Website: Email : Tel : 0918.775.368
Lời mở đầu

Thế giới đang ngày càng phát triển. Khả năng khai thác thiển
nhiên của con ngời ngày một nâng cao. Nhng những tác động của con
ngời vào thiên nhiên đã làm biến đổi thiên nhiên và ảnh hởng ngợc trở
lại con ngời. Làm thế nào để thu đợc cái mình muốn với hiệu quả cao
nhất và ít tác hại nhất. Đó đang là mục tiêu của loài ngời hiện nay.
Thực hiện mục tiêu đó ngành năng lợng cũng đang dần tìm cho mình
những bớc phát triển mới. Việc nghiên cứu và phát triển các nguồn
năng lợng sạch đang đợc thực hiện ở hầu hết các quốc gia. Các nguồn
năng lợng sạch điển hình nh: năng lợng mặt trời, thuỷ triều, nguồn
năng lợng tận dụng từ rác thải và năng lợng gió. Trong đó năng lợng
gió đang có những bớc phát triển rất đáng kể.

1
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Chơng 1
Hệ thống phát điện bằng sức gió
1.1: Tình hình năng lợng gió trên thế giới và ở Việt nam:
Năng lợng gió ngày càng đợc sử dụng nhiều hơn trong cuộc
sống. Theo thống kê sản lợng điện sản xuất từ gió trên thế giới trong
những năm gần đây là:
Năm 1994: 3527.5 MWh
Năm 1995: 4770 MWh
Năm 1996: 6000 MWh
Năm 1997: 7500 MWh
Hiện nay : Trên 10000 MWh
Ta có thể nhận thấy sự gia tăng không ngừng của việc sử dụng
sức gió trong sản suất điện năng. Theo bộ năng lợng Mỹ năm 2003
năng lợng gió có tốc độ phát triển cao nhất: ở Mỹ trong năm 2002-

là 26 000 MWh cao hơn tổng điện năng tiêu thụ ở nớc này.
Việt nam nằm trong khu vực đông nam á có hình chữ S . Là
một phần của bán đảo Đông Dơng, phía bắc giáp với Trung Quốc, phía
tây giáp với Lào và Campuchia, phía nam giáp với Biển Đông và Thái
Bình Dơng, có chiều dài xấp xỉ 1650 km kéo dài từ bắc đến nam và
cũng là đờng giao thông nối liền ấn Độ Dơng và Thái Bình Dơng.
Việt Nam đợc chia thành 3 vùng với vị trí địa lý và điều kiện khí
hậu khác biệt: bắc bộ, trung bộ và nam bộ. Ba phần t lãnh thổ Việt
Nam đợc bao phủ bởi núi đồi và những cánh rừng nhiệt đới. Hệ thống
3
Website: Email : Tel : 0918.775.368
núi kéo dài từ biên giới phía bắc đến phía đông của nam Việt Nam và
bao phủ diện tích khoảng 1400 km
2
.
Khí hậu của Việt Nam rất phức tạp, mặc dù nằm hoàn toàn
trong vùng nhiệt đới nhng sự khác biệt về vĩ độ, độ cao so với mặt nớc
biển và thời tiết đã tạo ra những biến đổi khí hậu to lớn. Giống nh
Trung quốc phía bắc có hai mùa cơ bản: lạnh và ẩm ớt vào mùa đông
từ tháng 10 đến tháng 4. Thời gian còn lại trong năm là mùa hè ấm và
ma nhiều. Mùa hè có nhiệt độ trung bình của là 22
0
C, đôi khi có những
cơn bão lớn. Khác với phía bắc, phía nam thờng hay ấm, thời gian có
nhiệt độ cao nhất kéo dài từ tháng 3 đến tháng 5 khi nhiệt độ tăng lên
ngoài 30
0
C. Đây cũng là mùa khô ở phía nam, tiếp sau đó là mùa gió
mùa kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10.
Lợng ma trung bình hàng năm của Việt Nam là 2300 mm, ở Hà

