THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TURBIN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ TỰ ĐỘNG HÓA

Để biến động năng của gió thành điện năng người ta dùng máy phát điện sử dụng turbin gió.Hiện nay ,trên thế giới sử dụng hai loại turbin gió cho máy phát :turbin trục ngang và turbin gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TURBIN GIÓ TRỤC ĐỨNG

CÔNG SUẤT NHỎ TỰ ĐỘNG HÓA

Họ và tên sinh viên: LÊ QUỐC CẢNH Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2007 – 2011

Tháng 06 năm 2011

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH TURBIN GIÓ TRỤC ĐỨNG CÔNG

Giáo viên hướng dẫn:

TS DƯƠNG MINH TÂM (Khu Công Nghệ Cao TP.HCM)

Tháng 06 năm 2011

LỜI CẢM TẠ

Trước tiên, con xin cảm ơn cha mẹ, người thân gia đình đã sinh ra, nuôi dưỡng, động viên và yêu thương con trong suốt thời gian qua Gia đình đã là chỗ dựa vững chắc giúp con trong suốt những năm học tại trường

Sau đó, em xin được gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Nông Lâm

TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là toàn thể thầy cô Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tận tình dạy

dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong suốt 4 năm theo học ở trường

Em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Dương Minh Tâm Giám Đốc Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP HCM đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, mình xin cảm ơn tập thể các bạn trong lớp DH07TD nói riêng và các bạn nói chung đã động viên, giúp đỡ mình trong suốt những năm học vừa qua và trong thời gian thực hiện khóa luận

Em xin chân thành cảm ơn!

TP HCM, tháng 06 năm 2011 Sinh viên thực hiện

LÊ QUỐC CẢNH

TÓM TẮT

Hiện tượng nóng lên của trái đất là một vấn đề đang được thế giới quan tâm hiện nay, bên cạnh đó là vấn đề về năng lượng cũng được nhiều quốc gia quan tâm, nhất là Việt Nam một quốc gia đang phát triển cần nguồn năng lượng khổng lồ để thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Một vấn đề đặt ra là phải tìm ra nguồn năng lượng thay thế trong khi các nguồn năng lượng khác dần cạn kiệt mà lại thân thiện với môi trường Ngoài năng lượng mặt trời,năng lượng gió là một năng lượng thiên nhiên mà loài người đang chú trọng đến cho nhu cầu năng lượng thế giới trong tương lai Để biến động năng của gió thành điện năng người ta dùng máy phát điện sử dụng turbin gió.Hiện nay ,trên thế giới sử dụng hai loại turbin gió cho máy phát :turbin trục ngang và turbin gió trục đứng.Tuy nhiên,hệ thống sử dụng turbin gió trục ngang có những nhược điểm:cấu taọ và kết cấu rất công kềnh cánh quạt lắp cố định với trục quay nên không điều khiển được công suất phát điện cho tải … Hệ thống sử dụng turbin gió trục đứng đang là hướng nghiên cứu mới hiện nay do khắc phục được một số nhược điểm của hệ thống trục ngang như là kết cấu nhỏ gọn,điều khiển công suất cho tải một cách độc lập.Vì vậy, đề tài được chọn là: ”Thiết kế mô hình turbin gió trục đứng với công suất nhỏ tự động hóa”

Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

TS DƯƠNG MINH TÂM LÊ QUỐC CẢNH

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i Lời cảm ơn ii Tóm Tắt iii Mục lục iv

Danh sách các bảng ix

Chương I :MỞ ĐẦU 1 

1.1.  Đặt vấn đề 1 

1.2 Mục đích và giới hạn đề tài 2 

1.2.1 Mục đích 2 

1.2.2 Giới hạn đề tài 2 

Chương II :TỔNG QUAN 3 

2.1 Tìm hiểu về nguồn năng lượng gió 3 

2.1.1    Sự phát triển của nguồn năng lượng gió trên thế giới 5 

2.1.2 : Tiềm năng phát triển của nguồn năng lượng gió trên lãnh thồ Việt Nam 6 

2.2 : Tìm hiểu Máy phát điện gió 8 

2.2.1 : Đôi nét về lịch sử nghiên cứu và máy phát điện bằng sức gió 8 

2.2.1.1: Lịch sử phát triển của máy phát điện chạy bằng sức gió 8 

2.2.1.2 : Đặc điểm chung của máy phát điện bằng sức gió 11 

   Cấu tạo một turbin gió 11 

2.2.1.3: Những lợi ích khi sử dụng năng lượng gió để phát điện 14 

a.Những thuận lợi 14 

b Những khó khăn 14 

2.2.2 : Thiết bị biến đổi năng lượng gió thành Điện 15 

2.2.2.1 : Turbin gió 15 

2.2.2.1.1 Tính toán năng lượng gió hấp thụ bởi turbin gió 16 

2.2.2.1.2 : Một số Turbin gió trục đứng đang có trên thị trường: 18 

2.2.2.1.3 : Ưu,nhược điểm của turbin gió trục đứng so vói turbin gió trục ngang 20 

2.2.2.1.4 :Khí động lực học trong turbin gió 20 

a) Động lực học cánh quạt turbin 20

b) Động lực học của rotor 23

2.2.2.2 : Máy Phát điện trong turbin gió 25 

a.  Khái niệm máy phát điện: 26 

b.  Cấu tạo của máy phát điện: 26 

c.  Phần loại máy phát điện: 26 

d.  Nguyên lí làm việc 27 

e.  vật liệu chế tạo máy phát điện 29 

f.  Vật liệu dẫn điện 29 

g.  Vật liệu dẫn từ 30 

h.  Vật liệu cách điện 30 

2.2.3 :Phương pháp điều khiển turbin gió 30 

2.2.4 :Các phương pháp lưu trữ và sữ dụng phong điện 37 

Chương III : Nội Dung Và Phương Pháp,Phương Tiện Nghiên Cứu Error! Bookmark not defined.  3.1 : Địa điểm và Thời gian nghiên cứu đề tài 42 

