BGDĐT
PTNTĐH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Phòng thí nghiệm Tự động hóa
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Số1 - Đại Cồ Việt – Hà Nội

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió
có công suất 10-30kW phù hợp với điều kiện Việt Nam

PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang

Hà Nội, tháng 3/2007

Bản quyền thuộc PTNTĐH
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Giám đốc
PTNTĐH trừ trường hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu


Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học cấp nhà nớc

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo
bộ phát điện bằng sức gió có công suất 1030KW phù hợp với điều kiện việt nam
M số KC 06.20CN
Chủ nhiệm đề tài: gs, tskh. nguyễn phùng quang

6700


1

PGS. TSKH. Nguyễn
Phùng Quang

2

ThS. Lê Anh Tuấn

3

KS. Phí Kim Phúc

4

ThS. Trương Xuân
Hùng

5

KS. Chu Đình Đức

6

KS. Phạm Vũ Dương

7

ThS. Triệu Đức Long


TS. Nguyễn Đình
Kiên

Viện Cơ học Việt Nam

11

ThS. Đỗ Xuân Ngôi

Học viện Kỹ thuật quân
sự

12

KS. Trần Xuân
Thành

Viện Công nghệ, Bộ CN

13

TS. Bùi Đức Hùng

14

TS. Phạm Anh Tuấn

Bộ môn Thiết bị điện,
ĐHBK Hà Nội

có sự đóng góp công sức của nhiều thành viên PTN Tự động hóa như PGS. TS.
Bùi Quốc Khánh (Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu - Triển khai công nghệ cao,
ĐHBK Hà Nội), ThS. Nguyễn Thúy Hồng (Thư ký Đề tài) và một số người khác.


Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
Các ký hiệu
Ký hiệu
A
Br, Bs
CAh, CPh
EB
FWt, FWc
Hs, Hr
ir, ird, irq
is, isd, isq
J
K, V

l
usu , usv , usw ,U

Ý nghĩa
Ma trận hệ thống
Ma trận vào phía Rotor, Stator
Dung lượng dòng, dung lượng công suất của ắc-quy
Điện áp ắc-quy
Sức cản của gió do Turbine, do cột gây nên
Ma trận đầu vào phía Stator, phía Rotor
Vector dòng Rotor, hai thành phần trục d, q

Vận tốc gió, vận tốc gió ở độ cao z
Vector biến trạng thái
Vector biến ra của khâu điều chỉnh dòng
Số đôi cực của máy điện
Hệ số điều chế

ψs, ψr

Vector từ thông Stator, vector từ thông Rotor

ψsq, ψsq

Hai thành phần của vector từ thông Stator ψs

ψp

Vector từ thông cực

ϕ

Góc pha

Ls, Lr, Lm, Lσr, Lσs
Lsd, Lsq
mG, mM
n
P, Q
RI
T+, T-, Tpulse
Tr, Ts

ĐC, ĐK
ĐCD
HSCS
IGBT
KĐB-RDQ, KĐB-RLS,
KĐB-NK
MASVS
MĐN
MP
NDCCM
NL, NLMP, NLPL
NSOTD
PĐCSG, PĐCSG-ĐL
PLECS
PWM
S7-200
SAP2000
SCIG
SG
SSOTD

Ý nghĩa
Phần mềm Alaska
AC Current Space Vector Trajectory Slope Method
Bộ điều khiển cấp hiện trường, cấp hệ thống
Nhãn mác đã đăng ký của thiết bị phát điện sức gió
Chỉnh lưu
Doubly-Fed Induction Generator
Digital Signal Processor, vi xử lý tín hiệu
Đồng bộ kích thích vĩnh cửu

TKTT
TMS320F2812
TTHCX
VAC, VDC

Tựa theo từ thông Rotor
Truyền động điện
Tựa hướng điện áp lưới
Tách kênh trực tiếp
Vi xử lý tín hiệu TMS320F2812
Tuyến tính hóa chính xác, Exact Linearization
Volt xoay chiều, volt một chiều


Mục lục

Trang
Lời nói đầu
Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt
1
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.2.1
1.2.2.2
1.2.2.3
1.2.2.4
1.2.2.5
1.2.2.6

