XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM ROTOR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TRÊN MÁY CNC

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM
ROTOR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ
TRÊN MÁY CNC

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN QUANG MINH
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 7/2010


XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM ROTOR CỦA
MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TRÊN MÁY CNC

Tác giả

NGUYỄN QUANG MINH

Khóa luận được đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành:
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
TS. DƯƠNG MINH TÂM
GV. LÊ QUANG HIỀN

Tháng 7 năm 2010

i


LỜI CẢM ƠN
Qua quãng thời gian làm đề tài, tôi đã nhận thấy rõ ràng hơn giá trị và mối quan hệ
chặt chẽ, hỗ trợ lẫn nhau giữa các môn học trong khung chương trình đào tạo ngành Điều
Khiển Tự Động của trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM. Không có những môn học nào
thừa và sẽ không thiếu những môn học đòi hỏi sinh viên cần phải tự vận động tìm hiểu,
nghiên cứu nếu muốn bắt kịp những thành tựu mà thế giới đã có hay đang nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến các thầy cô trong khoa Cơ Khí – Công Nghệ
và Bộ môn Điều Khiển Tự Động đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm hành
trang cho tôi thực hiện tốt đề tài này.
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, tôi đã nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình và
được hỗ trợ các trang thiết bị hiện đại để thực hiện đề tài này từ thầy TS. Dương Minh
Tâm và thầy Lê Quang Hiền. Tôi xin gửi đến hai thầy lời cảm ơn chân thành nhất.
Trong quá trình làm không phải lúc nào cũng suôn sẻ, vẫn còn những vấn đề khó
lý giải được. Những lúc này tôi đã nhận được sự hỗ trợ kịp thời về mặt kỹ thuật và trang
thiết bị làm việc từ thầy Ths. Lê Văn Bạn. Tôi xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành
nhất.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các anh đang làm việc tại phòng cơ khí chính xác
và tự động hóa của trung tâm nghiên cứu và triển khai khu công nghệ cao Tp.HCM.
Tôi xin cảm ơn gia đình tôi. Gia đình vẫn luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho
tôi.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn các bạn trong lớp DH06TD đã giúp đỡ tôi trong quá trình
học tập và thực hiện đề tài.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Quang Minh

ii

TÓM TẮT
Ngày nay, năng lượng gió đang dần trở thành sự lựa chọn hàng đầu để sản xuất
điện năng ở hầu hết các nước phát triển (Mỹ, Đức, Đan Mạch,…), đơn giản vì đây là
nguồn năng lượng sạch và dồi dào nhất hiện nay. Cùng chung với xu hướng đó, Việt Nam
cũng đang có những chính sách ưu tiên và đầu tư bền vững nhằm khai thác hết những khu
vực tiềm năng cho việc phát triển nguồn năng lượng này. Đây là lĩnh vực đầy tiềm năng
với một đất nước có tổng chiều dài bờ biển 3440 km như của chúng ta.
Đề tài “xây dựng quy trình công nghệ gia công chế tạo cụm rotor của máy phát
điện gió trên máy CNC” nhằm góp một phần nhỏ vào việc hiện thực hóa việc sử dụng
năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam. Đề tài này nhằm đưa ra một cái nhìn tổng thể về
quy trình gia công chế tạo cụm rotor trên máy CNC. Quy trình lập ra nhằm góp phần khai
thác tối đa lợi ích mà máy CNC mang lại: chính xác, tiết kiệm thời gian sản xuất cũng
như giảm thiểu lao động và dần tiến tới sản xuất hàng loạt.
™ Các kết quả đã đạt được:
¾ Xây dựng và lập ra được quy trình chế tạo, lắp ráp cụm rotor nam châm
vĩnh cửu trong máy phát điện gió.
¾ Xây dựng và lập ra được quy trình công nghệ gia công và viết chương trình
NC gia công chế tạo cụm rotor nam châm vĩnh cửu trong máy phát điện gió trên
máy CNC. Đồng thời tận dụng tối đa lợi ích của chức năng CAM trong phần mềm
Pro/E nhằm tự động hóa từ khâu viết chương trình tới khâu sản xuất.
¾ Gia công chế tạo thành công cụm rotor nam châm vĩnh cửu trong máy phát
điện gió công suất 500W – 1000W.