3.2 : Phương Pháp thực hiện đề tài 43 

3.3 : Phương tiện thực hiện đề tài 43 

Chương 4 : Kết Quả Và Thảo Luận Error! Bookmark not defined.  4.1 : Thiết kế mô hình 44 

4.2 : Khảo sát tính toán thông số kỹ thuật máy phát điện gắn vào turbin gió: 53 

4.3 : Thực hiện phần cơ khí: 56 

a Phần turbin: 56 

b.Phần cánh tay nối cánh turbin và trục rotor: 56 

c.Phần trục rotor : 57 

d Phần đở turbin: 57 

4.4 : Lắp Ráp ,Kiểm tra ,Hiệu Chỉnh Và Hoàn Thiện Mô Hình 58 

4.4.1 Kiểm tra thiết bị 58 

4.4.2 Hiệu chỉnh thiết bị 58 

4.5 Khảo nghệm lấy kết quả và thảo luận 58 

4.5.1 Quy trình khảo nghiệm 58 

4.5.2 Kết quả 60 

Chương 5 : Kết luận và kiện nghị 61 

5.1 :Kết luận 61 

5.2 :Kiến nghị 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Sự hình thành năng lương gió 3

Hình 2.2 Pin mặt trời 4

Hình 2.3 Turbin gió 4

Hình 2.4 Tổng công suất lắp đặt điện gió toàn cầu thực tế và dự báo 1997-2010 5

Hình 2.5 Bản đồ Việt Nam 6

Hinh 2.6 Bản đồ tài nguyên gió trên lãnh thổ Việt Nam 7

Hình 2.7 Mô hình cánh gió tại Trung Mỹ cuối thể kỷ 19 8

Hình 2.8 Mô hình côi xây gió xuất hiện sau thể kỷ 13 9

Hình 2.9 Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió ,phía Tây nước mỹ năm 1800 9

Hình 2.10 Máy phát điện sức gió do Chales F.Brush chế tạo 10

Hình 2.11 Máy phát Gedser công suất 200kW 10

Hình 2.12 Cấu tạo bên trong máy phát điện gió trục ngang 11

Hình 2.13 Sơ đồ turbin gió trục đứng 13

Hình 2.14 Tại nạn va chạm vào turbin gió 15

Hình 2.15 Đường cong biểu diển quan hệ giửa C p và 17

Hình 2.16 Các dạng turbin gió trục đứng 18

Hình 2.17 Một số turbin gió trục đứng đang có trên thị trường 19

Hình 2.18 Đường cong biểu diển K p 21

Hình 2.19 Các lực tác dụng lên cánh gió 22

Hình 2.20 Lực tác động của gió lên các cánh 24

Hình 2.21 Máy phát điện dùng trong turbin gió 25

Hình 2.22 Máy phát điện 26

Hình 2.23 Cấu tạo của một máy phát điện 26

Hình 2.24 Nguyên lý phát điện 27

Hinh 2.25 Đường sức đi ra từ nam châm 28

Hình 2.26 Mật đồ từ thông xuyên qua nam châm 28

Hình 2.27 Sơ đồ máy phát điện thực tế 29

Hình 2.28 Sơ đồ cấu trục điều khiển hệ thống 31

Hình 2.29 Turbin gió trục đứng 3 cánh 32

Hình 2.30 Phân tích động lực học cánh turbin gió 32

Hình 2.31 Góc điều khiển của một cánh turbin gió ở 10 vị trí khác nhau 34

Hình 2.32 Sơ đồ lưu trử phong điện sử dụng bình acquy 36

Hình 2.33 Sơ đồ tích lũy phong điện bằng cách hòa vào lười điện quốc gia 38

Hình 2.34 Một vài trang trại gió trục đứng 38

Hình 4.1 Mô hình chọn thiết kế 41

Hình 4.2 Biều thị quan hệ giữa C p và 45

Hình 4.3 Ổ bi 50

Hình 4.4 Máy phát điện sử dụng trong turbin gió trục đứng trên thị trường 52

Hình 4.5 Cánh turbin 53

Hình 4.6 Cánh tay đở turbin 53

Hình 4.7 Sơ đồ lắp turbin 54

Hình 4.8 Hình ảnh kết nối cánh quạt turbin vào cánh tay trục rotor 54

Hình 4.9 Mô hình thiết kế turbin gió trục đứng 55

Hình 4.10.Sơ đồ bố trí khảo nghiệm 57

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1 Góc cánh điều khiển của một cánh turbin 34

Bảng 2 Cấp gió theo vận tốc theo thang Beaufort và miêu tả tình trạng 46

Bảng 3 Tính các thông số của mô hình theo vận tốc 47

Bảng 4 Đặc trưng cơ học của cốt thép 48

Bảng 5 Thông số kỷ thuật của máy phát điện đang có trên thị trường 51

Bảng 6: Bảng khảo nghiệm số vòng quay turbin ……… 56

Phụ lục

Phụ lục 1: Một số hình ảnh đạt mô hình turbin đạt được khi thực hiện đề tài Phụ lục 2: Một số hình ảnh bố trí khảo nghiệm mô hình

sử dụng rộng rãi ở nhiều nước như Đức, Mỹ, Tây Ban Nha về cơ bản thì hệ thống đã hoàn thiện cả về cấu tạo, kết cấu cơ khí và hệ thống điều khiển Tuy nhiên hệ thống này cũng có một số nhược điểm đó là cấu tạo, kết cấu rất cồng kềnh; cánh quạt lắp cố định với trục quay nên không điều khiển được công suất phát điện cho tải, nếu muốn ổn định công suất cho tải cần phải dùng nhiều hệ thống máy phát điện đặt ở nhiều nơi khác nhau nối ghép với nhau để bù công suất khi cường độ gió thay đổi Hệ thống sử dụng tuabin gió trục đứng đang là hướng nghiên cứu mới hiện nay do hệ thống này khắc phục được một số nhược điểm của hệ thống trục ngang như là kết cấu nhỏ gọn; điều khiển công suất

cho tải một cách độc lập; điều khiển góc mở của cánh gió theo hướng gió và theo cường

độ gió Từ những lý do đó, Được sự chấp thuận của ban chủ nhiệm Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm TP HCM, cùng sợ hỗ trợ giúp đỡ của Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP HCM Em tiến hành thực hiện đề tài :

“Thiết kế chế tạo mô hình turbin trục đứng công suất nhỏ.”

