Với: là tốc độ của rotor, là tần số Hz) và là số cực từ
+ Do máy được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và sắt trên rotor hiệu suất động cơ cao hơn.
+ Động cơ kích từ nam châm vĩnh cửu không cần chổi than và vành trượt nên khơng tốn chi phí bảo trì chổi than. Ta cũng có thể thay đổi đặc tính động cơ bằng cách thay đổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên rotor.
+ Một số đặc tính nổi bật của động cơ BLDC khi hoạt động: Mật độ từ thơng khe hở khơng khí lớn. Tỷ lệ cơng suất/khối lượng máy điện cao. Tỷ lệ momen/qn tính lớn (có thể tăng tốc nhanh). Vận hành nhẹ nhàng (dao động của momen nhỏ) thậm chí ở tốc độ thấp (để đạt được điều khiển vị trí một cách chính xác). Mơmen điều khiển được ở vị trí bằng khơng.Vận hành ở tốc độ cao.
87
5.1.4 Sơ đồ điện hệ thống
Pin mặt trời được lắp sao cho hứng nguồn ánh sáng nhất của mặt trời Pin mặt trời sinh ra điện áp theo dây dẩn qua qua bộ điều khiển tại đây làm tăng điện áp ra và ổn định diện áp ra, bộ điều khiển được tích hợp điểm dị cơng suất cực đại gọi là điểm MPP, điểm MPP được dò bằng giải thuật P&O, điện áp tăng khi qua bộ điều khiển để cung cấp điện áp cho máy bơm nước hoạt động
Theo quy định thì việc khai thác nguồn nước ngầm chỉ được phép khai thác tối đa 20m3/ ngày.
Bài toán cụ thể: nhu cầu bơm nước tưới cho nông nghiệp chỉ hoạt động 5h/ ngày, chiều sâu khoan giếng là 70m, từ vị trí khoan đến nơi tiêu thụ là 50m, chiều cao đặt bồn chứa là 10m.
P(kW)= [Q(m3/s)*H(m)*Tỉ trọng H2O(1000kg/m3)]/[102*Hiệu suất bơm (0,8-0,9)].
Chọn động cơ: Pđc(kW)=P(kW)/Hiệu suất motor (0,9-0,95).
Ngoài ra cần lấy hệ số dư tải (an tồn)cho bơm thường =P (kW) *0.43 Cơng thức đơn giản:
Nb = Q.Hb.1000/(102. S) (5.16) Q : là lưu lượng bơm (m3/s)
Hb : Cột áp bơm.
S : Hiệu suất bơm, thường chọn = 0,8
Ngoài ra cần lấy hệ số dư tải (an toàn)cho bơm thường =P (kW) *0.43 P= 20/60/60 * (70+50+10) * 1000 / ( 102 * 0.8) =8.8KW
P bơm= 8.8 / 0.43 = 20.46KW Chiều dài ống: 70+50+10=130m
5.2 Tính tốn cơng suất máy bơm
Hay có thể định nghĩa lưu lượng dịng chảy là gì bằng cơng thức: Q = v x A (trong đó v là vận tốc dịng chảy - A là tiết diện). (5.17) Lưu lượng:
88
Q= 20m3/5 h → 𝑄 = 4 m3/h= 1,12 ( l/s ) (5.18) H: cột nước toàn phần ở miệng lỗ ra : H= 𝑣
2 2𝑔 Vận tốc: 𝑉2= H.2g = 10.2.9.81= 588,6 ⟹ V= 14 m/s Đường kính ống D= √4.1.12 𝑉.𝜋 = √4.1.12 14.𝜋 = 0.048 dm = 4.8mm Cột áp : H= Z+𝑝4−𝑃1 𝛾 + 𝛼4 𝑉2−𝛼1𝑉12 2𝑔 + Σ ℎ𝑤 Trong đó:
+ Z: chiều cao cột áp ( 1m đứng, 5m ngang ) + p4: áp suất tại bồn chứa
+ 𝛼: hệ số hiệu chỉnh động năng ( chọn 𝛼 = 1 ) + v: vận tốc chảy của dòng nước
+ 𝛾: trọng lượng riêng + g= 9,81 m/s2.
∑ ℎ𝑤= hwđ + hwh Hwđ= hwđ+ hwh
Hwh= 0 ( sử dụng bơm hỏa tiễn ) Trong đó:
𝛾: hệ số trở kháng ma sát. i: chiều dài đường ống (m ) d: đường kính ống ( mm).