iii


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

Lời cảm ơn ........................................................................................................................... ii
Tóm tắt ................................................................................................................................ iii
Mục lục ............................................................................................................................... iv
Danh sách các hình ........................................................................................................... viii
Danh sách các bảng ............................................................................................................. x
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề.................................................................................................................... 1
1.2 Mục đích đề tài ............................................................................................................ 2
1.2.1 Mục đích chung ..................................................................................................... 2
1.2.2 Mục đích cụ thể của đề tài ..................................................................................... 2
1.3 Giới hạn đề tài ............................................................................................................. 2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ............................................................................................. 4
2.1 Tìm hiểu về nguồn năng lượng xanh .......................................................................... 4
2.1.1 Sự phát triển của nguồn năng lượng gió trên thế giới ........................................... 6
2.1.2 Tiềm năng phát triển của nguồn năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam ............. 7
2.2 Máy phát điện .............................................................................................................. 8
2.2.1 Khái niệm............................................................................................................... 8
2.2.2 Cấu tạo ................................................................................................................... 8
2.2.3 Phân loại ................................................................................................................ 9
2.2.4 Nguyên lí làm việc ................................................................................................. 9
2.2.5 Vật liệu chế tạo máy phát điện ............................................................................ 11
2.2.5.1 Vật liệu dẫn điện.......................................................................................... 11
2.2.5.2 Vật liệu dẫn từ ............................................................................................. 12
2.2.5.3 Vật liệu cách điện ........................................................................................ 12
2.2.5.4 Vật liệu kết cấu ............................................................................................ 12
2.3 Tìm hiểu sơ lược về máy phát điện gió ..................................................................... 12
iv


2.3.1 Cấu tạo ................................................................................................................. 12

2.3.2 Các kiểu tuabin gió hiện nay ............................................................................... 14
2.3.3 Công suất các loại tuabin gió ............................................................................... 15
2.3.4 Nguyên lí hoạt động của các tuabin gió .............................................................. 15
2.4 Sơ lược về máy phát điện gió quy mô nhỏ sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu ........ 15
2.4.1 Cấu tạo ................................................................................................................. 15
2.4.2 Nguyên lí hoạt động............................................................................................. 16
2.4.3 Tìm hiểu về nam châm vĩnh cửu ......................................................................... 16
2.5 Rotor nam châm vĩnh cửu trong máy phát điện gió công suất nhỏ .......................... 17
2.5.1 Khái niệm............................................................................................................. 17
2.5.2 Cấu tạo ................................................................................................................. 17
2.5.3 Yêu cầu của cụm rotor nam châm vĩnh cửu ........................................................ 18
2.5.4 Ưu điểm và nhược điểm của của rotor nam châm vĩnh cửu trong máy phát điện
gió công suất nhỏ ........................................................................................................... 18
2.5.4.1 Ưu điểm ....................................................................................................... 18
2.5.4.2 Nhược điểm ................................................................................................. 19
2.6 Máy gia công chính xác CNC (Computer Numerical Control) ................................ 19
2.6.1 Mô hình khái quát của một máy CNC ................................................................. 19
2.6.2 Các phương pháp điều khiển ............................................................................... 19
2.6.3 Hệ trục tọa độ trên máy CNC .............................................................................. 20
2.6.4 Thông số NC cần khai báo trước khi gia công ................................................... 20
2.6.4.1 Thông số dụng cụ ........................................................................................ 20
2.6.4.2 Thông số gia công ....................................................................................... 21
2.6.5 Các bước thực hiện gia công trên máy CNC ....................................................... 22
2.6.6 Kiểm tra chương trình điều khiển NC ................................................................. 23
2.6.7 Điều chỉnh máy CNC........................................................................................... 23
2.6.8 Gia công chi tiết trên máy CNC .......................................................................... 23
2.7 Thông số kỹ thuật các máy NC/CNC trong phòng thí nghiệm ................................. 24
2.7.1 Máy tiện NC-HAAS_TL-1 .................................................................................. 24
v

2.7.2 Máy tiện CNC-HAAS_SL-20 ............................................................................. 24
2.7.3 Máy phay CNC-HAAS_VF-1 ............................................................................. 25
2.7.4 Máy phay CNC-HAAS_VF-3 ............................................................................. 26
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................... 27
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài ................................................................... 27
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài ..................................................................................... 27
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài ....................................................................... 27
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu............................................................................... 28
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 28
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu .............................................................................................. 28
3.3 Phương pháp thực hiện đề tài .................................................................................... 28
3.3.1 Chọn phương pháp gia công cụm rotor máy phát điện gió ................................. 28
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần cơ khí .................................................................... 30
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần điện tử ................................................................... 30
3.3.4 Phương pháp thực hiện phần mềm ...................................................................... 30
3.4 Phương tiện thực hiện đề tài...................................................................................... 30
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................. 31
4.1 Bản vẽ mô phỏng quá trình lắp ráp cụm rotor .......................................................... 31
4.2 Bản vẽ lắp cụm rotor (có đính kèm trong khóa luận) ................................................ 32
4.3 Các bản vẽ chi tiết cụm rotor chế tạo ........................................................................ 32
4.3.1 Bản vẽ trục rotor .................................................................................................. 32
4.3.2 Bản vẽ trụ rotor .................................................................................................... 33
4.3.3 Bản vẽ bích 1 ....................................................................................................... 34
4.3.4 Bản vẽ bích 2 ....................................................................................................... 35
4.3.5 Bản vẽ đồ gá ........................................................................................................ 37
4.3.6 Bản vẽ khuôn ép nam châm ................................................................................. 38
4.4 Trình tự gia công chế tạo cụm rotor nam châm vĩnh cửu trong máy phát điện gió
công suất 500W ................................................................................................................. 39
4.5 Quy trình công nghệ gia công cụm rotor trên máy CNC .......................................... 40

vi


4.5.1 Quy trình công nghệ gia công trục rotor.............................................................. 40
4.5.2 Quy trình công nghệ gia công trụ rotor ............................................................... 40
4.5.3 Quy trình công nghệ gia công bích 1 ................................................................... 40
4.5.4 Quy trình công nghệ gia công bích 2 ................................................................... 40
4.6 Kiểm tra kích thước sai lệch sau khi gia công .......................................................... 41
4.7 Quy trình lắp ráp nam châm vĩnh cửu vào rãnh trụ rotor: ........................................ 42
4.8 Mô hình khảo nghiệm cụm rotor ............................................................................... 44
4.8.1 Bản vẽ khung đỡ stator và rotor .......................................................................... 44
4.8.2 Mô hình khảo nghiệm thực tế .............................................................................. 44
4.8.3 Bố trí khảo nghiệm .............................................................................................. 45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...................................................................... 49
5.1 Kết luận ..................................................................................................................... 49
5.2 Đề nghị ...................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 50
PHỤ LỤC

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Pin mặt trời. .......................................................................................................... 5
Hình 2.2: Tuabin gió............................................................................................................. 5
Hình 2.3: Biểu đồ những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới năm
2008. ..................................................................................................................................... 6
Hình 2.4: Bản đồ tài nguyên gió trên lãnh thổ Việt Nam. .................................................... 7
Hình 2.5: Cấu tạo của một máy phát điện. ........................................................................... 8
Hình 2.6: Nguyên lí phát điện. ............................................................................................. 9

Hình 2.7: Đường sức đi ra từ nam châm. ........................................................................... 10
Hình 2.8: Mật độ từ thông xuyên qua cuộn dây. ................................................................ 10
Hình 2.9: Sơ đồ máy phát điện thực tế. .............................................................................. 11
Hình 2.10: Cấu tạo bên trong máy phát điện gió................................................................ 13
Hình 2.11: Tuabin gió loại trục đứng và loại trục ngang. ................................................. 14
Hình 2.12: Máy phát điện gió sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu...................................... 16
Hình 2.13: Nam châm vĩnh cửu.......................................................................................... 17
Hình 2.14: Stato và rotor của máy phát điện gió công suất 1kW. ...................................... 18
Hình 2.15: Kiểm tra độ phẳng trong quá trình phay CNC. ................................................ 23
Hình 2.16: Máy tiện NC –HAAS_TL-1. ............................................................................ 24
Hình 2.17: Máy tiện CNC-HAAS_SL-20. ......................................................................... 25
Hình 2.18: Máy phay CNC-HAAS_VF-1. ......................................................................... 25
Hình 2.19: Máy phay CNC-HAAS_VF-3. ......................................................................... 26
Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn trình tự thiết kế. ........................................................................ 29
Hình 4.1: Bản vẽ 3D. .......................................................................................................... 31
Hình 4.2: Bản vẽ số 1. ........................................................................................................ 32
Hình 4.3: Bản vẽ số 2. ........................................................................................................ 33
Hình 4.4: Bản vẽ số 3. ........................................................................................................ 35
Hình 4.5: Bản vẽ số 4. ........................................................................................................ 36
viii