1.2 Mục đích và giới hạn đề tài

1.2.1 Mục đích

 Mục đích chung

 Tìm hiểu về nguồn năng lượng gió  

 Tìm hiểu các loại hệ thống turbin gió phát điện đã có trên thế giới và ở Việt Nam. 

 Tính toán ,thiết kế mô hình turbin gió trục đứng. 

 Tính toán và chọn máy phát điện phù hợp với turbin gió đã thiết kế. 

 Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển tự động turbin gió trục đứng. 

 Tìm hiểu các phương pháp lưu trữ và sữ dụng phong điện. 

 Thiết kế mô hình turbin gió trục đứng với công suất khoảng 100W dựa vào các

kinh nghiệm tính toán, thiết kế các loại turbin gió trục đứng đã có trên thế giới. 

 Chọn máy phát điện cho mô hình thiết kế chế tạo. 

Chương II

TỔNG QUAN2.1 Tìm hiểu về nguồn năng lượng gió

 Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của trái đất.Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời

Hình 2.1: Sự hình thành năng lượng gió

 Đây là nguồn năng lượng tạo ra trên nguyên tắc không làm biến đổi khí hậu, không làm thay đổi các quy luật tự nhiên

 Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng sử dụng chủ yếu với nguồn năng lượng tạo ra từ dòng chảy của nước và nhiên liệu hóa thạch hay còn gọi là thủy điện và nhiệt điện

 Nhiệt điện: sử dụng các nguyên liệu hóa thạch được hình thành hàng triệu năm trước từ xác các loài động thực vật: than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên… để tạo ra nhiệt biến đổi thành cơ năng rồi tạo ra điện năng Đây là những nguồn nhiên liệu có hạn, và sẽ cạn

kiệt trong tương lai nếu chỉ biết khai thác mà không có chính sách khai thác phù hợp và tìm nguồn năng lượng khác thay thế Theo thống kê gần đây ở Mỹ, hai phần ba lượng điện năng hiện nay là từ việc đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu

mỏ và khí tự nhiên Quá trình đốt cháy tạo nên khí carbon dioxit, đây là một trong những khí gây hiệu ứng nhà kính, phá hủy tần Ozon, tác nhân chủ yếu của việc trái đất nóng dần lên.Nhiệt điện phụ thuộc quá mức vào nguồn nhiên liệu hữu hạn nên đã làm cho phương pháp này trở nên lỗi thời và xa dần mục tiêu phát triển và tồn tại lâu dài của con người

 Thủy điện: là phương pháp tạo điện năng rất được ưa chuộng ở khắp nơi trên thế giới bởi chỉ sử dụng dòng chảy của nước để quay turbin Tuy nhiên, việc xây dựng các hệ thống thủy điện đang nảy sinh nhiều vấn đề bất cập giữa các vùng, các nước Đó là

sự thay đổi quy luật của dòng chảy làm tê liệt sự phát triển của hệ sinh thái, cạn kiệt nguồn nước ở các nơi khác vào mùa khô sỡ dĩ là do nhà máy giữ nước lại để duy trì hoạt động

 Những nguồn năng lượng xanh được dùng nhiều hiện nay gồm:

 Năng lượng gió (Wind energy)

 Năng lượng mặt trời (Solar energy)

 Năng lượng địa nhiệt (Geothermal energy)

 Năng lượng sinh khối (Biomass energy)

 Hai nguồn năng lượng xanh được coi là sạch, rẻ và dồi dào hiện nay là: năng lượng mặt trời và năng lượng gió

Hình 2.2: Pin mặt trời Hình 2.3: Tuabin gió

2.1.1 Sự phát triển của nguồn năng lượng gió trên thế giới

Theo Hiệp hội Năng lượng gió châu Âu (European Wind Energy Association, viết tắt là EWEA): “phát điện bằng năng lượng gió ở châu Âu năm 2008 phát triển nhanh hơn

các công nghệ sản xuất điện khác” Trung bình mỗi ngày có 20 tuabin gió ở châu Âu

được lắp đặt, và 10 nước EU đạt công suất điện trên 1GW

Theo Hiệp hội năng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council, viết tắt GWEC), Trung Quốc là nước có công suất điện gió tăng gấp đôi trong 4 năm liên tiếp, dự kiến xếp vị trí thứ 2 vào năm 2010 và đáp ứng mục tiêu đến năm 2020 đạt 30 GW

Hình 2.4: Tổng công suất lắp đặt điện gió toàn cầu thực tế và dự báo 1997-2010 Năng lượng gió là công nghệ duy nhất có khả năng thực hiện những cắt giảm CO2cần thiết trong giai đoạn khủng hoảng đến năm 2020 Tổng các khoản đầu tư trong năm

2008 là 36,5 tỷ euro

Từ các nhận định trên đã chứng tỏ rằng năng lượng gió đã và đang được thế giới quan tâm và khai thác tối đa lợi ích mà nó mang lại

2.1.2 : Tiềm năng phát triển của nguồn năng lượng gió trên lãnh thồ Việt Nam

 Đặc điểm khí hậu ở việt nam

 Vị trí địa lý

- Việt Nam nằm ở phía đông bán đảo Đông Dương, kéo dài từ vĩ độ 23o23’B –

8o27’B Lãnh thổ nằm hoàn toàn trong vành đai nhiệt đới nửa cầu Bắc

Hình 2.5: Bản đồ Việt Nam

- Ảnh hưởng của vị trí địa lý đến khí hậu:

+ Lãnh thổ Việt Nam nằm trọn trong vùng nhiệt đới, giáp biển Đông, đồng thời nằm ở rìa phía đông nam của phần châu Á lục địa, nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của kiểu khí hậu gió mùa mậu dịch, thường thổi ở các vùng vĩ độ thấp

+ Vị trí lãnh thổ nằm trên đường di chuyển của nhiều khối khí và đặc thù

về địa lý như: bờ biển kéo dài hơn 3000 km, nhiều hải đảo và cao nguyên kết hợp với sự chênh lệch khác nhau về các khu vực, vùng khí hậu của Việt Nam tạo nên nhiều yếu tố tạo ra các nguồn gió có tốc độ lớn, đều và phân bố quanh năm

 Chế độ gió ở Việt Nam:

- Khoảng từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, gió mùa thường thổi từ phía đông bắc dọc theo bờ biển Trung Quốc, qua vịnh Bắc Bộ, luồn theo các thung lũng sông giữa các cánh cung núi ở Đông Bắc mang theo nhiều hơi ẩm

- Gió mùa tây nam mùa hè xảy ra từ tháng 5 đến tháng 10, không khí nóng từ

sa mạc Gobi phát triển xa về phía bắc, khiến không khí ẩm từ biển tràn vào trong đất liền gây nên mưa nhiều

 Tài nguyên gió ở Việt Nam:

- Do mang tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa lại có bờ biển dài hơn 3000 km nên Việt Nam có tiềm năng gió rất lớn

- Tiềm năng này được đánh giá vừa có lưu lượng gió lớn lại vừa có tốc độ gió khá cao

 Hình 2.6: Bản đồ tài nguyên gió trên lãnh thổ Việt Nam

Theo nhận định của Tiến sĩ Hermann Scheer - Nhà kinh tế học và xã hội học nổi tiếng người Đức, Chủ tịch ủy ban Quốc tế về phát triển năng lượng tái tạo, vừa qua được mời đến Việt Nam: “Việt Nam là xứ sở nhiều gió và ánh nắng mặt trời, nên tập trung phát triển việc sử dụng nguồn năng lượng đó (năng lượng gió và năng lượng mặt trời)”

Theo Tiến sĩ Dương Huy Hoạt – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tính toán sơ bộ thì tổng tiềm năng về năng lượng gió của Việt Nam là rất lớn, vùng lãnh thổ

có thể khai thác có hiệu quả năng lượng gió chiếm 9% diện tích cả nước

Tài nguyên gió ở Việt Nam được đánh giá là có tiềm năng cao nhất Đông Nam Á,

đủ sức thoả mãn 350 lần nhu cầu điện năng dự kiến của năm 2010 Trữ lượng về năng lượng gió tập trung dọc theo thềm lục địa biển Đông và vùng duyên hải Việt Nam, cao gấp 1,5 lần so với trữ lượng năng lượng gió trong đất liền và cao nguyên, vùng núi, trừ

một vài vùng, điểm đặc biệt có tốc độ và trữ năng năng lượng gió cao ngang với giữa biển Đông Ví dụ ở Hoàng Liên Sơn, Điện Biên Phủ, Kontum, Gia Lai, Lâm Đồng,…

2.2 : Tìm hiểu Máy phát điện gió

2.2.1 : Đôi nét về lịch sử nghiên cứu và máy phát điện bằng sức gió

2.2.1.1: Lịch sử phát triển của máy phát điện chạy bằng sức gió

Vào cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng về dầu mỏ đã buộc con người phải tìm các nguồn năng lượng mới thay thế, một trong số đó là năng lượng gió Những năm

về sau, rất nhiều các chương trình nghiên cứu và phát triển năng lượng gió được thực hiện với nguồn tài trợ từ các Chính phủ, bên cạnh các dự án nghiên cứu do các cá nhân,

tổ chức tự đứng ra thực hiện

Lịch sử phát triển của thế giới loài người đã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm Gió giúp quay các cối xay bột, gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt động, và gió thổi vào cánh buồm giúp đưa các con thuyền đi xa Theo những tài liệu cổ còn giữ lại được thì bản thiết kế đầu tiên của chiếc cối xay hoạt động nhờ vào sức gió là vào khoảng thời gian những năm 500 - 900 sau công nguyên tại Ba

Tư (Irac ngày nay) Đặc điểm nổi bật của thiết bị này đó là các cánh đón gió được bố trí xung quanh một trục đứng, minh hoạ một mô hình cánh gió được lắp tại Trung Mỹ vào cuối thế kỷ 19, mô hình này cũng có cấu tạo cánh đón gió quay theo trục đứng

Hình 2.7: Mô hình cánh gió tại Trung Mỹ, cuối thể kỷ 19

Muộn hơn nữa, kể từ sau thế kỷ 13, các cối xay gió xuất hiện tại châu Âu (Tây Âu) với cấu trúc có các cánh đón gió quay theo phương ngang, chúng phức tạp hơn mô hình thiết kế tại Ba Tư Cải tiến cơ bản của thiết kế này là đã tận dụng được lực nâng khí động học tác dụng vào cánh gió do đó sẽ làm hiệu suất biến đổi năng lựợng gió của cối xay gió thời kỳ này cao hơn nhiều so với mô hình thiết kế từ những năm 500 - 900 tại Ba

Tư

Hình 2.8 : Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thể kỷ 13 Trong suốt những năm tiếp theo, các thiết kế của thiết bị chạy bằng sức gió càng ngày được hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi trong khá nhiều các lĩnh vực ứng dụng: chế tạo các máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp, các thiết bị xay xát, xẻ

gỗ, nhuộm vải… Cho đến đầu thế kỷ 19, cùng với sự xuất hiện của máy hơi nước, thiết

bị chạy bằng sức gió dần dần bị thay thế Lịch sử con người đã bước sang thời kỳ mới với những công cụ mới: máy chạy hơi nước

