TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Họ và tên sinh viên: HOÀNG HỮU THẮNG
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2006– 2010

Tháng 07 năm 2010


TỰ ĐỘNG ĐỊNH HƯỚNG TRÊN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Tác giả

HOÀNG HỮU THẮNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn:
KS. NGUYỄN NGỌC CHINH

Tháng 07 năm 2010
i

LỜI CẢM ƠN
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên con xin cảm ơn cha mẹ đã sinh
ra, nuôi dưỡng, chăm sóc, động viên, thương yêu và là chỗ dựa vững chắc cho con
trong suốt những năm học vừa qua.
Sau đó, em xin được gởi lời cảm ơn đến quý thầy cô trường đại học Nông Lâm
TP. Hồ Chí Minh, đặc biệt là toàn thể thầy cô khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tận tình
dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong suốt 4 năm theo học ở
trường.
Em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Ths. Lê Văn Bạn – trưởng bộ môn
Điều Khiển Tự Động và thầy KS Nguyễn Ngọc Chinh đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn
em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cùng quý thầy ở xưởng thực tập đã tận tình hỗ
trợ cho em rất nhiều để hoàn thành đề tài này.
Cuối cùng, mình xin cảm ơn tập thể các bạn trong lớp DH06TD nói riêng và
các bạn nói chung đã động viên, giúp đỡ mình trong suốt những năm học vừa qua và
trong thời gian thực hiện khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010
Sinh viên thực hiện:
Hoàng Hữu Thắng

ii


TÓM TẮT
Trong thời đại ngày nay, sự thiếu hụt của nguồn điện cung cấp sản xuất cũng
như sinh hoạt từ thuỷ điện, cho nên việc chế tạo các loại máy phát điện công suất nhỏ
từ nguồn năng lượng gió là rất cần thiết. Các máy có thể cung cấp điện sinh hoạt đầy
đủ cho các vùng xa nguồn điện mà có nguồn gió dồi dào. Nhưng hầu hết đây là những

máy phát điện đều nhập từ nước ngoài và có giá thành rất đắt và còn cồng kềnh do có
đuôi gió lớn. Đó là nguyên nhân hôm nay tôi\ thực hiện đề tài: “Tự động định hướng
trên máy phát điện gió” nhằm mục đích nghiên cứu những vấn đề mới trong khoa học
– kỹ thuật trên cơ sở ứng dụng những kiến thức được trang bị trong những năm học ở
trường.
Đề tài “Tự động định hướng trên máy phát điện gió” được tiến hành tại bộ môn
Điều Khiển Tự Động và xưởng gia công của thầy Lê Văn Bạn, từ ngày 12– 04 – 2010
đến ngày 30 – 07 – 2010.
Kết quả đạt được:
¾ Chế tạo thành công máy tự động định hướng trên máy phát điện gió
¾ Bằng việc sử dụng vi xử lý ATMEGA32 để thiết kế mạch điều khiển động cơ
quay đúng hướng gió và kết quả góc lệch được hiển thị lên màn hình LCD
GRAPHIC.
¾ Các mạch điều khiển, công suất, hiển thị hoạt động tương đối ổn định, ít bị
nhiễu.

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

KS. NGUYỄN NGỌC CHINH

HOÀNG HỮU THẮNG

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa.......................................................................................................................... i

Lời cảm ơn ...................................................................................................................... ii
Tóm Tắt ......................................................................................................................... iii
Mục lục ............................................................................................................................v
Danh sách các hình ....................................................................................................... vii
Danh sách các bảng ....................................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề ........................................................................................................1

1.2.

Tầm quan trọng của đề tài .............................................................................1

1.3.

Mục đích của đề tài .........................................................................................1
1.3.1

Mục đích chung .........................................................................................1

1.3.2

Mục đích cụ thể .........................................................................................2

1.4.

Giới hạn của đề tài ..........................................................................................2

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN – TRA CỨU TÀI LIỆU ................................................2

2.1.

Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng gió .........................................3
2.1.1

Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới ........................................3

2.1.2

Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam ........................................4

2.2.

Tổng quan máy phát điện gió ........................................................................6
2.2.1

Nguyên lí cấu tạo của phần tự động định hướng ......................................7

2.2.2

Ảnh hưởng sự lệch hướng gió đối với turbine ..........................................8

2.3.

