b. Bộ điều tốc điện tử
3.5.1.3 Sử dụng trín động cơ tĩnh tại
Động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas có những yíu cầu sau:
- Đảm bảo tốc độ động cơ ổn định.
- Tải bín ngoăi của động cơ thƣờng thay đổi đột ngột, vì vậy động cơ phải phât ra momen đủ lớn vă tức thời để thích nghi với việc thay đổi chế độ tải.
- Nhiín liệu biogas thƣờng nghỉo, âp suất ga không ổn định do đó cần quang
tđm đến sự tụt giảm công suất động cơ khi chuyển đổi nhiín liệu cũng nhƣng đảm bảo độ tin cậy của động cơ khi khởi động
Hệ thống kết hợp xăng/biogas.
Hệ thống năy sử dụng van công suất kiểu chđn không nhƣ bộ phụ kiện Ga-5, hệ thống không tải chạy xăng nguyín thủy đƣợc giữ nguyín, vòi phun xăng chính đƣợc cô lập.
Khi chạy ở chế độ không tải, xăng đƣợc phun qua hệ thống không tải nguyín thủy. Khi mở rộng dần bƣớm ga, độ chđn không tại họng vòi phun không tải giảm, hệ thống không tải ngừng hoạt động thay văo đố lƣợng biogas cung cấp văo họng thông qua van công suất tăng. Khi tải ngoăi tăng đột ngột hay ở chế độ tải lớn, cần điều khiển bộ điều tốc của động cơ thông qua dđy 4 vă lò xo 5 kĩo măng cao su 2 về phía phải vă mở vang 3 để cung cấp một lƣợng ga đủ lớn văo họng bộ chế hăo khí, đảm bảo duy trì tốc độ ổn định của động cơ. Khi cần bộ điều tốc dịch chuyển về phía giảm tải, van 3 đóng nhờ sức căng lò xo 1. Van chỉ mở trong kỳ nạp.
Dđy 4 vă lò xo 5 đƣợc bố trí sao cho bộ điều tốc tâc động văo van khi độ mở của bƣớm ga lớn hơn 50%. Hình 3.42 giới thiệu động cơ 3,5 HP kĩo mây bơm nƣớc chạy bằng khí biogas sử dụng hệ thống nhín liệu kết hợp xăng/biogas.
Ƣu điểm của hệ thống lă cho phĩp động cơ dễ khởi động vă lăm việc không tải ổn định khi khí biogas nghỉo.
Nhƣợc điểm của hệ thống năy lă khi chuyển sang dùng lại nhiín liệu xăng chúng ta phải mở thông lại vòi phun chính.
Hệ thống lăm đậm tổ hợp với van công suất.
Hệ thống cung cấp nhiín liệu xăng dƣợc giữ nguyín, khí biogas đƣợc cung cấp văo động cơ nhờ hai van chđn không: van không tải vă van công suất của bộ phụ kiện GA-5( hình 3.43 ). Nguyín lý hoạt động tƣơng tự nhƣ hệ thống kết hợp xăng/biogas, tuy nhiín khởi động động cơ, van không tải mở, biogas đƣợc cung cấp văo động cơ với một lƣợng ga đảm bảo lăm việc ổn định ở chế độ không tải.
Hình 3.43 hệ thống lăm đậm tổ hợp với van công suất của
bộ phụ kiện GA-5.[7]
Hình 3.44 Động cơ kĩo mây phât điện 2HP sử dụng hệ
thống lăm đậm tổ hợp. Hình 3.42 Động cơ kĩo mây bơm nước 3,5HP sử dụng hệ thống nhiín liệu kết hợp xăng/
biogas. Hình 3. 41 Hệ thống cung cấp
nhiín liệu kết hợp xăng biogas.[ 7]
Hệ thống lăm đậm kiểu điện từ.
Ngoăi hai van chđn không của hệ thống lăm đậm tổ hợp với van công suất, hệ thống năy bổ sung van điện từ mắc song song với van không tải (hình 3.45 ). Van điện từ đƣợc điều khiển bởi mạch điện nhận tín hiệu từ điện âp mây phât điện ( nếu động cơ kĩo mây phât điện) hay từ xung bobine đânh lửa.