Hình 2.9: Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió, phía Tây nước Mỹ những năm 1800 Năm 1888, Charles F Brush đã chế tạo chiếc máy phát điện chạy sức gió đầu tiên,

và đặt tại Cleveland, Ohio Nó có đặc điểm:

* Cánh được ghép thành xuyến tròn, đường kính vòng ngoài 17m;

* Sử dụng hộp số (tỉ số truyền 50:1) ghép giữa cánh tuabin với trục máy phát;

* Tốc độ định mức của máy phát là 500 vòng/phút;

* Công suất phát định mức là 12kW

Hình 2.10: Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo Trong những năm tiếp sau, một số mẫu thiết kế khác đã được thực hiện tuy nhiên vẫn không đem lại bước đột phát đáng kể Ví dụ mẫu thiết kế của Dane Poul La Cour năm 1891 Cho đến đầu những năm 1910, đã có nhiều máy phát điện chạy bằng sức gió công suất 25kW được lắp đặt tại Đan Mạch nhưng giá thành điện năng do chúng sản xuất

ra không cạnh tranh được với giá thành của các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch Mặc dù gặp khó khăn do không có thị trường, những thế hệ máy phát điện chạy bằng sức gió vẫn tiếp tục được thiết kế và lắp đặt

Ví dụ như các máy phát công suất từ 1 đến 3 kW được lắp đặt tại vùng nông thôn của Đồng bằng lớn, Mỹ, vào những năm 1925 hay máy phát Balaclava công suất 100kW lắp đặt tại Nga năm 1931 hay máy phát Gedser công suất 200kW, lắp đặt tại đảo Gedser, đông nam Đan Mạch

Hình 2.11 Máy phát Gedser, công suất 200kW

Sự phát triển của máy phát điện chạy sức gió trong thời kỳ này có đặc điểm sau:

- Ít về số lượng, lắp đặt rải rác nhưng tập trung chủ yếu ở Mỹ, các nước Tây

Âu như Đan Mạch, Đức, Pháp, Anh, Hà Lan;

- Công suất máy phát thấp chủ yếu nằm ở mức vài chục kW

2.2.1.2 : Đặc điểm chung của máy phát điện bằng sức gió

 Cấu tạo một turbin gió trục ngang

Bao gồm các phần chính sau đây:

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

b Rotor: bao gồm các cánh quạt và trục

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

d Bộ hãm phanh (Brake) : Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp (bảo tố ,gió quá lớn )bằng điện bằng sức nước hoặc bằng động cơ

Hình 2.12 : Cấu tạo bên trong máy phát điện gió trục ngang

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

f Hộp số (Gear box) : Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/phút lên 1200 đến 1500 vòng/phút, 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 động cơ và tuabin gió

g Máy phát (Generator ) : Dùng để phát ra điện

h Bộ điều khiển (Controller) : Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió khoảng 12 km/h đến 22 km/h và tắt động cơ khoảng 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể bị nóng

i Bộ đo lường tốc độ gió (Anemometer) và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điều khiển

j Đuôi – van chỉnh hướng gió (Wind vane) : để xử lí hướng gió và liên lạc với hộp

số chỉnh hướng (yaw drive) để định hướng tuabin gió

k Thân quạt (Nacelle) : bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt lên đỉnh trụ

và bao gồm các phần: hộp số, trục truyền động tốc độ thấp và cao, máy phát điện, bộ điều khiển và bộ hãm Vỏ bọc ngoài dùng để bảo vệ các thành phần bên trong vỏ Một số vỏ phải đủ rộng để kỹ thuật viên có thể đứng bên trong khi làm việc

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

m Hộp số định hướng (Yaw drive) : dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió

n Động cơ (Yaw motor) điều khiển “yaw drive” để định hướng gió

o Thân quạt (Tower) : được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn

 Đặc điểm máy phát điện gió : 

Các máy phát điện sử dụng sức gió đã được sử dụng nhiều ở các nước châu Âu,

Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác Nước Đức đang dẫn đầu thế giới về công nghệ điện sử dụng sức gió (điện gió)

Tới nay đa số vẫn là các máy phát điện tuabin gió trục ngang, gồm một máy phát điện có trục quay nằm ngang, với rotor (phần quay) ở giữa, liên hệ với một tuabin 3 cánh đón gió Máy phát điện được đặt trên một tháp cao hình côn Trạm phát điện kiểu này mang dáng dấp những cối xay gió ở châu Âu từ những thế kỷ trước, nhưng rất thanh nhã

và hiện đại

Các máy phát điện tuabin gió trục đứng (Vertical axis wind turbin) gồm một máy phát điện có trục quay thẳng đứng, rotor nằm ngoài được nối với các cánh đón gió đặt thẳng đứng Loại này có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướng gió nên hiệu qủa cao hơn, lại có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản Loại này mới xuất hiện từ vài năm gần đây nhưng đã được nhiều nơi quan tâm và sử dụng

Hình 2.13 :Sơ đồ turbin gió trục đứng Hiện có các loại máy phát điện dùng sức gió với công suất rất khác nhau, từ 1 kW tới hàng chục ngàn kW Các trạm phát điện này có thể hoạt động độc lập hoặc cũng có thể nối với mạng điện quốc gia Các trạm độc lập cần có một bộ nạp, bộ ắc-quy và bộ đổi điện Khi dùng không hết, điện được tích trữ vào ắc-quy Khi không có gió sẽ sử dụng điện phát ra từ ắc-quy Các trạm nối với mạng điện quốc gia thì không cần bộ nạp và ắc-quy

Các trạm phát điện dùng sức gió có thể phát điện khi tốc độ gió từ 3 m/s (11km/h),

và tự ngừng phát điện khi tốc độ gió vượt quá 25 m/s (90 km/h) Tốc độ gió hiệu quả từ