Các phương pháp xác định hướng gió ..........................................................8

2.3.1

Tự động định hướng nhờ bánh lái ....................................................................8

2.3.2

Tự động định hướng nhờ cảm biến ..................................................................8

2.3.3

Tự động định hướng nhờ encoder ....................................................................9

2.3.4

Định hướng trực tiếp qua máy tính bằng cảm biến và phần mềm hỗ trợ ........10

2.4.

Tra cứu các linh kiện điện tử .......................................................................11
2.4.1

Tìm hiểu encoder incremetal ...................................................................11

2.4.2

Tìm hiểu LM7805 ...................................................................................12
iv


2.5.

2.4.3

Tìm hiểu IRF 540 và 9540 (MOSFET) ...................................................13

2.4.4

Tìm hiểu Opto 512 ..................................................................................13

Nghiên cứu vi điều khiển ..............................................................................14
2.5.1

Định nghĩa ...............................................................................................14

2.5.2

Tìm hiểu vi điều khiển ATMEGA32 ......................................................14

2.6

Nghiên cứu mạch nạp chương trình cho vi điều khiển .............................16

2.7.

Phần mềm lập trình cho vi điều khiển Atmega 32.....................................17

2.8

Nghiên cứu bộ hiển thị LCD GRAPHIC 128*64 .......................................19

2.9.

2.10

2.8.1

Cấu tạo.....................................................................................................19

2.8.2

Nguyên lý hoạt động ...............................................................................20

Tìm hiểu về động cơ điện 1 chiều và mạch đảo chiều ...............................21
2.9.1

Động cơ điện DC .....................................................................................21

2.9.2

Mạch đảo chiều động cơ .........................................................................21

Tìm hiểu cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh......................................21

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ..................25
3.1.

3.2.

3.3.

Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài ........................................................25
3.1.1

Địa điểm ..................................................................................................25

3.1.2

Thời gian .................................................................................................25

Phương pháp nghiên cứu .............................................................................25
3.2.1

Chọn phương pháp thiết kế máy .............................................................25

3.2.2

Chọn phương pháp thiết kế phần cơ khí .................................................26

3.2.3

Chọn phương pháp thiết kế phần điện tử ................................................26

3.2.4

Chọn phương pháp viết chương trình điều khiển ....................................26

Phương tiện thực hiện ..................................................................................26

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................27
4.1.

4.2.

Thiết kế máy ..................................................................................................27

4.1.1

Chọn mô hình chung ...............................................................................27

4.1.2

Chọn vật liệu chế tạo chi tiết ...................................................................28

Thực hiện phần cơ khí ..................................................................................28
4.2.1

Tính chọn bộ bánh răng hành tinh...........................................................28

4.2.2

Chế tạo phần vỏ hộp số ...........................................................................29
v


4.3.

4.4.

4.2.3

Thực hiện làm đế turbine phát điện .........................................................30

4.2.4

Phần chi tiết lắp đuôi gió .........................................................................31

4.2.5

Khớp nối trục động cơ .............................................................................31

4.2.6

Tính chọn ổ lăn ........................................................................................31

Thực hiện phần điện tử ................................................................................32
4.3.1

Làm mạch nguồn .....................................................................................32

4.3.2

Chọn encoder và sơ đồ mạch cho encoder ..............................................32

4.3.3

Tính chọn động cơ ...................................................................................33

4.3.4

Sơ đồ mạch cầu H và cách li điện áp ......................................................34

4.3.5

Sơ đồ kết nối và hiển thị kết quả .............................................................35

4.3.6

Mạch điều khiển tổng hợp .......................................................................35

4.3.7

Làm hộp điện ...........................................................................................37

Thực hiện phần mềm .................................................................................. 37
4.4.1

Lưu đồ khối của phần mềm .....................................................................37

4.4.2

Lưu đồ giải thuật ....................................................................................38

4.4.3

Chương trình điều khiển..........................................................................39

4.5.

Chạy thử nghiệm...........................................................................................40

4.6.

Khảo sát .........................................................................................................41
4.6.1

Mục đích khảo nghiệm ............................................................................41

4.6.2

Phương pháp bố trí khảo nghiệm ............................................................41

4.6.3

Xử lý số liệu ............................................................................................42

4.7.

Kết quả ...........................................................................................................42

4.8.

