Xây dựng hệ thống điện gió sử dụng động cơ xe đạp điện làm máy phát

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Hải Phòng – 2015 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Hải Phòng - 2015 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC o0o - BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Mã sinh viên: 1112102006 Lớp: ĐC 1501 Ngành: Điện Tự Tên đề tài: Xây dựng hệ thống ệp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu tính tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ Họ tên : Học hàm, học vị : T Cơ quan công tác : Đại Học Dân Lập Hải Phịng Nội dung hƣớng dẫn : Tồn đề tài Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài đƣợc giao ngày tháng Yêu cầu phải hoàn thành trƣớc ngày Đã nhận nhiện vụ: Đ T T N Sinh viên năm 2015 tháng năm 2015 Đã nhận nhiện vụ: Đ T T N Cán hƣớng dẫn Đ T T N Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 HIỆU TRƢỞNG GS TS NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Tinh thần, thái độ sinh viên trình thực đồ án tốt nghiệp Đánh giá chất lƣợng Đ T T N (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ T T N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lƣợng vẽ ) Cho điểm cán hƣớng dẫn: (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2015 Cán hƣớng dẫn (Họ tên chữ ký) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phƣơng pháp tối ƣu, cách tính tốn chất lƣợng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2015 Ngƣời chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………… NĂNG LƢỢNG GIÓ 1.1.SỰ HÌNH THÀNH CỦA GIĨ ……………………………………….2 1.2 ỨNG DỤNG NĂNG LƢỢNG GIĨ TRONG ĐỜI SỐNG……………3 1.2.1.Năng lƣợng gió – nguồn lƣợng vô tận………………….3 1.2.2.Thiết bị sử dụng lƣợng gió………………………… …… ………………7 1.3 1.3.2 - 10 1.3.3 Nam………… …………… 11 1.3.4 .15 …………… 17 - .…18 ……… 18 - ……… 18 2.3.TUA-BIN – CÁNH QUẠT………………………………………… 21 ………….22 2.5.ROTOR TUA-BIN……………………………………………………23 2.6.MÁY PHÁT……………………………………….………………….23 2.7.HỆ THỐNG ĐỊNH HƢỚNG…………………………………………23 2.8.CƠNG SUẤT CÁC LOẠI TUA-BIN GIĨ…… ……………………24 2.9NGUN LÝ LÀM VIỆC CỦA MỘT TUA-BIN GIÓ…… ……….25 2.10.NHỮNG THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG GIÓ…………………………………………………… 25 27 3.1ĐẶT VẤN ĐỀ…………….………………………………………… 27 3.2 (BLDC………………………………………… 28 3.2.1.Các hệ truyền động điện dùng ĐCMCKCT…………….……… 36 3.2.2.Một số đặc điểm điện ĐCMCKCT………… ………… 38 ….47 4.1.C U TRÚC CHUNG……….……………………………………… 47 4.2.THIẾT KẾ KỸ THUẬT… ………………………………………….48 4.2.1Đặt vấn đề…………………………… ………………………… 48 …………………………49 4.2.3.Tính tốn phụ tải chung hộ gia đình…….