Hình 4.6: Bản vẽ số 5. ........................................................................................................ 37
Hình 4.7: Bản vẽ số 6. ........................................................................................................ 38
Hình 4.8: Quy trình gia công chế tạo cụm rotor tổng quát. ................................................ 39
Hình 4.9: Xác định cực từ nam châm bằng cảm biến Hall................................................. 42
Hình 4.10: Trụ rotor gắn nam châm được đặt trong lòng khuôn ép. .................................. 42
Hình 4.11: Rotor sau khi ép nam châm xong. .................................................................... 43
Hình 4.12: Rotor hoàn chỉnh và lõi thép stator. ................................................................. 43
Hình 4.13: Bản vẽ lắp khung đỡ. ........................................................................................ 44

Hình 4.14: Mô hình khảo nghiệm được quan sát từ phía trước. ........................................ 44
Hình 4.15: Mô hình khảo nghiệm được quan sát từ phía sau. ............................................ 45
Hình 4.16: Sơ đồ đấu dây tạo tải giả 3 pha, đối xứng. ....................................................... 47

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Bảng kết quả kiểm tra kích thước sau khi gia công. ......................................... 41
Bảng 4.2: Bảng kết quả khảo nghiệm trường hợp không tải (phụ lục 23) ........................ 46
Bảng 4.3: Bảng kết quả khảo nghiệm trường hợp có tải là 3 điện trở 130W (phụ lục 24).
........................................................................................................................................... 47
Bảng 4.4: Bảng kết quả khảo nghiệm trường hợp có tải là 3 điện trở 130W và 3 bóng đèn
60W (phụ lục 25). .............................................................................................................. 47
Bảng 4.5: Bảng kết quả khảo nghiệm trường hợp có tải là 3 điện trở 130W và 6 bóng đèn
60W (phụ lục 26). .............................................................................................................. 47
Bảng 4.6: Bảng kết quả khảo nghiệm trường hợp có tải là 3 điện trở 130W và 9 bóng đèn
60W (phụ lục 27). .............................................................................................................. 47

x


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề
Với cuộc sống năng động và phát triển mạnh mẽ như hiện nay thì nhu cầu điện
năng không bao giờ là đủ với con người. Giáo sư vật lý Volta đã tìm ra nguồn điện đầu
tiên cho loài người vào năm 1800, mở ra một kỷ nguyên mới trong nền văn minh nhân
loại. Một nền văn minh có trình độ phát triển khoa học kỹ thuật chóng mặt và gần như

hoàn toàn dựa vào nguồn năng lượng điện. Từ khi con người tìm ra các phương pháp tạo
ra điện năng dồi dào: nhiệt điện, thủy điện, … và cho đến tận bây giờ chúng ta vẫn còn
phụ thuộc nhiều vào chúng. Trải qua nhiều năm tháng các phương pháp từng được con
người ủng hộ và xây dựng trên khắp đất nước đã bộc lộ nhiều điểm bất cập: tài nguyên bị
cạn kiệt, ô nhiễm môi trường, hệ sinh thái bị thay đổi nghiêm trọng… Chính vì vậy, chính
phủ nhiều nước trên thế giới và ngay cả Việt Nam đã có nhiều chính sách khuyến khích
và đầu tư vào lĩnh vực năng lượng xanh. Một lĩnh cực đầy tiềm năng và hứa hẹn sẽ là yếu
tố chủ chốt để thay thế dần cho các nhà máy thủy điện, nhiệt điện,… trong tương lai
không xa. Một trong những nguồn năng lượng xanh là năng lượng gió hay còn gọi với tên
gọi thân thuộc là phong điện. Do đó, vấn đề chế tạo các máy phát điện sử dụng năng
lượng gió được đưa ra thảo luận và liệu một ngày nào đó chúng ta sẽ có máy phát điện gió
sản xuất hoàn toàn từ Việt Nam. Việc sản xuất phải mang tính hệ thống, hàng loạt, tối ưu,
chiếm thời gian ít nhất khi gia công sản xuất trên máy CNC.
Trong quy mô nhỏ dùng phục vụ điện năng trong các hộ gia đình và chú trọng vào
việc chế tạo phần cốt lõi của hệ thống là bộ phận rotor, được sự chấp thuận của khoa Cơ
Khí – Công Nghệ, Bộ môn điều khiển tự động và sự hướng dẫn của TS. Dương Minh
Tâm, GV. Lê Quang Hiền, tôi tiến hành thực hiện đề tài “Xây dựng chương trình gia công
1