Tính toán độ tăng nhiệt
Chỉ tiêu tiêu hao vật tư
Tổng kết các số liệu thiết kế
Thiết kế máy phát không đồng bộ Rotor lồng sóc phục
vụ tự chế tạo sau này tại Việt Nam
Xác định các kích thước chủ yếu
Tính toán mạch từ
Các tham số của máy ở tần số 50Hz
Tổn hao và hiệu suất của máy ở chế độ động cơ điện
Động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát
Tính toán độ tăng nhiệt
Chỉ tiêu tiêu hao vật tư
Tổng kết các số liệu thiết kế
Turbine gió (Wind Turbine)
Turbine gió đang sử dụng trong đề tài KC.06.20CN
Mô tả Turbine
Vận hành Turbine
Nghiên cứu thiết kế Turbine chuẩn bị cho việc chế tạo tại
Việt Nam
Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống Turbine gió
Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển góc cánh
gió
Tài liệu tham khảo của chương 1

1
1
1
2
3
3

2.1.2.1
2.1.2.2
2.1.2.3
2.1.2.4
2.1.3
2.1.4
2.1.4.1
2.1.4.2
2.1.5
2.1.6
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.4
3
3.1
3.1.1
3.1.1.1
3.1.1.2
3.1.1.3
3.1.2
3.1.2.1
3.1.2.2
3.1.3
3.1.3.1
3.1.3.2
3.1.3.3
3.1.4

70
71
72
72
73

Sản phẩm 3: Trạm điều khiển mặt đất
Các thiết bị điều khiển
Tổng quan về hệ thống các thiết bị điều khiển (gồm cả
sản phẩm số 10)
Tổng quan về hệ thống
Cấp điều khiển hiện trường
Cấp điều khiển hệ thống
Hardware điều khiển hiện trường sử dụng TMS
320F2812 (sản phẩm số 8)
Khái quát về vi xử lý tín hiệu TMS 320F2812
Thiết kế Hardware của đề tài KC.06.20CN
Điều khiển hệ thống sử dụng PLC loại Simatic S7-200
Khái quát về bài toán điều khiển và truyền thông trong
hệ thống
Thiết kế cấu trúc điều khiển sử dụng S7-200
Truyền thông giữa PC (ở xa), PLC S7-200 và DSP F2812
Module nghịch lưu sử dụng van điện tử công suất (sản
phẩm số 9)
Khái quát về thiết bị nghịch lưu

93
94
94


3.2
3.3

Thiết kế - chế tạo nghịch lưu cho thiết bị phát điện chạy
sức gió
Trạm (nhà) che an toàn khí hậu cho các thiết bị
Tài liệu tham khảo của chương 3

4
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.3
4.4

Sản phẩm 4: Hệ thống lưu điện
Khái quát về hệ thống lưu điện
Thiết kế hệ thống lưu điện
Tính toán dàn ắc-quy lưu điện
Tính toán thiết kế mạch lực
Thiết kế cấu trúc điều khiển nạp
Tài liệu tham khảo của chương 4

169
169
175
175
176
180

Cấu trúc điều khiển
Kết luận về cấu trúc ĐK phía lưới
Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ Rotor
lồng sóc
Cấu trúc của hệ thống PĐCSG dùng máy phát KĐB-RLS

187
187
189

5.2.1
5.2.2
5.2.2.1
5.2.2.2
5.2.2.3
5.2.3
5.2.3.1
5.2.3.2
5.2.4
5.2.4.1
5.2.4.2
5.2.4.3
5.2.4.4
5.2.5
5.2.5.1
5.2.5.2
5.2.5.3
5.3
5.3.1


5.3.3.2

5.4
6
6.1
6.2
6.3
6.3.1
6.3.1.1
6.3.1.2
6.3.2
6.3.3
6.4
7
7.1
7.1.1
7.1.2
7.1.3
7.1.3.1
7.1.3.2
7.1.3.3
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.3
7.3.1
IV

