Báo cáo 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

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 Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi khoa häc cÊp nhµ n−íc Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o bé ph¸t ®iÖn b»ng søc giã cã c«ng suÊt 10- 30KW phï hîp víi ®iÒu kiÖn viÖt nam M∙ sè KC 06.20CN Chñ nhiÖm ®Ò tµi: gs, tskh. nguyÔn phïng quang 6700 24/12/2007 hµ néi - 2007 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 thảo viết xong tháng 3/2007 Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện đề tài cấp Nhà nước, mã số KC.06.20CN Danh sách những người thực hiện Số TT Họ tên Cơ quan công tác Nội dung tham gia 1 PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Chủ nhiệm Đề tài 2 ThS. Lê Anh Tuấn PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 3 KS. Phí Kim Phúc PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 4 ThS. Trương Xuân Hùng PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 5 KS. Chu Đình Đức PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 6 KS. Phạm Vũ Dương PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 7 ThS. Triệu Đức Long PTN Tự động hóa, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 8 ThS. Phạm Trung Kiên Bộ môn Điều khiển tự động, ĐHBK Hà Nội Thành viên nhóm Đề tài KC.06.20CN 9 TS. Đỗ Quốc Quang Viện Công nghệ, Bộ CN Hệ thống cột tháp (chương 2) 10 TS. Nguyễn Đình Kiên Viện Cơ học Việt Nam Thành viên nhóm TS. Đỗ Quốc Quang 11 ThS. Đỗ Xuân Ngôi Học viện Kỹ thuật quân sự Thành viên nhóm TS. Đỗ Quốc Quang 12 KS. Trần Xuân Thành Viện Công nghệ, Bộ CN Thành viên nhóm TS. Đỗ Quốc Quang 13 TS. Bùi Đức Hùng Bộ môn Thiết bị điện, ĐHBK Hà Nội Mục 1.2.2 và 1.2.3 14 TS. Phạm Anh Tuấn Viện Cơ học Việt Nam Mục 1.3.2 Ngoài danh sách những người thực hiện phần chuyên môn kể trên, Đề tài còn 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 Ý nghĩa A Ma trận hệ thống Br, Bs Ma trận vào phía Rotor, Stator CAh, CPh Dung lượng dòng, dung lượng công suất của ắc-quy EB Điện áp ắc-quy FWt, FWc Sức cản của gió do Turbine, do cột gây nên Hs, Hr Ma trận đầu vào phía Stator, phía Rotor ir, ird, irq Vector dòng Rotor, hai thành phần trục d, q is, isd, isq Vector dòng Stator, hai thành phần trục d, q J Mômen quán tính K, V Ma trận phản hồi trạng thái, ma trận lọc đầu vào (ma trận tiền xử lý) Ls, Lr, Lm, Lσr, Lσs Điện cảm Stator, Rotor, hỗ cảm giữa 2 cuộn dây, điện cảm tản phía Rotor và Stator Lsd, Lsq Điện cảm dọc trục, ngang trục mG, mM Mômen của máy phát, của động cơ n Tốc độ quay, hay hệ số bằng phẳng của địa hình P, Q Công suất hữu công, vô công RI Ma trận điều chỉnh dòng T+, T-, Tpulse Thời gian thực hiện u+, u-, chu kỳ băm xung Tr, Ts Hằng số thời gian phía Rotor, Stator Tsd, Tsq Hằng số thời gian phía Stator đo dọc, ngang trục u+, u-, uT, uTα Hai vector điện áp chuẩn, vector quay tròn, vector điện áp đặt lên đầu vào biến thế l, , ,su sv swu u u U Ba điện áp pha, module điện áp máy phát UDC Điện áp mạch một chiều (DC) trung gian ur, urd, urq Vector điện áp Rotor, hai thành phần trục d, q us, usd, usq Vector điện áp Stator, hai thành phần trục d, q v, vz Vận tốc gió, vận tốc gió ở độ cao z x Vector biến trạng thái y Vector biến ra của khâu điều chỉnh dòng zp Số đôi cực của máy điện λ 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 ωr, ωs, ω Vận tốc góc mạch điện phía Rotor, Stator, vận tốc góc cơ học của Rotor σ Hệ số tản Φ Ma trận quá độ trạng thái Ψ Độ nghiêng của quỹ đạo vector dòng điện Các chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa ALASKA Phần mềm Alaska ASVS AC Current Space Vector Trajectory Slope Method BĐKHT, BĐKCT Bộ điều khiển cấp hiện trường, cấp hệ thống BK-Wind Nhãn mác đã đăng ký của thiết bị phát điện sức gió CL Chỉnh lưu DFIG Doubly-Fed Induction Generator DSP Digital Signal Processor, vi xử lý tín hiệu ĐB-KTVC Đồng bộ kích thích vĩnh cửu ĐC, ĐK Điều chỉnh, điều khiển ĐCD Điều chỉnh dòng HSCS Hệ số công suất IGBT Insulated Gate Bipolartransistor, van bán dẫn KĐB-RDQ, KĐB-RLS, KĐB-NK Không đồng bộ Rotor dây quấn, không đồng bộ Rotor lồng sóc, không đồng bộ nguồn kép MASVS Modified AC Current Space Vector Trajectory Slope Method MĐN Máy đóng ngắt MP Máy phát NDCCM Normalized DC Current Method NL, NLMP, NLPL Nghịch lưu, nghịch lưu phía máy phát, nghịch lưu phía lưới NSOTD Normalized direct current method for Short of Open Transitor Detection PĐCSG, PĐCSG-ĐL Phát điện chạy sức gió, phát điện chạy sức gió độc lập PLECS Chương trình mô phỏng mạch điện tử công suất PWM Pulse Width Modulation, điều chế bề rộng xung S7-200 PLC loại Simatic S7-200 của Siemens SAP2000 Phần mềm SAP2000 SCIG Squirel-Cage Induction Generator SG Synchronous Generator, máy phát đồng bộ SSOTD Simple direct current method for Short of Open Transitor Detection T4R Tựa theo từ thông Rotor TĐĐ Truyền động điện THĐAL Tựa hướng điện áp lưới TKTT Tách kênh trực tiếp TMS320F2812 Vi xử lý tín hiệu TMS320F2812 TTHCX Tuyến tính hóa chính xác, Exact Linearization VAC, VDC Volt xoay chiều, volt một chiều I Mục lục Trang Lời nói đầu Danh sách các ký hiệu và chữ viết tắt 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 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 1.2.2.7 1.2.3 1.2.3.1 1.2.3.2 1.2.3.3 1.2.3.4 1.2.3.5 1.2.3.6 1.2.3.7 1.2.3.8 1.3 1.3.1 1.3.1.1 1.3.1.2 1.3.2 1.3.2.1 1.3.2.2 1.4 Đặt vấn đề Máy phát điện Máy phát điện đang sử dụng trong đề tài KC.06.20CN Thiết kế máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu phục vụ tự chế tạo sau này tại Việt Nam Xác định các kích thước cơ bản Tính toán mạch từ Tổn hao ở chế độ làm việc định mức Các đặc tính làm việc của máy phát điện 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 2 3 3 6 10 12 17 18 19 20 20 26 27 30 34 40 42 43 44 44 46 47 49 50 62 67 II 2 Sản phẩm 2: Hệ thống cột theo kiểu module 69 2.1 2.1.1 2.1.2 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 Phân tích, tính toán kết cấu cột dây văng Mô tả kết cấu Hệ tải trọng tác dụng lên kết cấu Tải trọng gió Tải trọng gió do sức cản của cánh quạt Turbine Fwt Tải trọng gió do cản của cột chính Fwc Tải trọng của Turbine Phân tích, tính toán kết cấu theo lý thuyết của Timoshenco Phân tích, tính toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm SAP2000 Lựa chọn phần tử Phân tích 3D Kiểm tra ổn định của cột phụ khi lắp dựng Độ bền kết cấu cụm quay tại chân cột Thiết kế kết cấu cột tháp Mô tả thiết kế Mô tả hoạt động của hệ thống Các bản vẽ thiết kế chi tiết Kết luận Tài liệu tham khảo của chương 2 69 69 70 70 71 72 72 73 76 76 78 78 80 82 82 87 91 92 92 3 Sản phẩm 3: Trạm điều khiển mặt đất 93 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 3.1.4.1 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 94 94 94 96 100 101 101 114 129 129 131 147 148 148 III 3.1.4.2 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 3 159 162 166 4 Sản phẩm 4: Hệ thống lưu điện 169 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 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 4 169 