Đồ án máy phát điện gió trục đứng

Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Máy phát điện gió trục đứng
Cán bộ hướng dẫn: Võ Minh Trí
Tên cán bộ hướng dẫn 2

Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

năm

Cán bộ hướng dẫn

Tên cán bộ hướng dẫn 1

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 1

tên cán bộ hướng dẫn 2.


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1
Tên đề tài: Máy phát điện gió trục đứng
Cán bộ hướng dẫn: Võ Minh Trí
Tên cán bộ hướng dẫn 2

Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

Cán bộ phản biện 1

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 2

năm


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2
Tên đề tài: Máy phát điện gió trục đứng
Cán bộ hướng dẫn: Võ Minh Trí
Tên cán bộ hướng dẫn 2

Nhóm sinh viên thực hiện: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình

Trần Hữu Khánh
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày

tháng

Cán bộ phản biện 2

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 3

năm


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

LỜI CAM ĐOAN
Click here to enter text.
Chú ý: khi edit các trường “click here to enter text” không nên xóa bỏ trường và
trước khi copy paste tài liệu vào các trường thì nhớ đổi chế độ copy paste trong
File/ option/ advanced/ cut, copy and paste chuyển đổi sang merge formating.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 4


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện đồ án môn học đề tài “Máy phát điện gió trục đứng”, nhóm sinh
viên thực hiện xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Võ Minh Trí, bộ môn Tự Động Hóa,
khoa Công Nghệ, trường đại học Cần Thơ, giảng viên giảng dạy và hướng dẫn học
học phần “Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử”.
Chân thành cảm ơn thầy trong suốt học kì vừa qua đã nhiệt tình hướng dẫn,
hỗ trợ, cũng như cung cấp những kiến thức, các trang thiết bị cần thiết của học phần
“Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử”, giúp đỡ chúng em có thể hoàn thành được đề
tài này.
Nhóm thực hiện đồ án cũng xin cảm ơn đến tất cả bạn bè đã nhiệt tình giúp
đỡ chúng tôi hoàn thành đồ án.
Kính chúc thầy sức khỏe và công tác tốt!

Chúc các bạn học tập tốt!
Sinh viên thực hiện:
Lưu Quốc Dũng

B1204683

Võ Thanh Bình

B120

Trần Hữu Khánh

B120

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 5


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

MỤC LỤC
MỤC LỤC

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình

Trần Hữu Khánh

Trang 6


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

DANH MỤC HÌNH

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 7


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

DANH MỤC BẢNG

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 8

Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Click here to enter text.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 9


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

TÓM TẮT
Máy phát điện gió trục đứng được phát triển dựa trên tiềm năng của năng
lượng gió, biến đổi động năng của gió thành điện năng, cung cấp năng lượng điện
phục vụ nhu cầu của các hộ gia đình vùng nông thôn sâu, hải đảo, nơi thiếu điện
sinh hoạt. Cụ thể thông qua các tua-bin thu thập năng lượng gió từ các sản phẩm tái
chế chúng được kết nối vào bộ phận phát điện, tạo ra điện, thông qua mạch ổn áp,
năng lượng điện thu được được lưu trữ trong các thiết bị lưu trữ như Ắc-quy… từ
đó phục nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt của hộ gia đình.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình

Trần Hữu Khánh

Trang 10


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

ABSTRACT
Vertical axis wind turbine generator is based on the potential of wind energy,
transforms the kinetic energy of the wind into electricity, electric power supply
energy to the rural household, islands, the place without electricity. Specifically
through the turbine collects wind energy from recycled products they are connected
to the generator unit, generates electricity through the voltage regulator circuit,
electrical energy obtained is stored in the device storage such as batteries. A lot of
families are satisfied with their demands after being served by electricity

