Thiết kế chế tạo mô hình gió

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỆN GIĨ Giảng viên hƣớng dẫn : TS Nguyễn Tiến Dũng Sinh viên thực : Nguyễn Văn Kiên MSSV : 135D5103010054 Lớp : 54K2 - CNKT Điện, Điện tử Vinh, tháng 05 năm 2018 TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỆN GIĨ Giảng viên hƣớng dẫn : TS Nguyễn Tiến Dũng Cán phản biện : ThS Lƣu Văn Phúc Sinh viên thực : Nguyễn Văn Kiên MSSV : 135D5103010054 Lớp : 54K2 - CNKT Điện, Điện tử Vinh, tháng 05 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Kiên Mã số sinh viên: 135D5103010054 Ngành: Công nghệ kĩ thuật điện – Điện tử Khoá: 54 Giảng viên hƣớng dẫn : TS:Nguyễn Tiến Dũng Cán phản biện : Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo mơ hình điện điện gió Nhận xét cán hƣớng dẫn : Nghệ An, Ngày tháng năm 2018 Cán hƣớng dẫn ( Ký, ghi rõ họ tên ) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Kiên Mã số sinh viên: 135D5103010054 Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật điện – Điện tử Khố: 54 Giảng viên hƣớng dẫn : TS:Nguyễn Tiến Dũng Cán phản biện : Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo mơ hình điện điện gió Nhận xét cán phản biện: Nghệ An, Ngày tháng năm 2018 Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) MỤC LỤC CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ Tổng quan lƣợng gió 1.1 Tổng quan 1.2 Lợi ích lƣợng điện gió 1.3 Tình hình lƣợng điện gió giới 1.4 Tiềm gió Việt Nam 1.4.1 Vị trí địa lý 1.4.2 Khí hậu 1.4.3 Tìm gió Việt Nam 1.4.4 Lượng gió theo mùa 1.4.5 Tiềm gió số vùng Việt Nam 10 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TURBINE GIÓ 10 2.1 Các dạng tuabin gió 10 2.2 Tính tuabin gió 11 2.3 Đƣờng đặt tính loại tuabin 12 CẤU TẠO CỦA MỘT TURBINE GIÓ 13 3.1 Cấu tạo chung tuabin gió 13 3.2 Cấu tạo, hình dạng, kích thƣớc cơng suất số tuabin gió 16 3.3 Cánh rotor 18 CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH XÂY DỰNG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ 18 4.1 Khảo sát đo gió 18 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH ĐIỆN GIÓ 24 2.1 Giới thiêu mơ hình điện gió 24 2.2 Cấu tạo, sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động mơ hình điện gió 24 2.2.1 Cấu tạo 24 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý 24 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 24 2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị 25 2.3.1 Máy biến áp 25 2.3.2 Mạch ổn áp 25 2.3.3 Mô tơ giảm tốc 28 2.3.3.4 Cấu tạo motor giảm tốc 29 2.3.4 Bình ắc quy axit 30 2.3.5 Mạch nạp 31 3.1 Lắp đặt 37 3.2.Vận hành 40 KẾT LUẬN 44 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển công nghiệp đại hóa tồn giới nên nhu cầu lƣợng ngày tăng cao.Vấn đề đặt phát triển nguồn lƣợng cho phù hợp không ảnh hƣởng đến môi trƣờng cảnh quan thiên nhiên Mơ hình điện gió cấp bách cần thiết để giải vấn đề thiếu hụt lƣợng ô nhiễm môi trƣờng Nhiệm vụ đặt cần tạo mơ hình sản xuất nguồn lƣợng cung cấp cho tồn xã hội Mơ hình điện gió mơ hình đƣợc em lựa chọn để