Cấu trúc điều khiển tuyến tính phía máy phát

Cấu trúc điều khiển phi tuyến
Tài liệu tham khảo của chương 6

217

Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ
thống thiết bị điều khiển
Chẩn đoán lỗi phía nghịch lưu
Đáp ứng dòng điện khi hở mạch điều khiển một van
IGBT
Đáp ứng dòng điện khi ngắn mạch một van IGBT
Xác định vị trí van IGBT bị lỗi
Phương pháp ASVS
Phương pháp NDCCM
Phương pháp chẩn đoán lỗi hở mạch điều khiển, ngắn
mạch van IGBT được đề xuất
Chẩn đoán lỗi phía chỉnh lưu
Lỗi ngắn mạch diode chỉnh lưu
Lỗi hở mạch diode chỉnh lưu
Lỗi mất một pha của máy phát hoặc hở mạch hai diode
cùng pha
Mô phỏng kiểm chứng thuật toán
Mô phỏng lỗi phía nghịch lưu

227

217
218
220
220

242
246
249
249
250
251
251
253

7.4.2
7.4.2.1
7.4.2.2
7.4.3
7.4.3.1
7.4.3.2
7.5

Lỗi hở mạch điều khiển van IGBT
Ngắn mạch IGBT
Mô phỏng lỗi phía chỉnh lưu
Xác định lỗi mất một pha máy phát
Xác định lỗi ngắn mạch Diode
Xác định lỗi hở mạch Diode
Thực hiện hệ thống giám sát - chẩn đoán lỗi từ xa
Module phần mềm thu thập dữ liệu trên DSP
TMS320F2812
Module phần mềm trên PLC S7-200
Giao thức truyền thông giữa PLC và DSP
Các lưu đồ thuật toán
Module phần mềm trên máy tính

270
270
272
273
275
275
276
279
286

9
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.2

287
287
287
288
288
288

9.2.1
9.2.2

Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ
Các sản phẩm đào tạo
Danh sách các đồ án tốt nghiệp Kỹ sư

V


Báo cáo tóm tắt
Bản báo cáo này giới thiệu một cách chi tiết các nội dung nghiên cứu khoa
học và thiết kế - chế tạo thuộc đề tài KC.06.20CN:
„Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất
10-30kW phù hợp với điều kiện Việt Nam“
Hoàn thành trên cơ sở Hợp đồng số 20CN/2004/HĐ-ĐTCT-KC.06, ký giữa
Ban Chủ nhiệm chương trình KC.06 với bên chủ trì là Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội, PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang chịu trách nhiệm thực hiện.
Tiếp theo lời nói đầu và danh mục các ký hiệu được sử dụng, bản báo cáo
bao gồm các phần sau:
•

•

Chương 1 „Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công
suất 10-30kW“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1 trong mục 17 của
thuyết minh đề tài. Chương này chiếm 67 trang, giới thiệu các vấn đề xung
quanh hai mảng chính:
+

Giới thiệu thiết bị đang sử dụng: Máy phát và Turbine nhập ngoại vừa
đáp ứng nhu cầu sử dụng trước mắt của Đề tài, vừa giữ vai trò mẫu để
học tập trong quá trình thiết kế mới.

+

Giới thiệu các thiết kế, chuẩn bị cho việc tự chế tạo máy phát và

•

•

Chương 3 „Sản phẩm 3: Trạm điều khiển mặt đất“. Giới thiệu về sản
phẩm có số thứ tự 3 trong mục 17 của thuyết minh đề tài. Chương này
chiếm 75 trang và là chương phong phú nhất của toàn bộ báo cáo. Trạm
điều khiển mặt đất bao gồm:
+

không chỉ hạng mục xây dựng như trạm (nhà) che an toàn khí hậu cho
các thiết bị và là nơi làm việc của nhân viên vận hành. Trạm còn giới
thiệu chi tiết về

+

các thiết bị điều khiển chứa trong tủ như: điều khiển hiện trường
(dùng TMS320F2812), điều khiển hệ thống (dùng Simatic S7-200),
nghịch lưu xoay chiều 3 pha.