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 11


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

CBHD: Võ Minh Trí

Trang 12


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sự nóng lên khắp toàn cầu là một vấn để cấp bách, đòi hỏi chúng ta phải tìm kiếm
và sử dụng các nguồn năng lượng có khả năng tái tạo. Một số nguồn năng lượng thay thế
mà chúng ta có thể lựa chọn bao gồm: năng lượng mặt trời, năng lượng nước, năng lượng
sinh khối và năng lượng gió.
Tất cả các nguồn năng lượng tái tạo đều hình thành do nhiệt sinh ra từ các bức xạ
mặt trời. Gió cũng là một hiện tượng gây ra bởi sự nóng lên của bầu khí quyển trái đất.
Ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất không đồng đều làm cho khí quyển, nước
và không khí nóng lên không đều nhau. Kết quả là, không khí nóng sẽ di chuyển lên trên,
không khí lạnh sẽ di chuyển xuống dưới. Sự chuyển đổi vị trí giữa không khí nóng và
không khí lạnh sẽ tạo thành gió. Năng lượng của gió có thể được khai thác bằng một nhà
máy điện năng lượng gió.
Gió là một nguồn năng lượng có khả năng tái tạo và việc sử dụng nó không tạo ra
các chất độc hại như nhiên liệu hóa thạch. Đây là một trong những dạng năng lượng
mang lại hiệu quả cao nhất, nó có thể trở thành một trong những nguồn năng lượng chính
cho các thế hệ tương lai.

1.2
1.2.1

MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI
Tạo ra điện năng

Tạo ra nguồn điện năng sử dụng cho mục đích sinh hoạt dựa trên việc biến đổi
động năng của gió thành điện năng thông qua hệ thống tua-bin gió trục đứng, thiết
bị phát điện.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 13


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

1.3

CBHD: Võ Minh Trí

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

-

Giả lập người đạp xe.

-

Khảo sát máy phát điện nam châm vĩnh cửu.

-

Khảo sát máy phát điện kích từ độc lập.

-

Mạch ổn định điện áp.

-

Mạch nhân điện áp.

-

Mạch kích từ.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 14


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1
2.1.1

NĂNG LƯỢNG, VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY.
Khái niệm năng lượng

Khái niệm năng lượng được hiểu chung nhất là các nguồn tài nguyên, nhiên liệu
cung cấp, phục vụ cho đời sống, sản xuất và các nhu cầu thiết yếu của con người.
Năng lượng là một trong những điều kiện không thể thiếu của sự sống và phát triển
con người. Trên trái đất có hai loại năng lượng là năng lượng tái tạo và năng lượng
không tái tạo. Trong các loại năng lượng: dầu mỏ, than đá và khí hóa lỏng là ba loại
hình năng lượng quan trọng nhất, có ảnh hưởng đến mọi đời sống của con người.
Năng lượng không tái tạo những dạng năng lượng có sẵn ngoài thiên nhiên: than
đá, dầu thô, khí tự nhiên, uranium, thủy năng và những năng lượng tái tạo khác được
hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí của xác các sinh vật, bao gồm thực vật phù
du và động vật phù du lắng đọng xuống đáy biển (hồ) với số lượng lớn trong các điều
kiện thiếu ôxy, cách đây hàng triệu năm. Trải qua thời gian địa chất, các hợp chất hữu
cơ này trộn với bùn và bị chôn vùi bên dưới các lớp trầm tích nặng. Trong điều kiện
nhiệt độ và áp suất cao làm cho các vật chất hữu cơ bị biến đổi hóa học, đầu tiên là
tạo ra kerogen ở dạng sáp. Chúng được tìm thấy trong các đá phiến sét dầu và sau đó
khi bị nung ở nhiệt cao hơn sẽ tạo ra hydrocacbon lỏng và khí bởi quá trình phát sinh
ngược.
Năng lượng tái tạo (hay năng lượng xanh) là loại năng lượng mà khi được sản
xuất, nó có ít tác động tiêu cực đến môi trường hơn so với năng lượng hóa thạch.
Những loại năng lượng xanh mà ngày nay người ta thường đề cập đến là: năng lượng
mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng và năng lượng địa nhiệt. Ngoài ra còn rất
nhiều loại năng lượng được cho là “xanh”, thậm chí cả năng lượng hạt nhân vì trong
trạng thái hoạt động (an toàn), nó sản sinh ra lượng chất thải thấp hơn nhiều lần so

với việc sử dụng than đá hoặc dầu.

