HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


CHENG PHI QUỲNH

HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT
ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ


HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỰ ĐỘNG TỪ MÁY PHÁT
ĐIỆN NHỜ NĂNG LƯỢNG GIÓ
Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Th.S Lê Văn Bạn

Cheng Phi Quỳnh
Khóa: 2004 - 2008

Tp. Hồ Chí Minh
Tháng 08 năm 2008


MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY
FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY


AUTOMATIC BATTERY CHARGE SYSTEM
USING WIND GENERATOR
Speciality: Automatic Control

Supervisor:

Student:

Master Le Van Ban

Cheng Phi Quynh
Course: 2004 - 2008

Ho Chi Minh city
August, 2008


LỜI CẢM TẠ

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến!

Cha mẹ, gia đình đã nuôi dưỡng con khôn lớn, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
con sống và học tập.
Quý thầy cô trong toàn trường Đại Học Nông Lâm, đặc biệt là các thầy cô
trong khoa Cơ Khí & Công Nghệ đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý
báu cho em trong suốt quá trình học tập.
Thầy Lê Văn Bạn đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tâm giúp đỡ em thực
hiện đề tài.
Tất cả các bạn luôn bên cạnh và quan tâm lẫn nhau, luôn động viên, khích lệ
tinh thần giúp mình có thể hoàn thành đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, tháng 8 năm 2008
Cheng Phi Quỳnh

iii


TÓM TẮT

Gió là nguồn năng lượng tự nhiên, sạch, vô tận có ở khắp nơi trên Trái
Đất. Riêng ở nước ta với hơn 3000 km chiều dài bờ biển nên có nguồn năng
lượng gió rất dồi dào. Đề tài này tiến hành nghiên cứu sạc bình ắc quy từ máy
phát điện nhờ năng lượng gió. Đây là bước đầu tiên trong chương trình
nghiên cứu về năng lượng gió.
 Nội dung chính bao gồm:
 Tìm hiểu về hệ thống gió đã được chế tạo và sử dụng trên thế giới.
 Nghiên cứu và thiết kế mạch chuyển đổi nguồn điện từ máy phát điện
xoay chiều một pha thành điện một chiều nạp cho ắc quy.
 Khảo nghiệm mạch thiết kế.
 Kết quả:

 Đã mô phỏng được hoạt động của mạch trên thiết bị mô phỏng.
 Hạn chế của đề tài là chưa khảo nghiệm được với máy phát điện gió
thực tế.

iv


SUMMARY
The wind is a clean and inexhaustible resource available all over the
world. Viet Nam has more than 3000 kms of seashore. Wind power is very
plentiful. In this thesis carried out a research for battery charging from wind
generator. It is a first step in wind energy research program.
 In this thesis consists of:
 Learn about wind system which was manufactured and used in the
world.
 Study and design circuit to change power source from one phase
alternating current generator to direct current to charge for baterry.
 Test circuit.
 Results:
 Circuit's action was emulated on simulator.
 Thesis's restriction was not assayed with wind generator in practice.

v


MỤC LỤC

TRANG TỰA ..................................................................................................... i
LỜI CẢM TẠ.................................................................................................... iii
TÓM TẮT......................................................................................................... iv

SUMMARY ....................................................................................................... v
MỤC LỤC ........................................................................................................ vi
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH .................................................................................. x
DANH SÁCH CÁC BẢNG...............................................................................xiii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .....................................................................................1
CHƯƠNG 2: TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ TRỰC TIẾP ĐỀ
TÀI....................................................................................................................2
2.1 Hệ thống biến đổi năng lượng gió thành điện năng ................................2
2.1.1 Cơ sở lý thuyết .................................................................................2
2.1.2 Cấu tạo chung của một hệ thống biến đổi năng lượng gió thành điện
năng ..........................................................................................................3
2.1.3 Phân loại turbine gió .........................................................................3
2.2 Hệ thống turbine gió trục ngang ..............................................................4
2.3 Hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W xuất xứ Trung Quốc..6
2.3.1 Các đặc tính kỹ thuật ........................................................................6
2.3.2 Máy phát điện xoay chiều ba pha có rotor là nam châm vĩnh cửu sử
dụng trong hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W của Trung
Quốc..........................................................................................................7
2.4 Máy biến áp ổn áp...................................................................................8
2.4.1 Cấu tạo.............................................................................................8
2.4.2 Nguyên lý hoạt động.........................................................................9
vi