Chương 4 „Sản phẩm 4: Hệ thống lưu điện“. Giới thiệu về sản phẩm có
số thứ tự 4 trong mục 17 của thuyết minh đề tài. Trong chương này, sản
phẩm về „Phương pháp điều khiển hệ thống lưu điện“ có số thứ tự 1.3
trong mục 16 của thuyết minh đề tài cũng được kết hợp giới thiệu.
Chưong này gồm 18 trang chứa hai nội dung:
+

Thiết kế hệ thống lưu điện sử dụng ắc-quy.

+

thiết bị điều khiển“. Chương này chiếm 42 trang, giới thiệu về một nội
dung mới xuất hiện trong quá trình thực hiện đề tài và là sản phẩm
phương pháp không có trong thuyết minh đăng ký. Ngoài chức năng thực
hiện các thuật toán điều khiển, để phục vụ mục đích chẩn đoán tình trạng
vận hành của hệ thống, DSP TMS320F2812 liên tục thu thập và lưu trữ
các dữ liệu đo đạc của toàn bộ hệ thống. Khi có nhu cầu phân tích và
giám sát tình trạng vận hành, các dữ liệu này sẽ được PLC S7-200 chuyển


tới PC qua môi trường truyền thông là đường điện thoại. Khả năng này
cho phép ta kiểm tra thực trạng vận hành thiết bị từ xa, một ưu thế đặc
biệt lợi hại khi lắp đặt thiết bị tại các vùng sâu, vùng xa.
•

Chương 8 „Cấu trúc bù cosϕ cho tải ở chế độ ốc đảo“. Giới thiệu về sản
phẩm phương pháp không có trong thuyết minh đề tài. Chương này gồm
18 trang giới thiệu phương pháp điều khiển bù hệ số công suất cosϕ cho
lưới phụ tải thông qua thay đổi tần số cung cấp trong phạm vi cho phép,
từ đó thiết kế bộ điều khiển. Mục tiêu của nhiệm vụ này là góp phần nâng
cao hiệu quả truyền tải, giảm tổn thất biến đổi năng lượng, giảm điện áp
rơi trên mạng phân phối.

•

Chương 9 „Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ“. Giới thiệu về sản
phẩm có số thứ tự 3 trong mục 16 của thuyết minh đề tài. Qua đây ta
thấy rõ đóng góp của Đề tài KC.06.20CN trong công tác đào tạo chuyên
gia: 9 Kỹ sư, 3 Thạc sĩ và 1 Tiến sĩ (sẽ bảo vệ trong năm 2007). Ngoài ra,
với các nội dung khoa học của mình, Đề tài còn thực hiện 9 bài viết cho
tạp chí và hội nghị khoa học trong nước, 3 bài viết cho tạp chí, hội nghị


chạy trên PLC Simatic S7-200,

+

chạy trên DSP TMS320F2812 và

+

trên PC (truyền thông và chẩn đoán lỗi).

Chủ nhiệm Đề tài KC.06.20CN
PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang


Lời nói đầu
Bản báo cáo này giới thiệu một cách chi tiết các nội dung nghiên cứu khoa
học và thiết kế - chế tạo thuộc đề tài KC.06.20CN:
„Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất
10-30kW phù hợp với điều kiện Việt Nam“
Hoàn thành trên cơ sở Hợp đồng số 20CN/2004/HĐ-ĐTCT-KC.06, ký giữa
Ban Chủ nhiệm chương trình KC.06 với bên chủ trì là Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội, PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang chịu trách nhiệm thực hiện.
Tiếp theo lời nói đầu và danh mục các ký hiệu được sử dụng, bản báo cáo
bao gồm các phần sau:
•

Chương 1 „Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công
suất 10-30kW“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1 trong mục 17 của
thuyết minh đề tài.


Chương 7 „Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ thống
thiết bị điều khiển“. Giới thiệu về sản phẩm phương pháp không có trong
thuyết minh đề tài.

•

Chương 8 „Cấu trúc bù cosϕ cho tải ở chế độ ốc đảo“. Giới thiệu về sản
phẩm phương pháp không có trong thuyết minh đề tài.

•

Chương 9 „Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ“. Giới thiệu về sản
phẩm có số thứ tự 3 trong mục 16 của thuyết minh đề tài.