2.1.2

Vấn đề năng lượng hiện nay

Năng lượng từ lâu đã trở thành nhân tố tác động trực tiếp đến sự phát triển kinh tế,
xã hội hầu hết các quốc gia trên thế giới. Sự phân bố, mất cân bằng trong kết cấu
năng lượng thế giới đã dẫn đến sự mất cân bằng trong khai thác, sử dụng năng lượng
các quốc gia. Hiện tại, dầu mỏ, than đá và khí đốt vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu,
tác động đến mọi sinh hoạt, đời sống nhân loại. Tuy nhiên, các nguồn tài nguyên này
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 15


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

có nguy cơ cạn kiệt trong 50 năm tới. Vì vậy, vấn đề nan giải và trong một vài thập
niên tới là khả năng phát hiện và đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới của thế
giới. Theo đánh giá của nhiều chuyên gia, vẫn chỉ ở mức dự án tiền khả thi. Do vậy,
sức ép về thiếu hụt năng lượng lại tiếp tục gia tăng, dù có nhiều quan điểm lạc quan,
nhưng vấn đề an ninh năng lượng đối với nhân loại vẫn là vấn đề bức xúc giống như
thế kỉ trước, nếu không muốn nói là còn căng thẳng ít nhất trong khoảng ¾ đầu thế kỉ
XXI.
Vấn đề năng lượng ở Việt Nam tài nguyên nhiên liệu và năng lượng là nguồn lực

cơ bản đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội của đất nước, quốc gia nào giàu có
về nguồn tài nguyên này là cơ sở tiền đề tốt nhất cho đáp ứng đầu vào của hệ thống
kinh tế, nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức về chính trị và an ninh quốc phòng. Việt
Nam nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa Đông Nam Á, có nguồn tài nguyên
nhiên liệu-năng lượng đa dạng đầy đủ các chủng loại như than, dầu khí, thủy điện và
các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, năng
lượng địa nhiệt, năng lượng biển…, trong đó đáng chú ý tiềm năng lớn là năng lượng
mặt trời và năng lượng sinh khối. Tuy nhiên thực tiễn phát triển kinh tế những năm
vừa qua cho thấy sự biến động về nhiên liệu và năng lượng diễn biến khá phức tạp,
nguồn năng lượng không thể tái tạo dầu mỏ, khí đốt,.. đang dần bị cạn kiệt. Vấn đề
đặt ra là làm thế nào để nguồn tài nguyên nhiên liệu và năng lượng của Việt Nam
không dần bị cạn kệt mà càng phong phú hơn không chỉ đáp ứng nhu cầu phát triển
kinh tế-xã hội trong những năm tới mà chúng ta còn có thể xuất khẩu nguồn tài
nguyên này dưới dạng năng lượng và thành phẩm đã chế biến, thích ứng với sự biến
động của thị trường.

2.2
2.2.1

CÔNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG
Trong nước

2.2.1.1 Bình Thuận
Với điều kiện địa lý thuận lợi của một địa phương có bờ biển dài, lượng gió nhiều
và phân bổ khá đều quanh năm, tính đến cuối tháng 1 năm 2012 trên địa bàn tỉnh Bình
Thuận đã xây dựng 16 dự án điện gió với tổng công suất dự tính khoảng 1.300 MW.
Trong đó có 5 dự án đã được cấp giấy chứng nhận đầu tư, 9 dự án đã hoàn thành báo cáo
đầu tư trình xin cấp giấy chứng nhận, 2 dự án đang trong giai đoạn khảo sát lập hồ sơ dự
án đầu tư. Trong số 16 dự án nói trên, Dự án Nhà máy điện gió Tuy Phong, đặt tại xã
Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận do Công ty cổ phần Năng lượng tái tạo

