Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội. Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “ Thiết kế, chế tạo và lắp ráp máy phát điện sủ dụng sức gió mini” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế. Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Viết Ngư cùng với sự nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
- -ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH TÊN ĐỀ TÀI:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG SỨC GIÓ
MINI
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN VIẾT NGƯ
SINH VIÊN THỰC HIỆN
MỤC LỤC
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức
Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm
Trang 3hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa
Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “ Thiết kế, chế tạo và lắp ráp máy phát điện
sủ dụng sức gió mini” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế Sau khi
nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Viết Ngư cùng với sự nỗ lực
của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang 4CHƯƠNG I: NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1 ƯU THẾ VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1.1 Năng lượng hiện tại
Trong cuộc sống hằng ngày , chúng ta sử dụng khối lượng năng lượng khổng lồ Cuộc sống của chúng ta xoay quanh sự tiêu thụ các nguồn tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lượng
Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lượng dược dùng cho sưởi ấm-58% một phần trong số này có thể cung cấp từ năng lượng mặt trời
Kế tiếp là nấu nước, chiếm 24% tổng năng lượng tiêu thụ, hoàn toàn có thể nấu nước bằng năng lượng mặt trời
Điều dó có nghĩa là có thể đáp ứng 83% nhu cầu năng lượng bằng công nghệ năng lượng mặt trời
Phần năng lượng, 13% được dùng để tạo ra điện năng để cung cấp cho chiếu sáng
và các thiết bị gia dụng
1.1.2 Lý do chọn năng lượng gió
Năng lượng mặt gió là dạng năng lượng sạch, xanh, miễn phí, và có giá trị sử dụng tốt nhất Gió suất hiện cùng mặt trời đã xuất hiện cách đây 5 tỷ năm và tiếp tục thêm 5 tỷ năm nủa, quá đủ cho loài người
Chúng ta đang tìm các công nghệ sử dụng dạng năng lượng này một cách hiệu quả nhất, do đây là năng lượng sạch, rất than thiện vơi môi trường Đây thực sự là nguồn tài nguyên khổng lồ ợng được dùng cho nấu ăn,5% cũng có thể tạo ra từ năng lượng
Trang 51.1.3 tìm hiểu về năng lượng gió
Nước ta nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông của Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và biến đổi nhiều theo mùa
Trong chương trình đánh giá về năng lượng của Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á mà trong đó có Việt Nam Theo nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ „tốt“ đến „rất tốt“ để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, Lào 2,9%, và Thái-lan 0,2% Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360
MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020
a Nguyên lý để chuyển gió thành điện năng
Khi hướng gió đến được chia thành hai lực:
- Lực trượt: Hiệu quả kém khoảng 10-15%
Trang 6- Lực nâng: Nếu trục rôto ở vị trí thẳng đứng thì hiệu quả trung bình đạt 30% lượng điện, còn nằm ngang với 2-3 cánh thì hiệu quả cao hơn khoảng 40-45%
Lực tác dụng lên tuabin phụ thuộc vào trọng lượng không khí, vận tốc gió, diện tích của cánh quạt và động năng của gió Nó được tính theo công thức: F = Cp(1/2)ρV2A, trong đó Cp là hệ số (= 16/27), A là diện tích của cánh quạt gió mà chính là diện tích hình tròn A = ΠR2 với R là bán kính cánh quạt (1/2) ρV2 là động năng trong 1m2 không khí Suy ra, công suất của gió khi qua tuabin: Pgió = [Cp.(1/2)ρV2A]V và rút gọn Pgió = (ρ/2)AV3Cp
b Tuabin của một trạm điện gió
Trong ứng dụng năng lượng gió thì tuabin gió đóng vai trò quan trọng trong việc biến gió thành điện năng Bộ phận cơ bản của trạm điện
gió là tuabin có trục rôto nằm ngang Cấu tạo của nó dựa vào hình 4 bao gồm:
- Cánh để đón hướng gió đến và tác động lên
cánh tuabin Lực nâng làm cho cánh tuabin quay Bản thân mỗi cánh có thể tự quay xung quanh theo chiều mũi tên như trong hình 4
- Chuyển động quay được truyền từ trục trên qua các bánh răng Nhờ cơ cấu
chuyển động khớp mà có thể truyền chuyển động tới trục
dưới để sang bộ phận tạo ra điện
Trang 7Hình 1.1 Biểu đồ mối quan hệ giữa các công suất
- Vỏ tuabin bảo vệ các bộ phận bên trong và chống lại sự ôxy hóa của không khí.
