50
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1. Thiết kế cơ khí. 5.1. Thiết kế cơ khí.
5.1.1. Kết quả thiết kế và gia công bộ phận yaw system.
- Trụ tháp được lựa chọn là dạng trụ trịn rỗng với đường kính ban đầu là ϕ56. + Vì ổ lăn chọn trong hệ thống là loại ổ lăn KOYO có đường kính trong ϕ55. Nên phải tiến hành tiện tinh để giảm đường kính ngồi của trụ thơ. Với đường kính lớn ϕ56 và chiều dài 1500 mm. Cần phải định tâm hai đầu của trụ, vì trụ thép đúc nên tồn tại sai số lệch tâm tại các điểm. Vị trí lắp đặt ổ lăn cách đỉnh tháp 800 mm nên để dễ dàng trong gia công và lắp đặt, tác giả quyết định tiện thô 660 mm đầu tiên, chấp nhận sai số đường kính ϕ54 H9/d9. 60 mm dùng để lắp ổ lăn tiến hành tiện tinh với sai số ϕ55 H7/g6. + Trên đoạn 200m tiến hành tiện vào 1 rãnh sâu 1mm để định vị trí vịng phe ϕ55. - Phần đế sau khi hàn với trụ tháp để đảm bảo độ vững chắc trong quá trình hoạt động, tác giả hàn thêm 3 chân để cố định chuyển vị của thân tháp.
- Phần gá động cơ được hàn từ 3 tấm thép được khoét rãnh để phục vụ mục đích căng đai.
5.1.2. Kết quả thiết kế và gia công bằng phương pháp in 3d module thử nghiệm.
Module sensor được thiết kế trên phần mềm SolidWorks, sau đó được chuyển sang phần mềm Repetier Host với các thơng số được setup sẵn để tạo mẫu. Sau đó, thuê đơn vị bên ngồi in. Kết quả gia cơng và q trình in được thể hiện ở Hình 6.1, 6.2, 6.3.
Repetier Host là một ứng dụng để chuyển các file STL từ các phần mềm thiết kế thành các file GCODE, để nạp vào máy in 3D. Các thông số quan trọng cần setup trên phần mềm:
+ Nhiệt độ đầu mũi in: 180°C – 200°C. + Nhiệt độ bàn in: 45°C - 55°C.
+ Chiều rộng bàn in: 150 mm x 150 mm x 226 mm. + Độ dày lớp mực in đầu tiên: 0,1 mm.
51 + Độ dày lớp lớp mực in: 0.2 mm.
+ Độ đặc lớp support: 40%. + Tốc độ mũi in: 30 mm/s.
Hình 5. 1 Mơi trường SolidWorks. Hình 5. 2 Mơi trường Repetier Host.
Hình 5. 3 Kết quả
5.2. Điều khiển và công suất hồi tiếp.
Công suất hồi tiếp.
- Hồi tiếp giá trị dòng điện:
Điện áp hồi tiếp trả về từ cảm biến dòng điện ACS712 là một giá trị analog, hàm analogRead(A0) trên Arduino có vai trog ghi lại giá trị đầu vào. Vì giá trị analog đọc về liên tục trong thời gian ngắn kết hợp với phương pháp so sánh độ chênh lệch mức áp
52 trên chân A0 của Arduino với điện áp chuẩn 5V, gây ra hiện tượng nhiễu rất lớn, từ đó làm cho hệ thống hoạt động khơng ổn định (đường màu xanh).
Chính vì vậy, tác giả lựa chọn sử dụng bộ lọc Kalman để lọc lại tín hiệu analog đầu vào của hệ thống (đường màu đỏ).
Hình 5. 4 Dịng điện đầu vào trước và sau bộ lọc Kalman.
Qua đồ thị trên, ta thấy giá trị điện áp trả về sau bộ lọc ổn định hơn rất nhiều. Hệ thống hoạt động cũng ổn định hơn.