Do địa hình và tần số của gió trong vùng khí hậu đặc biệt của
Việt Nam mà hớng gió và tốc độ gió ở các vùng khác nhau :
Vùng Tây bắc (Lai Châu, Điện Biên, Sơn La):tốc độ gió
trong khoảng: 0.5 - 1.9 m/s.
Vùng núi phía bắc(Cao Bằng, Lạng Sơn, Sa pa)tốc độ gió
mạnh hơn nằm trong khoảng 1.5 3.1 m/s, mạnh nhất
là 40m/s.
Vùng châu thổ phía bắc(Tam Đảo, Hà Nội): tốc độ gió
nằm trong khoảng: 2.0 3.5 m/s, mạnh nhất 34m/s.
Vùng ven biển từ Móng Cái tới Hòn Gai, Phú Liên, Thanh
Hoá, Vinh, Đồng Hới, : tốc độ gió nằm trong khoảng: 2.4
4.0 m/s, mạnh nhất 50 m/s.
Vùng ven biển từ Huế tới Tuy Hoà(Huế, Đà Năng, Quảng
Ngãi, Quy Nhơn, Tuy Hoà): tốc độ gió nằm trong khoảng:
3.0 5.0 m/s, mạnh nhất 35 m/s.
Vùng ven biển từ Nha Trang tới Rạch Giá(Nha Trang,
Phan Thiết, Vũng Tàu, Phú Quốc, Rạch Giá): tốc độ gió
nằm trong khoảng: 2.4 6.1 m/s, mạnh nhất 30 m/s.
Vùng đồng bằng sông Cửu Long(thành phố Hồ Chí Minh,
Cần Thơ, Cà Mau): tốc độ gió nằm trong khoảng: 2.2
4.0 m/s, mạnh nhất 26 m/s.
Vùng tây nguyên(Đà Lạt, Pleiku ): tốc độ gió nằm trong
khoảng: 2.4 4.5 m/s, mạnh nhất 24 m/s.
Các số liệu đợc lấy ở độ cao 12 m và 01.00 pm.
Những số liệu trên chứng tỏ Việt Nam có một điều kiện hết sức
thuận lợi cho việc khái thác năng lợng gió. Một dự án sản xuất điện từ
sức gió ở Việt Nam có từ năm 1997 với địa điểm đợc chọn là bờ biển
5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
bán đảo Phơng Mai thành phố Quy Nhơn và một phần huyện Phú Cát

Gió
Turbine
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Trong trờng hợp tốc độ gió lớn(>16m/s - do dồng hồ đo tốc độ
gió cung cấp) hệ thống bảo vệ quá tốc độ sẽ làm việc. Hệ thống này
sẽ điều khiển Turbine lệch khỏi hớng có gió mạnh, điều này khiến tốc
độ quay của Roto sẽ giữ ở giá trị định mức. Trong trờng hợp khẩn cấp
bộ phanh đợc lắp trên trục Roto sẽ siết chặt và dừng hẳn Roto lại.
1.3:Cấu tạo turbine:
Anemometer: thiết bị đo gió đo tốc độ và truyền tốc độ đo gió tới bộ
điều khiển
Blade-Cánh Turbine: Gió chạy qua làm quay cánh và tạo nên
chuyển động quay
Brake-Bộ phanh: Dừng Roto trong trờng hợp khẩn thiết bằng máy
móc,điện hoặc nớc
8
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Controller: Khởi động hệ thống khi tốc độ gió phù hợp và dừng lại
khi gió có tốc độ vợt quá tốc độ cho phép.
Gear box - Hộp số: Nối giữa trục quay trậm và trục quay nhanh của
Roto làm tốc độ của trục quay nhanh gấp hàng chục lần so với
quay trậm.
Generator - Máy phát: Phát ra công suất điện xoay chiều với tần số
thiết kế.