giải vấn đề thiếu hụt lƣợng lúc mà không làm ô nhiễm cho môi trƣờng Thiết kế lĩnh vực quan trọng khó khăn cơng việc ngƣời kỹ sƣ nói chung, đặc biệt kỹ sƣ ngành điện điện tử Thiết kế mơ hình điên gió địi hỏi phải biết vận dụng tốt kiến thức lý thuyết kinh nghiệm để giải vấn đề có tính chất tổng hợp, phức tạp thƣờng gặp thực tế Nhƣng tâm giúp đỡ bạn thầy giáo hƣớng dẫn,em lắp đặt đƣợc mơ hình điện gió cơng suất nhỏ Tuy đáp ứng nhu cầu đặt nhƣng em tin với mơ hình em tìm hiểu sâu nhiều để kĩ sƣ ngành điện tƣơng lai phát triển mơ hình điện gió cơng suất lớn,có thể đóng góp phần vào lƣới điện quốc gia Mơ hình giúp em khóa sau tìm hiều mày mị nghiên cứu để tạo mơ hình điện gió tốt Trong trình làm đồ án, em chân thành cảm ơn thầy cô môn hệ thống điện, đặc biệt thầy giáo TS Nguyễn Tiến Dũng trực tiếp hƣớng dẫn em hoàn thành tốt đồ án thiết kế, chế tạo mơ hình điện điện gió CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ Tổng quan lƣợng gió 1.1 Tổng quan Hiện với phát triển công nghiệp đại hố nhu cầu lƣợng cần thiết cho phát triển đất nƣớc Vấn đề đặt phát triển nguồn lƣợng cho phù hợp mà không ảnh hƣởng tới môi trƣờng cảnh quang thiên nhiên Trong đó, nguồn lƣợng nhƣ than đá, dầu mỏ, khí đốt ngày cạn kiệt gây ô nhiễm môi trƣờng nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính Để giảm vấn đề ta phải tìm nguồn lƣợng tái tạo, lƣợng để thay hiệu , giảm nhẹ tác động lƣợng đến tình hình kinh tế an ninh trị quốc gia Nhận thấy đƣợc tầm quan trọng vấn đề lƣợng để phát triển Việt Nam có quan điểm sách sử dụng lƣợng hiệu nguồn lƣợng tái sinh có lƣợng gió Năng lƣợng gió nguồn lƣợng tự nhiên dồi phong phú, đƣợc ƣu tiên đƣợc đầu tƣ phát triển Việt Nam Nhiều dự án cơng trình đƣợc khởi cơng xây dựng với quy mơ vừa nhỏ tiêu biểu điện gió bán đảo Bạch Long Vĩ có cơng suất khoản 800Kw cơng trình phong điện Phƣơng Mai III tỉnh Bình Định đƣợc xây dựng Năng lƣợng điện gió nguồn lƣợng có tìm lớn Nhà máy điện gió đƣợc xây dựng vùng nông thôn Mỹ vào năm 1890 Ngày cơng nghệ điện gió phát triển mạnh có cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển nhƣ khơng lƣợng điện chiếm phần lớn thị trƣờng lƣợng giới 1.2 Lợi ích lượng điện gió Năng lƣợng điện gió có nhiều lợi ích nhƣ: Chi phí sản xuất thấp, khơng tổn hao lƣợng trình vận hành sản xuất lƣợng điện gió cạnh tranh với nguồn lƣợng khác nhƣ than đá , khí đốt Nhà máy điện gió khơng gây nhiễm mơi trƣờng góp phần tạo cảnh quan cho việc phát triển du lịch nơi Tạo mơi trƣờng thân thiện, hoạt động nơng nghiệp, cơng nghiệp hoạt động sản xuất gần nhà máy Các nhà máy điện gió thƣờng nơi đồng bằng, nông thôn, miền núi, hải đảo nên tạo công ăn việc làm cho cơng nhân nơi Với tất lợi ích vừa nêu lƣợng điện gió cạnh tranh với nguồn lƣợng khác Nhƣng để phát triển xây dựng nhà máy điện gió phải khảo sát chặt chẽ, giám sát xây dựng nghiêm túc kỹ thuật để đảm bảo an toàn sử dụng vận hành 1.3 Tình hình lượng điện gió giới Năng lƣợng điện gió nguồn lƣợng có triển vọng phát triển thời gian gần Có nhiều nhiều quốc