10 m/s tới 17 m/s, tùy theo từng loại máy phát điện

2.2.1.3: Những lợi ích khi sử dụng năng lượng gió để phát điện

a.Những thuận lợi

- Ưu điểm dễ thấy nhất của điện gió là không tiêu tốn nhiên liệu, tận dụng được nguồn năng lượng vô tận là gió, không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, không làm thay đổi môi trường và sinh thái như nhà máy thủy điện, không có nguy

cơ gây ảnh hưởng lâu dài đến cuộc sống của người dân xung quanh như nhà máy điện hạt nhân, dễ chọn địa điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất lớn cho hồ chứa nước

- Năng lượng gió là 1 dạng nguồn năng lượng vô tận, năng lượng gió có ở nhiều vùng Do đó nguồn cung cấp năng lượng gió của đất nước thì rất phong phú

- Năng lượng gió là một dạng năng lượng có thể tái tạo lại được mà giá cả lại thấp

do công nghệ khoa học tiên tiến ngày nay, giá khoảng 4÷6 cent/kWh, điều đó còn tuỳ thuộc vào nguồn gió, tài chính của công trình và đặc điểm công trình

- Tuabin gió có thể xây dựng trên các nông trại, vì vậy đó là một điều kiện kinh 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 nhỏ đất trồng của họ Chủ đầu tư năng lượng gió phải trả tiền bồi thường cho những nông dân và chủ các trang trại mà có đất sử dụng cho việc lắp đặt các turbin gió

b Những khó khăn

- Năng lượng gió phải cạnh tranh với các nguồn phát sinh thông thường ở một giá

cơ bản Điều đó còn tuỳ thuộc vào nơi có gió thường xuyên và sức gió ở mức nào Vì thế

nó đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao hơn các máy phát chạy bằng nhiên liệu khác

- Năng lượng gió là một nguồn năng lượng không liên tục và nó không luôn luôn

có khi cần có điện Năng lượng gió không thể giữ trữ được và không phải tất cả năng lượng gió có thể khai thác được tại thời điểm mà có nhu cầu về điện

- Những nơi có năng lượng gió tốt thường ở những vị trí xa xôi cách thành phố nhưng những nơi đó lại cần ít điện hơn thành phố

- Mặc dù năng lượng gió ít ảnh hưởng tới môi trường so với các dạng năng lượng khác nhưng lại có thể ồn do cánh quạt gây ra, mỹ quan bị ảnh hưởng, đôi khi chim chóc

bị chết do bị dính vào roto

Hình 2.14 :Tại nạn va chạm vào turbin gió

2.2.2 : Thiết bị biến đổi năng lượng gió thành Điện

Tuabin gió trục đứng là loại ít phổ biến của tuabin gió hiện nay, tuy nhiên nó có

ưu điểm là bình đẳng với mọi hướng gió mà không cần đuôi dẫn hướng như loại tuabin gió trục ngang Ngoài ra, tuabin gió trục đứng trong quá trình vận hành sản xuất điện ít gây tiếng ồn hơn loại trục ngang Một số nghiên cứu đưa ra loại tuabin trục đứng với bộ cánh thẳng đứng, chúng được gắn với trục điều khiển thông qua hệ thống cánh tay

2.2.2.1.1 Tính toán năng lượng gió hấp thụ bởi turbin gió

Gió luôn thay đổi cả về tốc độ cũng như hướng gió phụ thuộc vào thời gian Tốc

độ gió thay đổi theo các khoảng thời gian khác nhau Tốc độ gió thay đổi theo mùa trong một năm, thay đổi theo giờ trong một ngày, hoặc cũng có thể thay đổi theo từng phút, ví

dụ như tốc độ gió vào mùa hè, thu ở nước ta thường lớn hơn các mùa khác hay tốc độ gió vào ban ngày lớn hơn ban đêm Ngoài ra, tốc độ gió cũng khác nhau phụ thuộc vào độ cao và địa hình, gió ở trên cao thường mạnh hơn dưới thấp, do vậy năng lượng gió phụ thuộc vào tốc độ gió

Năng lượng mà một tuabin gió có thể hấp thu là:

Trong đó: P là năng lượng hấp thu, Cp là hệ số biến đổi năng lượng (nó là một hàm của

tỉ số tốc độ đầu cánh và góc cánh ), là mật độ không khí, At là diện tích mặt cắt của tuabin gió, v là vận tốc gió.Theo lý thuyết thì giá tri lớn nhất của Cp là 16/27 0,5926 và

nó được gọi là Giới hạn Betz Năng lượng trong gió tỉ lệ với lập phương của vận tốc gió,

do đó nếu tốc độ gió tăng thì năng lượng tăng lên rất nhiều Vì vậy giá trị năng lượng của tuabin thay đổi rất lớn

Hệ số biến đổi năng lượng Cp trong công thức trên là một hàm của tỉ số tốc độ đầu cánh , là tỉ số giữa tốc độ đầu cánh của tuabin gió và tốc độ gió

Trong đó: là tốc độ quay của tuabin, R0 là bán kính tuabin, v là tốc độ gió Với tuabin gió trục ngang (TGTN) hoạt động bình thường ở tỉ số tốc độ đầu cánh được

cho ở 1.2 Với tuabin gió trục đứng (TGTĐ) thì hoạt động ở tỉ số tốc độ đầu cánh thấp hơn(0,65)

Hình 2.15 :đường cong biểu diển quan hệ giữa Cp và

* Thống kê phân bố gió:

Gió là nguồn năng lượng thay đổi và các giá trị dữ liệu của các đại lượng đo từ gió thường là rất lớn Vì vậy các phương pháp thống kê được sử dụng để mô tả gió Các phương pháp thống kê được sử dụng để dự đoán tiềm năng năng lượng tại một vùng nơi

mà chúng ta cần phải biết các thống kê phân bố gió Hai phương pháp thống kê phân bố gió là phân bố Rayleigh và phân bố Weibull Phân bố Rayleigh dựa trên tốc độ gió trung bình trong khi đó phân phối Weibull có thể được suy ra từ tốc độ gió trung bình và độ lệch chuẩn và do đó nó chính xác hơn, tuy nhiên cần phải biết thêm một số thông tin về vùng đó Phân bố Rayleigh đơn giản hơn phân bố Weibull bởi nó có sai số tiêu chuẩn là 0,523 lần tốc độ gió trung bình Vì vậy phân bố Rayleigh được sử dụng trong các mô phỏng bởi nó đơn giản hơn