chế tạo cụm rotor trong máy phát điện gió trên máy CNC”. Đề tài này có thể xem như là
bước đầu để có một cái nhìn tổng quan về quy trình chế tạo cụm rotor hoàn toàn tự động
trên máy CNC.
1.2 Mục đích đề tài
1.2.1 Mục đích chung
Đề tài được thực hiện nhằm góp một phần nhỏ vào mục đích tạo tiền đề cho việc
phát triển phong điện trên lãnh thổ nước ta và giải quyết vấn đề điện năng đang thiếu hụt
hiện nay.
Từng bước đưa máy CNC vào sản xuất tự động bộ phận rotor và các bộ phận khác
của máy phát điện gió.

1.2.2 Mục đích cụ thể của đề tài
¾ Tìm hiểu về nguồn năng lượng xanh, khảo sát quy mô phát triển phong điện trên
lãnh thổ nước ta.
¾ Tìm hiểu về máy CNC là máy công cụ mạnh nhất hiện nay.
¾ Xây dựng quy trình công nghệ gia công cụm rotor trong máy phát điện gió trên
máy CNC.
¾ Tiến hành gia công thật cụm rotor trong máy phát điện gió trên máy CNC nhằm
kiểm chứng sự tỷ lệ thống nhất giữa lí thuyết và thực hành.
¾ Ứng dụng các phần mềm vẽ để thiết kế và gia công trên máy CNC: autocad, proengineer.
¾ Tổng hợp các kiến thức đã học để làm đề tài, đặc biệt là các môn: chi tiết máy,
dung sai, công nghệ kim loại, kỹ thuật điện, vẽ kĩ thuật, autocad, pro-engineer, lập trình
CNC.
¾ Có cơ hội để hiện thực hóa các kiến thức đã học sau gần 4 năm học và những buổi
thực tập tại các công ty gia công cơ khí chính xác VPIC.
1.3 Giới hạn đề tài
¾ Tính toán và thiết kế cụm rotor dùng nam châm vĩnh cửu trong máy phát điện gió
công suất nhỏ từ 500W đến 1000W.

2


¾ Quá trình gia công chế tạo mang tính sản xuất nhỏ, lẻ; chủ yếu để khảo nghiệm
quy trình công nghệ gia công chế tạo đã được lập ra.
¾ Đề tài tập trung vào những phần liên quan đến gia công chế tạo tự động trên máy
CNC không tập trung sâu vào lĩnh vực chế tạo máy.

3


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Tìm hiểu về nguồn năng lượng xanh
Đây là nguồn năng lượng tạo ra trên nguyên tắc không làm biến đổi khí hậu, không
làm thay đổi các quy luật tự nhiên. Hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói
riêng thì không xa lạ với nguồn năng lượng tạo ra từ dòng chảy của nước và nhiên liệu
hóa thạch hay còn gọi là thủy điện và nhiệt điện.
• Nhiệt điện: sử dụng các nguyên liệu hóa thạch được hình thành hàng triệu năm
trước từ xác các loài động thực vật: than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên… để tạo ra nhiệt biến
đổi thành cơ năng rồi tạo ra điện năng. Đây là những nguồn nhiên liệu có hạn, và sẽ cạn
kiệt trong tương lai nếu chỉ biết khai thác mà không có chính sách khai thác phù hợp và
tìm nguồn năng lượng khác thay thế. Theo thống kê gần đây ở Mỹ, hai phần ba lượng
điện năng hiện nay là từ việc đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu
mỏ và khí tự nhiên. Quá trình đốt cháy tạo nên khí carbon dioxit, đây là một trong những
khí gây hiệu ứng nhà kính, phá hủy tần Ozon, tác nhân chủ yếu của việc trái đất nóng dần
lên. Nhiệt điện phụ thuộc quá mức vào nguồn nhiên liệu hữu hạn nên đã làm cho phương
pháp này trở nên lỗi thời và xa dần mục tiêu phát triển và tồn tại lâu dài của con người.
• Thủy điện: là phương pháp tạo điện năng rất được ưa chuộng ở khắp nơi trên thế
giới bởi chỉ sử dụng dòng chảy của nước để quay turbin. Tuy nhiên, việc xây dựng các hệ
thống thủy điện đang nảy sinh nhiều vấn đề bất cập giữa các vùng, các nước. Đó là sự
thay đổi quy luật của dòng chảy làm tê liệt sự phát triển của hệ sinh thái, cạn kiệt nguồn
nước ở các nơi khác vào mùa khô sỡ dĩ là do nhà máy giữ nước lại để duy trì hoạt động.
Đó là chưa kể các mâu thuẫn xảy ra giữa các nước sở hữu các khúc sông khác nhau của
cùng một dòng sông. Chính vì vậy, Chính phủ các nước phát triển đã bỏ ra hàng trăm
4