Các hạng mục sản phẩm dưới dạng „Sơ đồ“ có số thứ tự 2 trong mục 16
được tập hợp trong phụ lục của báo cáo.
Với nội dung như trên, báo cáo giới thiệu một cách chi tiết và đầy đủ về các
sản phẩm đã đăng ký (sản phẩm vật thể như máy móc - thiết bị, hay phi vật thể


như các phương pháp điều khiển), khối lượng tuy nhiều nhưng không sa đà vào
liệt kê mà vẫn bảo đảm tính chất của một báo cáo khoa học.
Đề tài KC.06.20CN được hoàn thành với sự hỗ trợ tích cực và có hiệu quả
của Bộ Khoa học – Công nghệ, Ban Chủ nhiệm chương trình KC.06, Ban Giám
hiệu và các phòng ban liên quan của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Chủ
nhiệm Đề tài xin chân thành cảm ơn các cơ quan nói trên.
Xin cảm ơn Viện Công nghệ – Bộ Công nghiệp – đã tham gia Đề tài một cách
rất có hiệu quả, góp phần sáng tạo nên hệ thống cột tháp không chỉ bền vững về
kết cấu, đáp ứng tốt về công năng, mà còn hợp lý cả về kiểu dáng thẩm mỹ.

phát điện chạy bằng sức gió (PĐCSG):
■ máy phát điện và
■ turbine gió.
Với mục tiêu nghiên cứu - thiết kế - chế tạo (NC-TK-CT) phục vụ nội địa hóa
cả hai thành phần trên, bản thuyết minh đăng ký đề tài ban đầu (cuối năm
2003) đã đưa ra một dự toán là 3,1 tỷ VNĐ. Đây là một dự toán có cơ sở khảo
sát kỹ lưỡng khả năng trong nước. Ví dụ, báo giá của các đơn vị nhận gia công
theo đơn đặt hàng (đầu năm 2004, khi đang thương thảo về kinh phí với Bộ
KH&CN) là:
■ ≈800,00 triệu VNĐ / 1 cánh turbine. Trong giá trên có bao gồm cả khuôn
mẫu phục vụ chế tạo cánh do chúng ta mới chỉ chế tạo đơn chiếc.
■ ≈80,00 triệu VNĐ / 1 máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu. Đây là giá chế
tạo máy phát mẫu, chưa phải là giá sản xuất hàng loạt.
Tuy nhiên, Bộ KH&CN (sau 2 lần thay đổi) đã chỉ duyệt mức kinh phí là 2,2
tỷ VNĐ và đã đồng ý cho phép mua máy phát và turbine chế tạo sẵn của nước
ngoài. Điều này thể hiện rất rõ tại trang 19 của phiên bản chung kết của
„Thuyết minh Đề tài KC.06.20CN“, bộ phận của Hợp đồng NCKH & PTCN số
20CN/2004/HĐ-ĐTCT-KC.06.
Vì lý do trên, đối với sản phẩm này kết quả sẽ ngừng lại ở các kết quả nghiên
cứu - thiết kế (viết tắt: NC-TK), chưa có chế tạo thử. Máy phát và turbine mua
về, một mặt được sử dụng trong hệ thống PĐCSG của đề tài, mặt khác, chúng
cũng là vật mẫu hỗ trợ tích cực cho quá trình NC-TK phục vụ chế tạo sau này.

1.2 Máy phát điện
Như đã đặt vấn đề ở trên, mục này giới thiệu khái quát các thông số của loại
máy phát đang sử dụng trong hệ thống PĐCSG, là máy phát nhập về từ nước
ngoài. Một nội dung quan trọng khác là các kết quả NC-TK để phục vụ tự chế
tạo sau này tại Việt Nam.