Thảo luận .......................................................................................................44

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................45
5.1.

Kết luận..........................................................................................................45

5.2.

Đề nghị ...........................................................................................................46

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Phát triển năng lượng gió thế giới trong thời gian 1997- 2010 .......................3
Hình 2.2. Cụm tua-bin tại nhà máy phong điện Tuy Phong – Bình Thuận ................... 5
Hình 2.3. Tổng quan máy phát điện gió ..........................................................................6
Hình 2.4. Sơ đồ khối chứa năng hệ thống định hướng ................................................... 7
Hình 2.5 Nguyên lí cấu tạo và hoạt động ......................................................................7
Hình 2.6. Định hướng bằng bánh lái ..............................................................................8
Hinh 2.7. Định hướng bằng cảm biến .............................................................................9
Hình 2.8 Hình mô tả dùng encoder để chỉ hướng gió ..................................................10
Hình 2.9. Hình phòng điều khiển trung tâm ..................................................................11
Hình 2.10. Hình encoder incremental........................................................................... 11
Hình 2.11. Nguyên lí hoạt động encoder.......................................................................12
Hình 2.12. Sơ đồ chân LM7805 ....................................................................................12
Hình 2.13. Sơ đồ chân IRF 540 và 9540 ...................................................................... 13
Hình 2.14. Sơ đồ chân của Opto 512.............................................................................13
Hình 2.15. Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA32 ......................................................15
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý mạch nạp ..........................................................................17
Hình 2.17. Giao diện phần mềm lập trình Bascom-AVR .............................................18
Hình 2.18. Cửa sổ hộp thoại Options ............................................................................18
Hình 2.19. Hình dạng LCD GRAPHIC 128*64 ............................................................19
Hình 2.20. Sơ đồ khối bộ hiển thị LCD GRAPHIC ......................................................20
Hình 2.21. Cấu tạo bộ chuyền bánh răng hành tinh ......................................................21
Hình 2.22. Nguyên lí giảm tốc của bộ bánh răng hành tinh ..........................................22
Hình 2.23. Nguyên lí tăng tốc của bộ bánh răng hành tinh ..........................................23
Hình 2.24. Nguyên lí dẫn động trực tiếp đầu ra cần dẫn ..............................................23
Hình 2.25. Nguyên lí dẫn động trực tiếp đầu ra bánh răng bao ...................................24

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống máy và xuất kết quả .............................................................25
Hình 4.1. Cấu tạo chung của máy định hướng phát điện gió .......................................27
Hình 4.2. Cấu tạo bánh răng hành tinh ..........................................................................28
vii


Hình 4.3. Bộ bánh răng hành tinh trong hộp số ............................................................29
Hình 4.4. Nửa trên của vỏ hộp số ..................................................................................29
Hình 4.5. Nửa dưới của vỏ hộp số .................................................................................30
Hình 4.6. Giá đỡ turbine phát điện ............................................................................... 30
Hình 4.7. Chi tiết ghép nối ............................................................................................31
Hình 4.8. Khớp nối giữa động cơ và hộp số ..................................................................31
Hình 4.9. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +5V ..........................................................32
Hình 4.10. Encoder incremental ....................................................................................32
Hình 4.11. Sơ đồ mạch encoder ....................................................................................32
Hình 4.12. Động cơ DC .................................................................................................33
Hình 4.13. Sơ đồ mạch cầu H và cách li điện áp ..........................................................34
Hình 4.14. Sơ đồ kết nối Atmega 32 với LCD GRAPHIC ..........................................35
Hình 4.15. Mạch điều khiển tổng hợp .........................................................................36
Hình 4.16. Hộp điện điều khiển.....................................................................................37
Hình 4.17. Chương trình BASCOM – AVR cho vi điều khiển ....................................39
Hình 4.18. Hình ảnh máy sau khi hoàn thành ...............................................................40
Hình 4.19. Hình máy khi máy đang chạy thử nghiệm ..................................................40
Hình 4.20. Màn hình hiển thị chương trình giới thiệu ban đầu ....................................41

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang

Bảng 1 Bảng tốc độ gió trung bình ở Việt Nam ..............................................................4
Bảng 2. Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD GRAPHIC .............................19
Bảng 3. Kết quả khảo sát đo được ................................................................................ 42
Bảng 4. Kết quả đo được ..............................................................................................43