triệu USD để thúc đẩy quá trình nghiên cứu tìm những nguồn năng lượng thay thế thân
thiện với con người và với hành tinh xanh của chúng ta.
Những nguồn năng lượng xanh được dùng nhiều hiện nay gồm:
¾ Năng lượng gió (Wind energy).

¾ Năng lượng mặt trời (Solar energy).
¾ Năng lượng địa nhiệt (Geothermal energy).
¾ Năng lượng sinh khối (Biomass energy).
Hai nguồn năng lượng xanh được coi là sạch, rẻ và dồi dào hiện nay là: năng lượng
mặt trời và năng lượng gió.

Hình 2.1: Pin mặt trời.

Hình 2.2: Tuabin gió.

5


2.1.1 Sự phát triển của nguồn năng lượng gió trên thế giới
Theo Hiệp hội Năng lượng gió châu Âu (European Wind Energy Association, viết
tắt là EWEA): “phát điện bằng năng lượng gió ở châu Âu năm 2008 nhiều hơn các công
nghệ sản xuất điện khác”. Trung bình mỗi ngày có 20 tuabin gió ở châu Âu được lắp đặt,
và 10 nước EU đạt công suất điện trên 1GW.
Theo Hiệp hội năng lượng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council, viết tắt
GWEC), Trung Quốc là nước có công suất điện gió tăng gấp đôi trong 4 năm liên tiếp, dự
kiến xếp vị trí thứ 2 vào năm 2010 và đáp ứng mục tiêu đến năm 2020 đạt 30 GW.

Hình 2.3: Biểu đồ những quốc gia sử dụng năng lượng gió nhiều nhất trên thế giới năm
2008.
Theo ông Christian Kjaer, chủ tịch EWEA cho biết, năng lượng gió là lựa chọn số
1 trong nỗ lực của Châu Âu để chuyển sang nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo.
Theo ông Steve Sawyer, Chủ tịch GWEC, cuối năm 2008, công suất điện toàn cầu
tăng 27 GW, đạt tổng công suất là 121GW. Năng lượng gió là công nghệ duy nhất có khả
năng thực hiện những cắt giảm CO2 cần thiết trong giai đoạn khủng hoảng đến năm 2020.
Tổng các khoản đầu tư trong năm 2008 là 36,5 tỷ euro.

6


Từ các nhận định trên đã chứng tỏ rằng năng lượng gió đã và đang được thế giới
quan tâm và khai thác tối đa lợi ích mà nó mang lại.
2.1.2 Tiềm năng phát triển của nguồn năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam
Theo nhận định của Tiến sĩ Hermann Scheer - Nhà kinh tế học và xã hội học nổi
tiếng người Đức, Chủ tịch ủy ban Quốc tế về phát triển năng lượng tái tạo, vừa qua được
mời đến Việt Nam: “Việt Nam là xứ sở nhiều gió và ánh nắng mặt trời, nên tập trung phát
triển việc sử dụng nguồn năng lượng đó (năng lượng gió và năng lượng mặt trời)”.
Theo Tiến sĩ Dương Huy Hoạt – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tính toán
sơ bộ thì tổng tiềm năng về năng lượng gió của Việt Nam là rất lớn, vùng lãnh thổ có thể
khai thác có hiệu quả năng lượng gió chiếm 9% diện tích cả nước.
Tài nguyên gió ở Việt Nam được đánh giá là có tiềm năng cao nhất Đông Nam Á,
đủ sức thoả mãn 350 lần nhu cầu điện năng dự kiến của năm 2010. Trữ lượng về năng
lượng gió tập trung dọc theo thềm lục địa biển Đông và vùng duyên hải Việt Nam, cao
gấp 1,5 lần so với trữ lượng năng lượng gió trong đất liền và cao nguyên, vùng núi, trừ
một vài vùng, điểm đặc biệt có tốc độ và trữ năng năng lượng gió cao ngang với giữa biển
Đông. Ví dụ ở Hoàng Liên Sơn, Điện Biên Phủ, Kontum, Gia Lai, Lâm Đồng,…

