 2: Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử Khoa: Kỹ thuật - Công nghệ Kết xếp loại học tập: 3.12 - Khá Sơ lược thành tích: - Giải thưởng tháng giêng cấp trường năm 2015 Giấy chứng nhận nghiên cứu khoa học cấp khoa năm học 2014-2015 Giải nhì thi sinh viên sáng tạo năm học 2014-2015 Giấy chứng nhận nghiên cứu khoa học cấp trường năm học 2014-2015 Ngày 14 tháng năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm Xác nhận khoa thực đề tài Nguyễn Mạnh Hùng A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày với nhu cầu sử dụng lượng điện ngày gia tăng, nguồn lượng truyền thống (thủy điện, nhiệt điện…) ngày trở nên cạn kiệt Chính việc nghiên cứu xem xét khai thác nguồn lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lượng môi trường Việt Nam đánh giá quốc gia có tiềm phát triển lượng gió, việc khai thác sử dụng nguồn lượng gió cấp ngành quan tâm đầu tư Bên cạnh đó, giá thành điện nước ngày tăng, việc sử dụng lượng điện hộ gia đình nhiều ảnh hưởng đến kinh tế gia đình Hiện thị trường xuất máy phát điện gió mini giá thành cao Việc nghiên cứu chế tạo hệ thống cấp điện sử dụng sức gió đơn giản, dễ lắp đặt, giá thành rẻ phương án cần quan tâm phát triển Lịch sử vấn đề nghiên cứu Trong năm gần đây, với sách bảo vệ môi trường phát triển bền vững, ứng dụng lượng gió trọng phát triển nhiều quốc gia giới Việt Nam triển khai dự án lượng gió để hịa lưới điện, gần dự án lượng gió Quảng Trị với công suất 30MW Ở phương diện hẹp hơn, thị trường máy phát điện gió mini nhập trọn với công suất vài KW nở rộ với nhu cầu ngày nhiều hộ gia đình Chính vấn đề ứng dụng lượng gió cách tối ưu, hiệu nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu sâu lĩnh vực lượng tái tạo khắc sâu số kiến thức máy điện linh kiện điện tử - Trên sở tính cấp thiết đề tài, nhóm sinh viên muốn đưa phương án thiết kế máy phát điện chạy sức gió đơn giản áp dụng thực tế - Nâng cao kỹ vận dụng thực tế sinh viên từ kiến thức lý thuyết đồng thời kích thích đam mê, u thích ngành nghề theo học Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết máy điện chiều - Nghiên cứu lý thuyết biến đổi sử dụng linh kiện điện tử - Thiết kế xây dựng mơ hình máy phát điện đơn giản chạy sức gió mạch chuyển đổi DC/AC Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: lượng gió, máy điện chiều, mạch chuyển đổi DC/AC - Phạm vi nghiên cứu: xây dựng mơ hình thực nghiệm máy phát điện gió phát điện với cơng suất nhỏ thiết kế lắp đặt mạch chuyển đổi 12V DC – 220V AC - Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp thử nghiệm mơ hình thực tế Quá trình nghiên cứu - Tháng 9/2015 – 11/2015: Tìm hiểu thu thập tài liệu thống máy phát điện gió, máy điện linh kiện điện tử - Tháng 12/2015: Nghiên cứu thiết kế mơ hình máy phát điện chạy sức gió ứng dụng thực tế - Tháng 01/2016 – 02/2016: Xây dựng, lắp đặt mơ hình thực nghiệm máy phát điện cơng suất nhỏ - Tháng 03/2016: Viết báo cáo - Tháng 04/2016: Hoàn thiện báo cáo đề tài trước Hội đồng nghiệm thu đề tài Sinh viên cấp Trường Trường ĐHQB Hình 2.2 Cấu tạo rơto máy điện chiều - Lõi thép phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm nguội máy, khe hở gọi rãnh thơng gió ngang trục Ngồi người ta cịn dập rãnh thơng gió dọc trục - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng lực ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít - Cổ góp: Là phận để đổi chiều dịng điện Cổ góp bao gồm phiến góp làm đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mi ca hình V Đi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng - Các phận khác: + Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy + Trục máy: có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt 17 Nguyên lý làm việc 3.1 Máy phát điện Hình 2.3 Nguyên lý làm việc máy phát điện chiều Máy gồm khung dây hai đầu nối với hai phiến góp Khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc không đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than đặt cố định tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điện từ, dẫn cảm ứng nên sức điện động: e = B.l.v Với B từ cảm nơi dẫn quét qua, l chiều dài dẫn nằm từ trường, v tốc độ dài dẫn Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn nằm cực S ln có chiều từ sau trước, dẫn nằm cực N ln có chiều từ trước sau Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ a (+) đến b (-) Như chiều s.đ.đ dòng điện dẫn thay đổi chiều chúng mạch khơng đổi Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dịng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than 3.2 Động điện Nếu ta cho dòng điện chiều chạy vào chổi a (+) chạy chổi b (-) dịng điện dẫn cực N hướng từ trước sau, dịng điện dẫn cực S ln hướng từ sau trước lực (mơmen) điện từ chúng sinh có chiều khơng đổi nên làm cho khung dây quay với chiều khơng đổi 18 CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH CHUYỂN ĐỔI DC/AC Biến áp nguồn Hình 3.1 Biến áp nguồn Máy biến áp thiết bị điện từ làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng biến đổi điện áp hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp ngược lại khơng làm thay đổi tần số Cấu tạo gồm hai phần chính: - Lõi thép: Lõi thép BA dùng để dẫn từ thơng máy, chế tạo từ vật liệu có độ dẫn từ cao thường thép kỹ thuật điện (tôn silic) Để giảm tổn hao dịng điện xốy lõi thép người ta dùng thép có chiều dày từ 0,35-0,5mm có phủ cách điện ghép lại với - Dây quấn BA thường chế tạo dây đồng (hoặc nhơm) thường có tiết diện trịn, bên ngồi có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vịng quấn quanh trụ từ, vòng dây, dây quấn cách điện với cách điện với lõi thép Dây quấn nối với điện áp nguồn (đầu vào) gọi dây quấn sơ cấp; dây quấn nối với tải (đầu ra) gọi dây quấn thứ cấp Nguyên lý làm việc máy biến áp dựa tượng cảm ứng điện từ Khi đặt vào cuộn dây sơ cấp nguồn điện xoay chiều dịng cuộn dây sơ cấp tạo từ thông lõi thep Từ thông móc vịng qua cuộn dây sơ cấp thứ cấp máy biến áp sinh sức điện động cảm ứng tương ứng Nếu thứ cấp nối với tải mạch tải có dịng điện chạy qua 19 ... tài - Nghiên cứu hệ thống máy phát điện gió - Đưa phương án thiết kế máy phát điện chạy sức gió đơn giản áp dụng thực tế Kết nghiên cứu - Xây dựng mơ hình hệ thống máy phát điện sức gió đơn giản. .. dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết máy điện chiều - Nghiên cứu lý thuyết biến đổi sử dụng linh kiện điện tử - Thiết kế xây dựng mô hình máy phát điện đơn giản chạy sức gió mạch chuyển đổi... Hình 1.4 Máy phát điện gió trục đứng trục ngang 12 Hình 1.5 Máy phát điện gió trục đứng trục ngang 12 Hình 2.1 Cấu tạo stato máy điện chiều 14 Hình 2.2 Cấu tạo rơto máy điện chiều 16 Hình 2.3