ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TURBINE GIÓ

Nhược điểm của động cơ gió là khi tốc độ gió thay đổi, tốc độ quay của turbine cũng thay đổi theo. Có thể giữ cho tốc độ quay của turbine ổn định bằng cách xoay cánh turbine, thay đổi diện tích bề mặt hứng gió của cánh. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tốc độ quay của turbine gió bằng cách sử dụng động cơ bước để xoay cánh....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TURBINE GIÓ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TURBINE GIÓ BẰNG CÁCH SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ BƯỚC ĐỂ XOAY CÁNH CONTROLLING THE SPEED OF WIND TURBINE BY USING SPEED CHANGEABLE ENGINE (STEP ENGINE) TO REVOLVE THE WINGS NGUYỄN VĂN YẾN Đại học Đà Nẵng PHẠM PHONG Học viên cao học khoá 2004-2007 TÓM TẮT Nhược điểm của động cơ gió là khi tốc độ gió thay đổi, tốc độ quay của turbine cũng thay đổi theo. Có thể giữ cho tốc độ quay của turbine ổn định bằng cách xoay cánh turbine, thay đổi diện tích bề mặt hứng gió của cánh. Bài báo giới thiệu kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tốc độ quay của turbine gió bằng cách sử dụng động cơ bước để xoay cánh. ABSTRACT A weakness of the wind engine is that when the wind speed changes, the revolving speed of the engine also changes. Rotating speed of turbine can be stablized by rotating the wings of the turbine, changing the surface area of the wings facing the wind. The paper presents the research results of designing, and manufacturing a model of controlling revolving speed of wind turbine by using step engine to revolve the wings.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Loài người đã biết sử dụng năng lượng gió từ rất lâu, nhưng ở mức độ hạn chế. Ngàynay các nước vùng ôn đới và hàn đới đã quan tâm và đã có những thành quả tốt, đặc biệt trongviệc sản xuất ra các máy phát điện gió công suất lớn, để hòa vào hệ thống điện quốc gia. Máy phát điện gió công suất lớn đòi hỏi phải có hệ thống điều tốc tốt, đảm bảo sốvòng quay của trục turbine nằm trong giới hạn quy định. Hiện nay, thường dùng phương phápxoay cánh turbine, điều chỉnh diện tích bề mặt hứng gió của cánh turbine để ổn định tốc độ. Với máy phát điện gió công suất nhỏ, việc xoay cánh thường hay dùng phương pháply tâm của khối lượng quay. Khi tốc độ gió thay đổi sẽ làm tốc độ quay của turbine thay đổi,lực ly tâm của vật quay cũng thay đổi. Nếu gió lớn, vận tốc gió tăng, lực ly tâm tăng lên, tácdụng lên cơ cấu xoay cánh turbine làm giảm diện tích bề mặt hứng gió, dẫn đến hạn chế mứcđộ tăng tốc độ quay của turbine. Khi gió dịu đi, vận tốc gió giảm xuống, cánh turbine tự xoaydần về vị trí ban đầu, để duy trì tốc độ quay của turbine trong phạm vi cho phép. Kết cấu máysử dụng lực ly tâm để xoay cánh turbineắtơng đối đơn giản, nhưng có nhược điểm là đáp ứngchậm, độ chính xác điều chỉnh thấp, khoảng biến thiên tốc độ quay của turbine quá lớn. Qua nghiên cứu động cơ bước, có thể sử dụng nó để xoay cánh turbine cho máy phátđiện gió. Nguyên lý làm việc của hệ thống xoay cánh như sau: Đặt cho trục turbine gió mộtgiới hạn tốc độ cho phép; khi tốc độ gió lớn hơn quy định, trục turbine sẽ quay nhanh hơn, bộphận cảm biến nhận được tín hiệu, chuyển đến bộ điều khiển, bộ điều khiển so sánh với tốc độquay quy định, phát tín hiệu đến động cơ bước, động cơ xoay cánh turbine một góc để giảm bềmặt hứng gió; khi tốc độ gió giảm, động cơ sẽ xoay cánh quay trở lại. Bằng cách này, tốc độquay của trục turbine được điều chỉnh kịp thời, khoảng dao động của tốc độ quay tương đốinhỏ.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Việc biến đổi năng lượng gió tuân theo những nguyên lý cơ bản về khả năng sử dụnggió 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 choturbine năng lượng. Dòng chảy phía sau turbine bị nhiễu xoáy, gây bởi chuyển động củaturbine 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 đượcbị hạn chế. Trong trường hợp toàn bộ năng lượng gió được turbine thu nhận, thì vận tốc gióđằng sau turbine sẽ bằng không. Muốn cho dòng chảy được cân bằng giữa khối lượng và vậntốc, năng lượng chảy qua turbine phải bị mất mát. Đối với hệ tối ưu, số phần trăm cực đại củanăng lượng gió có thể thu nhận được tính theo công thức do Carl Betz đưa ra năm 1927 : P max V 03  0,593 Ar 2 Trong đó : P là mật độ năng lượng Ar là diện tích quét của cánh turbine V0 là vận tộc gió ban đầu - Mật độ năng lượng trên một đơn vị thể tích dòng chảy không khí. Số 0,593 được gọi là giới hạn Betz hoặc hệ số Betz. Bằng phương pháp phân tích đơn giản về động lượng đối với động cơ gió trục ngangtìm được hệ số công suất cực đại của nó là 16/27 tức là 59,3%. Điều này đã được Betz chứngminh (1927). Hiển nhiên đây là trường hợp số cánh vô hạn (trở lực bằng không) là điều kiệncủa một động cơ gió lý tưởng. Trong thực tế có 3 nhân ...