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 16


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

Việt Nam (REVN) đầu tư được triển khai đầu tiên. Toàn bộ dự án, khi hoàn thành, sẽ có
80 tuabin với tổng công suất 120 MW, sử dụng công nghệ hiện đại của Cộng hòa liên
bang Đức.[1]

2.2.1.2 Bạc Liêu
Dự án điện gió trên biển đầu tiên nước ta ở tỉnh Bạc Liêu đã hoàn thành giai đoạn
1 với tuabin thứ 10 lắp đặt thành công vào chiều ngày 2/10/2012. Toàn bộ Nhà máy điện
gió Bạc Liêu được đặt dọc theo đê biển Đông, kéo dài từ phường Nhà Mát đến ranh giới
tỉnh Sóc Trăng và chiểm tổng diện tích gần 500 ha. Ở đây, các tuabin gió được sản xuất
tại Mỹ, làm bằng thép đặc biệt không gỉ, cao 80m, đường kính 4m, mỗi tuabin có 3 cánh
quạt, mỗi cánh dài 42 m, làm bằng nhựa đặc biệt, có hệ thống điều khiển giúp cánh quạt
tự gập lại khi gặp thời tiết xấu, bão lớn.
Trong giai đoạn 1 đã hoàn thành lắp đặt 10 cột (hay tuabin), công suất tổng cộng
của giai đoạn này là 16 MW và điện năng sản xuất dự tính khoảng 56 triệu kWh/năm.
Giai đoạn 2 của dự án sẽ xây lắp tiếp 52 tuabin gió còn lại. Sau khi hoàn thành,
Nhà máy điện gió Bạc Liêu sẽ có tổng số 62 tuabin với tổng công suất trên 99 MW và
điện năng sản xuất ra khoảng 320 triệu kWh/năm.
Nhà máy điện gió Bạc Liêu là một điển hình về việc thu hút doanh nghiệp tư nhân
đầu tư vào ngành điện nói chung và đầu tư vào các nguồn năng lượng tái tạo nói riêng.[1]

2.2.2

Ngoài nước

2.2.2.1 Mỹ
Mỹ là quốc gia đầu tiên sản xuất điện năng từ gió với công suất khoảng trên
35.000 megawatts và trở thành quốc gia đứng đầu về lĩnh vực này. Điện năng từ gió sản
xuất ra khoảng 2% điện năng sản xuất của Mỹ. 10 năm trước đây, công suất này chỉ đạt
được 2.472 megawatts mà thôi. Bang Texas là nơi có công suất điện năng gió lớn nhất
của Mỹ. Khu điền trang sản xuất điện năng gió Roscoe là nơi tiêu thụ điện năng lớn nhất
thế giới với tổng sản lượng tiêu thụ là 9.900 megawatts trong năm 2009 – bằng điện năng
tiêu thụ của 2,4 triệu hộ gia đình và tương đương với khoảng 3 nhà máy điện nguyên tử
tiêu thụ.[2]
2.2.2.2 Trung Quốc

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 17


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

Công suất sản xuất điện năng từ gió của Trung Quốc đạt hơn 25.100 megawatts và
lĩnh vực sản xuất điện năng từ gió trở thành một trong những mũi nhọn kinh tế chính của
quốc gia. Với lợi thế bờ biển dài và diện tích đất dồi dào, tạo nên cho quốc gia này triển