gia phát triển với quy mô lớn nhƣ Đức, Hà Lan,Mỹ,Anh … thành lập quan lƣợng quốc tế (CEA) với 14 nƣớc thành viên hợp tác nguyên cứu kế hoạch trao đổi thông tin kinh nghiệm việc phát triển lƣợng điện gió Các quốc gia : Úc, Canada, Đan Mạch, Thụy Điển, Na Uy, Tây Ban Nha, Phần Lan, Đức, Ý, Nhật, Hà Lan, New Zealand, Thụy Sĩ, Anh, Mỹ Vào năm 1995 nƣớc thành viên có khoản 25000 tuabin đƣợc kết nối với mạng lƣới điện vận hành tốt Tổng công suất tuabin 3500 MW năm sản xuất triệu MWh Năng lƣợng điện gió trở thành nguồn lƣợng tái sinh phát triển nhanh giới đặc biệt châu Âu chiếm 70% tổng công suất Theo số liệu thống kê ngành điện, sản lƣợng điện sản xuất từ sức gió giới liên tục tăng: năm 1994 3.527,5MW, năm 1995 4.770MW, năm 1996 6.000MW, năm 1997 7.500MW 10.000MW Sử dụng điện sức gió, nhà sản xuất tiêu dùng an tâm nguồn “tài nguyên” phong điện gần nhƣ khơng có tác hại đáng kể tới môi trƣờng.(theo số liệu năm 2002) Qua khảo sát ngƣời ta nhận thấy lƣợng gió giới lớn đƣợc phân bố tất nƣớc Năng lƣợng điện khai thác năm 53000 TWh cung cấp vƣợt nhu cầu điện giới vào năm 2020 Theo khảo sát năm viện lƣợng quốc tế nhu cầu tiêu thụ điện giới vào năm 2020 25800TWh lƣợng điện gió chiếm 12% tổng nguồn lƣợng Số thứ tự Quốc gia Công suất (MW) Đức 16.628 Tây Ban Nha 8.263 Hoa Kỳ 6.752 Đan Mạch 3.118 Ấn Độ 2.983 Ý 1.265 7 Hà Lan Nhật 940 Liên hiệp Anh Bắc Ireland 897 10 Trung quốc 764 11 Áo 607 12 Bồ Đào Nha 523 13 Hy Lạp 466 14 Canada 444 15 Thụy Điển 442 16 Pháp 390 17 Úc 380 18 Ireland 353 19 New Zealand 170 20 Na Uy 160 21 Các nƣớc lại 951 Tổng cộng toàn giới 1.078 47.574 Bảng 1.1 Bảng phân bố lượng điện gió số nước giới 1.4 Tiềm gió Việt Nam 1.4.1 Vị trí địa lý Việt Nam nằm khu vực Đơng Nam Á , đất nƣớc dài 2000km có đƣờng bề biển kéo dài từ duyên hải miền trung tới nam trung nên có nguồn gió dồi từ biển thổi vào Vùng duyên hải miền trung bị chia cắt bỡi dãy núi có độ cao từ 10001500m vùng đất chủ yếu trồng trọt chăn ni nhƣng có mật độ dân số đơng nhà máy thuỷ điện nhƣ nhà máy nhiệt điện lại nên thƣờng bị thiếu điện mùa khơ 1.4.2 Khí hậu Khí hậu Việt Nam khí hậu nhiệt đới ẩm, mƣa nhiều Có gió mùa Đơng Bắc gió mùa Tây Nam Đặt biệt duyên hải miền trung có mùa Xn-Hạ-Thu-Đơng có lƣợng gió tƣơng đối lớn có tốc độ gió năm 8-10m/s nhờ có bề biển dài nên có lƣợng gió quanh năm Các cực làm từ hợp kim chì antimon,trên mặt phẳng cực có gắn xƣơng dọc xƣơng ngang để tăng độ cứng vững tạo ô cho chất hoạt tính bám cực.Nếu cực dƣơng chắt hoạt tính để phủ vào khung cực là dioxit chì.Nếu cực dƣơng chất hoạt tính để phủ vào khung cực dioxit chì.Nếu cực dung làm cực âm chất hoạt tính đƣợc sử dụng chì xốp -Khi ắc quy hoạt động chất hoạt tính tham gia đồng thời vào phản ứng hóa học nhiều tốt,do đểi tăng bề mặt tiếp xúc chất hoạt tính với dung dịch điện phân,ngƣời ta chế tạo chất hoạt tính có độ xốp,đồng thời đem ghép cực tên song song với thành chum cực ngăn ắc quy đơn - Chùm cực dƣơng chùm cực âm đƣợc lồng xen kẽ nhƣng hai cực khác tên lại đƣợc đặt thêm cách,tấm cách đƣợc