.
Khi tải ngoăi ổn định hay biến thiín nhẹ, tốc độ động cơ giữ ổn định nhờ bộ điều tốc nguyín thủy. Khi tải ngoăi tăng đột ngột, tốc độ động cơ giảm, van điện từ mở, cung cấp một lƣợng ga phụ văo đƣờng nạp để động cơ duy trì tốc độ ban đầu. Khi tốc độ động cơ tăng lớn hơn một giâ trị cho trƣớc, van điện từ cắt lƣợng ga phụ. Hình 3.46 giới thiệu động cơ 2HP kĩo mây phât điện chạy bằng biogas với bộ điều tốc kiểu điện từ.
Hình 3.47 Biến thiín điện âp mây phât điện 2HP chạy bằng biogas có lắp bộ lăm đậm vă không lắp bộ lăm đậm.[7]
Hình 3.45 Bộ phụ kiện GA-5 với điều tốckiểu điện từ.[7]
Hình 3. 46 Mây phât điện 2HP với bộ lăm đậm.GA-5
Hình 3.47 so sânh mức độ ổn định tải động cơ khi có bộ lăm đậm vă khi không có bộ lăm đậm. Khi không có bộ lăm đậm, nếu tải bín ngoăi tăng đột ngột, động cơ chết mây.
Hệ thống năy phù hợp với động cơ kĩo mây phât điện hay những động cơ kĩo mây công tâc cần có tốc độ ổn định. Nhƣợc điểm của hệ thống năy lă cồng kềnh vă đắt tiền.
Giới thiệu ây p â điện cải tạo từ độn cơ xăn KAWASAK GA 2300-A.
Nguyín lý mô hình chuyển đổi hệ thống nhiín liệu xăng sang sử dụng biogas cho động cơ theo nguyín tắc tự hòa trộn với tỉ lệ tƣơng thích cho trín hình .
Hình 3.48 Nguyín lý hệ thống nhiín liệu khí biogas[8].
Từ nguyín lý trín, động cơ KAWASAKI GA 2300-A đê đƣợc chuyển đổi sang sử dụng nhiín liệu biogas.
Hình 3.50 Sơ đồ lắp đặt sử dụng biogas để chạy mây phât điện.[14]
Kết quả thí nghiệm đo công suất vă ô nhiễm khí thải từ động cơ trín mây đo DITEST 5400 của hêng AVL cho kết quả trong bảng 3.2, 3.3 vă đồ thị hình 3.44. + Thử nghiệm động cơ dùng xăng:
Bảng 3.2 Kết quả đo công suất vă ô nhiễm động cơ phât ra khi sử dụng xăng.[8]
ne (v/p) Ne (W) CO (%) NOx ppm HC ppm O2 (%) 3520 1800 1,66 148 263 1,21 3000 1500 2,72 199 298 0,7 2600 1200 3,14 380 339 0,5 1680 900 3,27 652 350 0,52 1250 600 3,71 793 354 0,46 1220 300 3,18 1001 330 0,42
+ Thử nghiệm động cơ dùng biogas:
Bảng 3.3 Kết quả đo công suất vă ô nhiễm động cơ phât ra khi sử dụng biogas.[8]
ne (v/p) Ne (W) CO (%) NOx ppm HC ppm O2 (%) 3120 2100 4,33 88 555 1,75 2660 1800 3,96 141 439 1,08 2130 1500 1,99 536 333 0,97 1720 1200 1,02 428 532 4,50 1240 900 2,11 1267 275 0,93 1170 600 0,49 1830 212 1,23 1150 300 0,38 2179 233 0,94
Hình 3.51 Đồ thị so sânh công suất mây điện khi động cơ dùng nhiín liệu xăng vă biogas.[8]
Kết luận
- Cùng một động cơ nhƣng khi chạy với những nhiín liệu khâc nhau thì cho ra
câc đƣờng đặc tính khâc nhau:
o Công suất của động cơ khi dùng xăng luôn cao hơn khi dùng biogas.
o Mức tiíu hao nhiín liệu của động cơ khi dùng xăng cũng cao hơn so với
khi dùng biogas.
o Số vòng quay khi sử dụng biogas tuy có nhỏ hơn so với khi sử dụng xăng nhƣng hiệu quả mang lại lă hăm lƣợng khí xả thấp.