Máy phát đợc thiết kế để có thể biến đổi những chuyển động quay nhỏ
thành công suất điện.
Để đa điện từ máy phát ra mạch biến đổi năng lợng ngời ta sử
dụng các vòng tiếp xúc và chổi than. Trong mạch biến đổi năng lợng
điện áp ba pha từ máy phát trớc tiên đợc chỉnh lu sau đó sẽ qua bộ
nghịch lu một pha để thu đợc dòng điện xoay chiều một pha mong
muốn là 220V/50Hz hoặc qua bộ tăng thế rồi qua bộ nghịch lu ba pha
và cho ra dòng điện 380V/220V/50Hz. Để tăng độ bằng phẳng của
điện áp sau chỉnh lu ngời ta sử dụng bộ lọc LC. Một bộ nạp ác quy đợc
mắc song song với tụ C
d
và đợc điều khiển bằng bộ điều khiển nạp ác
quy.
Để giúp cho máy phát luôn làm việc ổn định môt bộ bộ điều khiển
khởi động đợc lắp đặt. Bộ điều khiển này sẽ đặt một điện áp lên đầu ra
máy phát và tinh chỉnh hoạt động của máy.
10
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Một mạch điện bao gồm một bộ biến tần xoay chiều và 3 điện trở
sẽ tiêu tán một phần năng lợng trong trờng hợp công suất của máy
tăng quá cao hoặc tải không tiêu thụ hết công suất của máy phát.
Ngoài ra còn có một bộ phanh lắp trực tiếp vào thân roto để giảm tốc
độ quay của roto khi cần thiết.
Các thành phần đều đợc đóng ngắt vào hệ thống qua các
Contactor đợc điều khiển bằng PLC. Bộ điều khiển PLC sẽ tuỳ theo
tốc độ gió do đồng hồ đo tốc độ gió cung cấp và yêu cầu sử dụng mà
truyền các lệnh điều khiển phù hợp điều hành hoạt động của hệ thống.
11
Website: Email : Tel : 0918.775.368
12

Điện trở stato 0.4 trên một pha(ở 180
0
C)
0.254 trên một pha(ở 20
0
C)
15
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Roto Nam châm vĩnh cửu
Số cực 36
Điện áp tiêu chuẩn 240V một chiều
1.4.4:PLC S7-200:
Là chơng trình điều khiển toàn bộ hệ thống phát điện bằng
sức gió. Chơng trình này điều khiển tất cả các quá trình biến đổi và
sắp xếp các phản ứng lại tơng ứng với chúng, Những căn cứ để chọn
các thành phần là hiệu quả làm việc của các vi sử lý, số lợng tín hiệu
số và tơng tự ra vào, dung lợng bộ nhớ, tốc độ sử lý của con vi sử lý.
Tuy nhiên tốc độ của những bộ vi sử lý đóng vai trò không quan trọng
trong hệ thống này.
Sau đây là 2 cấu trúc điều khiển đợc cung cấp bởi Siemens:
Cấu trúc 1:
+:> CPU 224XP: 14DI/10DO/2AI/1AO, 24V, Dung lợng
bộ nhớ là 10240 Bytes,2 cổng giao tiếp(nr.of order :
6ES7 214 -2AD23 -0XB0)
+:> EM 231 AI, 4 đầu vào( nr.of order: 6ES7 231
-0HC22 -0XA0)
+:> Khi có hơn 4 đầu vào có thể chọn:
EM 222 DO, 8*24V DC( nr.of order: 6ES7 222 -1BF22
-0XA0)
16

380V/220V/50Hz cung cấp cho lới điện công nghiệp.
1.4.6:Hệ thống điện trở tiêu tán:
Sơ đồ : Hệ thống đợc đóng trực tiếp vào sơ đồ thông qua Contactor S2.
Hệ thống bao gồm 3 điện trở đợc nối hình sao mỗi điện trở đựơc mắc
nối tiếp với một cặp Thyristor. Lợng công suất mà hệ thống tiêu thụ
19
Website: Email : Tel : 0918.775.368
phụ thuôc vào góc mở của các Thyristor và đợc điều bằng hệ thông
PLC. Việc đóng ngắt hệ thống này không ảnh hởng đến hoạt động của
máy phát nhng công suất cung cấp của máy phát sẽ bị tiêu tán một
phần ở đây.
Tùy theo góc mở