2.5 Khảo sát “Automatic Wind Generator Charger Controller” công suất 500
W do Trung Quốc sản xuất ...........................................................................9
2.6 Tra cứu linh kiện điện tử .......................................................................12
2.6.1 Vi điều khiển ATMEGA16L .............................................................12
2.6.2 LM358 ............................................................................................14

2.6.3 C1815.............................................................................................14
2.6.4 IRFP150N.......................................................................................14
2.6.5 IRF540............................................................................................15
2.6.6 LM7812 ..........................................................................................15
2.6.7 LM7805 ..........................................................................................16
2.6.8 Linh kiện 7408 ................................................................................16
2.6.9 ULN2803 ........................................................................................16
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN.......................................17
3.1

Phương pháp ....................................................................................17

3.2

Các bước tiến hành...........................................................................17

3.3

Phương tiện ......................................................................................17

CHƯƠNG 4: THỰC HIỆN ĐỀ TÀI – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................19
4.1 Thực hiện phần cứng............................................................................19
4.1.1 Thiết kế mạch nạp cho ắc quy dùng vi điều khiển ..........................19
4.1.2 Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của từng khối mạch cụ thể .............21
4.1.2.1 Mạch chỉnh lưu ........................................................................21
4.1.2.2 Mạch tạo nguồn 12 V và 5 V ....................................................21
4.1.2.3 Mạch vi điều khiển ...................................................................22
4.1.2.4 Mạch lấy tín hiệu điện áp từ nguồn sau chỉnh lưu....................23
4.1.2.5 Mạch lấy tín hiệu điện áp trên hai cực ắc quy ..........................23
4.1.2.6 Mạch chuyển tín hiệu dòng nạp của ắc quy thành tín hiệu điện

áp.........................................................................................................24
4.1.2.7 Mạch kích FET nạp cho ắc quy................................................24
4.1.2.8 Mạch kích FET điều khiển động cơ một chiều trong biến áp
xoay .....................................................................................................25
4.1.2.9 Mạch hiển thị dòng điện, điện áp trên LED 7 đoạn...................25
vii


4.1.3 Thực thi phần cứng ........................................................................28
4.1.3.1 Mạch chỉnh lưu _ Mạch nguồn chính _ Mạch lấy tín hiệu điện áp
của nguồn chính ..................................................................................29
4.1.3.2 Mạch vi điều khiển và nút chọn điện áp nạp cho ắc quy ..........30
4.1.3.3 Mạch tạo nguồn 12 V, 5 V và kích động cơ một chiều trong biến
áp xoay ................................................................................................31
4.1.3.4 Mạch khuếch đại lấy các tín hiệu điện áp và dòng nạp cho ắc
quy và kích FET nạp ắc quy.................................................................32
4.1.3.5 Mạch hiển thị dòng điện, điện áp trên LED 7 đoạn...................33
4.2 Thực hiện phần mềm ............................................................................34
4.2.1 Phần mềm BASCOM AVR .............................................................34
4.2.2 Lưu đồ giải thuật.............................................................................35
4.2.3 Chương trình ..................................................................................36
4.3 Kết quả..................................................................................................41
4.4 Thảo luận ..............................................................................................46
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................47
5.1 Kết luận.................................................................................................47
5.2 Đề nghị..................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

viii

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A (Ampere): Đơn vị đo cường độ dòng điện
AC (Alternating Current): Điện xoay chiều
ADC (Analog to Digital Converter): Bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín
hiệu số
+aq: Cực dương của ắc quy
-aq: Cực âm của ắc quy
DC (Direct Current): Điện một chiều
EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory): Bộ
nhớ chỉ đọc có thể lập trình và được xóa bằng điện
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): Transistor hiệu
ứng trường có cổng ngăn cách với lớp bán dẫn bằng lớp điện môi SiO2
RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
SRAM (Static Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ở trạng
thái tĩnh
V (Volt): Đơn vị đo điện áp
VCL: Điện áp nguồn một chiều sau khi được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều
W (Watt): Đơn vị đo công suất