175 175 176 180 186 5 Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ 187 5.1 5.2 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 Khái quát về máy phát không đồng bộ Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ Rotor dây quấn Cấu trúc của hệ thống PĐCSG dùng máy phát KĐB-RDQ Mô hình toán và các biến điều khiển máy phát KĐB-RDQ Mô hình toán của máy phát KĐB-RDQ Mô hình trạng thái gián đoạn của máy phát KĐB-RDQ Các biến điều khiển cách ly công suất hữu công P và vô công Q Cấu trúc điều khiển tuyến tính phía máy phát Mô hình dòng Rotor Điều khiển cách ly P và Q bằng bộ điều chỉnh dòng 2 chiều Cấu trúc điều khiển phi tuyến phía máy phát Khái quát về phương pháp tuyến tính hóa chính xác (TTHCX, Exact Linearization) Đặc điểm phi tuyến của mô hình máy phát KĐB-RDQ Điều khiển cách ly P và Q bằng cấu trúc thiết kế theo phương pháp TTHCX Điều khiển cách ly P và Q bằng cấu trúc thiết kế theo phương pháp cuốn chiếu (Backstepping) Cấu trúc điều khiển phía lưới Mô hình toán mạch điện phía lưới 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 187 189 189 190 190 193 194 197 197 197 198 199 200 200 202 203 203 204 206 206 206 IV 5.3.2 5.3.2.1 5.3.2.2 5.3.3 5.3.3.1 5.3.3.2 5.4 Cấu trúc điều khiển tuyến tính phía máy phát Mô hình trạng thái gián đoạn Điều khiển cách ly P và Q bằng bộ điều khiển dòng 2 chiều Cấu trúc điều khiển phi tuyến phía máy phát Đặc điểm phi tuyến của mô hình Điều khiển cách ly P và Q bằng cấu trúc thiết kế theo phương pháp tuyến tính hóa chính xác (Exact Linearization) Tài liệu tham khảo của chương 5 208 208 210 212 213 213 214 6 Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu 217 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 Khái quát về máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu Điều khiển máy phát ĐB-KTVC công suất nhỏ, vận hành ở chế độ ốc đảo Điều khiển máy phát ĐB-KTVC công suất lớn, vận hành ở chế độ hòa lưới Mô hình toán của máy phát ĐB-KTVC Mô hình trạng thái liên tục Mô hình trạng thái gián đoạn Cấu trúc điều khiển tuyến tính Cấu trúc điều khiển phi tuyến Tài liệu tham khảo của chương 6 217 218 220 220 221 222 223 224 225 7 Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ thống thiết bị điều khiển 227 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 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 228 228 231 233 233 234 235 237 237 240 241 242 242 V 7.3.1.1 7.3.1.2 7.3.2 7.3.2.1 7.3.2.2 7.3.2.3 7.4 7.4.1 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 Chế độ giám sát thực trạng vận hành Chế độ nạp firmware Tài liệu tham khảo của chương 7 242 246 249 249 250 251 251 253 254 254 255 262 262 265 267 8 Cấu trúc bù cosϕ cho tải ở chế độ ốc đảo 269 8.1 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.3 8.3.1 8.3.2 8.4 Mô hình phụ tải Phương pháp bù cosϕ Ý tưởng của phương pháp Sử dụng bộ điều khiển PI kinh điển Sử dụng bộ điều khiển PI mờ Cấu trúc hệ thống điều chỉnh hệ số công suất Mô phỏng kiểm chứng Cấu trúc Simulink và PLECS Kết quả mô phỏng Tài liệu tham khảo của chương 8 269 270 270 272 273 275 275 276 279 286 9 Sản phẩm đào tạo: Kỹ sư, Thạc sĩ, Tiến sĩ 287 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.2 9.2.1 9.2.2 Các sản phẩm đào tạo Danh sách các đồ án tốt nghiệp Kỹ sư Danh sách các luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Luận văn tốt nghiệp Tiến sĩ Các báo cáo hội nghị, hội thảo hay tạp chí trong và ngoài nước Trong nước Ngoài nước 287 287 288 288 288 288 289 10 Kết luận và kiến nghị 291 10.1 10.2 Kết luận Kiến nghị 291 291 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 Turbine trong nước. Nội dung thiết kế máy phát điện 20kW (không đồng bộ Rotor lồng sóc, đồng bộ kích thích vĩnh cửu) đã được thực hiện một cách rất nghiêm túc và chi tiết. Nội dung thiết kế lại và mô phỏng kiểm chứng Turbine đã được TS. Phạm Anh Tuấn thực hiện với nhiều khiếm khuyết. Chủ nhiệm đề tài KC.06.20CN đã phải hợp tác với Trung tâm Nghiên cứu vật liệu Polymer (Phó GĐ Trung tâm, PGS. TS. Bùi Chương) thực hiện bổ sung phần thiết kế - chế tạo khuôn mẫu cánh Turbine (bằng vật liệu Polymer) phục vụ chế tạo mới sau này. • Chương 2 „Sản phẩm 2: Hệ thống cột theo kiểu module“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 2 trong mục 17 của thuyết minh đề tài. Chương này chiếm 24 trang. Sản phẩm này là một bộ phận quan trọng trong tổng thể hệ thống phát điện chạy sức gió 20kW của đề tài KC.06.20CN. Sản phẩm hoàn toàn được tự lực thiết kế, chế tạo và lắp đặt tại Việt Nam. Đề tài KC.06.20CN đã hợp tác với nhóm chuyên gia do TS. Đỗ Quốc Quang (Viện Công nghệ - Bộ Công nghiệp) đứng đầu để hoàn thành phần nhiệm vụ này. Kết quả thu được là một hệ thống cột tháp đáp ứng tốt công năng yêu cầu, đồng thời cho phép lắp ráp - nâng hạ một cách dễ dàng và không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Chương này giới thiệu các nội dung: + Phân tích, tính toán kết cấu cột dây văng. + Thiết kế cụ thể kết cấu cột tháp. • 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 kế cấu trúc điều khiển nạp ắc-quy. • Chương 5 „Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1.1 trong mục 16 của thuyết minh đề tài. Chương này chiếm 30 trang với các phương pháp điều khiển tuyến tính và phi tuyến cho: + Máy phát không đồng bộ rotor dây quấn (KĐB-RDQ), còn được gọi là không đồng bộ nguồn kép (Doubly-Fed Induction Generator: DFIG). Máy phát KĐB-RDQ có Stator ghép trực tiếp với lưới, còn phía Rotor được nối với lưới qua thiết bị điện tử công suất. + Máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc (KĐB-RLS, Squirel-Cage Induction Generator: SCIG). Khác với máy phát KĐB-RDQ, máy phát KĐB-RLS có Stator nối với lưới qua thiết bị điện tử công suất. • Chương 6 „Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1.2 trong mục 16 của thuyết minh đề tài. Chương này có 9 trang giới thiệu các phương pháp điều khiển tuyến tính và phi tuyến cho máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB- KTVC, Permanentmagnet Excited Synchronous Generator: PMSG). • Chương 7 „Chẩn đoán – giám sát từ xa thực trạng vận hành hệ thống 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 khoa học và Workshop tại nước ngoài. Ngoài ra, báo cáo còn có phần phụ lục được tổ chức thành 3 quyển: • Phụ lục 1: Bao gồm các loại bản vẽ thuộc hạng mục sản phẩm „Sơ đồ“ có số thứ tự 2 trong mục 16 của „Thuyết minh đề tài“. Đó là các sơ đồ tủ điện chính, sơ đồ Hardware (mạch và Layouts), sơ đồ phần điện tử công suất. Các bản vẽ cơ khí (hệ thống cột tháp) và xây dựng (hệ thống móng và nhà điều khiển) cũng được tập hợp trong phụ lục này. Quyển phụ lục 1 giữ vai trò „Thuyết minh kỹ thuật“ cụ thể, hỗ trợ cho các thuyết minh khoa học trong báo cáo chính. • Phụ lục 2: Gồm có hai nội dung „Hướng dẫn sử dụng“ sau: + Hướng dẫn nâng hạ hệ thống cột tháp. + Hướng dẫn vận hành tủ điện điều khiển. • Phụ lục 3: Bao gồm các loại mã nguồn (Listings of Source Codes) của chương trình: + 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 2 „Sản phẩm 2: Hệ thống