𝜖: tổn thương qua các thiết bị ( lưới chắn rác, co, van,…) 𝑅𝑒= 𝑤.𝑑
𝛾 = 1.2.0.035
0.8.10−6 =5.3.104 > 104 Với 𝛾 là độ nhớt của nước ở 30°𝐶. → Dòng chảy rối:
𝛾 = 1
( 1.82.𝑙𝑜𝑔𝑅𝑒−1.64).2 = 1
89 Suy ra:
H= 90+ 1.2
2
2.9.81 + 5.8= 96 (m nước )
Công suất máy bơm:
N= 𝛾.𝑄.𝐻
𝜂 (5.20) Với n là công suất bơm nước.
N= 9.81.1.12.10
−3.96
0.7 =1507W= 1.5KW
5.3 Tính tốn chọn cơng suất pin mặt trời
Số wh (watt- hour) sử dụng mỗi ngày của bơm là : Pt= 1507.5= 7530wh.
Tuy nhiên do tổn hao trong hệ thống nên công suất của pin mặt trời phải cao hơn tổng số watt- hour của tải, thực nghiệm cho thấy cao hơn khoảng 1,3 lần.
→ 𝑃𝑝𝑉 = 1.3. 𝑃𝑡 = 1.3.7530 = 9789𝑊ℎ
Để tính tốn lựa chọn kích cỡ của các tấm pin mặt trời cần sử dụng, ta tính Watt- peak (Wp) cần có của tấm pin mặt trời. Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng một tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải đo đạc khảo sát độ hấp thụ bức xạ mặt trời ở từng vùng các tháng trong năm và đưa ra một hệ số trung bình gọi là "panel generation factor" gọi là hệ số hấp thu bức xạ của pin mặt trời. Hệ số này là tích số của hiệu suất hấp thu (collection efficiency) và độ bức xạ năng lượng mặt trời (solar radiation), đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ ngày).
Mức hấp thu năng lượng mặt trời của nước Việt Nam ta là 4,58 kWh/m2/ ngày, ta lấy tổng số Watt- hour các tấm pin mặt trời chia cho 4,58 ta sẽ có tổng số Wp của tấm pin mặt trời.
Mỗi tấm pin mặt trời đều có thơng số Wp của nó, lấy tổng Wp cần có của tấm pin mặt trời chia cho thơng số Wp của nó ta sẽ có được số lượng tấm pin mặt trời cần dùng.
90
Khi ta đã có tổng số tấm pin mặt trời thì khơng nhất thiết phải ghép nối tiếp tất cả các tấm này lại với nhau mà có thể ghép chúng thành các tổ hợp kết hợp nối tiếp và song song, do một hay nhiều solar controller đảm trách.
Tổng số Wp của tấm pin mặt trời: Wp=9789
4.58 = 2137W (5.21) Chọn thông số của mỗi PV module là:
PV : Pm = 400 Wp
Điện thế làm việc: Vm= 41.71 Vdc Dòng điện làm việc tối ưu: Im= 9.59 A Điện áp hở mạch: Voc= 49.69 A Dòng điện ngắn mạch: Isc= 10.59A Số lượng tấm pin mặt trời
PV=2137
400 = 5.3 tấm (5.22) Vậy số lượng pin mặt trời cần dùng là 6 tấm
Với cách tính trên chỉ cho ta biết số lượng tối thiểu số lượng tấm pin mặt trời cần dùng. Càng có nhiều pin mặt trời, hệ thống sẽ làm việc tốt hơn. Nếu có ít pin mặt trời, hệ thống sẽ thiếu điện trong những ngày râm mát. Nếu thiết kế nhiều pin mặt trời thì làm giá thành hệ thống cao, vượt ngân sách cho phép, đôi khi không cần thiết. Vấn đề sử dụng pin loại nào là tối ưu, là thích hợp vì mỗi vùng địa lí đều có thời tiết khác nhau cũng cần được quan tâm. Tất cả đòi hỏi thiết kế phải do các chuyên gia có kinh nghiệm thiết kế nhiều năm cho các hệ solar trong vùng.
Khi ta đã có tổng số tấm pin mặt trời thì khơng nhất thiết phải ghép nối tiếp tất cả các tấm này lại với nhau mà có thể ghép chúng thành các tổ hợp nối nối tiếp song song, do một hay nhiều solar controller đảm trách. Và điện thế ra tương ứng với điện thế của battery. Vì solar charge controller có nhiều loại cho nên ta cần chọn loại solar charge controller nào phù hợp. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một solar carge controller phụ trách. Công suất của solar charge controller phải đủ lớn dể nhận điện năng từ PV.
91
Thông thường ta chọn solar charge controller có dịng Imax= 1.3 x dịng ngắn mạch của PV
Như vậy solar charge = ( 6 tấm PV * 7.5 A ) * 1.3 = 58.5A Chọn solar charge controller có dịng 100A hoặc lớn hơn. Chọn tấm pin mặt trời AE Solar Mono 72 Cell 370W-400W