………………50 4.2.4.Lựa chọn thiết bị……………………………………………… 51 4.3 KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG NG CƠ HỘ GIA TRONG ĐÌNH……………… ……………………………………………………60 KẾT LUẬN…………………………………………………………………62 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………63 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới, nhu cầu sử dụng lƣợng tăng cao Năng lƣợng tái tạo gọi lƣợng phi truyền thống nói chung, lƣợng gió nói riêng lĩnh vực quan trọng dần đƣợc quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi Chính việc nhanh chóng điều tra, đánh giá để xác định số liệu tốc độ gió khu vực cụ thể việc làm cần thiết quan trọng công tác nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sử dụng lƣợng gió Sau thời gian năm học tập nghiên cứu Trƣờng Đại Học em đƣợc giao đề tài luận văn tốt nghiệp với nội dung: “ ” : - * Giải thích sơ đồ: Gió làm quay máy phát điện sinh điện năng, đóng cầu dao điện áp xoay chiều pha đƣợc đƣa vào cuộn sơ cấp biến áp TR1 đƣợc biến đổi sang điện áp 12V Dòng điện xoay chiều 12VAC từ cuộn thứ cấp máy biến áp TR1 đƣợc chỉnh lƣu nhờ cầu chỉnh lƣu pha ốt thành dòng 12VDC cấp điện cho ắc quy biến tần Bộ biến tần sử dụng IC 4047 để biến đổi điện áp 12VDC thành điện áp 12VAC, tần số 50Hz, sau điện áp 12VAC/50Hz đƣa vào cuộn sơ cấp biến áp TR2 đƣợc biến đổi thành điện áp 230VAC/50Hz cung cấp cho tải tiêu thụ Khi điện lƣới, để sử dụng lƣợng điện hệ thống phải thực chuyển mạch cầu dao CD 4.2.3 Tính tốn phụ tải chung hộ gia đình Điển hình hộ gia đình có thiết bị sử dụng điện nhƣ tivi, tủ lạnh, điều hịa, quạt Danh sách thiết bị cơng suất chúng để tính chọn thiết bị hệ thống phong điện công suất nhỏ đƣợc liệt kê bảng sau: 4.1 (W) Tivi 200 150 250 200 100 2000 : ΣP = 2900 W Điện áp dùng gia đình điện áp 220V/50Hz - Tính dịng điện định mức : 51 Iđm = (4.1) Chọn hệ số cosφ = 0,8 Với Tủ lạnh, quạt, máy bơm điều hòa sử dụng động xoay chiều nên ta tính dịng mở máy dòng tải : - Dòng mở máy : Imm = kmm.Iđm (4.2) - Dòng tải : Iqt = 1,3.Iđm (4.3) Kết cho bảng 4.2 4.2 (A) Tivi (A) (A) 0,56 0,85 4,25 1,105 0,35 1,75 0,46 0,57 2,85 0,71 11,37 56,85 14,78 0,227 4.2.4 Lựa chọn thiết bị 4.2.4.1 Chọn hệ thống thu nhận biến đổi gió * Cánh quạt hứng gió : Động lớn mà cánh tua bin nhận đƣợc 0.593 lần động mà gió sinh Năng lƣợng gió đƣợc phân chia làm phần tƣơng tác với cánh tua-bin, động làm quay tua-bin áp suất tác dụng lên bề mặt cánh tua-bin, thiết kế cánh quạt quay tua-bin phải hƣớng tới tiêu thu đƣợc động nhiều từ gió, 52 giảm bớt lƣợng áp suất tác dụng lên bề mặt 4.3 * Máy phát : Thông thƣờng, công suất định mức máy phát đƣợc tính tốn điều kiện tiêu chuẩn Trong thực tế, điều kiện vận hành thiết bị khơng với điều kiện tiêu chuẩn Vì cơng suất khả dụng thƣờng thấp cơng suất định mức Các điều kiện ảnh hƣởng đến công suất khả dụng máy là: - Nhiệt độ môi trƣờng - Sự thay đổi chế độ làm mát máy phát - Sự lão hóa chất cách điện, làm cho nhiệt độ chịu đựng máy phải giảm xuống - Những giới hạn động sơ cấp kéo - Những giới hạn thiết bị lắp phía sau nó: máy cắt, máy biến áp, đƣờng dây 53 Do công suất tải tiêu thụ 2900W nên chọn máy phát đồng nam châm vĩnh cửu pha có cơng suất 3kW 4.4 54 – 4.5 4.2.4.2 - Chọn ắc-quy dự trữ Là lƣu trữ điện dƣới dạng điện áp chiều (DC) - “Lu” chứa điện Hiện có nhiều loại với chất lƣợng, tính giá thành khác (axit chì, kín khí, chì khơ, cadium, niken, Lithium….) Với loại ắc-quy hãng có qui định chặt chẽ cách sử dụng, bảo quản chế độ nạp điện khác Yêu cầu mua sử dụng phải có hiểu biết đầy đủ ắc-quy lựa chọn Trên thị trƣờng, nên chọn mua loại ắc-quy tốt có chất lƣợng cao Tránh mua loại ắc-quy có chất lƣợng thấp có giá thành rẻ ban đầu nhƣng mau hƣ hỏng gây rắc rối khác trình sử dụng nên thực phải trả chi phí cao Chế độ nạp điện : - Việc chọn dịng nạp thích hợp cho ắc-quy yếu tố đặc biệt quan trọng Đảm bảo ắc-quy vừa bền vừa thực đầy - Thông thƣờng dòng nạp tiêu chuẩn phải đƣợc ổn định từ 1/10 đến 1/5 dung lƣợng ắc-quy Thời gian tiêu chuẩn để nạp ắc-quy thƣờng từ 8-12 - Nếu chọn dịng nạp nhỏ (so với dung lƣợng) ắc-quy lâu đầy nhiên dịng sạc nhỏ ắc-quy bền đƣợc no thực - Ngƣợc lại chọn dòng nạp lớn (so với dung lƣợng) ắc- quy chóng đầy nhƣng nhanh bị hỏng tƣợng đầy thƣờng giả tạo Thậm chí bị nổ nạp q mạnh - Khi ắc-quy đầy cần phải ngắt nạp chuyển sang chế độ nạp trì khoảng thời gian để ắc-quy thực đầy - Đặc biệt với số loại ắc quy trình sạc cần phải có giám sát nhiệt độ chặt chẽ 55 Tùy theo thời gian sử dụng bị điện dài hay ngắn mà ta chọn dung lƣợng ắc-quy theo công thức sau: -quy (Ah) = Trong đó: - P cơng suất tiêu thụ (W) - T thời gian hoạt động (h) - 0,7 hệ số sử dụng - U điện áp ắc-quy (V) Đối với hệ thống lƣợng gió cơng suất 2900 W, dùng nguồn điện 12VDC, dùng phục vụ hộ gia đình nên ta chọn thời gian sử dụng đồng hồ, ta áp dụng cơng thức để tính dung lƣợng ắc-quy: Dung lƣợng ắc quy = = 690 Ah Nhƣ dung lƣợng ắc-quy lớn, để đáp ứng đƣợc yêu cầu chọn ắc-quy hãng Pinaco nhƣ sau: 4.3 -quy -quy (V) (Ah) N100 12 100 N200 12 200 56 4.6 - 4.2.4.3 Chọn chỉnh lƣu nghịch lƣu * Bộ nghịch lưu : Bộ nghịch lƣu biến đổi tĩnh đảm bảo biến đổi chiều thành xoay chiều Nguồn cung cấp chiều, nhờ khóa chuyển mạch làm thay đổi cách nối đầu vào cách chu kỳ để tạo nên đầu xoay chiều Khác với biến tần trực tiếp, việc chuyển mạch đƣợc thực nhờ lƣới xoay chiều, nghịch lƣu nhƣ điều áp chiều, hoạt động chúng phụ thuộc vào loại nguồn tải Trên thị trƣờng có nhiều loại nhƣ Hồ Điện, Aquasonic, MaxQ, Eltek, Power Master, Incosys, AST có nhiều loại công suất khác giá khác nhau, nhiên nên dùng loại inverter có điện dịng sine chuẩn Với thơng số: - Cơng suất tải tiêu thụ 2900 W - Điện áp 220V/50Hz 57 Vậy chọn inverter có đầu vào điện áp chiều với điện áp nạp ắc quy 12 VDC, đầu 220VAC/50Hz Do hiệu suất inverter vào 80% nên chọn công suất inverter cần dùng là: Pinverter = =3635 W Hệ số máy biến áp TR2 : = = 0,052 Dòng thứ cấp I2 = 11,37 A Biên độ dòng sơ cấp I1m = = 218 A Dòng hiệu dụng sơ cấp I1 = = = 154 A Công suất thứ cấp biến áp: S2 = U2.I2 = 230.11,37 = 2615,1 VA Bộ biến tần với thông số: VR1 = 100K; R2 = 390K; R3= 330Ω; R5=R6= 220Ω; D5 