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Turbine gió trục đứng ........................................................................3
Hình 2.2: Turbine gió trục ngang ......................................................................3
Hình 2.3: Các thành phần của turbine gió trục ngang.......................................4

Hình 2.4: Các lực xuất hiện trên cánh quạt khi bị gió tác động .........................5
Hình 2.5: Cảm biến tốc độ gió ..........................................................................5
Hình 2.6: Các bộ phận của thân turbine gió trục ngang....................................6
Hình 2.7: Hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W của Trung Quốc ..7
Hình 2.8: Máy phát điện xoay chiều ba pha......................................................7
Hình 2.9: Máy biến áp ổn áp.............................................................................9
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý của “Automatic Wind Generator Charger
Controller” công suất 500 W của Trung Quốc.................................................10
Hình 2.11: Sơ đồ khối của mạch nạp ắc quy từ máy phát điện dùng năng
lượng gió do Trung Quốc sản xuất .................................................................11
Hình 2.12: Sơ đồ chân ATMEGA16................................................................13
Hình 2.13: Hình dạng và sơ đồ khối của LM358.............................................14
Hình 2.14: Hình dạng C1815 ..........................................................................14
Hình 2.15: Hình dạng và sơ đồ nguyên lý IRFP150N .....................................15
Hình 2.16: Hình dạng và sơ đồ nguyên lý IRF540 ..........................................15
Hình 2.17: Hình dạng LM7812........................................................................15
Hình 2.18: Hình dạng LM7805........................................................................16
Hình 2.19: Sơ đồ chân và sơ đồ khối 7408 ....................................................16
Hình 2.20: Sơ đồ khối ULN2803.....................................................................16
Hình 4.1: Sơ đồ khối thiết kế mạch nạp cho ắc quy dùng vi điều khiển ..........19
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu.....................................................21
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 12 V và 5 V ................................21
x


Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển................................................22
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy tín hiệu điện áp từ nguồn sau
chỉnh lưu.........................................................................................................23
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch lấy tín hiệu điện áp trên hai cực ắc quy ......23
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển tín hiệu dòng nạp của ắc quy thành

tín hiệu điện áp ...............................................................................................24
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch kích FET nạp cho ắc quy ............................24
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch kích FET điều khiển động cơ một chiều trong
biến áp xoay ...................................................................................................25
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị dòng điện, điện áp trên
LED 7 đoạn.....................................................................................................26
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch hoàn chỉnh nạp cho ắc quy bằng vi điều
khiển...............................................................................................................27
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu và lấy tín hiệu áp từ nguồn........29
Hình 4.13: Mạch chỉnh lưu và lấy tín hiệu áp từ nguồn sau khi thi công .........29
Hình 4.14: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển..............................................30
Hình 4.15: Mạch vi điều khiển sau khi thi công...............................................30
Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 12 V, 5 V và kích động cơ một
chiều trong biến áp xoay.................................................................................31
Hình 4.17: Mạch tạo nguồn 12 V, 5 V và kích động cơ một chiều trong biến áp
xoay sau khi thi công ......................................................................................31
Hình 4.18: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại lấy các tín hiệu điện áp và dòng
nạp cho ắc quy và kích FET nạp ắc quy .........................................................32
Hình 4.19: Mạch khuếch đại lấy các tín hiệu điện áp và dòng nạp cho ắc quy
và kích FET nạp ắc quy sau khi thi công ........................................................32
Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị dòng điện, điện áp trên
LED 7 đoạn.....................................................................................................33
Hình 4.21: Mạch hiển thị dòng điện, điện áp trên LED 7 đoạn sau
khi thi công .....................................................................................................33
Hình 4.22: Giao diện của BASCOM AVR .......................................................34
Hình 4.23: Lưu đồ giải thuật của mạch sạc ắc quy dùng vi điều khiển ...........35
xi