cột theo kiểu module“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 2 trong mục 17 của thuyết minh đề tài. • 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 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. • Chương 5 „Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1.1 trong mục 16 của thuyết minh đề tài. • Chương 6 „Phương pháp điều khiển máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu“. Giới thiệu về sản phẩm có số thứ tự 1.2 trong mục 16 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. Trong quá trình thực hiện Đề tài KC.06.20CN đã nhận được sự hỗ trợ rất lớn về vật chất từ Công ty cổ phần Cung ứng Đầu tư và Xây lắp (tên viết tắt: SIC) như diện tích lắp đặt (≈ 4000m2), chi phí xây dựng (hệ thống móng cột, móng tời, móng giằng, nhà điều khiển), điều kiện ăn ở miễn phí cho đội ngũ Kỹ sư thi công, cùng với không khí cởi mở hợp tác giữa cán bộ nhân viên của hai đơn vị. Xin chân thành cảm ơn Công ty SIC. Không thể hoàn thành được Đề tài nếu không có nỗ lực tối đa của nhóm thực hiện thuộc Phòng thí nghiệm Tự động hóa (trường ĐHBK Hà Nội): Các Kỹ sư của nhóm đã phát huy năng lực sáng tạo để đưa Đề tài tới đích, không quản thời gian, nắng mưa, phải xa nhà nhiều tháng khi thi công, khi khắc phục hậu quả thiên tai. Một lời cảm ơn gửi tới nhóm sẽ là chưa đầy đủ: Chủ nhiệm Đề tài rất biết ơn về sự hợp tác đó. Cuối cùng, bản báo cáo đã được Chủ nhiệm Đề tài tự tay chấp bút, sử dụng các tài liệu của Đề tài, các đồ án và luận văn tốt nghiệp (nêu trong mục tài liệu tham khảo ở cuối mỗi chương). Tuy đã viết với sự cẩn trọng cao nhất, báo cáo vẫn khó tránh khỏi còn sai sót, người viết chân thành xin lỗi về các sơ suất đó và cảm ơn về các đóng góp sửa sai. Các nội dung khoa học trong báo cáo là sở hữu trí tuệ của Đề tài KC.06.20CN, việc sao chép và sử dụng báo cáo cần phải được phép của Bộ Khoa học – Công nghệ và Chủ nhiệm Đề tài KC.06.20CN. Chủ nhiệm Đề tài KC.06.20CN PGS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 1.1 Đặt vấn đề Đây là nhóm sản phẩm bao gồm hai thành phần quan trọng của hệ thống 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. 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 2 1.2.1 Máy phát điện đang sử dụng trong đề tài KC.06.20CN Máy phát hiện đang lắp trên tháp phát điện (được mua của Công ty WESTWIND Windturbines, Úc) là loại đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) với các tham số như sau: Bảng 1.1 Tham số của máy phát đang sử dụng Công suất danh định 20 kW Điện áp ra danh định (pha-pha) 220 V (AC 50 Hz) Điện áp ra hở mạch khi quay ở tốc độ danh định (pha-pha) 360 V (AC 50 Hz) Dòng danh định 55 A (AC 50 Hz) Tần số 0 – 50 Hz (thay đổi theo sức gió) Điện trở Stator Rs (pha, Stator mắc hình sao) 0,41 Ω (nhiệt độ: 180oC) 0,25 Ω (nhiệt độ: 20oC) Điện cảm Stator Ls (pha, Stator mắc hình sao, Ls = Lsd = Lsq) 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) Kích từ 36 cực Nd-Fe-B (nam châm vĩnh cửu) Số đôi cực 18 (36 cực với mỗi cuộn dây có 12 vòng) Tốc độ quay danh định 166,7 vòng / phút (ứng với f = 50 Hz) Mômen quán tính toàn phần 412 kgm2 (trong đó 396 kgm2 thuộc về 3 cánh turbine) Mômen không tải (gồm ma sát và sức hút của nam châm vĩnh cửu kích từ) 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 ( ) l ( ) l ( ) sin 2 sin 2 2 3 sin 2 2 3 su sv sw u U ft u U ft u U ft π π π π π ⎧⎪ =⎪⎪⎪⎪ = +⎨⎪⎪⎪ = −⎪⎪⎩ với l 5,88U f= (1.1) f = tần số công tác [Hz], t = thời gian [s] Đây là đặc điểm cần phải được đặc biệt chú ý trong quá trình mô phỏng nghiên cứu và thiết kế cụ thể. Thêm vào đó, do đặc điểm tần số máy phát (tốc độ quay) biến thiên trong một dải khá rộng 0 – 50Hz, khiến cho điện kháng phức nội của máy phát cũng thay đổi phụ thuộc tỷ lệ thuận với tốc độ quay. Nói 1.2 Máy phát điện 3 cách khác, điện áp rơi trên điện cảm của máy phát cũng có biên độ phụ thuộc tốc độ quay. 1.2.2 Thiết kế máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu phục vụ tự chế tạo sau này tại Việt Nam Máy phát ĐB-KTVC được thiết kế sẵn sàng để phục vụ cho quá trình tự chế 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. 220f dU U V= = (1.2) ■ Dòng điện: Với cosϕ = 0.95 chọn sơ bộ theo kiểu máy. 320 10 55 3 cos 3 220 0,95 55 31,75 3 3 d d f PI A U II A ϕ ⋅= = =⋅ ⋅ = = = (1.3) ■ Công suất tính toán. ' 1,07 20 21,4e dmP k P kW= = ⋅ = (1.4) ■ Chọn sơ bộ bước răng Stator. t = 1,4cm ■ Bước cực của máy: Ở đây chọn số rãnh của một pha dưới một cực q =1 1,4 3 1 4,2t mq cmτ = = ⋅ ⋅ = (1.5) ■ Đường kính ngoài của Stator: 2 4,2 36 48,15 3,14s pD cmτπ ⋅= = = (1.6) ■ Chiều dài lõi thép: 7 2 6,1 10 ' s d s pl k k A B D nδ δ δα −⋅= (1.7) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 4 Với: 0,96; 1,11; 1; 0,5 ; 272 / ; 48,15s d nsk k B T A A cm D cmδ δα = = = = = = 7 2 6,1 10 21,4 23,33 0,96 1,11 272 0,5 48,13 166,67 l cmδ ⋅ ⋅= =⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Chọn lδ = 24cm. Đây cũng chính là chiều dài lõi thép Stator và nam châm vĩnh cửu. b) Dây quấn, rãnh Stator và khe hở không khí ■ Số rãnh Stator: 1 1 12 2 3 18 1 108Z m p q= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.8) ■ Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh: 1 1 1 272 1,4 12 31,75r A t au I ⋅= = = (1.9) Chọn số mạch nhánh song song a = 1. ■ Số vòng dây nối tiếp của một pha: 1 1 1 1 18 1 12 /1 216r p q uw a = = ⋅ ⋅ = (1.10) ■ Tiết diện và đường kính dây quấn: Sơ bộ chọn mật độ dòng điện J = 4,8A/mm2. Từ đó ta tính đuợc tiết diện cần thiết: 231,75 6,61 4,8 Is mm J = = = (1.11) Chọn dây 1,3/1,35 chập 5 để thuận tiện cho việc quấn và lồng dây. Tiết diện thực của dây quấn là 6,63mm2. ■ Từ thông khe hở không khí: 3 1 1,07 220 4,909 10 4 4 1,11 50 216 e s d k U Wb f k k w ψ −⋅= = = ⋅⋅ ⋅ ⋅ (1.12) ■ Mật độ từ thông khe hở không khí: 4 3 4 1 10 4,909 10 10 0,5 0,96 4,2 24 B T lδ δ ψ α τ −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ (1.13) ■ Kích thước rãnh: Rãnh có diện tích như sau. 2 2 1 2 1 2 1 12 2 2 2 ( ) 8 2 2 (7 5,6 ) 7 5,6 26 5 192,19 8 2 d d d d dS h mm π π ⎛ ⎞+ + ⎟⎜= + − =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ + += + ⋅ = (1.14) 1.2 Máy phát điện 5 26 .5 R2.8 R3.5 2.5 0. 5 H×nh 1.1 Kích thước rãnh lồng dây ■ Bề rộng răng Stator: ' 41 1 1 1 1 '' 41 12 1 2 ' '' 1 1 1 ( 2 ) (481,3 2 0,5 7) 6,8 6,76 108 [ 2( )] [481,3 2(0,5 29)] 5,6 6,78 108 6,76 6,78 6,77 2 2 s z s z z z z D h db d Z mm D h hb d Z mm b bb mm π π π π − −= − − ⋅ −= − = − += − − += − = + += = = (1.15) ■ Chọn khe hở không khí: 1,6mmδ = ■ Chọn chiều cao gông Stator: 1 30gh mm= 2 1 2 22 2 3 2481,3 2 30 2 32,3 5,6 360,43 3 ts s g rD D h h d mm ⇒ = − − + = − ⋅ − ⋅ + = (1.16) c) Kích thước Rotor Rotor là phần nằm phía ngoài, gắn trực tiếp với hệ thống turbine gió. Các kích thước tính toán dưới đây đảm bảo cho phần điện từ của máy phát điện. ■ Bề rộng mặt cực từ: Với 0,96mα = ta có 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 6 0,96 4,2 4,035m mb cmα τ= = ⋅ = (1.17) ■ Đường kính trong của Rotor: 2 481,3 2 1,6 484,5tr sD D mmδ= + = + ⋅ = (1.18) ■ Đường kính gắn nam châm sơ bộ: Ở đây ta sơ bộ chọn bề dày thanh nam châm là 20,5mm. ' 2 484,5 2 20,5 525,5tr tr ncD D l mm= + = + ⋅ = (1.19) ■ Đường kính ngoài lõi sắt Rotor: Sơ bộ chọn bề dày vỏ máy (đồng thời là mạch dẫn từ) là 15mm. ' 22 525,5 2 15 555,5nr tr gD D h mm= + = + ⋅ = (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. 