Hình 2.4: Bản đồ tài nguyên gió trên lãnh thổ Việt Nam.
7


Từ bản đồ trên ta thấy tốc độ gió được xem là lý tưởng để chạy các tuabin gió tập
trung ở vùng duyên hải Việt Nam.
2.2 Máy phát điện
2.2.1 Khái niệm
Máy phát điện là một dạng của máy điện và thuộc loại máy điện có phần động,
dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

Động cơ điện
U, f

Máy phát điện
2.2.2 Cấu tạo
Máy phát điện cơ bản nói chung gồm mạch từ (lõi thép) dùng tạo ra từ trường và
mạch điện (các dây quấn) dùng để cảm ứng ra những sức điện động.

Hình 2.5: Cấu tạo của một máy phát điện.
8


2.2.3 Phân loại
Máy phát điện có thể được phân loại theo:
¾ Công suất.
¾ Cấu tạo.
¾ Theo dòng điện tạo được: dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều.
¾ Theo nguyên lí hoạt động: máy phát điện đồng bộ và máy phát điện không đồng
bộ.
¾ Theo cấu tạo rotor: máy phát điện có rotor loại dây quấn và máy phát điện có rotor
loại nam châm vĩnh cửu.
¾ …
2.2.4 Nguyên lí làm việc
Nguyên lí làm việc của máy điện nói chung và máy phát điện nói riêng đều dựa
trên 2 cơ sở định luật: cảm ứng điện từ và lực điện từ.
Cho dòng điện một chiều vào dây quấn để kích từ đối với rotor dây quấn, còn đối
với rotor nam châm vĩnh cửu bản thân chúng đã tạo ra từ tính. Khi rotor quay sẽ tạo ra từ
trường rotor, từ trường này sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động
xoay chiều hình sin.

Có nhiều phương pháp để tạo ra dòng điện, trong những máy phát điện, người ta sử
dụng cuộn dây và nam châm để phát điện. Đưa nam châm lại gần hay ra xa cuộn dây làm
phát sinh dòng điện trong cuộn dây.

Hình 2.6: Nguyên lí phát điện.
¾ Mối quan hệ giữa số vòng quấn của cuộn dây, nam châm và lượng điện sinh ra:
• Đèn còn sáng khi nam châm còn dịch chuyển.
• Lượng điện sinh ra nhiều khi số vòng quấn của cuộn dây lớn.
9


• Lượng điện sinh ra nhiều khi từ trường lớn (nam châm lớn).
• Lượng điện sinh ra nhiều khi tốc độ dịch chuyển nam châm nhanh.
Theo lý thuyết có thể tạo ra điện bằng cách sử dụng một cuộn dây và một thanh
nam châm. Nguyên lí này có mối quan hệ chặt chẽ với đường sức từ của nam châm.

Hình 2.7: Đường sức đi ra từ nam châm.
Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên.
Ngược lại, khi đưa nam châm ra xa cuộn dây thì từ thông xuyên qua cuộn dây giảm
xuống.

Hình 2.8: Mật độ từ thông xuyên qua cuộn dây.
Bản thân cuộn dây không muốn từ thông qua nó thay đổi nên cố tạo ra từ thông
theo hướng chống lại những thay đổi xảy ra.
¾ Khi từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên (đưa nam châm gần cuộn dây) thì cuộn
dây cho đường sức xuyên qua nó tạo ra từ thông thay đổi liên tục theo hướng số đường
sức từ ít dần.