220 V (AC 50 Hz)
360 V (AC 50 Hz)
55 A (AC 50 Hz)
0 – 50 Hz (thay đổi theo sức gió)
0,41 Ω (nhiệt độ: 180oC)
0,25 Ω (nhiệt độ: 20oC)
6,8 mH
(thu được qua phép đo điện áp hở mạch
và đo dòng ngắn mạch với tần số 50 Hz,
có thể lớn hơn khi vận hành)
36 cực Nd-Fe-B (nam châm vĩnh cửu)
18 (36 cực với mỗi cuộn dây có 12 vòng)
166,7 vòng / phút (ứng với f = 50 Hz)
412 kgm2 (trong đó 396 kgm2 thuộc về 3
cánh turbine)
50 Nm

Tất cả các tham số trên của máy phát đều đã được sử dụng để khảo sát mô
phỏng trong quá trình NC-TK hệ thống PĐCSG. Đặc biệt, đối với các hệ thống
chạy ở chế độ ốc đảo (chế độ độc lập, không hòa lưới quốc gia), biên độ điện áp
từng pha tỷ lệ thuận trực tiếp với tốc độ quay (tức là với tần số) của máy phát.
Đối với máy phát 20kW, loại ĐB-KTVC ở trên, hệ số tỷ lệ (do nhà sản xuất cung
cấp) được minh họa rõ trong công thức dưới đây:
⎧
l sin (2π ft )
⎪
usu = U
⎪
⎪
⎪

tạo sau này tại Việt Nam. Tuy nhiên, cần phải nói rõ ràng: Bản thiết kế này mới
chỉ đủ để sử dụng cho việc chế tạo thủ công đơn chiếc. Để đưa vào sản xuất
hàng loạt còn phải thực hiện thiết kế quy trình công nghệ phù hợp với quy mô
sản xuất lớn, điều chưa thể đặt ra trong khuôn khổ đề tài này. Các tham số
mục tiêu cần đạt của thiết kế chính là các tham số trong bảng 1.
1.2.2.1

Xác định các kích thước cơ bản

Trong mục này, bản tính toán đưa ra các kích thuớc cơ bản về mặt điện từ để
cấu thành nên một máy phát điện với công suất như đã định.
a) Các kích thước chính của mạch từ
■ Điện áp pha: Để quấn và lồng dây được thuận lợi, chọn sơ đồ nối dây hình
tam giác.
U f = U d = 220V

(1.2)

■ Dòng điện: Với cosϕ = 0.95 chọn sơ bộ theo kiểu máy.

Id =

P
20 ⋅ 103
=
= 55 A
3 U cos ϕ
3 ⋅ 220 ⋅ 0,95

I

3,14

(1.6)

■ Chiều dài lõi thép:

6,1 ⋅10−7 p '
lδ =
αδ ks kd A Bδ Ds2 n

(1.7)


4

1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW

Với: αδ = 0,96; ks = 1,11; kd = 1; Bδ = 0,5T; A = 272 A / cm; Dns = 48,15cm
6,1 ⋅ 107 ⋅ 21,4
= 23,33cm
0,96 ⋅ 1,11 ⋅ 272 ⋅ 0,5 ⋅ 48,132 ⋅ 166,67
Chọn lδ = 24cm. Đây cũng chính là chiều dài lõi thép Stator và nam châm
vĩnh cửu.
lδ =

b) Dây quấn, rãnh Stator và khe hở không khí
■ Số rãnh Stator:
Z1 = 2 m p1 q1 = 2 ⋅ 3 ⋅ 18 ⋅ 1 = 108

■ Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh:

s=

■ Từ thông khe hở không khí:
ke U
1,07 ⋅ 220
ψ=
=
= 4,909 ⋅ 10−3 Wb
4 f ks kd w1 4 ⋅ 1,11 ⋅ 50 ⋅ 216

(1.12)

■ Mật độ từ thông khe hở không khí:

Bδ =

ψ 104
4,909 ⋅ 10−3 ⋅ 104
=
= 0,5T
0,96 ⋅ 4,2 ⋅ 24
αδ τ l1

(1.13)

■ Kích thước rãnh: Rãnh có diện tích như sau.