1 1 1 2 2 41 1 41 1 2 1 2 ( / ) (3 /1,6) 0,511 5 / 5 3 /1,6 1,4 1,062 1,4 0,511 0,16 1 1,062 tk t b b k k k k k δ δ δ δ δ δ ν δ δν δ = − = = =+ + = =− ⋅ = = = (1.21) ■ Sức từ động khe hở không khí: 4 41,6 10 1,6 0,5 1,062 0,16 10 1360F B k Aδ δ δ δ= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.22) ■ Mật độ từ thông răng Stator: 1.2 Máy phát điện 7 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0,5.1,4 1,01 0,677.0,95 4,09 / 5,632,3 30,43 3 3 2 2 4,09 3,043 25 Z Z c Z z r Z Z z B l tB T b l k H A cm dh h mm F H h A δ= = = ⇒ = = − = − = ⇒ = = ⋅ ⋅ = (1.23) ■ Hệ số bão hòa: 1 1360 25 1,018 1360 Z Z F FK F δ δ + += = = (1.24) ■ Mật độ từ thông gông Stator: 4 3 4 1 1 4 1 1 1 1 1 10 4,909 10 10 0,35 2 2 3 24 0,95 0,4 / ( 2 ) 3,14(48,13 2 3,23 3) 3,373 2 2 18 0,4 3,373 1,35 g g c g s r g g g g B T h l k H A cm D h h L cm p F H L A ψ π −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = − − − ⋅ −= = =⋅ = = ⋅ = (1.25) ■ Mật độ từ thông gông Rotor: 4 3 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 10 4,909 10 10 0,7 2 2 1,5 24,4 0,95 1 / ( ) 3,14(55,45 1,5) 4,7 2 2 18 1 4,7 4,7 g g c g nr g g g g g B T h l k H A cm D h L cm p F H L A ψ π −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = − −= = =⋅ = = ⋅ = (1.26) ■ Tổng sức từ dộng mạch từ: 1 1 2 1360 25 1,35 4,7 1391 Z g gF F F F F A δ= + + + = = + + + = (1.27) ■ Hệ số bão hòa toàn mạch: 1391 1,0228 1360 Fk Fµ δ = = = (1.28) ■ Chiều dài phần đầu nối dây quấn sơ bộ: Với dây quấn bước đủ: 1 3 2 Zy p = = (1.29) Ta có: 1 1 ( ) (48,13 3,23)3 3,916 108 1,3; 1 2 1,3 3,916 2 7,1 s r y dn dn dn y D h y cm Z k p L k p cm π πτ τ − −= = = = = ⇒ = + = ⋅ + = (1.30) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 8 ■ Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn: 1 24 7,1 31,1tb dnL L L cm= + = + = (1.31) ■ Chiều dài dây quấn một pha: 2 2 1 12 10 2 31,1 216 10 134,5tbL L w m − −= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.32) ■ Điện trở tác dụng của dây quấn Stator: 1 1 75 1 1 1 * 1 1 1 1 1 134,5 0,44 46 5 1 1,32 31,750,44 0,063 220 Lr n a s Ir r U ρ= = ⋅ = Ω⋅ ⋅ = = ⋅ = (1.33) ■ Hệ số từ dẫn rãnh Stator: '1 41 2 41 41 ' , 1 1 2 '1 2 1 41 41 1 (0,785 ) 3 2 1; 1 0,1 2 32,3 0,1 5,6 2 0,4 30,94 72 2 0,4 2,7 2 2 7 0,5 3 30,94 3 2,7 0,50,785 3 7 2 7 7 3 r r r h b h hk k b b b b k k h h d c mm dh c mm b d mm h mm b mm β β β β λ β λ = + − + + = = = = − − = − ⋅ − ⋅ = ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= − − =− − ⋅ =−⎟ ⎟⎜ ⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ = = = = ⎛⇒ = + − − +⎝⋅ ⋅ 1,896 ⎞⎟⎜ =⎟⎜ ⎟⎜ ⎠ (1.34) ■ Hệ số từ dẫn tạp Stator: 0tλ = (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: ( ) ( ) 10,34 0,64 10,34 7,1 0,64 1 4,2 0,06 24,4 dn dn q L lδ λ β τ= − = ⋅ − ⋅ ⋅ = (1.35) ■ Hệ số từ dẫn tổng: 1 1,896 0 0,06 1,956r t dnλ λ λ λ= + + = + + =∑ (1.36) ■ Điện kháng tản dây quấn Stator: 2 2 1 1 1 1 1 * 1 1 50 216 240,158 0,158 1,956 100 100 100 100 18 0,96 31,750,96 0,138 220 f w lx p q Ix x U δδ σ σ λ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= =⎟ ⎟⎜ ⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ = Ω = = ⋅ = ∑ (1.37) 1.2 Máy phát điện 9 ■ Điện kháng phần ứng: 2 0 7 2 * 1 1 1 1 4 4 10 0,042 0,24 216 14 3 50 3,6 1,062 1,0228 0,0016 18 31,753,6 0,52 220 dqu W klEx m f I k k p Ix x U δ δ µ µ τ π δ π π − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Ω⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ = (1.38) ■ Sức từ động do phản ứng phần ứng gây nên: 2 3 2 216 1 31,75 514,8 18 dq u u W kmF I p A π π = ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ = (1.39) ■ Kiểm nghiệm lại hệ số Ke : ( ) * * * 2 * 2 2 2 ( ) ( ) 1 0,063 0,138 1,07 uKe E U r xδ σ= = + + = + + = (1.40) Hệ số này không sai khác so với giả thiết ban đầu nên kết quả tính toán là có thể chấp nhận được. ■ Phương trình cân bằng điên áp của máy phát ở chế độ định mức (chế độ danh định): ( ) ( ) * * * * * * * 0 * * * * * * * 0 * 2 2 0 * 0 0 ( ) 1 0,138 0,52 1 0,062 1,062 0,658 1,062 0,658 1,245 220 220 1,245 273,9 u u u u u u u u u u U E J I x x I r E U j I x x I r j j E E E V σ σ = − + − ⇒ = + + + = + + + ⋅ = + ⇒ = + = ⇒ = = ⋅ = (1.41) Trong đó: * * *0,062; 0,138; 0,52u ur x xσ= = = ■ Từ thông khe hở không khí lúc không tải: 0 30 4 265,35 5,7 10 4 4 1,11 50 1 216 s d s d E k k f W E Wb k f k W ψ ψ − = ⇒ = = = ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (1.42) ■ Mật độ từ thông khe hở không khí lúc không tải: 4 3 4 0 1 10 5,7 10 10 0,579 0,96 4,2 24,4 B T lδ δ ψ α τ −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ (1.43) ■ Lựa chọn nam châm vĩnh cửu: Loại nam châm N38, xem thông số theo bảng của hãng NINBO (Trung Quốc, website: 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 10 Bảng 1.2 Tham số nam châm N38 của Công ty NINBO (Trung Quốc) Độ từ dư Sức kháng từ Nội KT (BH) max to kGs T kOe kA/m kOe kA/m MGOe kJ/m oC T T NC No m Min No m Min No m Min No m Min No m M in No m Min 1 N38 12.6 12.2 1.26 1.22 11.5 10.8 915 860 ≥12 ≥955 38 36 303 287 ≤80 2 N38M 12.6 12.2 1.26 1.22 11.5 10.8 915 860 ≥12 ≥955 38 36 303 287 ≤100 3 N38H 12.6 12.2 1.26 1.22 11.5 10.8 915 860 ≥12 ≥955 38 36 303 287 ≤120 4 N38U H 12.6 12.2 1.26 1.22 11.5 10.8 915 860 ≥12 ≥955 38 36 303 287 ≤200 Đây là loại nam châm thông dụng với giá thành hợp lý. Cũng có thể sử dụng các loại nam châm khác có chất lượng cao hơn (cũng tra cứu trong website trên). ■ Kích thước nam châm vĩnh cửu: Để tạo ra từ thông khe hở không khí theo yêu cầu của máy, kích thước tối thiểu của một miếng nam châm phải là: + Chiều dài: 240ncl l mmδ= = + Bề rộng cung: * 0,96 * 420 40,4nc mmδτ α τ≈ = = + Bề dầy tính toán: 18,175ttb mm= Đây là giá trị tính toán nam châm theo phần mềm tính toán của hãng. Ngoài ra ta cần thêm hệ số dự trữ phòng sự lão hoá của nam châm theo thời gian trong quá trình vận hành. Vậy ta chọn: 1,0228 1,0025 1,1 18,175 20,5nc gh dc ttb k k k b mmµ= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.44) kµ : Hệ số bão hòa mạch từ ghk : Hệ số hiệu chỉnh do việc tăng từ trở khi ghép nam châm với Rotor dtk : Hệ số dự trữ Mật độ từ thông tính toán ứng với giá trị 0,61nc ttb B T⇒ = . Mật độ từ thông thực: 0 0,61 0,593 1,0228 1,0025 tt t gh BB T k kµ ≈ = =⋅ (1.45) Từ thông thực trong khe hở không khí khi mới chế tạo: 31 0 0 4 4 0,96 4,2 24 0,593 5,73 10 10 10 tl B Wbδδ α τψ −⋅ ⋅ ⋅= = = ⋅ (1.46) 1.2.2.3 Tổn hao ở chế độ làm việc định mức ■ Trọng lượng răng Stator: ' 3 1 1 1 1 1 1 3 10 7,8 108 0,677 3,043 24 0,95 10 39,6 Z Fe Z Z cG Z b h l k kg γ − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.47) 1.2 Máy phát điện 11 ■ Trọng lượng gông từ Stator: 3 1 1 1 3 2 10 7,8 24 3,373 3 2 18 0,95 10 64,78 Fe g g cG l L h pk kg γ − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.48) ■ Tổn hao sắt trong lõi sắt Stator: + Tổn hao trong răng: 1,3 2 3 1/ 50 1 1 2 3 10 50 1,7 1,56 1,01 39,6 10 0,107 Fez gcz Z Fez fP k p B G kW − − ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.49) + Tổn hao trong gông: 1,3 2 3 1 1/ 50 1 1 2 3 10 50 1,3 1,56 0,35 65,86 10 0,0161 Feg gcg g Feg fP k p B G kW − − ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.50) ■ Tổn hao cơ: 3 2 1 2 3 3,68 40 100 52,2 166,67 4,55 6000 6000 4,553,68 18 0,24 0,048 40 co co v lP p Dnv P kW π π ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⋅= = = ⎛ ⎞⎟⎜⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (1.51) ■ Tổn hao trên bề mặt cực từ: ( ) ( ) 1,5 2 31 0 1 1 0 0 0 1 1,5 2 3 0,5 2 10 10000 10 1 0,573 1,062 1 0,035 108 166,67 0,035 1,40,5 2 18 4,2 0,96 24,4 6 10 10000 10 0,0005 bm bm Z n B tP p l k B B k T P kW δ δ ατ − − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= ⋅ ⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = − = ⋅ − = ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⋅ ⋅⎟ ⎟⎜ ⎜= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = (1.52) ■ Tổn hao phụ khi có tải: 3 3 0,005 3 cos 10 0,005 3 220 55 0,95 10 0,1 fP U I kW ϕ − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.53) ■ Tổn hao đồng trên dây quấn Stator: 2 3 1 1 2 3 10 3 31,5 0,44 10 1,3 cuP m I r kW − − = = = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.54) ■ Tổng tổn hao lúc tải định mức: 1 1 1 1,3 0,109 0,0164 0,048 0,0005 0,084 1,558 cu Feg Fez co bm fP P P P P P P kW = + + + + + = + + + + + = ∑ (1.55) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 12 ■ Hiệu suất: 3 1 1,558 101 1 0,93 3dm dm dm P P U I η ⋅= − = − =∑ (1.56) 1.2.2.4 Các đặc tính làm việc của máy phát điện d) Quan hệ giữa sức điện động không tải (điện áp) với tốc độ máy phát ở từ thông và dòng tải định mức ■ Quan hệ giữa sức điện động không tải với tốc độ: [ ] 0 3 4 4 60 184 1,11 216 5,73 10 1,649 60 s d s d pnE k k f W k k W n n V ψ ψ − = = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ (1.57) ■ Quan hệ giữa điện kháng tản với tốc độ: [ ] 2 1 1 1 1 1 2 1 1 2 3 0,158 100 100 2160,158 60 100 100 2160,158 24 1,956 5,767 10 60 100 100 u f W lx p q n l q n n δσ δ λ λ − ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⋅ ⎛ ⎞⎟⎜= ⋅ = ⋅ ⋅ Ω⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⋅ ∑ ∑ (1.58) ■ Quan hệ giữa điện kháng phần ứng với tốc độ: [ ] 2 20 0 7 2 4 4 60 4 10 0,042 0,244 3 216 0,0216 1,062 1,0228 0,0016 60 dqu u dq W kl lE nx m f m W k I k k p k k n n δ δ δ µ δ µ µ τ µ τ π δ π δ π π − = = = ⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ Ω⋅ ⋅ ⋅ (1.59) + Điện trở của dây quấn phần ứng: 0,44ur = Ω + Dòng điện tải: Giả sử dòng điện tải dược giữ ở định mức khi tốc độ thay đổi 31,75I A⇒ = . ■ Quan hệ giữa điện áp và tốc độ (khi từ thông và dòng ở giá trị định mức): ( ) ( ) ( ) [ ] 22 2 0 2 221,649 31,75 0,0274 31,75 0,44 1,401 13.9 u u u u uU E I x x I r n n n V σ= − + − = − − ⋅ = − (1.60) 1.2 Máy phát điện 13 Bảng 1.3 Quan hệ giữa E0, U, xδư, xư với tốc độ n khi từ thông và dòng định mức n(vg/ph) Eo(V) U(V) xσu xư xđb 20 32.98 14.12 0.11534 0.432 0.547 30 49.47 28.13 0.17301 0.648 0.821 40 65.96 42.14 0.23068 0.864 1.095 50 82.45 56.15 0.28835 1.08 1.368 60 98.94 70.16 0.34602 1.296 1.642 70 115.43 84.17 0.40369 1.512 1.916 80 131.92 98.18 0.46136 1.728 2.189 90 148.41 112.19 0.51903 1.944 2.463 100 164.9 126.2 0.5767 2.16 2.737 110 181.39 140.21 0.63437 2.376 3.01 120 197.88 154.22 0.69204 2.592 3.284 130 214.37 168.23 0.74971 2.808 3.558 140 230.86 182.24 0.80738 3.024 3.831 150 247.35 196.25 0.86505 3.24 4.105 160 263.84 210.26 0.92272 3.456 4.379 166.7 274.839 219.605 0.9611859 3.6 4.561 170 280.33 224.27 0.98039 3.672 4.652 vg/ph, V 0 50 100 150 200 250 300 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 H×nh 1.3 Quan hệ giữa E0, U, xδư, xư với tốc độ n khi từ thông và dòng định mức e) Đặc tính của máy phát tại một số tốc độ quay khác nhau 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 14 ■ Tại tốc độ n = ndm = 166,67 vg/ph: I (A) E0 (V) U (V) 4 274.839 231.79 8 274.839 230.03 12 274.839 228.27 14 274.839 227.39 16 274.839 226.51 18 274.839 225.63 20 274.839 224.75 22 274.839 223.87 24 274.839 222.99 26 274.839 222.11 28 274.839 221.23 30 274.839 220.35 31.75 274.839 219.58 32 274.839 219.47 34 274.839 218.59 36 274.839 217.71 38 274.839 216.83 40 274.839 215.95 ■ Tại tốc độ n = 160vg/ph: If (A) I(A) E0 (V) U (V) 4 6.928 263.84 261.50 8 13.856 263.84 257.99 12 20.784 263.84 253.28 16 27.712 263.84 247.33 20 34.64 263.84 240.09 24 41.568 263.84 231.46 28 48.496 263.84 221.33 30 51.96 263.84 215.64 31.75 54.991 263.84 210.30 32 55.424 263.84 209.51 33 57.156 263.84 206.27 34 58.888 263.84 202.90 35 60.62 263.84 199.40 36 62.352 263.84 195.77 38 65.816 263.84 188.08 40 69.28 263.84 179.77 ■ Tại tốc độ n = 120vg/ph: 1.2 Máy phát điện 15 If (A) I (A) E0 (V) U (V) 4 6.928 197.88 195.68 8 13.856 197.88 192.61 12 20.784 197.88 188.64 16 27.712 197.88 183.74 20 34.64 197.88 177.87 24 41.568 197.88 170.95 28 48.496 197.88 162.91 30 51.96 197.88 158.42 31.75 54.991 197.88 154.23 32 55.424 197.88 153.60 33 57.156 197.88 151.06 34 58.888 197.88 148.43 35 60.62 197.88 145.69 36 62.352 197.88 142.86 38 65.816 197.88 136.87 40 69.28 197.88 130.42 ■ Tại tốc độ n = 80vg/ph: If (A) I (A) E0 (V) U (V) 4 6.928 131.92 129.87 8 13.856 131.92 127.23 12 20.784 131.92 124.00 16 27.712 131.92 120.14 20 34.64 131.92 115.64 24 41.568 131.92 110.44 28 48.496 131.92 104.49 30 51.96 131.92 101.21 31.75 54.991 131.92 98.15 32 55.424 131.92 97.70 33 57.156 131.92 95.86 34 58.888 131.92 93.95 35 60.62 131.92 91.98 36 62.352 131.92 89.95 38 65.816 131.92 85.66 40 69.28 131.92 81.06 ■ Tại tốc độ n = 40vg/ph: If (A) I (A) E0 (V) U (V) 4 6.928 65.96 63.62 8 13.856 65.96 60.07 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 16 12 20.784 65.96 55.22 16 27.712 65.96 48.85 20 34.64 65.96 40.53 24 41.568 65.96 29.31 28 48.496 65.96 12.03 ■ Tại tốc độ n = 20vg/ph: If (A) I (A) E0 (V) U (V) 4 6.928 32.98 30.04 8 13.856 32.98 24.43 12 20.784 32.98 14.66 14 24.248 32.98 6.02 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 H×nh 1.4 Đặc tính của máy phát ở một số tốc độ quay khác nhau n=166,7 vg/ph n=120 vg/ph n = 80 vg/ph n = 40 vg/ph n = 20 vg/ph U(V) I (A) 4 8 12 16 20 24 26 28 30 32 34 36 38 40 1.2 Máy phát điện 17 f) Đặc tính hiệu suất và mômen của máy phát ở tốc độ quay định mức 166,7 vg/ph Bảng 1.4 Đặc tính hiệu suất và mômen tại 166,7 vg/ph If (A) P2 Σ p P1 M(Nm) Hiệu suất 4 3.269675 0.27902 3.548695 203.2995 0.921374 8 6.453275 0.34238 6.795655 389.3132 0.949618 12 9.505976 0.44798 9.953956 570.2476 0.954995 16 12.38087 0.59582 12.97669 743.4158 0.954085 20 15.02768 0.7859 15.81358 905.9372 0.950302 24 17.39106 1.01822 18.40928 1054.641 0.94469 28 19.40826 1.29278 20.70104 1185.932 0.93755 30 20.26459 1.4459 21.71049 1243.762 0.933401 31.75 20.91972 1.588543 22.50826 1289.466 