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng là nguồn năng lượng không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng
như trong quá trình sản xuất công - nông nghiệp ở nước ta nói riêng và trên thế giới
nói chung hiện nay.
Trong nền kinh tế hội nhập ngày nay, quá trình công nghiệp hiện đại hoá đất
nước ngày càng được đẩy mạnh. Nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng điện để cho quá
trình sản xuất công - nông nghiệp cũng như sinh hoạt ngày càng lớn và đòi hỏi sự liên
tục. Bên cạnh đó một số vùng sâu vùng xa nông thôn, các trang trại chưa có điện lưới,
cần thiết lập các nguồn năng lượng tái tạo hỗ trợ cơ giới hoá và điện khí hoá. Do đó,
việc phát triển máy phát điện từ nguồn năng lượng gió ở nước có tiềm năng rất lớn như
nước ta là điều rất cần thiết. Vì thế trên nước ta cũng xuất hiện một số nhà máy phát
điện từ nguồn năng lượng gió. Các máy phát điện này đều rất hiện đại và có xuất xứ từ
nước ngoài nên giá thành rất đắt. Trong máy phát điện gió thì phần định hướng rất
quan trong
Do đó, được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ hôm
nay tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Tự động định hướng trên máy phát điện gió”.
1.2. Tầm quan trọng của đề tài
Sau quá trình tìm hiểu, nhận ra những ưu và nhược điểm của máy phát điện gió
từ đơn giản cho đến hiện đại trên thị trường. Tôi thấy rằng việc nghiên cứu chế tạo ra
phần tự động định hướng cho máy phát gió là rất quan trọng. Nó quyết định tới năng

suất và công suất của máy phát điện.
1.3. Mục đích của đề tài
1.3.1 Mục đích chung
¾ Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của cơ cấu tự động xác định hướng gió trên máy
máy phát điện gió.
¾ Tìm hiểu các kiểu xác định hướng gió trên máy phát điện gió.
1


¾ Tìm hiểu kiểu định hướng gió bằng encoder.
¾ Từ đó tiến hành thiết kế chế tạo cơ cấu tự động định hướng trên máy phát điện
gió.
1.3.2 Mục đích cụ thể
¾ Trên cơ sở tìm hiểu các kiểu định hướng khác nhau để từ đó tìm hiểu cấu tạo,
kết cấu, mạch điều khiển, chương trình điều khiển động cơ xoay trục.
¾ Tự thiết kế, chế tạo cơ cấu tự động định hướng bằng encoder và mạch vi điều
khiển quá trình định hướng.
¾ Thiết kế, chế tạo mẫu máy phát điện gió.
¾ Thiết kế, chế tạo mạch nguồn.
¾ Viết chương trình để điều khiển.
1.4. Giới hạn của đề tài
9 Máy phát điện tự động định hướng nhờ vào tín hiệu xung nhận từ chong chóng
gió gắn vào encoder đưa vào bộ vi xử lí.
9 Thiết kế chế tạo bộ điều khiển hướng cho máy phát điện gió.
9 Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển ATMEGA32.
9 Lập trình cho vi điều khiển.

2

Chương 2
TỔNG QUAN – TRA CỨU TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng gió
2.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới
Năng lượng gió được sử dụng từ ngàn năm trước, sử dụng phát điện từ hơn
trăm năm qua nhưng trong 10 năm trở lại đây thì nguồn năng lượng này mới có sự
phát triển nhanh chóng và vượt bậc. Hình 2.1 minh hoạ điều này. Mức tăng trưởng
(năm sau so với năm trước) từ năm 1999 đến 2004 nằm trong khoảng 30 % điến 160
%, chỉ từ 2004 đến 2007, tổng công suất năng lượng gió lắp đặt tăng gấp đôi, từ 47
700 MW lên 94 000 MW. Đặc biệt là trong những năm trở lại đây là 2010 đã lên tới
190 000 MW

hơn gấp 2 lần so với 2007.(theo bảng số liệu trên trang web

)
Mấy chục năm trước, gió chỉ được coi là năng lượng bổ sung cho vùng sâu
vùng xa không điện lưới; để bơm nước hoặc phát điện cỡ nhỏ. Mười năm qua đã cho
thấy năng lượng gió đã phát triển theo chiều hướng ngược lại: phát điện cỡ lớn và hoà
vào lưới điện, khi đã có công suất điện lớn thì có thể sử dụng làm gì cũng được.