vọng lớn về nguồn tài nguyên năng lượng từ gió. Ủy ban Năng lượng Gió Toàn cầu cho
rằng với quy mô và mức độ phát triển năng lượng gió của Trung quốc sẽ không thể có
quốc gia nào sánh kịp. Có hơn 80 nông trang sản xuất năng lượng từ gió hoạt động tại
Trung Quốc.[2]
2.2.2.3 Đức
Đức có công suất sản xuất năng lượng từ gió vào khoảng 26.000 megawatts. Điện
năng từ gió chiếm khoảng 7% của công suất điện năng của quốc gia này. Cách đây 4
năm, tuốc-bin gió cao nhất thế giới Fuhrländer Wind Turbine Laasow” đã được xây dựng
ở Brandenburg. Tháng 4/2010, Đức đã mở ra một công viên gió ngoài khơi đầu tiên –
Alpha Ventus ở Biển Bắc. Mặc dầu là một trong những nước đứng đầu thế giới về lĩnh
vực này, chiến lược của Đức về sản xuất năng lượng từ gió cũng gây nhiều tranh cãi vì
quá tốn kém và cũng nhiều rủi ro vì mô hình hướng gió của Đức không cố định và
thường xuyên.[2]
2.2.2.4 Tây Ban Nha
Với công suất là 19.740 megawatts, Tây Ban Nha là nước đứng thư tư trong số
các quốc gia đứng đầu thế giới về lĩnh vực này. Điện năng từ gió vượt xa điện năng từ
than đá. Nguồn điện năng từ gió trong năm 2009 đã đáp ứng được khoảng 14% nhu cầu
điện năng của quốc gia. Để duy trì mục đích là sẽ sản xuất điện năng từ gió để phục vụ
15% nhu cầu tiêu thụ điện của quốc gia, Tây Ban Nha cần có kế hoạch mang tính chiến
lược bền vững.[2]
2.2.2.5 Ấn Độ
Sự phát triển năng lượng gió của Ấn độ có từ những năm 90. Là một lục địa khá
mới mẻ trong ngành công nghiệp này nhưng Ấn độ đã phát triển và trở thành ngành công
nghiệp sản xuất điện từ gió đứng thứ năm trên thế giới. Năm 2009, Ấn độ có công suất
sản xuất điện từ gió là 10.925 megawatts. Năng lượng điện từ gió chiếm khoảng 1,6%
điện của quốc gia này. Hiệp hội Năng lượng Gió Ấn độ ước tính công suất điện năng từ
gió có thể đạt tới 65.000 megawatts.[2]
2.2.2.6 Ý
Vào năm 1999, chính phủ nước Ý dự định sẽ sản xuất năng lượng từ gió khoảng
2.500 megawatt cho năm 2010. Nhưng chỉ cần đến năm 2007, sản lượng này đã vượt xa

và năm 2009, sản lượng đạt tới 4.850 megawatts. Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà này
đã đặt ra nhiều câu hỏi và băn khoăn cho các nhà quản lý vì mối lo lắng về ngành công
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 18


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

nghệ này chưa được “xanh” như hằng mong đợi bởi Ý là một quốc gia vốn dĩ nổi tiếng
về mafia và tham nhũng liên quan đến công cuộc xây dựng và hoạt động của lĩnh vực
này.[2]

2.2.2.7 Pháp
Mặc dầu có tiềm năng tăng trưởng về điện năng từ gió với công suất khoảng 4.500
megawatts, Pháp cũng đang gặp phải một số vấn đề liên quan đến lắp đặt nông trang sản
xuất điện từ gió. Hiệp hội Năng lượng Pháp “Syndicat des Energies Renouvelables” ước
tính là công suất này sẽ đáp ứng khoảng 20% nhu cầu tiêu thụ điện của quốc gia. Pháp
cũng có tiềm năng phát triển gấp 12 lần công suất sản xuất điện năng từ gió hiện tại, tuy
nhiên chi phí đầu tư cũng là những con số khổng lồ.[2]
2.2.2.8 Anh Quốc
Tháng 1/2010, công suất điện năng từ gió của Anh đã vượt quá 4000 megawatts.
Sau lĩnh vực biomass, gió là nguồn năng lượng tái tạo lớn thứ hai của quốc gia này. Anh
có cả nông trang sản xuất gió trong đất liền và ngoài khơi.[2]
2.2.2.9 Thổ Nhĩ Kỳ
Công suất sản xuất điện năng từ gió của Thổ Nhĩ Kỳ đáp ứng 15% điện năng tiêu