0.929424 32 21.00566 1.60958 22.61524 1295.594 0.928828 33 21.32935 1.69538 23.02473 1319.053 0.926367 34 21.61969 1.78382 23.40351 1340.753 0.92378 35 21.87497 1.8749 23.74987 1360.595 0.921056 36 22.09334 1.96862 24.06196 1378.475 0.918185 38 22.41129 2.16398 24.57527 1407.882 0.911945 40 22.55566 2.3699 24.92556 1427.949 0.904921 1.2.2.5 Tính toán độ tăng nhiệt Phần này sẽ phục vụ tính toán kiểm tra lại khi thiết kế kết cấu hoàn thiện trên bản vẽ. g) Độ tăng nhiệt của cuộn dây Stator. ■ Độ tăng nhiệt ở phần cách điện Stator: 0242,27 4,786 1,4 0,04 22 4020 0,01 7,287 s s s is s i A J t C Cθ δθ γ λ ⋅ ⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ (1.61) Trong đó: 1 2 2 2 2 2 3 216 31,75 242,27 48,13 31,75 4,786 / 1,3 5 4 4 1,4 s s c s m W IA D IJ A mm d n t cm π π π π ⋅ ⋅ ⋅= = = = = = = (1.62) + Chiều dày cách điện rãnh ở 1 phía: 0,04is cmδ = + Chu vi rãnh Stator: 1 2 2 26.5 72,78 7,278 2 2 d dC mm cmπ π⎛ ⎞⎟⎜= + + ⋅ = =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (1.63) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 18 + Với dây quấn chọn cách điện cấp B: 2 24020 / ; 0,01 /icm mm W gradcmθγ λ= = ■ Độ tăng nhiệt phần đầu nối cuộn dây Stator với nhiệt độ môi trường: 0 3 0,4 28 14,26 10 s s q Cλλ υ θ α −= = =⋅ (1.64) Trong đó: ( ) 2 3 3 3 3 1,4 1,4 242,27 4,786 0,4 / 4020 3 10 1 0,1 3 10 1 0,1 6000 48,13 166,73 10 1 0,1 6000 14,26 10 s s s A Jq W cm DnV λ θ υ υ γ πα π α − − − − ⋅ ⋅= = = ⎛ ⎞⎟⎜= ⋅ ⋅ + = ⋅ ⋅ + ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⎛ ⎞⋅ ⎟⎜= ⋅ ⋅ + ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = ⋅ (1.65) ■ Độ tăng nhiệt mặt ngoài Stator so với môi trường: 0 3 0,336 23,5 14,26 10 s v q Cαθ α −= = =⋅ (1.66) Trong đó: 0,5 242,27 4,786 123 0,5 100 0,336 4020 48,13 24 Fe fs s s P PA Jq Dlθγ π π += + ⋅ + ⋅= + =⋅ (1.67) ■ Độ tăng nhiệt trung bình của cuộn dây Stator: ( ) ( ) 022 23,5 24 28 7,1 53,8 24 s s dn stb tb L L L C α λθ θ θθ + += + ⋅ + ⋅= = (1.68) 1.2.2.6 Chỉ tiêu tiêu hao vật tư ■ Khối lượng tôn Silic: + Khối lượng tinh: ( ) ( ) 2 2 2 2 4 4 4,815 3,6043 108 192,19 10 0,95 7,82 2,4 4 105,7 ns ts Fe r c c D D G Z S K l kg δ π γ π − ⎡ ⎤−⎢ ⎥= −⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎡ ⎤−⎢ ⎥= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ = (1.69) + Khối lượng tôn phôi cần thiết để gia công: 1.2 Máy phát điện 19 ( )20,05 1,07 450Feph ns c cG D l K kgδ γ= + = (1.70) Trong đó: Z = 108 Số rãnh Stator Sr = 192,19 mm2 Tiết diện rãnh Stator Kc = 0,95 Hệ số ép chặt Cγ = 7,82kg/dm3 Khối lượng riêng tôn Silic 1,07 Hệ số dự trữ ■ Khối lượng dây đồng: + Chiều dài dây đồng: 3 1,1 3 134,5 1,1 444d fL L m= = ⋅ ⋅ = (1.71) + Khối lượng dây đồng: 4440 6,63 10 8,9 26Cu d CuG L S kgγ −= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.72) ■ Khối lượng nam châm: + Kích thước nam châm quy đổi: a × b × l = 45,8 x 21,5 x 240 mm + Khối lượng của 1 cực nam châm: 0,458 0,215 2,4 5 1,18nc ncG abl kgγ= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.73) + Tổng khối lượng nam châm: 2 36 1,18 42,5NC ncG pG kg= = ⋅ = (1.74) ■ Khối lượng tôn Silic sử dụng trên một đơn vị công suất: 105,7 5,3 / 20 Fe Fe Gg kg kW P = = = (1.75) ■ Khối lượng dây đồng sử dụng trên một đơn vị công suất: 26 1,3 / 20 Cu Cu Gg kg kW P = = = (1.76) ■ Khối lượng nam châm sử dụng trên một đơn vị công suất: 42,5 2,125 / 20 NC nc Gg kg kW P = = = (1.77) 1.2.2.7 Tổng kết các số liệu thiết kế ■ Số liệu dự kiến ghi trên nhãn máy: + Kiểu máy: BK – MPGN 20/36 + Công suất: 20kW + Điện áp: 0 – 220V + Tốc độ: 0 – 166 vg/ph f = 0 – 50Hz + Dòng điện: 55A 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 20 + Số pha: 3 + Kiểu đấu dây: ∆ ■ Tổng kết các số liệu thiết kế: Bảng 1.5 Các số liệu thiết kế của máy phát ĐB-KTVC 20kW TT Số liệu Đơn vị Thông số Ghi chú 1 Công suất danh định kW 20 2 Điện áp V 0-230 3 Dòng điện định mức A 55 4 Điện trở Stator ở 750C Ω 0,44 5 Điện kháng Stator Ω Xem trong bảng tính 6 Tổn hao thép kW 0,123 7 Tổn hao đồng kW 1,3 8 Tổn hao phụ kW 0,1 9 Tổn hao cơ kW 0,048 Tính ở chế độ f=50Hz 10 Hiệu suất % 97 11 Tốc độ quay vg/ph 0–166,7 12 Độ tăng nhiệt oC 53,8 13 Khối lượng tôn silic kg 105,7 14 Khối lượng dây đồng kg 26 15 Khối lượng nam châm kg 42,5 1.2.3 Thiết kế máy phát không đồng bộ Rotor lồng sóc phục vụ tự chế tạo sau này tại Việt Nam Để có thể sử dụng, thay thế tương thích trong các hệ thống PĐCSG của Đề tài KC.06.20CN, máy phát không đồng bộ Rotor lồng sóc (viết tắt: KĐB-RLS) được thiết kế với các tham số điện chính giống như máy phát được mua về. Đó là: 20kW – 36 cực – 220V. Các số liệu thiết kế sẽ được kết hợp cùng với phương pháp điều khiển máy phát – có nghĩa là: với thiết bị điều khiển (Hardware, Software, điện tử công suất, hệ thống lưu điện) – là những yếu tố quyết định giá thành của hệ (so sánh với trường hợp máy phát ĐB-KTVC). 1.2.3.1 Xác định các kích thước chủ yếu Việc tính toán máy phát điện KĐB-RLS sẽ được quy đổi về việc tính toán động cơ không đồng bộ với công suất quy đổi. Do đây là loại máy đặc biệt với số cực lớn và số vòng quay thấp nên nhiều hệ số tính toán phải chọn theo kinh nghiệm sau đó sẽ kiểm chứng lại qua kết quả cuối cùng: 1.2 Máy phát điện 21 Bảng 1.6 Các số liệu dự kiến của máy phát KĐB-RLS 20kW Thông số Phần máy phát dự kiến Phần động cơ dự kiến Công suất P [kW] 20 14 Điện áp U [V] 230 220 Dòng điện I [A] 50 – 55 55 Cosϕ 0,95 – 1 0,78 Hiệu suất η 88 0,85 Tốc độ đồng bộ 166,7 166,7 Tần số định mức [Hz] 50 50 Số cực p 36 36 h) Các kích thước chính của mạch từ ■ Điện áp pha: Chọn kiểu dây quấn nối tam giác: 220f dU U V= = ■ Dòng điện pha: 55 31,75 3f I A= = ■ Công suất tính toán: 0,98 14' 20,7 cos 0,78 0,85 Ek PP kVAη ϕ ⋅= = =⋅ (1.78) ■ Chọn bước răng Stator: t = 1,4cm ■ Bước cực và đường kính ngoài Stator: + Bước cực: 1,4 3 1 4,2t mq cmτ = = ⋅ ⋅ = với q = 1 + Đường kính ngoài: 2 48,13ns pD cmτπ= = ■ Chiều dài lõi sắt: 7 2 6,1 10 ' s d s Pl k k A B D nδ δ δα −⋅= (1.79) Với: 0,96; 1,11; 1; 0,45 ; 272 / ; 48,13s d nsk k B T A A cm D cmδ δα = = = = = = Ta có: 7 2 6,1 10 20,7 25 0,96 1,11 272,272 0,45 48,13 166,67 l cmδ ⋅ ⋅= =⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ i) Dây quấn rãnh Stator và khe hở không khí ■ Số rãnh Stator: Máy 3 pha (m = 3), để số rãnh không quá nhiều, chọn số rãnh của một pha dưới 1 cực q = 1. Từ đó có số rãnh Stator: 1 1 1 12 2 3 18 1 108Z m p q= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.80) ■ Số thanh dẫn tác dụng trong một rãnh: Chọn số mạch nhánh song song a=1 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 22 1 1 1 272 1,4 12 31,75ñ A t aU I ⋅= = = (1.81) ■ Số vòng dây nối tiếp một pha: 1 1 1 1 12 18 216r p q uW a = = ⋅ = (1.82) ■ Tiết diện và đường kính dây: Sơ bộ chọn mật độ dòng điện J = 4,5A / mm2 Æ Tiết diện dây quấn sẽ là: 231,75 7 4,5 Is mm J = = = (1.83) Chọn dây êmay cách điện cấp B có đường kính 1,35/1,38 chập 5 để thuận tiện cho việc quấn và lồng dây. Tiết diện thực của dây quấn là 7,153mm2. Mật độ dòng điện thực: 231,5 4,4 / 7,153 J A mm= = ■ Từ thông khe hở không khí: 3 1 0,98 220 4,496 10 4 4 1,11 50 216 e f s k U Wb k f W ψ −⋅= = = ⋅⋅ ⋅ ⋅ (1.84) ■ Mật độ từ thông khe hở không khí: 4 3 4 1 10 4,496 10 10 0,446 0,96 4,2 25 B T lδ δ ψ α τ −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ (1.85) ■ Kích thước rãnh: 26 .5 R2.8 R3.5 2.5 0. 