- Hồi tiếp điện áp:
Hồi tiếp điện áp là một phần hết sức quan trọng trong việc tính tốn đúng cơng suất đầu ra của turbine. Tác giả lựa chọn cả hai phương pháp hồi tiếp điện áp:
+ Đọc tín hiệu từ cảm biến điện áp: INA219. Trả giá trị về thông qua giao tiếp I2C. + Đọc trực tiếp tín hiệu analog qua cầu phân áp với 2 điện trở 𝑅1 = 100𝐾 và 𝑅2 = 10𝐾.
Qua thực nghiệm thực tế, điện áp hồi tiếp của giá trị cảm biến điệp áp INA219 và giá trị sau bộ lọc Kalman của cầu phân áp là hoàn toàn giống nhau. Nhưng thời gian hồi tiếp của INA219 là chậm so với phương pháp đọc trục tiếp từ cầu phân áp. Ưu điểm của cảm biến là khả năng làm việc lâu dài, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn so với cầu phân áp.
53
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 6.1. Công việc đã hồn thành. 6.1. Cơng việc đã hồn thành.
Luận văn đã hồn thành được những cơng việc sau:
+ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cơ cấu xoay trục yaw của turbine gió PMSG 300W. + Thiết kế, chế tạo khung tháp và module cảm biến hướng gió.
+ Áp dụng được chuẩn truyền thông công nghiệp RS485 với giao thức MODBUS RTU.
+ Ứng dụng được giải thuật P&O dị tìm điểm cơng suất cực đại.
6.2. Vấn đề sẽ giải quyết trong tương lai.
+ Chạy thực nghiệm mơ hình.
+ Cải thiện phần cơ khí của hệ thống bao gồm bộ phận che chắn cơ cấu truyền động khỏi tác động của môi trường.
+ Thêm tủ điện, bao bọc đường dây tín hiệu để chống nhiễu.
+ Cải thiện thiết kế cảm biến hướng gió để tích hợp khả năng đo tốc độ gió phục vụ nhu cầu quan trắc.
+ Ứng dụng Enthernet để quản lý, giám sát từ xa.
+ Phát triển giải thuật MPPT P&O, sử dụng dữ liệu quan trắc nhằm dự báo trước được hướng gió, tối đa khả năng đáp ứng của turbine.
54
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Narayana, M., Putrus, G. A., Leung, P. S., Jovanovic, M., & McDonald, S. (2012). Development of a model to investigate the yaw behaviour of small horizontal axis wind turbines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 226(1), 86-97.
[2] Nguyễn, V. X., Hoàng, Đ. T., Vũ, T. H., & Nguyễn, T. C. (2016). Một giải pháp bảo mật cho giao thức Modbus TCP phịng chống tấn cơng vào hệ thống SCADA sử dụng giao thức này. Bản B của Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, 4(1).
[3] Tấn, N. V., Quân, D. M., Tuấn, T. A., Kiên, P. V., Lâm, L. H., & Long, H. H. (2018). So sánh các thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại bằng phương pháp mô phỏng và thực nghiệm. Tạp chí KH&CN Đại học Đà Nẵng, Số, 11, 64-68.
[4] Soetedjo, A., Lomi, A., & Mulayanto, W. P. (2011, July). Modeling of wind energy system with MPPT control. In Proceedings of the 2011 International Conference on Electrical Engineering and Informatics (pp. 1-6). IEEE.
[5] Sơn, N. T., Danh, T. H., Lợi, N. P., Thành, Q. Đ., & Nhân, L. (2019). Tìm điểm cơng suất cực đại của máy phát điện gió PMSG 200 W. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 11-20.
[6] Annoni, J., Bay, C., Johnson, K., Dall'Anese, E., Quon, E., Kemper, T., & Fleming, P. (2019). Wind direction estimation using SCADA data with consensus- based optimization. Wind Energy Science, 4(2), 355-368.