ta có bảng sau:
0
0





60
0
Z=R
U
U
L

L

=
)302sin(
4
3
4
33
2
1
+

+



90
0





150
0
Z=R
U
U
L
L

=
R

)(2
3
2
tP
U

=
P
U
Max
N
2
3
)2(
2
=
P
U
Max
N
2
3
Ch¬ng 2
®iÖn tö c«ng suÊt
2.1:Diode, tranzitor,tiristor c«ng suÊt:
2.1.1:Diode c«ng suÊt
2.1.1.1: CÊu t¹o:

và làm tăng tính dẫn điện. Chất này đợc gọi là chất bán dẫn loại P
(positive), có nghĩa là dơng.
Trong chất bán dẫn loại N điện tử là hạt mang điện đa số, lỗ
trống là thiểu số. Với chất bán dẫn loại P thì ngợc lại.
ở giữa hai lớp bán dẫn là mặt ghép PN. Tại đây xảy ra hiện tợng
khuếch tán. Các lỗ trống của bán dẫn loại P tràn sang N là nơi có ít lỗ
trống. Các điện tử của bán dẫn loại N chạy sang P là nơi có ít điện tử.
Kết quả tại mặt tiếp giáp phía P nghèo đi về diện tích dơng và giàu lên
về điện tích âm. Còn phía bán dẫn loại N thì ngợc lại nên gọi là vùng
điện tích không gian dơng.
Trong vùng chuyển tiếp (-,) hình thành một điện trờng nội tại.
Ký hiệu là E
i
và có chiều từ N sang P hay còn gọi là barie điện thế
(khoảng từ 0,6V đến 0,7V đối với vật liệu là Silic). Điện trờng này ngăn
cản sự di chuyển của các điện tích đa số và làm dễ dàng cho sự di
chuyển của các điện tích thiểu số
22
Website: Email : Tel : 0918.775.368
(điện tử của vùng P và lổ trống của vùng N). Sự di chuyển của các
điện tích thiểu số hình thành nên dòng điện ngợc hay dòng điện rò.
2.1.1.2:Nguyên lý hoạt động:
Hình 2. 2
a). Sự phân cực thuận diode.
b). Sự phân cực ngợc diode.
Khi đặt diode công suất dới điện áp nguồn U có cực tính nh hình
vẽ, chiều của điện trờng ngoài ngợc chiều với điện trờng nội E
i
. Thông
thờng U > E

S
[ exp (eU/kT) 1 ] ( 1. 1 )
Trong đó:
- I
S
: Dòng điện rò, khoảng vài chục mA
- e = 1,59.10
- 19
Coulomb
- k = 1,38.10
- 23
: Hằng số Bolzmann
- T = 273 + t
0
: Nhiệt độ tuyệt đối (
0
K)
-

t
0
: Nhiệt độ của môi trờng (
0
C)
- U : Điện áp đặt trên diode (V)
Đặc tính volt-ampe của diode gồm có hai nhánh:
1. Nhánh thuận
2. Nhánh ngợc
24
Hình 2. 3

do mới. Rồi những điện tích tự do mới này chịu sự tăng tốc của điện tr-
ờng tổng hợp lại tiếp tục bắn phá các nguyên tử Silic. Kết quả tạo một
phản ứng dây chuyền làm cho dòng điện ngợc tăng lên ào ạt và sẽ
phá hỏng diode. Do đó, để bảo vệ diode ngời ta chỉ cho chúng hoạt
động với giá trị điện áp: U = (0,7 0,8)U
Z
.
Khi diode hoạt động, dòng điện chạy qua diode làm cho diode
phát nóng, chủ yếu ở tại vùng chuyển tiếp. Đối với diode loại Silic,
nhiệt độ mặt ghép cho phép là 200
0
C. Vợt quá nhiệt độ này diode có
thể bị phá hỏng. Do đó, để làm mát diode, ta dùng quạt gió để làm
mát, cánh tản nhiệt hay cho nớc hoặc dầu biến thế chảy qua cánh tản
nhiệt với tốc độ lớn hay nhỏ tùy theo dòng điện.
Các thông số kỹ thuật cơ bản để chọn diode là:
- Dòng điện định mức I
đm
(A)
- Điện áp ngợc cực đại U
ngmax
( V )
- Điện áp rơi trên diode U ( V )
25