- Sử dụng khí biogas để chạy động cơ tĩnh tại dẫn động mây phât điện lă giải phâp hữu hiệu về tiết kiệm năng lƣợng vă bảo vệ môi trƣờng ở nông thôn. Giải phâp năy giúp nđng cao đời sống sinh hoạt ở câc vùng sđu, vùng xa - những nơi mă thiếu lƣới điện Quốc gia.
Giới thiệu mây phât điện đƣợc cải tạo từ động cơ diesel Kubota 5kW.
Động cơ Kubota GX125-2X-NB-GE có tỉ số nĩn 24, đƣờng kính xi lanh 94mm, hănh trình piston 90mm, công suất của động cơ khi chạy bằng diesel lă 8,5kW ở tốc độ 2200 vòng/phút. Kết quả tính toân nhiệt cho thấy nếu động cơ chạy hoăn toăn bằng biogas thì công suất của nó đạt 7,69kW ở tốc độ 2000 vòng/phút. Nếu hiệu suất truyền động của cả hệ thống lă 0,75 thì công suất động cơ khi chạy bằng biogas thỏa mên yíu cầu kĩo mây phât điện 5kW. Động cơ lăm việc ở tốc độ định mức 2000 vòng/phút trong khi tốc độ định mức của mây phât lă 1500 vòng/phút do đó bộ Puli có đƣờng kính 120mm vă 160mm đƣợc chọn lắp lần lƣợt trín động cơ vă mây phât điện để đảm bảo tỉ số truyền động.
Đặc điểm cung cấp nhiín liệu của động cơ dual-fleu biogas diesel:
- Biogas: lă nhiín liệu chính quyết định công suất của động cơ. Lƣu lƣợng biogas đƣợc cung cấp văo động cơ thay đổi theo chế độ tải.
- Diesel: lă nhiín liệu để đốt mồi (thay thế bugi đânh lửa) đƣợc phun văo bín
trong buồng chây động cơ với lƣợng phun cố định. Trín động cơ Kubota lƣợng nhiín liệu diesel phun mồi lă 5% ở chế độ toăn tải.
Tốc độ của động cơ đƣợc điều chỉnh bằng bộ điều tốc điện tử với bộ so sânh tần số quay của bânh đă với tần số chuẩn trong mạch điện:
- Khi tần số bânh đă thấp hơn giâ trị chuẩn thì mạch sẽ điều khiển động cơ điện quay lăm tăng độ mở van tiết lƣu. Tốc độ mở van khâc nhau với câc giâ trị tần số lệch khâc nhau.
- Khi tần số bânh đă lớn hơn giâ trị chuẩn thì mạch sẽ điều khiển động cơ điện
quay theo chiều ngƣợc lại lăm giảm độ mở van tiết lƣu.
- Khi tần số bânh đă nằm trong phạm vi cho phĩp thì giữ nguyín vị trí van tiết
lƣu.
Hình 3.54 Đồ thị ổn định điện âp ở chế độ khi tải mây phât thay đổi.[5]
Ƣu điểm của mây điện Kubota 5kW lă trong khí thải của động cơ không
chứa bồ hóng. Động cơ tiíu thụ khoảng 1m3 biogas ứng với 1kWh điện. Do đó để
động cơ có thể lăm việc liín tục trong thời gian dăi, chúng ta cần bố trí thím túi chứa khí biogas dự trữ. Về mặt kinh tế, động cơ kĩo mây phât điện 5kW tiíu thụ khoảng 10 lít dầu mỗi ngăy nếu hoạt động 6h/ngăy. Khi chuyển sang sử dụng
biogas với túi chứa khí 30m3, ngƣời tiíu dùng có thể tiết kiệm đƣợc khoảng 3 triệu
đồng/thâng tiền nhiín liệu. Động cơ có thể lăm việc với âp suất biogas rất thấp, khoảng 35mm H2O.