Hình 4.24: Mạch hai lớp kết hợp vi điều khiển, nút nhấn và hiển thị LED.......42

Hình 4.25: Khảo nghiệm mạch bằng thiết bị mô phỏng ..................................43
Hình P.1 : Một số hình ảnh về “Automatic Wind Generator Charger Controller”
công suất 500 W của Trung Quốc

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả đo ở chế độ nạp 24 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng
giảm................................................................................................................44
Bảng 4.2: Kết quả đo ở chế độ nạp 24 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng
tăng ................................................................................................................45
Bảng 4.3: Kết quả đo ở chế độ nạp 12 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng
giảm................................................................................................................45
Bảng 4.4: Kết quả đo ở chế độ nạp 12 V với điện áp đầu vào lệch theo hướng
tăng ................................................................................................................46

xiii


Chương 1
MỞ ĐẦU

Từ lâu, con người đã biết dùng thủy năng để quay turbine chạy máy
phát điện. Thủy điện đã tạo ra lượng điện rất lớn, nhưng ngày nay không đủ
cung cấp cho con người. Các nhà máy nhiệt điện cũng đã ra đời thì gặp phải
vấn đề về nhiên liệu. Các nguồn dầu mỏ, than đá trên toàn thế giới ngày càng
cạn dần. Các nước đang tìm kiếm những nguồn năng lượng mới như năng
lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời và năng lượng gió để dần thay thế cho

năng lượng hóa thạch.
Năng lượng mặt trời và năng lượng gió là những nguồn năng lượng tự
nhiên, sạch gần như vô tận. Người xưa đã lợi dụng sức gió đẩy thuyền buồm
ra khơi, chế tạo ra cối xay gió để xay gạo, lúa mì, dẫn nước vào ruộng… Các
nước phát triển ngày nay đã nghiên cứu và sử dụng nguồn năng lượng gió
tạo ra điện năng khá phổ biến với công suất ngày càng tăng. Việt Nam cũng
đã có nhiều trung tâm năng lượng nghiên cứu thành công năng lượng gió tạo
ra điện, đưa vào phục vụ cho nhân dân. Đồng thời, năng lượng gió cũng được
nghiên cứu, hợp tác với nước ngoài và có nhiều cơ hội phát triển.
Khí hậu và địa hình đất nước Việt Nam rất phù hợp cho việc phát triển
năng lượng gió. Nhất là khu vực ven biển Ninh Thuận, Bình Thuận, lượng gió
nhiều và thổi quanh năm. Vấn đề nghiên cứu và ứng dụng năng lượng gió đã
được nhiều người, nhiều cơ quan quan tâm đến. Bước đầu tham gia vào lĩnh
vực này, được sự chấp thuận của Khoa Cơ Khí & Công Nghệ để tiến hành đề
tài “HỆ THỐNG SẠC BÌNH ẮC QUY TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ NĂNG
LƯỢNG GIÓ” nhằm tìm hiểu và góp phần vào sự phát triển của việc khai thác
năng lượng gió và sự phát triển của ngành năng lượng nước ta.
1


Chương 2
TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ
TRỰC TIẾP ĐỀ TÀI
2.1 Hệ thống biến đổi năng lượng gió thành điện năng:
2.1.1 Cơ sở lý thuyết:
Việc biến đổi năng lượng gió tuân theo những nguyên lý cơ bản về khả
năng sử dụng gió và khả năng tối ưu của các turbine.
Đặt turbine gió trong dòng chảy của không khí, khi không khí đến gần
turbine bị ứ lại, áp suất dòng chảy tăng lên và vận tốc giảm, đến khi dòng chảy
chạm vào mặt turbine trao cho turbine năng lượng. Dòng chảy phía sau