5 H×nh 1.5 Kích thước rãnh Stator + Diện tích rãnh: ( ) ( )2 2 2 21 2 1 2 1 12 2 7 5,6 7 5,6 26,5 8 2 2 8 2 192,19 d d d d dS h mm π π+ +⎛ ⎞+ +⎟⎜= + − = +⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = (1.86) + Kiểm tra hệ số lấp đầy: 1.2 Máy phát điện 23 7,153 12 0,44 192,19 r ld suK S ⋅= = = (1.87) Đây là hệ số có thể chấp nhận được. + Bề rộng răng Stator: ( ) ( ) ( ) ( ) 41 1' 1 1 1 41 12'' 1 2 ' '' 1 1 1 2 481,3 2 0,5 7 6,8 108 6,76 2 481,3 2 0,5 29 5,6 108 6,78 6,76 6,78 6,77 2 2 s z s z z z z D h d b d Z mm D h h b d Z mm b bb mm π π π π − − − ⋅ −= − = − = ⎡ ⎤ ⎡ ⎤− + − +⎣ ⎦ ⎣ ⎦= − = − = + += = = (1.88) ■ Chọn khe hở không khí: 0,5mmδ = ■ Chọn chiều cao gông Stator: 1 30gh mm= ■ Từ đó có đường kính trong của lõi thép Stator: 2 1 2 22 2 3 2481,3 2 30 2 32,3 5,6 360,43 3 ts s g rD D h h d mm = − − + = − ⋅ − ⋅ + ⋅ = (1.89) Với đường kính này, lõi thép sẽ được ghép lên bạc thép hoặc gang trước khi ép lên trục hoặc hàn gân trực tiếp trên trục để xếp ép các lá tôn Stator. Các phương án ghép tùy chọn cho phù hợp với công nghệ chế tạo. a) b) H×nh 1.6 Một số phương án ghép lõi thép Stator lên trục: a) Hàn gân trực tiếp lên trục; b) Ghép trên bạc trước khi ép trục 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 24 j) Dây quấn, răng rãnh và gông Rotor ■ Chọn số răng Rotor: 2 86Z = ■ Đường kính trong Rotor: 2 481,3 2 0,5 482,3r sD D mmδ= + = + ⋅ = ■ Bước răng Rotor: 2 2 482,3 1,761 86 rDt mm Z π π= = = (1.90) ■ Dòng điện thanh dẫn Rotor: Chọn 0,8iK = 1 1 2 2 6 0,8 31,75 6 216 382,8 86 i d td K I W kI I A Z ⋅ ⋅ ⋅= = = = (1.91) ■ Kích thước thanh dẫn: Dùng thanh dẫn bằng đồng có 21 ; 0,785tdd cm S cm= = Vậy mật độ dòng điện trong thanh dẫn là: 2 2 382,77 4,87 / 78,5td IJ A mm S = = = (1.92) ■ Dòng điện vành ngắn mạch: ( )2 1 1382,77 313 180 182sin / 2sin 86 v tdI I Ap Zπ= = =⎛ ⎞⋅ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (1.93) ■ Kích thước vành ngắn mạch: ( ) ( ) 2 2 42 10 ; 15 10 15 150 313 2,08 / 150 2 482,3 10 2 0,5 493,3 v v v v v tr a mm b mm S ab mm IJ A mm S D D a h mm = = ⇒ = = ⋅ = = = = = + + = + + ⋅ = (1.94) 1 2 34 H×nh 1.7 Kích thước mặt cắt vành ngắn mạch: 1) Lõi thép Rotor; 2) Thanh dẫn Rotor; 3) Vành ngắn mạch; 4) Vành ép Rotor 1.2 Máy phát điện 25 ■ Kích thước rãnh Rotor: H×nh 1.8 Kích thước rãnh Rotor ■ Kích thước răng Rotor: + Bề rộng răng Rotor: 42 2 2 22 3 0,94 23,14 482,3 2 0,5 10,5 3 0,94 10,5 8 86 r Z D h d b d Z mm π⎛ ⎞⎟⎜ + + ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠= − ⎛ ⎞⎟⎜ + ⋅ + ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠= − ⋅ = (1.95) + Chiều cao gông Rotor: Chọn 2 15gh mm= ■ Đường kính ngoài Rotor: 2 2 2 22 2 3 2482,3 2 15 2 11 10,5 527,3 3 nr tr g rD D h h d mm = + + − = + ⋅ + ⋅ − ⋅ = (1.96) Kích thước lá tôn Rotor như sau: 86 r·nh chia ®Òu H×nh 1.9 Kích thước lá tôn Rotor 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 26 1.2.3.2 Tính toán mạch từ ■ Hệ số khe hở không khí: ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 41 1 41 1 1 1 2 2 42 2 42 2 2 2 2 1 2 / 3 / 0,5 3,27 5 / 5 3 / 0,5 1,4 1,1322 1,4 3,27 0,05 / 1/ 0,5 0,57 5 / 5 1/ 0,5 1,761 1,01645 1,761 0,57 0,05 1,1322 1,01645 1,1508 b b tk t b b tk t k k k δ δ δ δ δ δν δ ν δ δν δ ν δ = = =+ + = = =− − ⋅ = = =+ + = = =− − ⋅ ⇒ = = ⋅ = (1.97) ■ Dùng thép kĩ thuật điện loại 2211 . Đường cong từ hoá trong bảng đặc tính của thép. ■ Sức từ động khe hở không khí: 4 4 1,6 10 1,6 0,446 1,1508 0,05 10 410,6 F B k A δ δ δ δ= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.98) ■ Mật độ từ thông răng Stator: 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 0,446 1,4 0,964 0,677 0,95 3,8 / 5,633,3 31,4 3 3 2 2 3,8 3,14 23,86 Z Z c Z z r Z Z z B l tB T b l k H A cm dh h mm F H h A δ ⋅= = =⋅ ⇒ = = − = − = ⇒ = = ⋅ ⋅ = (1.99) ■ Mật độ từ thông răng Rotor: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0,495 1,761 1,027 0,8 0,95 4,2 / 10,511 7,5 3 3 2 2 4,2 0,75 6,29 Z Z c Z Z R Z Z Z B l tB T b l k H A cm dh h mm F H h A δ ⋅= = =⋅ ⇒ = = − = − = ⇒ = = ⋅ ⋅ = (1.100) ■ Hệ số bão hòa: 1 2 410,6 23,86 6,29 1,07 410,6 Z Z Z F F FK F δ δ + += + += = (1.101) ■ Mật độ từ thông gông Stator: 1.2 Máy phát điện 27 ( ) ( ) 4 3 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 4,496 10 10 0,35 2 2 3 22,5 0,95 0,5 / 2 3,14 48,13 2 3,33 3 2 2 18 3,617 0,5 3,617 1,8 g g c g s r g g g g g B T h l k H A cm D h h L p cm F H L A ψ π −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = − − − ⋅ −= = ⋅ = ⇒ = = ⋅ = (1.102) ■ Mật độ từ thông gông Rotor: ( ) ( ) 4 3 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 10 4,496 10 10 0,63 2 2 1,5 25 0,95 0,89 / 3,14 52,73 1,5 4,468 2 2 18 0,89 4,468 3,976 g g c g nr g g g g g B T h l k H A mm D h L cm p F H L A ψ π −⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ ⋅ ⇒ = − −= = =⋅ ⇒ = = ⋅ = (1.103) ■ Tổng sức từ động mạch từ: 1 2 1 2 410,6 23,86 6,29 1,8 3,976 444,24 Z Z g gF F F F F F A δ= + + + + = + + + + = (1.104) ■ Hệ số bão hòa toàn mạch: 444,24 1,081 410,6 Fk Fµ δ = = = (1.105) ■ Dòng điện từ hóa: 1 18 444,24 12,3 1 3 216dq p FI A k mWµ ⋅= = =⋅ ⋅ (1.106) ■ Dòng điện từ hóa tính theo %: 0 0 0 0 12,3100 100 39 31,75dm I I I µ µ = = ⋅ = (1.107) 1.2.3.3 Các tham số của máy ở tần số 50Hz ■ Chiều dài phần đầu nối dây quấn: ( ) ( )1 1 2 48,13 3,33 3 3,9 108 1,3; 1 1,3 3,9 2 7,1 dn dn Y s r Y dn dn L k b D h y cm Z k b L cm τ π πτ = + − −= = = = = ⇒ = ⋅ + = (1.108) ■ Chiều dài trung bình nửa vòng dây quấn: 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 28 1 25 7,1 32,1tb dlL L L cm= + = + = (1.109) ■ Chiều dài dây quấn một pha: 2 2 1 12 10 2 32,1 216 10 138,7tbL L W m − −= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.110) ■ Điện trở tác dụng của dây quấn Stator: 1 1 75 1 1 1 * 1 1 1 1 1 138,7 0,42 46 5 1 1,43 31,750,42 0,06 220 Lr n a s Ir r U ρ= = ⋅ = Ω⋅ ⋅ = = ⋅ = (1.111) ■ Điện trở dây quấn Rotor: 2 2 51 75 2 10 1 25 10 6,92 10 46 78,5td r lr s ρ − − −⋅= = ⋅ = ⋅ Ω (1.112) ■ Điện trở vành ngắn mạch: 2 75 2 2 6 10 1 3,14 49,33 10 2,6 10 46 86 150 V V V Dr Z s πρ − − − = ⋅ ⋅= ⋅ = ⋅ Ω⋅ (1.113) ■ Điện trở Rotor: 2 2 2 6 5 5 2 2 2 180 182sin 2sin 1,222 86 2 2,6 106,92 10 7,26 10 1,222 V td rr r p Z r π −− − = + ∆ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⋅⎟⎜ ⎟⎜⎟∆ = = =⎜ ⎟⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎟⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⋅ ⋅⇒ = ⋅ + = ⋅ Ω (1.114) ■ Hệ số quy đổi: ( )2 21 1 2 4 4 3 216 6510 86 dqm W k Z γ ⋅ ⋅= = = (1.115) ■ Điện trở Rotor đã quy đổi: ' 5 2 2 ' '* 2 1 2 6510 7,26 10 0,472 0,472 31,75 0,068 220 r r r Ir U γ −= = ⋅ ⋅ = Ω ⋅= = = (1.116) ■ Hệ số từ dẫn rãnh Stator: '1 41 2 41 1 41 0,785 3 2r h b h hk k b b b bβ β λ ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= + − + +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (1.117) 