π(d12 + d22 ) d1 + d2 ⎛⎜
d1 ⎞
+

H×nh 1.1 Kích thước rãnh lồng dây

■ Bề rộng răng Stator:
bz' 1 =
=
bz'' 1 =
=
bz1 =

π(Ds − 2 h41 − d1)
− d1
Z1
π(481,3 − 2 ⋅ 0,5 − 7)
− 6,8 = 6,76mm
108
π[Ds − 2(h41 + h12 )]
− d2
Z
π[481,3 − 2(0,5 + 29)]
− 5,6 = 6,78mm
108
bz' 1 + bz'' 1 6,76 + 6,78
=
= 6,77mm
2
2

(1.15)

■ Chọn khe hở không khí:

■ Đường kính trong của Rotor:
Dtr = Ds + 2 δ = 481,3 + 2 ⋅ 1,6 = 484,5mm

(1.18)

■ Đường kính gắn nam châm sơ bộ: Ở đây ta sơ bộ chọn bề dày thanh nam
châm là 20,5mm.
Dtr' = Dtr + 2 lnc = 484,5 + 2 ⋅ 20,5 = 525,5mm

(1.19)

■ Đường kính ngoài lõi sắt Rotor: Sơ bộ chọn bề dày vỏ máy (đồng thời là
mạch dẫn từ) là 15mm.

Dnr = Dtr' + 2 hg2 = 525,5 + 2 ⋅ 15 = 555,5mm

(1.20)

10°-0.5
240

H×nh 1.2 Kích thước thanh nam châm

1.2.2.2

Tính toán mạch từ

■ Hệ số khe hở không khí: Vật liệu được dùng để chế tạo lõi thép Stator là
thép kĩ thuật điện loại 2211.
t1

=
= 1,01T
0,677.0,95
b Z1 l1 kc
⇒ H Z1 = 4,09 A / cm
d
5,6
= 30,43mm
hz1 = hr1 − 2 = 32,3 −
3
3
⇒ FZ1 = 2 H Z1 hz1 = 2 ⋅ 4,09 ⋅ 3,043 = 25 A

7

BZ1 =

■ Hệ số bão hòa:
F + FZ1 1360 + 25
KZ = δ
=
= 1,018
1360
Fδ

(1.23)

(1.24)

■ Mật độ từ thông gông Stator:

= 0,7T
2 hg2 l2 kc
2 ⋅ 1,5 ⋅ 24,4 ⋅ 0,95

⇒ H g2 = 1A / cm
Lg2
Fg2

π(Dnr − hg2 )

3,14(55,45 − 1,5)
=
=
= 4,7cm
2p
2 ⋅ 18
= H g2 Lg2 = 1 ⋅ 4,7 = 4,7 A

■ Tổng sức từ dộng mạch từ:
F = Fδ + FZ1 + Fg1 + Fg2 =

= 1360 + 25 + 1,35 + 4,7 = 1391A

(1.26)

(1.27)

■ Hệ số bão hòa toàn mạch:

kµ =

1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW

■ Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn:
Ltb = L1 + Ldn = 24 + 7,1 = 31,1cm

(1.31)

■ Chiều dài dây quấn một pha:
L1 = 2 Ltb w1 10−2 = 2 ⋅ 31,1 ⋅ 216 ⋅ 10−2 = 134,5m

■ Điện trở tác dụng của dây quấn Stator:
L1
1
134,5
r1 = ρ75
=
⋅
= 0,44Ω
n1 a1 s1 46 5 ⋅ 1 ⋅ 1,32
r1*

I
31,75
= r1 1 = 0,44 ⋅
= 0,063
220
U1

(1.32)


⇒

λr1 =

30,94 ⎛⎜
3
2,7 0,5 ⎞⎟
+ ⎜⎜0,785 −
−
+
⎟ = 1,896
⎝
3⋅7
2⋅7
7
3 ⎠⎟

■ Hệ số từ dẫn tạp Stator: λt = 0 (Hệ số này lấy tương đối tương đương máy

đồng bộ cực tròn do ghép liền nam châm vĩnh cửu ).
■ Hệ số từ tản phần đầu nối:
q
λdn = 0,34 1 ( Ldn − 0,64 β τ )
lδ
1
= 0,34 ⋅
(7,1 − 0,64 ⋅ 1 ⋅ 4,2) = 0,06
24,4

(1.35)