thụ của quốc gia. Thổ Nhĩ Kỳ có kế hoạch tăng công suất sản xuất điện năng từ gió lên
tới 5.300 megawatts vào năm 2012. Vào năm 2008, Thổ Nhĩ Kỳ đã là một quốc gia có
nông trang sản xuất năng lượng từ gió lớn nhất của châu Âu.[2]
2.2.2.10 Đan Mạch
Điện năng sản xuất từ gió của Đan Mạch đã đáp ứng khoảng 1/5 nhu cầu tiêu thụ
điện của quốc gia. Đan Mạch có cả nông trang sản xuất trong và ngoài khơi. Nông trang
“Horns Rev 2” là nông trang ngoài khơi lớn nhất thế giới có thể sản xuất điện đủ cho nhu
cầu của 200.000 hộ gia đình. Năm 2009, các nông trang sản xuất điện từ gió của Đan
Mạch có công suất là 3.465 megawatts. Ước tính vào năm 2012, công suất này lên tới
5.000 megawatts.[2]

2.3
2.3.1

NĂNG LƯỢNG GIÓ
Công thức[3]

Năng lượng gió được biết là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v.
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 19


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

Khối lượng của không khí đi qua mốt tiết diện có diện tích A vuông góc chiều

gió với tốc độ là v sao thời gian t có công thức sau
m=ρ.v.a.t (Kg) (2.1)

Ý nghĩa của công thức:
Năng lượng gió tỷ lệ thuận với khối lượng riêng của không khí. Điều này có
nghĩa: với những dòng không khí chuyển động với vận tốc như nhau thì ở vùng núi cao
công suất sẽ thấp hơn.
Năng lượng gió tỉ lệ thuận với diện tích quét của cánh. Từ đó ta thấy: Cách gió
càng lớn, diện tích mặt cắt gió quét qua càng lớn, năng lượng gió thu được càng lớn.
Đáng chú ý là năng lượng gió tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió, cho nên vận
tốc gió chính là yếu tố quyết định.

2.4

TIỀM NĂNG TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ

Gió có hầu như có mặt khắp mọi nơi, và theo công thức (2.3) năng lượng gió tỉ lệ
với lũy thừa 3 vận tốc gió, thế nên nếu biết tận dụng, năng lượng gió là một nguồn
năng lượng cực kỳ quý giá. Tiềm năng gió lớn nhất trên thế giới nằm ở vùng hàn đới
và vụng cực, tại những vùng này, tốc độ gió trung bình đạt từ 7m/s – 11m/s, vùng bờ
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 20


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

biển ôn đới và vùng giữa các đại dương tốc độ gió cũng khá mạnh. Việc nghiên cứu,
ứng dụng năng lượng gió đang được hầu hết các nước trên thế giới thực hiện, đặc biệt
ở các nước có nền công nghiệp phát triển mạnh như Mỹ, EU… kết hợp với các
khuyến khích về tài chính bao gồm tăng các khoản đầu tư, giảm lãi suất ở mức thống
nhất nhằm mục đích thúc đẩy phát triển năng lượng gió và giảm lượng khí thải gây
hiệu ứng nhà kính. Tính đến năm 2010 1/3 lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính của
các nước liên minh châu âu EU được giảm bớt nhờ sử dụng năng lượng gió thay thế,
tổng công suất điện gió đạt khoảng 75000 MW năm 2010. Mục tiêu tăng công suất lên
180000 MW năm 2020 và 300000MW năm 2030.
Theo ngân hàng thế giới, Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió lớn nhất khu vực
Đông Nam Á nhờ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có đường bờ biển dài
trên 3200km. với tổng công suất khoảng 513360 MW (hơn 200 lần công suất của thủy
điện Sơn La, hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020). Đánh
giá này trùng với nhận định của tổ chức khí tượng thế giới. Thông qua tính toán bằng
vệ tinh, cơ quan này đánh giá: tiềm năng gió ở Việt Nam lên đến cả trăm ngìn MW.
Đây thực sự là một tài nguyên năng lượng lớn của nước ta và đang chờ được khai
thác.