Hình 2.1 Phát triển năng lượng gió thế giới trong thời gian 1997- 2010
3


Trên thế giới hiện nay có rất nhiều quốc gia phát triển năng lượng gió nhưng
các “đại gia” về gió vẫn là các nước có truyền thống phát triển năng lượng gió này từ
lâu đời như là Đan Mạch, Đức, Tây Ban Nha, Hà Lan, Mỹ, Ấn Độ, Trung Quốc... Đặc
biệt hơn trong số đó có Trung Quốc và Ấn Độ với tốc độ phát triển nhanh chóng của
mình đã làm cho vị trí xếp hạng nguồn năng lượng gió của mình lên top đứng đầu thế
giới.

Tóm lại, nhìn qua một số nước phát triển mạnh thì ta thấy điểm chung đó là:
Chính sách nhà nước ảnh hưởng lớn đến sự phát triển năng lượng gió. Tiếp đó là nội
lực kỹ thuật phải được phát triển dần, có sẵn từ lâu như Mỹ hoặc kiên trì từ hàng chục
năm qua như Đan Mạch và Đức hoặc liên doanh như Ấn Độ và Philippine với nước
ngoài ở các mức độ khác nhau.
2.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam
Để tìm hiểu về tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam thì trước tiên ta
thấy rằng Việt Nam là vùng có tiềm năng năng lượng gió lớn của khu vực, tuy chưa
được điều tra đánh giá đầy đủ, tuy nhiên, có thể nhận thấy rằng một số vùng thuộc các
hải đảo và ven biển miền Trung lại có tốc độ gió khá cao, phù hợp với phát điện. Bảng
sau đây trình bày tốc độ gió tại một số địa phương ở cao độ 10m.
Số liệu được lấy từ nguồn: Các trạm khí tượng thủy văn Trung Ương, Wind
energy resource Atlas of Southeast Asia và các trung tâm đo tốc độ gió (trích từ bài
viết của kỹ sư Tạ Tuân trên webside viện điện-điện tử-tin học Tp.Hồ Chí Minh).
Địa Phương
Lai Châu
Lào Cai
Hà Nội
Đảo Cô Tô
Nam Định
Bạch Long Vĩ
Phú Quý
Hòn Ngư
Hội An
Khe Sanh

Tốc độ gió trung bình ở Việt Nam (m/s)
VTB (m/s)
Địa Phương
VTB (m/s)

2.9
Nha Trang
2.8
4.2
Trường Sa
5.9
2.0
Tp Hồ Chí minh
2.8
4.2
Buôn Mê Thuột
3.3
3.8
Phú Quốc
6.2
7.1
Vũng Tàu
3.1
6.5
Pleiku
2.8
3.9
Rạch Giá
2.3
6.0
Hòn Dấu
5.0
3.0
Quy Nhơn
4.9

Bảng 1. Bảng tốc độ gió trung bình ở Việt Nam
4


Nhưng trước đây, năng lượng gió cũng chỉ dùng để bơm nước ở nhiều nơi lẻ tẻ
và tập trung nhất ở huyện Long Đất Bà-Rịa, với hàng trăm động cơ bơm nước cho
ruộng muối.
Phát điện cỡ nhỏ ở trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã có 2 đợt
phát triển năng lượng gió cỡ nhỏ. Đợt đầu khoảng năm 1980, với hàng chục động cơ
gió ở Cần giờ và vài nơi khác. Đợt 2 với RECTERE ( Trung tâm Năng lượng mới và
thiết bị nhiệt thuộc trường) từ năm 1990 – 2000 tuy độ bền khá hơn, nhưng cũng chưa
phổ biến và rộng rãi, đến nay chỉ còn sản xuất lẻ tẻ. Cả hai đợt đều là các động cơ
công suất nhỏ hơn 1 kW.
Các cơ quan nghiên cứu Bộ Điện Lực (cũ), các Nhà máy địa phương cũng cho
ra nhiều động cơ gió cỡ nhỏ, rồi cũng dừng ở mức độ nghiên cứu mẫu.
Phát điện cỡ lớn phát triển cùng với xu hướng phát triển của thế giới từ những
năm 1990, vào năm 1998 chúng ta đã bỏ lỡ cơ hội dự án gió 150kW do Danida Đan
Mạch đề nghị thực hiện ở huyện Cần Giờ Tp.Hồ Chí Minh.
Từ năm 2000 đã có nhiều dự án Phong điện được lập ra, đề nghị được lắp đặt ở
nhiều nơi, ví dụ ở TuBông huyện Vạn Ninh tỉnh Khánh Hoà (20 MW), đảo Phương
Mai tỉnh Bình Định(15MW dự kiến đầu tư 15 triệu USD). Dự án nhà máy điện gió
Cửa Tùng huyện Vĩnh Linh - Quảng Trị đã được nghiên cứu và lập dự án khả thi với
công suất dự kiến lên đến 10-20-50MW (theo từng giai đoạn). Nhà máy phát điện gió
đảo Bạch Long Vĩ ( Hải Phòng) 800 kW được hoàn thành vào năm 2004 sau gần một
năm rưỡi xây dựng, với khoảng 1 triệu USD vốn ngân sách nhà nước.