- Phanh dùng trong trường hợp tốc độ gió vượt quá mức cho phép nhằm bảo vệ
tuabin gió hoạt động an toàn
- Bộ phận đón hướng gió có tác dụng đón hướng gió mạnh nhất để tối đa lượng
điện
- Bộ phận khí tượng dùng để theo dõi tình hình khí tượng.
- Môtơ lệch có tác dụng để tuabin có thể quay quanh cột nhằm đón đúng hướng gió.
Tuabin được phân loại thành tuabin loại nhỏ và lớn
c Các địa điểm có thể xây dựng điện gió
Người ta phân biệt ba loại địa điểm đặt trạm điện gió: Nội địa (onshore), ven biển (near shore) và ngoài thềm lục địa (offshore) Các trạm đặt ở ven biển hay ngoài
thềm lục địa thường cho sản lượng cao hơn các trạm nội địa vì bờ biển thường có gió mạnh Giải pháp này tiết kiệm đất xây dựng, đồng thời việc vận chuyển các cấu kiện lớn trên biển cũng thuận lợi hơn
Trang 8Hình 1.2 Trang trại điện gió (Winfarm)
1.1.4 Ưu nhược điểm cơ bản của năng lượng gió
Ưu điểm:
• Giúp bạn tiết kiệm tiền:
- Sau khi đầu tư ban đầu đã được thu hồi, năng lượng từ gió là thiết thực miễn phí
- Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tư này có thể rất ngắn tùy thuộc vào bao nhiêu hộ gia đình của bạn sử dụng điện
- Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn
- Nếu hệ thống sử dụng năng lượng gió sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, bạn có thể sản suất đại trà
- Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng
- Năng lượng gió không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu
- Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu
- Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới
- Việc sử dụng năng lượng gió gián tiếp làm giảm chi phí y tế
Trang 9- Năng lượng gió sạch, tái tạo (không giống như dầu, khí đốt và than đá) và bền vững, góp phần bảo vệ môi trường của chúng tôi
- Nó không gây ô nhiễm không khí do khí carbon dioxide phát hành, oxit nitơ, khí lưu huỳnh hoặc thủy ngân vào khí quyển giống như nhiều hình thức truyền thống của các thế
hệ điện không
- Vì vậy năng lượng gió không đóng góp cho sự nóng lên toàn cầu, mưa axit hoặc sương mù
- Nó tích cực góp phần vào việc giảm phát thải khí nhà kính có hại
- Năng lượng gió có thể được sử dụng để bù đắp năng lượng tiêu thụ, cung cấp tiện ích Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện của bạn, nhưng cũng sẽ tiếp tục cung cấp điện trong trường hợp bị cúp điện
- Một hệ thống năng lượng gió có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả Hệ thống do đó có thể được cài đặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm cho nó thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web mới
- Việc sử dụng năng lượng gió làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững
- hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó chịu phát hành
và không yêu cầu bạn phải thêm bất kỳ nhiên liệu
Nhược điểm:
- Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống cánh quat gió,
- Chi phí năng lượng mặt trời cũng là cao so với tiện ích-cung cấp điện không tái tạo Như tình trạng thiếu năng lượng đang trở nên phổ biến hơn, năng lượng mặt trời ngày càng trở nên giá cạnh tranh
- Tấm năng gió đòi hỏi khá một vùng rộng lớn để cài đặt để đạt được một mức độ tốt hiệu quả
- Hiệu quả của hệ thống cũng phụ thuộc vào hướng gió, mặc dù vấn đề này có thể được khắc phục với việc cài đặt các thành phần nhất định