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 21


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

CHƯƠNG 3 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRỤC
ĐỨNG

3.1.1

Biến tần

Biến tần sử dụng cho mục đích đồ án là: Biến tần LG SV015iG5-4: 2HP 1.5 Kw,
hãng LG- Hàn Quốc.

Hình 3.1 Biến tần LG SV015iG5-4

•

Sơ lược về vai trò của biến tần
Là cầu nối giữa khâu điều khiển và đối tượng chấp hành. Đóng vai trò như

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 22


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

CBHD: Võ Minh Trí

một mạch công suất điều khiển động cơ. Biến tần giữ vị trí trung tâm của hệ
thống. Biến tần nhận tính hiệu từ bộ điều khiển điều khiển chính xác tốc độ
động cơ.
• Nguyên lí hoạt động
Biến đổi điện áp xoay chiều ba pha của nguồn điện vào thành điện áp một
chiều nhờ bộ chỉnh lưu. Sau đó, đổi lại thành điện áp xoay chiều ba pha nhờ
bộ nghịch lưu, lúc này tần số đã được thay đổi.
• Sơ đồ chân

STT
1
2
3

Kí hiệu
R, S, T
G
P1,P2,P3

4
5

CM
VR

SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Chức năng
Nối với nguồn điện 1 pha (230V) hoặc 3 pha.
Nối mass
Quay thuận, nghịch, nhảy đến tần số thiết đặt, ngừng khẩn cấp,
reset về mặt định nhà sản suất.
Chân chung.
Cấp nguồn cho việt thay đồi tần số ngõ vào
Trang 23


Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

6
7
8

V1
CM
U, V, W

CBHD: Võ Minh Trí

Ngõ vào điều khiển bằng áp (0-10V).
Chân nối chung cho VR, V1 để thực hiện chức năng.
Ngõ ra nối động cơ 3 pha.

• Các nhóm chức năng vận hành

• Các nhóm lệnh trong biến tần
STT Nhóm lệnh Chức năng.

1
ACC
Thời gian tăng tốc độ motor từ giá trị đầu đến giá trị cài đặt.
2
dEC
Thời gian giảm tốc độ motor từ giá trị đầu đến giá trị cài đặt.
3
Drv
Lựa chọn cách điều khiển (keypab, ngõ vào ngoại, RS485).
4
Frq
Lựa chọn cách set tần số (keypab, ngõ vào ngoại, RS485).
5
St1,St2,St3 Chạy biến tần với tốc độ thấp, trung bình, cao.
6
Cur
Hiển thị dòng điện đầu ra.
7
rPm
Hiển thị tốc độ motor (vòng /phút ).
8
dCL
Hiển thị điện thế một chiều trong biến tần.
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 24

Báo cáo thiết kế hệ thống cơ điện tử

9

Vol

10
11

Non
drC

12

Fu1

13

Fu2

14

IO

3.1.2
•

CBHD: Võ Minh Trí

Lựa chọn đơn vị hiển thị ( điện thế, công suất, momen xoắn

).
Hiển thị trạng thái lỗi của biến tần.
Lựa chọn chiều quay motor.
Cài đặt các thông số cơ bản( tần số lớn nhất, momen
xoắn…)
Cài đặt các thông số áp dụng ( bước nhảy tần số, giới hạn tần
số
Cài đặt liên quan đến các in/out ngoại.

Động cơ ba pha
Khái niệm chung

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên
lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stator trong
máy.
Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt
vì cấu tạo đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao và chi phí
bảo trì thấp. Dải công suất rất rộng từ vài trăm Watt đến 10.000HP. Các động cơ từ
5HP trở lên hầu hết là 3 pha, còn động cơ nhỏ hơn 1HP thường là một pha.

Hình 3.2 Động cơ ba pha
• Cấu tạo
Gồm 2 phần chính:
 Phần tĩnh (stator)
Vỏ máy: có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn. Thường võ máy làm bằng
SVTH: Lưu Quốc Dũng
Võ Thanh Bình
Trần Hữu Khánh

Trang 25