Hình 2.2 Cụm tua-bin và cánh quạt nặng 85 tấn tại nhà máy phong điện Tuy
Phong – Bình Thuận
5

Một trong những nhà máy điện gió đầu tiên của Việt Nam, nằm ở xã Bình
Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận, có tổng công suất lắp đặt là 120 MW, năm
cánh quạt gió với công suất 1,5 MW xây dựng hoàn chỉnh và đã kết nối vào lưới điện
quốc gia vào tháng 8-2009. Toàn bộ thiết bị của 15 cánh quạt gió kế tiếp đã được vận
chuyển từ vùng Sauerland của CHLB Đức về đến công trường và chuẩn bị vào công
đoạn thi công xây dựng chân cột, lắp ráp đưa tua-bin điện gió lên đỉnh cột, chạy nối
các hệ thống dây điện ngầm, và rồi sẽ kết nối điện vào mạng lưới điện quốc gia vào
thời gian tới đây. (Điện gió tại Việt Nam – tiềm năng và đề xuất của Thời báo Kinh Tế
Sài Gòn đăng trên webside: />Tóm lại việc sử dụng năng lượng gió ở nước ta với qui mô nhỏ độc lập hay với
qui mô lớn hoà điện lưới đều còn chập chững và chưa có quan tâm đúng mức.
2.2. Tổng quan máy phát điện gió

Hình 2.3 Tổng quan máy phát điện gió
6


Đối nước ta là một đất nước có tiềm năng gió cực kỳ lớn nhờ vào bờ biển dài chạy
từ Bắc chí Nam cộng thêm đó là sự thay đổi khí hậu giữa các vùng. Cho nên chọn địa
điểm và loại máy để phát triển nguồn năng lượng điện này đã và đang làm việc của
nước ta hiện nay.
2.2.1 Nguyên lí cấu tạo của phần tự động định hướng trên máy phát điện gió

Hinh 2.4 Sơ đồ khối chứa năng hệ thống định hướng

Hình 2.5 Nguyên lí cấu tạo và hoạt động
Nhìn chung các kiểu định hướng gồm các phần chính:
¾ Phần xác định hướng gió đó là chong chóng, cảm biến…
¾ Phần điều khiển bên trong bao gồm:
• Một bộ vi điều khiển

• Động cơ DC quay trục turbin và bộ truyền động quay

7


2.2.2 Ảnh hưởng sự lệch hướng gió đối với turbine
¾ Làm giảm công suất của turbine
ƒ Do lực cản của gió tác động ngược chiều vào cánh quạt
ƒ Lực tác động vào các cánh quạt không đều và nhỏ
¾ Làm tuổi thọ của turbine giảm do sự quay lệch tâm.
2.3. Các phương pháp xác định hướng gió:
2.3.1 Tự động định hướng nhờ bánh lái:
Đây là phương pháp được sử dụng từ lâu khi phát minh ra máy phát điện gió

Hình 2.6 Định hướng bằng bánh lái
Nguyên lí hoạt động : Dựa vào cái đuôi như là cái mái chèo để xoay toàn bộ
trục về phía hứng gió.
Đây là cách đơn giản, không cần tới mạch điều khiển. Nhưng lại rất cồng kềnh
tốn kém nguyên liệu chế tạo.
2.3.2 Tự động định hướng nhờ cảm biến
Đây là phương pháp định hướng thông qua cảm biến được gắn trên máy phát
điện. Phương pháp định hướng này dùng trên các máy phát điện có công suất và qui
mô lớn.