1N4007; C1 = 2200 ; C2 = C3= 0,01 ; C4 = 22 ; Zene Diode 240V/20A Dòng sơ cấp biến áp TR2 154A, chọn transistor IGBT loại GA200SA60 với thông số 200A/600V/15kHz * IC dùng nghịch lƣu IC4047 : 4.7 Các chân IC CD4047 58 4.8 4.9 * Bộ chỉnh lưu : Bộ chỉnh lƣu biến đổi điện xoay chiều thành chiều cung cấp cho tải chiều nhƣ : động điện chiều, kích từ cho máy phát đồng cuộn dây hút khí cụ điện, cơng nghệ điện hóa: mạ, đúc điện, nạp ắc quy Đây sơ đồ chỉnh lƣu cầu pha dùng đi-ốt Để giảm tiết diện dây quấn ngăn chặn thành phần sóng hài sóng thứ tự khơng chạy ngƣợc máy phát gây ảnh hƣởng đến máy phát phía sơ cấp biến áp đấu tam giác, phía thứ cấp đấu (Δ/Y) Điện áp ngƣợc ốt phải chịu : Unm = U2 = 12 = 29,39 V Chọn ốt chịu đƣợc điện áp ngƣợc ku.Unm = 1,6 29,39 = 47,024 V Vậy chọn ốt MR2000 Un = 50V, Imax = 20 A 59 4.10 Tính máy biến áp : Dòng chỉnh lƣu định mức Id = 154 A Trị hiệu dụng dòng chảy pha thứ cấp máy biến áp : I2 = Id = 125,7 A Trị hiệu dụng dòng chảy pha phía sơ cấp : I1 = I2 = 125,7 = 3,97 A Công suất biểu kiến máy biến áp : S1 = 3.U1.I1 = 3.380.3,97 = 4525,8 VA S2 = 3.U2.I2 = 3.12.125,7 = 4525,2 VA Vậy STR1 = 4525,5 VA 4.2.4.4 Thiết bị đo, đếm, bảo vệ : * Thiết bị bảo vệ : Trong sơ đồ có thiết bị bảo vệ nhƣ áp tơ mát, cầu dao, cầu chì - Tính chọn áp tô mát : Áp tô mát CB1 đƣợc chọn theo điều kiện : UđmA ≥ UđmLĐ = 380 (V) IđmA ≥ Itt = 3,97 (A) Vậy chọn áp tô mát loại EA53-G Nhật chế tạo có thơng số: 4.4 60 Uđm(V) Iđm(A) IN(kA) 380 10 Áp tô mát CB2 đƣợc chọn theo điều kiện : UđmA ≥ UđmLĐ = 230 (V) IđmA ≥ Itt = 11,37 (A) Vậy chọn áp tô mát loại EA53-G Nhật chế tạo có thơng số: 4.5 Uđm(V) Iđm(A) IN(kA) 230 20 4.11 ƣ 61 ng 4.12 4.3 ng KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG NG CƠ TRONG HỘ GIA ĐÌNH Ngày nay, nhu cầu sử dụng điện lớn tình trạng thƣờng xuyên bị cắt điện tải Trƣớc thực tế xúc nhà máy thủy điện nhiệt điện nƣớc ta ngày chƣa đáp ứng nhu cầu tốc độ phát triển kinh tế xã hội đất nƣớc Đặc biệt năm gần đây, tình hình thời tiết biến động phức tạp liên tục, nguồn nƣớc ngầm bị cạn kiệt, sơng ngịi bị trơ đáy vào mùa khơ Do đó, để đảm bảo nhu cầu sử dụng điện nhƣ thực sách sử dụng điện tiết kiệm phủ, hệ thống lƣợng gió cơng suất nhỏ dùng hộ gia đình lựa chọn phù hợp với hộ gia đình, trang trại nhƣ nhà máy, xí nghiệp Khi đƣa vào sử dụng hệ thống cần ý : 62 - Trạm phong điện sử dụng động gió làm quay tua-bin nên phải đƣợc ƣu tiên đặt nơi có nhiều gió để hiệu suất hoạt động đƣợc cao - Trạm điện sức gió nên đặt gần nơi tiêu thụ điện, nhƣ tránh đƣợc chi phí cho việc xây dựng đƣờng dây tải điện - Trạm điện sức gió đặt địa điểm vị trí khác nhau, với giải pháp linh hoạt phong phú Tuy nhiên ta nên đặt trạm nơi có độ cao tự nhiên nhằm làm giảm chi phí xây dựng trụ đỡ nhƣ mỏm núi, tòa nhà cao tầng - Việc đƣa vào sử dụng hệ thống lƣợng điện gió cần phải quan tâm đến vấn đề an tồn, lúc trời có mƣa bão