Trang 10- năng lượng gió là phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện gió và như vậy sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của dòng điện
CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG HỆ THỐNG
2.1 ACQUY
2.1.1 cấu tạo acquy
Ắc quy tuy được chia ra nhiều loại và sử dụng ở nhiều mục đích khác nhau, nhưng đều
có điểu chung ở cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cấu tạo : Hầu hết các ắc quy sử dụng trên xe nâng đều là loại ắc quy điện cực chì Các bản cực của ắc quy có dạng vỉ lưới, bản cực dương của ắc quy làm bằng ôxít chì (PbO2), còn các bản cực âm làm bằng chì (Pb); các bản cực dương và âm được bố trí xen kẽ nhau
và giữa chúng có các vách ngăn Các vách ngăn có dạng tấm mỏng, có tính thẩm thấu cao
và không được dẫn điện Một ắc quy thường có nhiều ngăn (hộc) nối tiếp nhau, tuỳ theo điện thế cần cung cấp ắc quy sẽ có số ngăn khác nhau Mỗi ngăn của ắc quy chỉ có thể sinh ra điện áp 2.1 ~ 2.2V, như vậy nếu điện áp ắc quy là 12V thì có 6 ngăn; nếu điện áp khoảng 48V thì phải có 24 ngăn
Phân loại ắc quy:
Trang 11- Ắc quy sử dụng điện môi bằng a xít (gọi tắt là ắc quy a xít hoặc ắc quy Chì-Axít)
+ Ắc quy axít kiểu hở thông thường
+ Ắc quy axít kiểu kín khí
+ Ắc quy sử dụng điện môi bằng kiềm (gọi tắt là ắc quy kiềm)
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của acquy
Ở trạng thái được nạp đầy, cực dương của ắc quy là PbO2, cực âm là Pb, trong các quá trình phóng điện và nạp điện cho ắc quy, trạng thái hóa học của các cực bị thay đổi khi này xảy ra phản ứng hóa học sau:
Tại cực dương:
2PbO2 + 2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O +O2
Tại cực âm:
Pb + H2SO4 = PbSO4 + H2
Phản ứng chung gộp lại trong toàn bình là: Pb+PbO2+2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
chuyển thành PbSO4
Quá trình nạp điện cho ắc quy, do tác dụng của dòng điện nạp mà bên trong ắc quy sẽ có phản ứng ngược lại so với chiều phản ứng trên, phản ứng chung gộp lại trong toàn bình
sẽ là:
2PbSO4 + 2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4
Trong thực tế, các cực của ắc quy có số lượng nhiều hơn (để tạo ra dung lượng bình ắc quy lớn) và mỗi bình ắc quy lại bao gồm nhiều ngăn như vậy Nhiều tấm cực để tạo ra
Trang 12tổng diện tích bản cực được nhiều hơn, giúp cho quá trình phản ứng xảy ra đồng thời tại nhiều vị trí và do đó dòng điện cực đại xuất ra từ ắc quy đạt trị số cao hơn – và tất nhiên
là dung lượng ắc quy cũng tăng lên
Do kết cấu xếp lớp nhau giữa các tấm cực của ắc quy nên thông thường số cực dương và cực âm không bằng nhau bởi sẽ tận dụng sự làm việc của hai mặt một bản cực (nếu số bản cực bằng nhau thì các tấm ở bên rìa sẽ có hai mặt trái chiều ở cách nhau quá xa, do
đó phản ứng hóa học sẽ không thuận lợi) Ở giữa các bản cực của ắc quy đều có tấm chắn, các tấm chắn này không dẫn điện nhưng có độ thẩm thấu lớn để thuận tiện cho quá trình phản ứng xảy ra khi các cation và anion xuyên qua chúng để đến các điện cực
2.1.3 Các thông số cơ bản của acquy
Điện lượng: là điện lượng của acquy được nạp đầy, rồi đem cho phóng điện 1A liên
tục cho đến điện áp của acquy giảm xuống đến một giá trị quy định bởi nhiệt độ qui định dung lượng của acquy được tính băng ampe-giờ(Ah)
Điện áp: tuỳ thuộc vào nồng độ chất điện phân và nguồn nạp cho acquy mà điện