Xác suất Phân bố Rayleigh được xác định:

Trong đó : : tốc độ gió(m/s), : tốc độ gió trung bình (m/s)

* Điều khiển hoạt động của tuabin gió:

Tuabin gió hấp thu được năng lượng nhiều nhất khi vận hành ở giá trị tối ưu của Tuy nhiên tốc độ quay của tuabin cũng đựợc chọn ở giá trị sao cho năng lượng hấp thu được là lớn nhất Với tốc độ quay cố định và khi tốc độ gió tăng thì sẽ giảm và tuabin

sẽ đi vào vùng giảm tốc Khi công suất đạt được giá trị định mức thì nó được giữ cố định

và sau đó phương pháp điều khiển công suất được sử dụng để hạn chế sự hấp thu năng lượng khi tốc độ gió tăng

Một tuabin gió có thể được vân hành theo các quy tắc điều khiển khác nhau

tùy thuộc vào tốc độ gió Tuabin gió được hoạt động ở tốc độ gió từ 4m/s đến 20m/s

và tốc độ gió định mức là 12m/s

Tuabin gió được khởi động khi tốc độ gió vượt qua 4m/s Nó được điều khiển ở giá tri tối ưu của , cho đến khi tốc độ gió vượt qua 10m/s Khi tốc độ gió trên 10m/s thì tốc độ quay được giữ cố định Hệ số Cp sẽ giảm chút khi tốc độ từ 10m/s đến 12m/s Khi tốc độ gió trên 12m/s thì công suất được giữ cố định và tuabin giá bắt đầu quá trình giảm hấp thu năng lượng Khi đó tốc độ quay cần phải giảm chút ít tùy thuộc vào hiệu quả của phương pháp điều khiển

2.2.2.1.2 : Một số Turbin gió trục đứng đang có trên thị trường:

Các dạng cánh turbin gió trục đứng hiện nay :

Hình 2.16: Các dạng cánh turbin gió trục đứng Thông dụng nhất trong chế tạo turbin gió trục đứng hiện nay: loại Darrieus và loại Savonuious

Một số turbin gió trục đứng đang có trên thị trường:

Hình 2.17 : Một số turbin gió trục đứng đang có trên thị trường

2.2.2.1.3 : Ưu,nhược điểm của turbin gió trục đứng so với turbin gió trục ngang

 Ưu điểm:

 Kết cấu nhỏ gọn, ít gây tiếng ồn

 Bình đẳng với mọi hướng gió mà không cần đuôi dẫn hướng như loại turbin gió trục ngang

 Turbin gió trục đứng trong quá trình vận hành sản xuất điện ít gây tiếng ồn hơn loại trục ngang

 Điều khiển công suất phát tải một cách độc lập :điều khiển góc mở của cánh theo hướng gió và theo cương độ gió Ngoài ra, các hệ thống điều khiển turbin gió trục đứng được đặt tại mặt đất nên tạo điều kiện cho việc truy cập, lập trình và sữa chữa

 Trục quay thẳng đứng của turbin gió trục đứng cho phép đặt các máy phát điện ở dưới chân tháp đở, điều nay sẽ đơn giản hóa việc lắp đặt, bảo trì, bảo dưỡng các máy phát đồng thời giúp giảm nhẹ tải trọng của tháp đở

 Già thành chế tạo thấp hơn chế tạo một tur bin gió trục ngang

 Nhược điểm: 

 Hiện nay ,turbin gió trục đứng là loại ít phổ biến của turbin gió hiện nay Vì các lý do: không thể bố trí turbin gió lên cao để hứng gió tối ưu, tốc độ quay của turbin của turbin thay đổi trong dãy rộng nên chọn máy phát đáp ứng rất khó  

2.2.2.1.4 :Khí động lực học trong turbin gió

a) Động lực học cánh quạt turbin 

Cánh quạt có nhiệm vụ chuyển năng lượng của gió thành động năng của tuabin thông qua động lực học của gió tác dụng lên cánh tuabin Để hiểu được sự hoạt động của cánh và quan trọng hơn là cơ chế biến đổi năng lượng của tuabin gió ta cần phải có những kiến thức cơ bản về khí động lực học cánh quạt

Nếu ta giả thiết các cánh đứng yên và không khí chuyển động với cùng một tốc độ, nhưng ở hướng ngược lại, các lực tác dụng vào cánh không thay đổi giá trị Khi đó lực tác dụng chỉ phụ thuộc vào tốc độ tương đối và góc tới tác dụng Vì vậy, để dễ dàng cho

việc giải thích, chúng ta hãy xét trường hợp cánh cố định, không khí chuyển động với tốc

độ vô hạn V

Áp lực của không khí lên bề mặt ngoài của cánh là không đều nhau: Ở bề mặt trên thì áp lực giảm còn ở bề mặt dưới thì áp lực tăng lên Để biểu diễn sự thay đổi của áp lực, trên đường vuông góc với biên dạng của bề mặt cánh, ta lấy một đoạn có chiều dài bằng

Kp

Hình 2.18 : Đường cong biểu diễn Kp Trong đó P là áp lực tĩnh trên đường vuông góc với mặt cánh, và , P0, V là các điều kiện tại vô cực

Kết hợp các giá trị khác nhau của Kp ta có đường cong biểu diễn Kp như trên hình 2.18, Kp nhận giá trị âm với các điểm ở phía mặt trên và nhận giá trị dương ở mặt dưới

Hợp lực của các thành phần lực khác nhau tác dụng lên cánh dưới tác dụng của vận tốc gió V là F, nó thường nghiêng so với hướng của tốc độ tương đối, và được cho bởi biểu thức:

Hình 2.19 : Các lực tác dụng lên cánh gió Trong đó :

là tỷ khối của không khí

S là diện tích tác dụng, nó bằng tích dây cung AB với chiều dài của cán

Cr là tổng hệ số khí động lực học

V là tốc độ gió

Lực này có thể chia làm 2 thành phần :

- Một thành phần song song với vector : lực cản

- Một thành phần vuông góc với vector : lực nâng

Trên dây cung AB:

Trên đường vuông góc AB :

Mặt khác các biểu thức có thể viết như sau: và

Từ đó ta có: Cn = C1cosi + Cdsini ; Ct = Cdcosi – C1sini

Nếu gọi M mômen động lực học tương đối của F tác động lên mép trước của cánh Chúng ta có thể xác định hệ số mômen Cm thông qua biểu thức :

Với l là chiều dài dây cung cánh gió

Từ đó, ta thấy động lực học của cánh gió được đặc trưng bởi lực cản, lực nâng và mômen động lực học

b) Động lực học của rotor

Các máy chạy bằng sức gió cổ xưa và các turbin gió hiện đại ngày nay đều có các cánh được gắn trên một trục và cấu tạo nên rotor Trước khi nghiên cứu về động lực học của rotor turbin gió, chúng ta hãy đưa ra một số định nghĩa như sau:

- Trục rotor : là trục quay của rotor

- Mặt phẳng quay : là mặt phẳng vuông góc với trục quay của rotor

- Đường kính rotor : là đường kính của vùng quét bởi trục rotor

- Trục cánh : là trục dọc cánh mà nó có thể tạo nên độ nghiêng của cánh so với mặt phẳng quay

- Phần cánh trong bán kính r : là phần giao của cánh với một hình trụ có bán kính r có trục là trục rotor

- Góc nghiêng của cánh : là góc độ giữa các dây cung của cánh tại r và bán kính mặt phẳng quay

Ta xét một phần của chiều dài dr, dây cung l và góc độ ở bán kính r của một cánh rotor

Nếu ta gọi V là tốc độ gió dọc trục qua rotor, và vận tốc của dòng không khí so với cánh là như hình 2.19

Góc tới i =

i: là góc độ giữa và mặt phẳng quay của rotor, i được gọi là góc nghiêng

Hình 2.20 :Lực tác động của gió lên các cánh

Do đó, bộ phận cánh lệ thuộc vào sự tác động của dòng không khí ở tốc độ tương đối Bộ phận cánh sẽ chịu tác dụng của lực động học dR.Lực dR này được phân tích thành hai thành phần là lực nâng dRl và lực cản dRd tương ướng theo phương vuông góc

và song song tốc độ tương đối và phù hợp với góc tới i

Đánh giá sự đóng góp của lực động học dR vào lực dọc trục tác dụng bởi gió trên rotor và tác dụng vào mômen trên trục của rotor

Xác định giá trị dF và dM Với dF là hình chiếu của dR trên trục rotor và dM là hình chiếu của mômen tương đối tác động lên trục rotor trên mặt phẳng quay

Mặt khác, ta có các mối quan hệ sau:

và

W2 = V2 + U2 = V2 + với

dP =

Từ đó ta có dM, dF và dP như sau:

cosI) Tổng lực F tác dụng của gió trên rotor và mômen M trên trục của rotor thu được tính bằng tổng tất cả các lực dF thành phần và các mômen dM thành phần tương ứng tác động trên các cánh Vì vậy, công suất P của gió truyền vào rotor và công suất hữu ích Pu được cung cấp bởi tuabin gió có thể tính toán thông qua các công thức :

Hiệu suất của quá trình biến đổi năng lượng :

2.2.2.2 : Máy Phát điện trong turbin gió

Máy phát điện là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong tuabin gió, vì

nó có nhiệm vụ chuyển đổi cơ năng của tuabin thành điện năng Trong một hệ thống phát điện, việc thiết kế và chọn máy phát điện phải phù hợp với loại tuabin đã được lựa chọn Các tuabin này được thiết kế với việc ưu tiên cho các phương pháp điều khiển mong muốn và điều kiện gió tại vùng đã được quy hoạch Các máy phát điện ở đây không chỉ được sử dụng để biến đổi năng lượng mà còn dùng để điều khiển điện áp thông qua tốc

độ quay của tuabin

Hình 2.21 : Máy phát điện dùng trong turbin gió

a Khái niệm máy phát điện: 

Máy phát điện là một dạng của máy điện và thuộc loại máy điện có phần động, dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

Hình 2.21: Máy phát điện

b Cấu tạo của máy phát điện: 

Máy phát điện cơ bản nói chung gồm mạch từ (lõi thép) dùng tạo ra từ trường và mạch điện (các dây quấn) dùng để cảm ứng ra những sức điện động

Hình 2.22: Cấu tạo của một máy phát điện

c Phần loại máy phát điện:

Máy phát điện có thể được phân loại theo:

 Công suất

 Cấu tạo

 Theo dòng điện tạo được: dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều

 Theo nguyên lí hoạt động: máy phát điện đồng bộ và máy phát điện không đồng

Có nhiều phương pháp để tạo ra dòng điện, trong những máy phát điện, người ta

sử dụng cuộn dây và nam châm để phát điện Đưa nam châm lại gần hay ra xa cuộn dây làm phát sinh dòng điện trong cuộn dây

Hình 2.23 : Nguyên lí phát điện

 Mối quan hệ giữa số vòng quấn của cuộn dây, nam châm và lượng điện sinh ra:

 Đèn còn sáng khi nam châm còn dịch chuyển

 Lượng điện sinh ra nhiều khi số vòng quấn của cuộn dây lớn

 Lượng điện sinh ra nhiều khi từ trường lớn (nam châm lớn)

 Lượng điện sinh ra nhiều khi tốc độ dịch chuyển nam châm nhanh