10

¾ Khi từ thông xuyên qua cuộn dây không đổi (nam châm đứng yên) thì từ thông
thay đổi liên tục không được tạo ra.
¾ Khi từ thông xuyên qua cuộn dây giảm xuống (đưa nam châm ra xa cuộn dây) thì
cuộn dây cho đường sức xuyên qua nó tạo ra từ thông thay đổi liên tục theo hướng số
đường sức từ tăng dần.
¾ Chiều dòng điện và từ thông:
Đưa ngón cái phải theo hướng của từ thông phát sinh trong cuộn dây và chúng ta
sẽ biết được chiều của dòng điện chạy xuyên qua cuộn dây.
¾ Nguyên lí máy phát điện thực tế:

Hình 2.9: Sơ đồ máy phát điện thực tế.
¾ Có sự khác nhau giữa máy phát điện thực tế và lý thuyết:
• Người ta thay thế nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện.
• Có thêm lõi thép để làm tăng từ thông xuyên qua cuộn dây.
• Sinh ra từ thông móc vòng làm từ thông thay đổi liên tục.
2.2.5 Vật liệu chế tạo máy phát điện
Vật liệu chế tạo máy điện nói chung gồm: vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu
cách điện và vật liệu kết cấu.
2.2.5.1 Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng trong máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và
có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng
phốt pho.
11


Để chế tạo dây quấn ta thường dùng đồng và thứ yếu hơn là nhôm. Dây đồng và
dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc hình chữ nhật, có vỏ bọc cách điện khác
nhau như: sợi vải, sợi thủy tinh, giấy, nhựa hóa học, sơn emay.
2.2.5.2 Vật liệu dẫn từ

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, người ta dùng các vật
liệu sắt từ để làm mạch từ: thép lá kĩ thuật điện, thép lá thường, thép rèn, thép đúc.
2.2.5.3 Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện dùng để cách ly bộ phận dẫn điện và không dẫn điện, hoặc cách
ly các bộ phận dẫn điện với nhau. Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ
cách điện cao, chịu nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học.
Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở dạng rắn, gồm 4 nhóm:
¾ Chất hữu cơ thiên nhiên: giấy, vải lụa, bông,…
¾ Chất vô cơ: amiang, mica, sợi thủy tinh,…
¾ Các chất tổng hợp.
¾ Các loại men, sơn cách điện.
2.2.5.4 Vật liệu kết cấu
Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu tác động cơ học như: trục, ổ
trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là gang, thép lá, thép
rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.
2.3 Tìm hiểu sơ lược về máy phát điện gió
2.3.1 Cấu tạo
Bao gồm các phần chính sau đây:
a. Blades: Cánh quạt. Gió thổi cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt
chuyển động và quay.
b. Rotor: bao gồm các cánh quạt và trục.
c. Pitch: Bước răng. Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ rotor quay trong
gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện.
d. Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện
bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
12


Hình 2.10: Cấu tạo bên trong máy phát điện gió.
e. Low-speed shaft: Trục quay tốc độ thấp.

f. Gear box: Hộp số. Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ
cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/phút lên 1200 đến 1500 vòng/phút, tốc độ
quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt
tiền, nó là một phần của động cơ và tuabin gió.
g. Generator: Máy phát. Dùng để phát ra điện.
h. Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió
khoảng 12 km/h đến 22 km/h và tắt động cơ khoảng 104 km/h bởi vì các máy phát này có
thể bị nóng.
i. Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điều
khiển.
13


j. Wind vane: để xử lí hướng gió và liên lạc với “yaw drive” để định hướng tuabin
gió.
k. Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được đặt lên đỉnh trụ và bao
gồm các phần: hộp số, trục truyền động tốc độ thấp và cao, máy phát điện, bộ điều khiển
và bộ hãm. Vỏ bọc ngoài dùng để bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ
rộng để kỹ thuật viên có thể đứng bên trong khi làm việc.
l. High-speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao.
m. Yaw drive: dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự
thay đổi hướng gió.
n. Yaw motor: động cơ điều khiển “yaw drive” để định hướng gió.
o. Tower: Trụ đỡ Nacelle. Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép.
Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió
nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
2.3.2 Các kiểu tuabin gió hiện nay
¾ Các tuabin gió hiện nay được chia thành hai loại: loại trục đứng và loại trục ngang.

Hình 2.11: Tuabin gió loại trục đứng và loại trục ngang.

¾ Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt. Tuabin gió 3
cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi.
Ngày nay tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi.
14