sức gió lớn làm hƣ hỏng thiết bị gây nguy hiểm cho ngƣời dùng Khi có gió bão, cách tốt nên tách cánh quạt rô to máy phát để tránh gây hƣ hỏng máy phát sức gió lớn làm cho máy phát quay nhanh, dẫn đến tổn hại lớn cho phận bên nhiệt dao động mạnh Việc tách cánh quạt rơ to thực khớp bánh tác động tay hay tự động Với nơi xa nguồn điện lƣới quốc gia nhƣ khu vực miền núi, hải đảo, việc truyền tải điện ln vấn đề khó khăn, nhiên với ứng dụng trạm điện lƣợng gió cơng suất nhỏ cho khu vực giải pháp mang tính cấp thiết để đem lại sống đầy đủ cho ngƣời dân Với ƣu điểm chủ động đƣợc nguồn điện, nguồn lƣợng tái tạo, không gây ô nhiễm, chất lƣợng ngang với chất lƣợng điện lƣới quốc gia Nếu xét tới nguy cạn kiệt lƣợng hóa thạch tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, với tiềm to lớn điện gió Việt Nam, xu hƣớng sử dụng nguồn lƣợng tất yếu 63 KẾT LUẬN Trong trình thực đồ án em nhận đƣợc hƣớng dẫn tận tình, hiệu thầy giáo – ThS thầy cô giáo môn giúp đỡ bạn giúp cho em hoàn thành đồ án Trong đồ án em tìm hiểu giải đƣợc vấn đề sau: Tìm hiểu gió, nguồn lƣợng gió ứng dụng chúng - sản xuất sinh hoạt Nghiên cứu cấu trúc chung hệ thống phát điện lƣợng - gió nói chung hệ thống lƣợng gió sử dụng - Thiết kế sơ hệ thống lƣợng gió cơng suất nhỏ dùng hộ gia đình Trong thời gian làm đề tài, thân cố gắng nghiên cứu học hỏi nhƣng vốn kiến thức hạn hẹp, thời gian thực hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em kính mong nhận đƣợc góp ý phê bình thầy mơn bạn đơng nghiệp để đồ án đƣợc hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS- TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng Cao Xuân Tuyển - Nguyễn Phùng Quang (2007), Điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió với điều khiển dịng thích nghi bền vững sở kỹ thuật Backstepping, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên, 1(3),115-120 Nguyễn Bính (2000), Điện tử công suất, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Ngô Hồng Quang - Vũ Văn Tẩm (2006), Thiết kế cấp điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Phạm Quốc Hải – Dƣơng Văn Nghi (2003), Phân tích giải mạch điện tử công suất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Nguyễn Bính (1982), Kỹ thuật biến đổi điện năng, Đại học Bách Khoa Hà Nội 65 ... biệt nhờ hệ thống phanh hãm thông qua hệ thống điều khiển 2.4 Hệ thống giúp cho điều khiển tua-bin thay đổi theo điều kiện gió, liên tục tối ƣu hóa sức mạnh sản sinh tối giản làm hƣ hại Hệ thống. .. tránh đƣợc chi phí cho việc xây dựng đƣờng dây tải điện Trƣớc đây, công nghệ phong điện cịn đƣợc ứng dụng, việc xây dựng trạm phong điện tốn kém, chi phí cho thiết bị xây lắp đắt nên đƣợc áp dụng... giá rẻ hơn, bao gồm phần giàn khung, ống cáp Các hệ thống treo dễ lắp đặt hệ thống tự đứng Tuy nhiên bán kính treo phải ½ ¾ chiều cao tháp nên hệ thống treo cần đủ chỗ trống để lắp đặt Mặc dù loại