làm từ chất cách điện để cách điện hai cực nhƣ xốp,thủy tinh hay gỗ -Phân nắp ắc quy để che kín phận bên bình đồng thời giữ cho dung dịch điện phân ko bị tràn ngồi.Trên nắp bình có lỗ để đổ kiểm tra dung dịch điện phân,các lỗ đƣợc nút nút có lỗ thơng nhỏ - Để đảm bảo độ kín bình ắc quy,xung quanh mép nắp ác quy xung quanh lỗ đầu ra,ngƣời ta thƣờng trát nhựa chuyên dụng.Dung dịch điện phân ắc quy thƣờng hỗn hợp axit sunfuric H SO4 đƣợc pha chế tỉ lệ định với nƣớc cất 2.3.5 Mạch nạp Hình 2.8 Mạch nạp 31 +TIP 41 TIP 41 loại trasistor NPN - TIP 41 có cực Uc cực đại 100V, dòng Ic cực đại 6A - Hệ số khuyếch đại hFE transistor cao 75 Hình 2.9 TIP 41 + Diot zenner 12v -Thông số kĩ thuật Điện áp zenner 12V Công suất 1W Dải nhiệt độ làm việc:- Hình 2.10 Diot zenner 12v + Điện trở 1k -Thông số kĩ thuật Model:1K Ohm-1/4W Nhiệt độ hoạt độngLinh kiện xuyên lỗ:0.5 mm Loai:Điện trở cố định Sai số:5% Hình 2.11 Điện trở 1k 32 +Điện trở 100 Ohm -Thông số kĩ thuật Model:100 Ohm-1/4W Nhiệt độ hoạt động:Linh kiện xuyên lỗ:0.5mm Loại:Điện trở cố định Sai số:5 % Hình 2.12 Điện trở 100 Ohm + Biến trở 10K Hình 2.13 Biến trở 10k 2.3.6 Mạch inverter 2.3.6.1 Nguyên lí hoạt động Inverter chuyển đổi quyền lực hai giai đoạn: Giai đoạn chuyển đổi điện chiều DC-DC, chuyển đổi điều làm tăng điện áp DC thấp đầu vào biến tần 33 Hinh 2.14 Sơ đồ nguyên lý mạch Inverter điện áp DC lên(khoảng125-300V DC) Giai đoạn thứ hai giai đoạn biến tần thực tế Nó chuyển đổi DC điện áp cao sang điện áp xoay chiều (110-225V AC, tần số 60 50Hz AC) 2.3.6.2 Những đặc tính kích điện Khác với loại “kích điện” mà ngƣời ta dùng để đánh bắt cá hàng loạt trƣớc (mà từ loại mà có lẽ có tên kích điện), loại kích điện dùng dân dụng có đặc tính kỹ thuật sau: Sử dụng ắc quy (12, 24 hay 48V Hình 2.15 Mạch Inverter Điện áp đầu có đặc tính giống nhƣ điện áp lƣới điện quốc gia: 220V, xoay chiều, tần số 50 Hz Các đặc tính xuất phát từ yêu cầu thông thƣờng nguồn điện thiết bị sử dụng điện dân dụng hàng ngày Tuy tất thiết bị dùng điện có u cầu trên, nhƣng để tƣơng thích với phần lớn thiết bị điện nên chúng bắt buộc phải có thơng số nhƣ 34 2.3.7 Đèn compact 2.3.7.1 Khái niệm Đèn compact thực chất loại đèn huỳnh quang cơng suất nhỏ có ống thuỷ tinh bé uốn gấp hình chữ U, 2U, 3U ống xoắn thu gọn kích thƣớc gần với bóng sợi đốt thơng thƣờng Cấu tạo Đèn compact có cấu tạo nguyên lý làm việc giống nhƣ đèn huỳnh quang Tuy nhiên, loại đèn hoạt động dựa nguyên lý chấn lƣu điện tử, nên có nhiều ƣu điểm so với đèn huỳnh quang sừ dụng chấn lƣu từ Hình dáng bên ngồi cách thức sử dụng đèn compact giống nhƣ đèn sợi đơt, nên có thê sử dụng loại đèn thay thê cho đèn sợi đơt với mục đích tiết kiệm lƣợng Hình 2.16 Đèn compact Đặc điểm - Hệ số công suất cao (Cosφ > 0,95) - Không sử dụng với điều chỉnh độ sáng (Dimmer) - Vị trí lắp đèn - Ít tỏa nhiệt q trình sử dụng - Hoạt động dải điện áp rộng (170 ÷ 240)V - Tuổi thọ 6000 + Ƣu điểm : - Tiết kiệm 80% điện so với đèn sợi đốt thơng thƣờng 35 - Bật sáng tức thì, ánh sáng không nhấp