turbine bị nhiễu xoáy, gây bởi chuyển động của turbine và sự tác động với các
dòng không khí xung quanh.
Về nguyên tắc, dòng chảy phải được duy trì. Do đó, năng lượng turbine
thu nhận được bị hạn chế. Trong trường hợp toàn bộ năng lượng gió được
turbine thu nhận, thì vận tốc gió đằng sau turbine sẽ bằng không. Muốn cho
dòng chảy được cân bằng giữa khối lượng và vận tốc, năng lượng chảy qua
turbine phải bị mất mát. Đối với hệ tối ưu, số phần trăm cực đại của năng
lượng gió có thể thu nhận được tính theo công thức do Carl Betz đưa ra năm
1927.
3

v
P
 0,593 o
2
A

Trong đó:
P: công suất turbine gió (W)
A: diện tích quét của cánh quạt gió (m)
vo: vận tốc gió ban đầu (m/s)
0,593 gọi là hệ số Betz
2


2.1.2 Cấu tạo chung của một hệ thống biến đổi năng lượng gió thành
điện năng:
Trên thế giới đã phát minh ra nhiều hệ thống biến đổi năng lượng gió
thành điện năng phục vụ cho nhiều lĩnh vực sản xuất, sinh hoạt với nhiều hình
dạng nhiều công suất phù hợp với từng mục đích sử dụng. Nhưng tựu trung

lại, một hệ thống biến đổi năng lượng gió sẽ gồm các bộ phận chung như sau:
 Máy đo vận tốc gió và chuyển kết quả này qua hệ thống kiểm soát.
 Hệ thống kiểm soát vận tốc gió cho phép ngừng tất cả hoạt động của
turbine gió khi vận tốc gió vượt quá giới hạn cho phép.
 Cánh quạt gió, có thể làm bằng hợp kim nhẹ hay nhiều loại vật liệu khác.
 Bộ phận thắng, để ngừng quạt gió quay trong trường hợp khẩn cấp
hoặc bảo trì.
 Bộ tăng tốc, để tăng tốc độ quay của rotor.
 Máy phát điện để biến đổi năng lượng gió thành điện năng.
2.1.3 Phân loại turbine gió:
Có hai loại turbine gió chính: Loại turbine gió trục đứng và loại turbine
gió trục ngang.

Hình 2.1

Hình 2.2

Turbine gió trục đứng

Turbine gió trục ngang

3


 Turbine gió trục đứng:
Turbine gió trục đứng có máy phát điện và thiết bị đổi điện đặt dưới đất.
Đồng thời có thể đón gió khắp mọi phương. Tuy nhiên bất lợi là nhận năng
lượng ít, chiếm diện tích lớn nên hiện nay không được phát triển nhiều.
 Turbine gió trục ngang:
Turbine gió trục ngang có rotor đặt trên đỉnh của tháp, nằm song song

với mặt đất, có thể thu được nhiều gió và ít bị nhiễu loạn. Hiện nay turbine gió
trục ngang được nghiên cứu và phát triển chủ yếu.
2.2 Hệ thống turbine gió trục ngang:
Vì sự phổ biến của turbine gió trục ngang và có ưu điểm hơn turbine gió
trục đứng nên sẽ tập trung nghiên cứu về hệ thống turbine gió trục ngang.
Hệ thống turbine gió trục ngang gồm các thành phần chính sau:

Hình 2.3: Các thành phần của turbine gió trục ngang

4


 Cánh quạt gió:
Một turbine gió trục ngang có thể có 2 hoặc 3 cánh để nhận năng lượng.
từ gió

Hình 2.4: Các lực xuất hiện trên cánh quạt khi bị gió tác động
Các cánh quạt được thiết kế dựa trên nguyên lý khí động lực học để
nhận được năng lượng từ gió lớn nhất. Khi có gió thổi đến, các cánh quạt gió
cùng quay quanh một trục do sự không cân bằng giữa lực nâng và lực kéo.
 Thân:
Đây là phần chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng gồm :
 Máy phát điện
 Hộp bánh răng để thay đổi tốc độ trục quay rotor máy phát điện
 Bộ điều khiển
 Cơ cấu tự động điều khiển theo hướng gió
 Cảm biến tốc độ gió