8


Hình 2.7 Định hướng bằng cảm biến
Nguyên lí hoạt động : khi có gió thổi cảm biến này sẽ nhận biết được hướng gió
thông qua việc thu phát tia sáng laser. Tín hiệu này được truyền về bộ xử lí trung tâm

đặt trong buồng của máy phát. Ở đây tín hiệu được xử lí và ra lệnh cho cơ cấu chấp
hành điều chỉnh trục của máy xoay về hướng hứng gió.
Phương pháp này có cảm biến nên đắt tiền và chương trình điều khiển phức tạp.
2.3.3 Tự động định hướng nhờ encoder
Là phương pháp sử dụng encoder incremental với sự thay đổi tín hiệu xung trên
các kênh A, B, Z để định hướng gió cho hệ thống turbine gió.
Nguyên lí hoạt động : Một chong chóng gió sẽ được gắn trên trục của một
encoder. Khi hướng gió thay đổi chong chóng quay theo hướng gió và làm cho
encoder quay theo tạo ra số xung. Số xung này đưa vào vi điều khiển xử lí và xuất tín
hiệu cho động cơ(cơ cấu chấp hành) xoay trục theo hướng hứng gió.

9


Hình 2.8 Hình mô tả dùng encoder để chỉ hướng gió

2.3.4 Định hướng trực tiếp thông qua máy tính bằng cảm biến và phần mềm hỗ
trợ
Đó là một hệ thống máy tính được đặt trong phòng điều khiển. Ở đây con người
sẽ theo dõi hướng gió nhờ cảm biến, từ đó thông qua phần mềm con người sẽ điều
khiển sự hoạt động của các turbine.

10


Hình 2.9 Hình phòng điều khiển trung tâm
2.4. Tra cứu các thiết bị điện tử
2.4.1 Tìm hiểu encoder incremetal
Sơ lược về encoder: Encoder mục đích dùng để quản lí vị trí góc của một đĩa
quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất cứ thiết bị nào cần xác định vị

trí góc.
Encoder được chia ra làm hai loại: Absolute encoder và incremetal encoder
(đây là loại chúng ta cần tìm hiểu)
Thật đơn giản incremental encoder, sẽ tăng lên một đơn vị khi một lần lên
xuống cạnh xung. Với cạnh xung xuống là sự thay đổi tín hiệu của encoder đang
chuyển từ mức cao xuống mức thấp(cạnh xuống). Cạnh xung lên là sự thay đổi tín
hiệu từ mức thấp lên mức cao(cạnh lên)
Có thể gọi đây là encoder tương đối.

Hình 2.10 Hình encoder incremental
11


Encoder này thường có 3 lỗ vòng tương ứng với ba đầu dây ra là: kênh A, kênh
B và kênh Z.
Lỗ vòng 1 (hay A) và lỗ vòng 2 (hayB) được chế tạo lệch nhau. Các cạnh của lỗ
vòng 2 nằm ngay giữa các lỗ vòng một và ngược lại. Đây chính là cách để xác định
chiều quay của encoder. Các lỗ dùng để biết số xung từ đó biết được vị trí. Còn kênh Z
là để xác định số vòng quay của encoder, ngoài ra nó còn có tác dụng xác định vị trí 0
ban đầu.
Nguyên lí hoạt động cơ bản của encoder LED và lỗ:
Người ta dùng một đèn Led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ
đèn Led sẽ không xuyên qua được, chỗ có lỗ dèn Led sẽ xuyên qua được. Khi đó, phía
bên kia lỗ, người ta đặt một con mắt thu. Với tín hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu
qua, người ta ghi nhận đèn Led có chiếu qua hay không.
Trong hình dưới đây có thêm đĩa mash, là đĩa cố định để che khe ánh sáng hẹp
đi qua giúp cho encoder chính xác hơn.