[7] Trịnh, C., & Lê, V. U. (2006). Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí. NXB giáo dục.
[8] De Zutter, S., De Kooning, J. D., Samani, A. E., Baetens, J., & Vandevelde, L. (2017, August). Modeling of active yaw systems for small and medium wind turbines. In 2017 52nd International Universities Power Engineering Conference (UPEC) (pp. 1-6). IEEE.
640.23 B A 1 2 4 5 3 6 15 709 500 20 20 90 65 20 788 1500 54H9/d9 660 10 11 12 84 56 B Tỷ lệ 2 : 3 7 8 9 100 20 24 R50H7/g6 130 120 24.75 12.37 76 R22.25H7/g6 200 10 A Tỷ lệ 1:3 13 14 15 16 17 C 6 10 42 42 10 C Tỷ lệ 1 : 2 ? 18 19 20 21 22 23 ? Stt Tên Chú thích Số lượng 1 Cánh quạt 3 2 Nắp 1 3 Trụ 55 X 1500 1 4 Encoder Encoder 200 xung 5VDC 1 5 Động cơ Đông cơ Phalet 24v 60w 1 6 Chande Đế trụ 500x500x20 7 Belt Dây đai ren 1 8 Hex bolt nut gradea_iso_ISO - 4161 - M6x90 - N Vít M6 x 90 2 9 Hex flange nut gradea_iso_ISO - 4161 - M6 - N Bu lông M6 2 10 Thanh truyền động 2 11 Bánh bị động có vịng ren 1 12 Gá động cơ chữ U 1 13 SKF_1211 ETN9 Vòng Bi SKF 1211 1 15 Hex bolt gradeab fine_iso_ISO 8765 - M10x1.0 x 100 x 26-N Vít M10 x 100 1 16 Hex flange nut gradea_iso_ISO - 4161 - M10 - N Bu Lông M10 1 17 Countersunk flat head cross recess screw_iso_ISO 7046-1 - M4 x 16 - Z - 16N Vít M4 x 16 8 18 Bánh truyền encoder 1 19 socket head cap screw 4762_din_EN ISO 4762 M10 x 25 - 25S Vít lục giác M10 x 25 2 20 Gá kẹp thân 2 21 Hex nut style 1 gradeab_din_Hexagon Nut ISO 4032 - M10 - W - N Bu lông M10 2 14 98541A171_BLACK-FINISH STEEL EXTERNAL RETAINING RING_98541A171 Vòng then 55 2 22 Socket head cap screw 4762_din_EN ISO 4762 M10 x 25 - 25N Vít M10 x 25, đầu lục giác 2 23 Bánh Truyền Encoder 1
Thơng số Turbin gió trục ngang
Cơng suất 300W
Tỷ số bộ truyền 1:3,75 Tốc độ gió tối đa 10m/s
Yêu cầu kỹ thuật:
1. Trụ được hàn với đế
2. Thân trụ được gắn thêm 3 chân để chống 3. Gá bộ truyền động được gắn vng góc với bộ phận căng đai
4. Tiện tinh 660mm, đường kinh 54H9d9.
5. Tiếp tụ tiện tinh 60mm, đường kính 5H7g6 để lắp ổ lăn
Duyệt Trương Hồi Thương
Số lượng
Tờ: A0
Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp.HCM
Thiết kế Chức năng Chữ ký
Đề tài: Thiết kế và điều khiển hệ thống turbin gió quy mơ hộ gia đình
Ngày
Hướng dẫn
Khối lượng Lê Thanh Long
Tỷ lệ Số tờ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phạm Vũ Bảo Họ và tên TURBIN GIÓ
RO RE DE DI VCC B A GND 10K 10K 10k 10K VCC 20k VCC 20k GND GND VCC RO RE DE 20k VCC RO RE DE DI VCC B A GND 10K 10K 10k 10K VCC 20k VCC 20k GND GND VCC RO RE DE 20k VCC RO RE DE DI VCC B A GND 10K 10K 10k 10K VCC 20k VCC 20k GND GND VCC RO RE DE 20k VCC RO RE DE DI VCC B A GND 10K 10K 10k 10K VCC 20k VCC 20k GND GND VCC RO RE DE 20k VCC RO RE DE DI VCC B A GND 10K 10K 10k 10K VCC 20k VCC 20k GND GND VCC RO RE DE 20k VCC TTL - MODBUS RTU - RS485 M2 M1 M1 M2 DC MOTOR M VCC R_IS R_EN RPWM GND L_IS L_EN LPWM 5V EN R_PWM L_PWM EN GND I+ I- M+ M- 24V GND M1 M2 IBT_2 DIRVER M L1 L2 L3 Phase 1 Phase 2 Phase 3 24v GND P+ P- SHURT100 YAVMORTOR CONVERTER24 VDC POWER FEEDBACK GND Vs IN- IN+ A1 A0 SSA SCL GND GND SSA SCL 5V 5V IP- IP+ GND GND GND VIOUT VCC
FILTER IP+IP+ IP- IP-
IP+ IP- GND GND GND 5V C0.1 uF C F 0.1 nF ACS712 V OUT Vin ON / OFF GND OUT FB D+ GND D1N4007 C 33pF C220 uF D+ GND C 100nF Inductor47uH 10K 10K GND 5V U2 LH25767 D1n4007 Vin ON / OFF GND OUT FB D+ GND D1N4007 C 33pF C220 uF D+ GND C 100nF Inductor47uH 10K 10K GND 24V U1 LH25767 D1n4007 POWER CIRCUIT RX B0 5V TX L_PWM R_PWM EN MS_EN A0 R601K R601K 0-RX 1-TX 2 ~3 4 ~5 ~6 7 8 ~9 ~10 ~11 12 13
A8A9A10 A11A12A13 A14A15 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET VCC GND IORCF SCR SDAAREF 5V GND RX A2 5V TX SL1_EN A1 R601K R601K 0-RX 1-TX 2 ~3 4 ~5 ~6 7 8 ~9 ~10 ~11 12 13
A8A9A10 A11A12A13 A14A15 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET VCC GND IORCF SCR SDAAREF 5V GND 5V B2 B1 R601K R601K RX A4 5V TX SL1_EN A3 R601K R601K 0-RX 1-TX 2 ~3 4 ~5 ~6 7 8 ~9 ~10 ~11 12 13
A8A9A10 A11A12A13 A14A15 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET VCC GND IORCF SCR SDAAREF 5V GND 5V B4 B3 R601K R601K RX A6 5V TX SL1_EN A5 R601K R601K 0-RX 1-TX 2 ~3 4 ~5 ~6 7 8 ~9 ~10 ~11 12 13
A8A9A10 A11A12A13 A14A15 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET VCC GND IORCF SCR SDAAREF 5V GND 5V B6 B5 R601K R601K RX A8 5V TX SL1_EN A7 R601K R601K 0-RX 1-TX 2 ~3 4 ~5 ~6 7 8 ~9 ~10 ~11 12 13
A8A9A10 A11A12A13 A14A15 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Vin GND 5V 3V3 RESET VCC GND IORCF SCR SDAAREF 5V GND 5V B8 B7 R601K R601K ARDUINO MEGA 2560 ARDUINO MEGA 2560 ARDUINO MEGA 2560 ARDUINO MEGA 2560 ARDUINO MEGA 2560 MASTER - SLAVE GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER GND 5V A B ENCODER 5V GND B0 A0 B1 A1 B2 A2 B3 A3 B4 A4 B5 A5 B6 A6 B7 A7
WIND DIRECTION SENSOR
GND 5V A B GND ENCODER GND A0 B0 ENCODER SL