nháy - Cho ánh sáng trung thực phần bố ánh sáng tốt + Nhƣợc điểm : Giá thành cao nhiều so với đèn sợi đốt đèn hnỳnh quang có cơng suất phát sáng 36 CHƢƠNG III: LẮP ĐẶT MƠ HÌNH VÀ VẬN HÀNH 3.1 Lắp đặt Bƣớc 1:tạo khung cho mô hình Ta thực lắp ráp ống nhựa với để tao nên khung cho mô hinh.Gắn trục động lên phía truc,tạo mơ hình điện gió nằm thẳng đứng Hinh 3.1 Bộ khung mơ hình Bƣớc 2: Gắn ổn áp mạch nạp ắc quy Tạo sạc ắc quy 12v ta gắn bô ổn áp với sác để sạc điện cho ắc quy 37 Hình 3.2 Gắn mạch ổn áp với sạc ắc quy Bƣớc 3:Gắn ắc quy Inverter Hình 3.3 Gắn ắc quy với bơ inverter 38 Bƣớc 4:Hồn thành mơ hình Lắp ráp mạch với động cơ,hồn thành mơ hình điện gió Hình 3.4 Gắn tất mao mạch với động 39 3.2.Vận hành Hình 3.5 Dịng điện vào mạch tăng áp ổn áp Khi cách quạt quay làm cho động giảm tốc hoạt động,sẽ tạo dòng điện chiều,dòng điện chiều qua mạch tăng áp làm tăng điện áp,từ mạch tăng áp dong điện qua mạch ổn áp 12V.mạch ổn áp giúp ổn định dịng điện mức 12V Hình 3.6 Điện áp đầu động quay 60 vòng/phút 40 Hình 3.7 Điện áp dịng điện qua mạch ổn áp Dòng điện chạy từ mạch ổn áp sang mạch nạp,làm cho mạch nạp hoạt động Hình 3.8 dịng điện vào mạch nạp ác quy 41 Hình 3.9 Điện áp bình ắc quy Hình 3.10 Dịng điện Inverter Dịng điện phat phát sáng bóng đèn 5W 42 Hình 3.11 Điện áp đo qua bơ Inverter Hình 3.12 Kết mơ hình điện gió 43 KẾT LUẬN Nội dung đề tài em nghiên cứu lƣợng gió lắp ráp mơ hình điện gió cơng suất nhỏ.Cơng nghệ điện gió giới đà phát triển với trình độ kỷ thuật cao Việt Nam phải học hỏi kinh nghiệm để phát triển nhà máy điện gió nơi nhƣ hải đảo, vùng đồi núi … nơi mà lƣới điện quốc gia không kết nối đƣợc Đề tài lắp đặt mơ hình điện gió cơng suất nhỏ.Đây mơ hình em dùng linh kiện thiết bị đơn giản để tạo nguôn điện 12V.qua iverter dịng điện 12V đƣợc tăng lên 220v.Mơ hình sử dụng cho thiết bị cơng suất nhỏ.Đây mơ hình mà em làm nên cịn có nhiều thiếu sót chƣa hợp lí, mong thầy đóng góp ý kiến bổ sung để em cải thiện mơ hình đƣợc cách hồn chỉnh.Em xin chân thành cảm ơn 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Võ Viết Cƣờng, giáo trình “Năng lượng tái tạo” dành cho hệ đại học, Khối ngành công nghệ, 2006 [2] Hồ Sỹ Thoảng, Trần Mạnh Trí, giáo trình “Năng lượng cho kỷ 21, thách thức triển vọng”, NXB Khoa học, 2009 [3] Nguyễn Thanh Hào, giáo trình “Năng lượng tái tạo”, NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2012 45 ... CẤU TẠO CỦA MỘT TURBINE GIÓ 3.1 Cấu tạo chung tuabin gió b) Hình 1.3 Cấu tạo tuabin gió a) Mơ hình tháp gió b) Mơ hình bên tuabin gió 13 Ghi hình 3: Wind direction Sự điều khiển cánh tuabin gió. .. dạng trại gió khác 22 Hình 1.15 Mơ hình nhà máy điện gió đất liền Hình 1.16 Mơ hình nhà máy điện gió ngồi biển 23 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH ĐIỆN GIĨ 2.1 Giới thiêu mơ hình điện gió Hiện... đèn 5W 42 Hình 3.11 Điện áp đo qua bơ Inverter Hình 3.12 Kết mơ hình điện gió 43 KẾT LUẬN Nội dung đề tài em nghiên cứu lƣợng gió lắp ráp mơ hình điện gió cơng suất nhỏ.Cơng nghệ điện gió giới