Hình 2.11 Nguyên lí hoạt động encoder
2.4.2 Tìm hiểu LM7805

Hình 2.12. Sơ đồ chân LM7805
¾ Hoạt động ổn định với mức điện thế đầu ra 5V.
12


¾ Nguyên lí hoạt động: khi ta cung cấp vào chân 1 một hiệu điện thế dương, còn
chân 3 một hiệu điện thế âm khoảng 5 – 25V thì giữa chân 2 với chân 1 sẽ có một hiệu
điện thế ổn định 5V.
2.4.3 Tìm hiểu IRF 540 và 9540 ( MOSFET)
¾ Transistor IRF540 thuộc họ Mosfet, có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao
cho đóng ngắt thấp. Được sử dụng cho các ứng dụng có công suất nhỏ khoảng vài KW
¾ MOSFET có 3 chân gọi là Gate (G), Drain (D) và Source (S) tương ứng với B,
E và C của BJT.
¾ Nguyên lí hoạt động: đối với MOSFET kênh N, nếu điện áp chân G lớn hơn
chân S khoảng từ 3V thì MOSFET bão hòa hay dẫn. Khi đó điện trở giữa 2 chân D và
S rất nhỏ (gọi là điện áp dẫn DS), MOSFET tương đương với một khóa đóng. Ngược
lại, với MOSFET kênh P, khi điện áp chân G nhỏ hơn điện áp chân S khoảng 3V thì
MOSFET dẫn, điện áp dẫn cũng rất nhỏ. Vì tính dẫn của MOSFET phụ thuộc vào điện
áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB)
Thông thường các nhà sản xuất MOSFET thường tạo ra 1 cặp MOSFET gồm 1
linh kiện kênh N và 1 linh kiện kênh P, 2 MOSFET này có thông số tương đồng nhau
và thường được dùng cùng nhau.

IRF540N/TO

IRF9540N/TO

Hình 2.13. Sơ đồ chân IRF 540 và 9540
2.4.4 Tìm hiểu Opto 512

Hình 2.14 Sơ đồ chân của Opto 512

13


Cấu tạo: Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm
1 led và 1 photo diode hay 1 photo transitor. Được sử dụng để các ly giữa các khối
chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn.
Nguyên lí hoạt động : Khi có dòng điện đủ lớn kích vào chân 1 sẽ làm cho Led
phát sáng, ánh sáng kích cho transistor dẫn điện từ chân 4 xuống chân 3.
2.5 Nghiên cứu vi điều khiển
2.5.1 Định nghĩa
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử
dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao
gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa
năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các môđun
vào/ra, các môđun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các
môđun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài.
Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Ngày nay nó
xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, điện thoại, lò vi
sóng, đầu DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, ngôi nhà thông minh…
Có thể nói vi điều khiển là một mạch có mật độ tích hợp cao, trong đó có khả
năng nhận xử lý và xuất dữ liệu. Đặc biệt quá trình xử lý được điều khiển theo một
chương trình gồm nhiều tập lệnh mà người sử dụng có thể thay đổi một cách dễ dàng.
Một vi điều khiển có thể hiểu được vài trăm đến vài nghìn lệnh. Vì vậy nó có thể thực
hiện được nhiều yêu cầu điều khiển khác nhau.
2.5.2 Tìm hiểu vi điều khiển ATMEGA32
™ Đặc điểm của vi điều khiển ATMEGA32:
¾ Điện áp nguồn nuôi

¾ 32 Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities
¾ 2 Kbytes RAM
¾ 1024 bytes EEPROM
¾ 32 đường I/O đa năng
¾ 32 thanh ghi đa năng
¾ JTAG interface
¾ On – chip Debug and Program
14


¾ 3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh
¾ Ngắt ngoài và trong
¾ Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được
¾ Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây
¾ 8 kênh, 10 bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi lập trình được
¾ Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội
¾ Port SPI nối tiếp
¾ Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm
¾ Nguồn nuôi sử dụng 4.5V – 5.5V

Hình 2.15. Sơ đồ chân vi điều khiển ATMEGA 16
™ Sơ đồ chân và chức năng của vi điều khiển ATMEGA32:
¾ Cổng A (PA7÷PA0): là cổng xuất nhậpI/O 8 bit, có điện trở nối lên nguồn
dương bên trong. Cổng A cung cấp đường địa chỉ, dữ liệu vào/ra theo kiểu hợp
kênh khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài.
¾ Cổng B (PA7÷PB0): cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn
dương bên trong. Cổng B cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc
biệt của vi điều khiển ATMEGA16 như là 2 bộ Timer/Counter 8 bit, giao tiếp
SPI, bộ ngắt ngoài.

15