áp đầy của mỗi ngăn của acquy là nó được nạp đầy là 2,6V-2.7V,khi acquy phóng điện hoàn toàn là 1,7V-1,8V.Điện áp của acquy không phụ thuộc vào số lượng bản cực nhiều hay ít
Điện trở trong :là giá trị điện trở bên trong của acquy bao gồm giá trị điện trở của
các bản cực,điện trở dung dịch có xét đến sự ngăn cách các tấm ngăn các bản cực thường thì giá trị điện trở trong của acquy khi được nạp đầy là(0,001-0,0015)Ω , và khi acquy đã phóng điện hoàn toàn là(0,02-0,025)Ω
2.1.4 Các phương pháp nạp cho acquy
Có 3 cách để nạp cho acquy:
Phương pháp nạp điện áp
Phương pháp nạp dòng điện
Trang 13 Phương pháp dòng áp
a, phương pháp nạp acquy với điện áp không đổi
Phương pháp này yêu cầu acquy được mắc song song với nguồn nạp Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi và được tính bằng (2,3-2,5)V cho mỗi ngăn đơn Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn dòng điện giảm dần theo thời gian Tuy nhiên với phương pháp này acquy dược nạp không no, do đó nó chỉ dung bổ sung nạp cho acquy trong quá trình sủ dụng
b,phương pháp nạp acquy với dòng điện không đổi
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại acquy, bảo đảm cho acquy được no.Đay là phương pháp sủ dụng trong các xưởng sửa chữa để nạp điện cho acquy hoặc nạp sửa chưã cho các acquy bị sunfat hoá Với phương pháp này acquy được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện:
Un ≥ 2,7.Naq
Trong đó : UN_ Điện áp nạp
Naq số ngăn của acquy
Trong quá trình nạp điện sức điện động acquy tăng dần lên, để duy trì dòng điện nạp không đổi ta phải bố trí trong mạch biến trở R Trị số giới hạn của biến trở được xác định theo công thức :
R=
Nhược điểm của phương pháp này nạp với dòng không đổi là thời gian nạp kéo dài và yêu cầu của acquy đưa vào nạp có cung dung lượng định mức Để khắc phục thời gian nạp ,người sủ dụng phương pháp nạp với dòng điện thay đổi theo hai hay nhiều nấc Trong trường hợp hai nấc, dòng điện điện nạp thứ nhất chọn bằng (0,3-0,6)C10 tức là nạp cưỡng bức và kết thúc ở nấc một khi acquy đã bắt đầu sôi Dòng điện nạp ở nạp ở nắc thứ hai lá 0,1C10
c.phương pháp nạp dòng áp
Đây lá phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên Nó tận dụng được những
ưu điểm của mỗi phương pháp
Trang 14Đối với yêu cầu trong quá trình nạp quá trình biến đổi vá chuyển hoá được tự động diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chon phương pháp nạp acquy là phương pháp dòng áp
Đối với acquy axit:
Để đảm bảo thời gian nạp cũng như hiệu suất nạp thì trong khoảng thời gian tn=8h tương ứng với 75%-80% dung lượng acquy ta nạp với dòng không đổi là In=0,1C10 Vì theo đặc tính nạp của acquy trong doạn nạp chính thì kho ding điện không đổi thì điện áp,sức điện động tải ít thay đổi,do đó bảo đảm tính đồng đều về tải cho thiết bị nạp Sau thời gian 8h acquy bắt đầu sôi lúc dó ta chuyển sang nạp ở chế độ nạp ổn áp Khi thời gian nạp được 10h thì acquy bắt đầu no, ta nạp bổ sung thêm 2-3h
Đối với acquy kiềm:
Trình tự nạp cũng giống như acquy axit nhưng do khả năng quá tải của acquy kiềm lớn nên lúc ổn dòng ta có thể nạp In=0,2.C10 hoặc nạp cưỡng bức để tiếm kiềm thời gian với dòng nạp In=0,5.C10 Các quá trình nạp acquy tự động kết thúc khi bị cắt nguồn nạp hoặc khi nạp ổn áp với điện áp bằng điện áp trên hai cực của acquy, lúc dó dòng nạp sẽ
từ từ giảm về không
2.2.IC LM 358
a.Hình dạng và cấu tạo
- Hình dạng
Hình 2.11.hình dạng thực tế của LM 358