Cốc

Trục

Hình 2.5: Cảm biến tốc độ gió
5


Hình 2.6: Các bộ phận của thân turbine gió trục ngang
 Tháp:
 Dùng để đỡ thân máy
 Dẫn đường đến thân máy để bảo dưỡng
 Chứa dây dẫn điện và motor của cơ cấu điều khiển theo hướng gió.
2.3 Hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W xuất xứ Trung
Quốc:
2.3.1 Các đặc tính kỹ thuật:
 Loại: 3 cánh
 Đường kính rotor cánh quạt: 1,5 m
 Tốc độ gió bắt đầu quay: 2,5 m/s
 Tốc độ gió tạo ra điện: 3 m/s
 Tốc độ gió tỉ lệ: 12 m/s
 Công suất tỉ lệ: 300 W
 Công suất lớn nhất: 500 W
 Bảo vệ quá tốc độ gió: Bằng điện
 Phạm vi nhiệt độ: -40oC đến +60oC
 Máy phát điện xoay chiều bằng nam châm vĩnh cửu
 Dạng tín hiệu ra: 24 VDC / 12 VDC

6


Hình 2.7: Hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W của Trung Quốc

2.3.2 Máy phát điện xoay chiều ba pha có rotor là nam châm vĩnh cửu sử
dụng trong hệ thống turbine gió trục ngang công suất 500 W của Trung
Quốc:
 Cấu tạo: gồm hai phần chính
Stator: là phần tĩnh gồm lõi thép và dây quấn. Lõi thép hình trụ, do các
lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành
rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. Ba dây quấn stator
được đặt trong rãnh của lõi thép. Trục của các dây quấn lệch nhau trong
không gian 120o điện.
Rotor: là phần quay gồm trục và xung quanh là nam châm vĩnh cửu có
các cặp cực đối nhau.
Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy để bảo vệ máy.
6

1

5

2

3

Hình 2.8: Máy phát điện xoay chiều ba pha
7

4


Chú thích:
1: vỏ máy

2: stator
3: nắp máy
4: nam châm vĩnh cửu tạo thành 5 cặp cực
5: trục máy
6: ổ đỡ
Công thức liên hệ giữa tốc độ quay n (vòng/phút) của rotor, tần số f (Hz) của
dòng điện cảm ứng và số cặp cực p
n

60 f
p

 Nguyên lý hoạt động:
Máy phát điện xoay chiều ba pha có rotor là nam châm vĩnh cửu hoạt
động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi rotor quay tạo ra từ trường
quay làm biến đổi từ thông qua ba dây quấn của stator sinh ra ba dòng điện
cảm ứng trong các dây quấn. Do các cặp cực của nam châm luôn thay đổi khi
rotor quay nên tạo ra ba dòng điện xoay chiều trong ba dây quấn lệch pha
nhau 120o.
 Ưu điểm: khi có gió, cánh quạt gió kéo rotor quay là phát ra điện.
 Nhược điểm: dùng cho công suất thấp.
2.4 Máy biến áp ổn áp:
2.4.1 Cấu tạo:
Máy biến áp ổn áp gồm:
 Cuộn dây đồng quấn quanh lõi thép.
 Động cơ một chiều nối với cần gạt thông qua bộ bánh răng tiếp
xúc trên cuộn dây đồng.
 Mạch điều khiển.

8

1
5

2

4

3

Hình 2.9: Máy biến áp ổn áp
Chú thích:
1: cuộn dây đồng
2: cần gạt
3: bộ truyền động bánh răng
4: động cơ một chiều
5: Mạch điều khiển
2.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Đưa điện áp nguồn vào thay đổi trong khoảng cho phép, mạch điều
khiển kích động cơ quay kéo theo cần gạt quay thông qua bộ truyền động
bánh răng giữ cho điện áp ra không thay đổi.
Vận dụng biến áp ổn áp bằng cách thay thế phần mạch điều khiển,
dùng vi điều khiển để kích động cơ một chiều.
2.5 Khảo sát “Automatic Wind Generator Charger Controller” công suất
500 W do Trung Quốc sản xuất:
Qua tham khảo thực tế một số mạch nạp cho ắc quy từ máy phát dùng
năng lượng gió, nhận thấy mạch sạc tự động cho ắc quy do Trung Quốc sản

9

Charger Controller” công suất 500 W của Trung Quốc

D9

R17
36k

+aq

+aq

-aq

C1
104

Q4
C2344

1N4007

D10

R10 300

R7 10k

Nguon 3 Pha

1
2
3
4

2 -

3 +

C10
470uF

D4

1

D11
1N4007

1

RB4

VIN

R20

R19

VOUT

3

4.7k

4.7k

C12
100uF

C9

Q5
C1815

100uF

12V

D7

RA1

C4
100uF

D12
HER106

100uF

RA2

R2
3k

C8

R8 10k

R1
120k

D8

U3 MC7812CT

D6

RA0

D5

U1A

LM358

5V

5V

R9 10k

470uF

C11

R16 120

D2

8
4

J1

D3

GND

2

10k
R5

Q6
C1815

1

R18
120k

6 -

5 +
7

U1B

LM358

5V

5V

C7
1000uF

VIN

Q7
C1815

C5
100uF

VOUT

RB0

R15

Vs

HO

100uF

C14

3

U2 LM340T5_7805

D13
HER106

C13
100uF

R13
10k

R14
240k

+aq

+aq

R3
120k

C6
100uF

R4
1k

8
4
GND

10
2

HO

5V

5.1k

Vs

R22 200k

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý của “Automatic Wind Generator
C15 18

C3
104

11

R21
4.7k

5V

20.000

Y1

RA0
RA1
RA2

14

4

16
15

17
18
1
2

3

+aq
-aq

R24 1k

VSS

VCC

COM

HO
LO

13

3

2

7
1

VDD

MCLR/VPP

GND

RA0/AN0
RB0/INT
RA1/AN1
RB1
RA2/AN2
RB2
RA3/AN3/VREF RB3
RA4/T0CKI
RB4
RB5
OSC1/CIN
RB6
OSC2/COUT
RB7

U4 PIC16F716

VB

VS

VDD

SHDN

HIN
LIN

1

2

5

6
7
8
9
10
11
12
13

RB0
RB1
RB2
RB3
RB4

12V

+aq

+aq

HO
LO

C2
104

R25
R

Sac acqui

J2

CHOKE WB

L1

M1
METER A

A
U5 IR2110

R23 10k

6

5

9

10
12

RB3

RB1

C17
4.7uF

RB2

V

30CPQ100

D14

Q3
STW60NE10

METER V

M2

Q1
STW60N10

Vs

5V

R12
4.2k

5V

5V

C16 18

+aq

+aq

R11 10k

R6
3.3

LO

+aq

WB

D1

xuất là phổ biến. Sau khi phân tích mạch, vẽ lại được sơ đồ nguyên lý của
mạch như hình 2.10


Qua phân tích sơ đồ nguyên lý của “Automatic Wind Generator Charger
Controller” công suất 500 W do Trung Quốc chế tạo, vẽ được sơ đồ khối như
sau:

Máy phát
điện xoay
chiều 3

Mạch

Mạch tạo

Mạch vi

chỉnh lưu

nguồn nuôi

điều khiển
Mạch chuyển đổi
tín hiệu dòng nạp

Mạch lấy tín

thành tín hiệu

hiệu điện áp

điện áp

sau chỉnh lưu

Mạch vi
điều khiển

Mạch chuyển
đổi tín hiệu
dòng nạp thành
Mạch kích FET dẫn

Mạch kích FET

điện qua điện trở

dẫn điện sạc

thắng

cho ắc quy

tín hiệu điện áp

Mạch lấy tín
hiệu điện áp từ
ắc quy

Hiển thị điện
áp, dòng nạp
cho ắc quy
Hình 2.11: Sơ đồ khối của mạch nạp ắc quy từ máy phát điện
dùng năng lượng gió do Trung Quốc sản xuất
11