1 , 1 1 2 1; 1 0,1 2 32,3 0,1 5,6 2 0,4 30,94r k k h h d c mm β ββ = = = = − − = − ⋅ − ⋅ = 1.2 Máy phát điện 29 '1 2 1 41 41 1 72 2 0,4 2,7 2 2 7 0,5 3 30,94 3 2,7 0,50,785 1,825 3 7 2 7 7 3r dh c mm b d mm h mm b mm λ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= − − =− − ⋅ =−⎟ ⎟⎜ ⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ = = = = ⎛ ⎞⎟⎜⇒ = + − − + =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⋅ ⋅ ■ Hệ số từ dẫn tạp Stator: ( ) ( ) 2 1 1 1 1 41 1 1 1 2 2 41 41 1 1 1 2 1 0,9 0,31 0,033 1 0,033 0,9576 1,4 0,05 1; 0,097 1,4 1 1 1 0,9576 0,9 0,097 2,034 1,1508 0,05 dq t t t t t q k k k bk t δ ρλ σδ δ ρ σ λ = = − = − =⋅ = = ⋅ ⋅ ⋅⇒ = ⋅ =⋅ (1.118) ■ Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối: ( ) ( ) 1 1 1 11 0,34 0,64 10,34 7,1 0,64 1 4,2 0,06 25 1,825 2,034 0,06 3,92 dn dl r t d q L lδ λ β τ λ λ λ λ = − = − ⋅ ⋅ = = + + = + + =∑ (1.119) ■ Điện kháng dây quấn Stator: ( )21 11 1 1 1 2 * 1 1 1 1 0,158 100 100 50 216 250,158 3,926 0,8 100 100 18 31,750,8 0,115 220 f W lx p q Ix x U δ λ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⎛ ⎞⎟⎜= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Ω⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = = ⋅ = ∑ (1.120) ■ Hệ số từ dẫn tản rãnh Rotor: 4 4 4 0,785 2 1 0,50,785 0,785 2 10 10 r b h b b λ ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= − +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⎛ ⎞⎟⎜= − + =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠⋅ (1.121) ■ Hệ số từ dẫn tản tạp: ( )2 2 2 2 42 2 2 2 0,9 dq t t t q k k kδ ρλ σδ= (1.122) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 30 ( ) 42 42 2 2 2 2 2 2 2 0,11 0,03 1 0,03 0,966 1,761 0,05 1,01645; 1; 0,1; 1 0,9 1,761 0,7963 0,966 0,1 1,91 1,01645 0,05 t dq t bk t k kδ δ ρ σ λ = − = − ⋅ =⋅ = = = = ⋅ ⋅ ⋅⇒ = ⋅ =⋅ ■ Hệ số từ tản phần đầu nối: 2 2 1 1 2 2,3 4,7lg 2 2,3 49,33 4,7 49,33lg 0,056 1 2 0,7108 25 1,222 V V dn D D a bZ l λ ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ +∆ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞⋅ ⋅ ⎟⎜= =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠+ ⋅⋅ ⋅ (1.123) ■ Hệ số từ tản Rotor: 2 2 2 2 0,785 1,91 0,056 2,751 r t dλ λ λ λ= + + = + + = ∑ (1.124) ■ Điện kháng tản dây quấn Rotor: ( ) 82 1 2 2 8 4 7,98 10 7,98 50 25 2,751 10 2,7 10 x f l λ − − − = = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ Ω ∑ (1.125) ■ Điện kháng Rotor đã quy đổi: ' 2 2 46510 2,7 10 1,75 x xγ − = = ⋅ ⋅ = Ω (1.126) ■ Điện kháng Rotor tính theo đơn vị tương đối: '* ' 1 2 2 1 31,751,75 0,25 220 Ix x U = = ⋅ = (1.127) ■ Điện kháng hỗ cảm: 1 1 12 1 1 1 220 12,3 0.8 17 12,3 220 12,3 0,8 0,955 220e U I x x I U I x K U µ µ µ − − ⋅= = = − − ⋅= = = (1.128) 1.2.3.4 Tổn hao và hiệu suất của máy ở chế độ động cơ điện k) Tổn hao thép và tổn hao cơ ■ Trọng lượng răng Stator: ' 3 1 1 1 1 1 1 3 10 7,8 108 0,677 3,117 25 0,95 10 42 z Fe Z Z cG Z b h l k kg γ − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.129) ■ Trọng lượng gông từ Stator: 1.2 Máy phát điện 31 3 1 1 1 1 3 2 10 7,8 25 3,617 3 2 18 0,95 10 72,36 g Fe g g cG l L h pk kg γ − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.130) ■ Tổn hao sắt trong lõi sắt Stator: + Tổn hao trong răng: 2 3 1 1 1 2 3 10 1,8 2,5 0,964 42 10 0,175 FeZ zc FeZ Z ZP k p B G kW − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.131) + Tổn hao trong gông: 2 3 1 1 1 1 2 3 10 1,6 2,5 0,35 72,36 10 0,035 Feg gc FeZ g gP k p B G kW − − = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (1.132) + Tổn hao trong cả lõi sắt Stator: ' 1 1 0,175 0,035 0,21Fe FeZ FegP P P kW= + = + = (1.133) ■ Tổn hao bề mặt Rotor: 72 42 2 2 2 10bm bm t bP p l p t τ −−= (1.134) ( ) ( ) 1,5 21 1 0 0 1 1,5 2 0 0 7 0,5 10 10000 108 166,670,5 2 10 0,168 1,4 13,68 10000 0,33 1,1508 0,446 0,168 1,761 0,12 18 4,2 25 13,68 10 0,0049 1,761 bm bm Z np k B t B k B T P kW δ δβ − ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ⎛ ⎞⋅ ⎟⎜= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = = ⋅ ⋅ = −⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ■ Tổn hao đập mạch trên răng Rotor: 2 31 1 20,11 10 1010000dm dm Z Z nP B G − ⎛ ⎞⎟⎜= ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ (1.135) 1 2 2 ' ' 3 2 2 2 2 2 3 2 3 3,27 0,5 1,04 0,483 2 2 1,761 10 7,8 86 0,717 0,8 25 0,95 10 9,13 108 166,670,11 10 0,483 9,13 10 0,077 10000 dm Z Z Fe Z Z c dm B B T t G Z h b l k kg P kW ν δ γ − − − ⋅= = ⋅ =⋅ = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = ⎛ ⎞⋅ ⎟⎜⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ ■ Tổng tổn hao thép: ' 0,21 0,0049 0,077 0,292Fe Fe bm dmP P P P kW= + + = + + = (1.136) ■ Tổn hao cơ: 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 32 2 4 31 2 4 3 10 1000 10 166,67 52,261 10 0,02 1000 10 n co t n DP k kW − − ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= ⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟ ⎟⎜ ⎜= ⋅ ⋅ ⋅ =⎟ ⎟⎜ ⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (1.137) ■ Tổn hao không tải: 0 0,292 0,02 0,312Fe coP P P kW= + = + = (1.138) l) Thông số động cơ ở chế độ định mức ■ Các thông số của động cơ: 1 1 12 ' ' 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 2 , 2 2 , , 2 2 1 0,42 ; 0,8 ; 17 0,472 ; 1,32 0,955 220 210,1 3 292 3 12,3 0,42 0,72 3 3 220 6 6 216 1 15,06 86 382,77 25,4 15,06 25,4 0,472 0, 210,1 e dm Fe dbr d i i dm r x x r x E K U V P I r I A U W kK Z II A K I rs E µ = Ω = Ω = Ω = Ω = Ω = = ⋅ = + + ⋅ ⋅= = =⋅ ⋅ ⋅= = = = = = ⋅= = = ' 2 1 2 1 2 21 1 1 12 2 1 2 1 1 2 1 1 2 1 0658 0,472 0,2260,8 1,32' 1,047 0,81 1 1,047; 1,052 1,096 17 ' 0,456 0,4721,096 8,302 1,047 0,0658 0,8' 1,096 1,047 m ns ns rs x x c xC C x r rr c c s xx c x c = = = ++ = + = + = = = ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟⎜⎟= + = ⋅ + = Ω⎜ ⎟⎜⎟ ⎟⎜ ⎜⎟⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= + = ⋅⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ 2 2 2 2 1 2 1 2 2 1,32 2,284 8,302 2,284 8,610 220' 1,047 26,752 8,610 8,302cos 0,964 8,610 2,302sin 0,265 8,907 ns ns ns ns ns ns ns ns Z r x UI c A Z r Z x Z ϕ ϕ ⎛ ⎞⎟⎜ + = Ω⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ = + = + = Ω = = ⋅ = = = = = = = 1.2 Máy phát điện 33 ' 22 1 2 1 ' 2 1 2 1 2 2 2 2 1 1 1 1 1 3 3 1 1 1 26,572cos 0,8 0,964 25,356 1,047 26,572sin 12,3 0,265 19,079 1,047 25,356 19,079 31,732 24,572cos 0,799 31,732 3 10 3 220 25,356 10 16, r dbr x dbx r x r r II I A c II I A c I I I A I I P U I ϕ ϕ ϕ − − = + = + ⋅ = = + = + ⋅ = = + = + = = = = = = ⋅ ⋅ ⋅ = 735kW m) Tổn hao đồng và hiệu suất ■ Tổn hao đồng trên dây quấn Stator và Rotor: 2 3 2 3 1 1 1 ' '2 3 2 3 2 2 2 3 10 3 0,42 31,732 10 1,269 3 10 3 0,472 26,752 10 1,013 Cu Cu P r I kW P r I kW − − − − = = ⋅ ⋅ ⋅ = = = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.139) ■ Tổn hao phụ: 10,005 0,005 16,735 0,084fp P kW= = ⋅ = (1.140) ■ Tổng tổn hao trong máy: 1 2 0 1,269 1,013 0,312 0,084 2,678 Cu Cu fP P P P P kW = + + + = + + + = ∑ (1.141) ■ Hiệu suất máy ở chế độ động cơ điện: 1 1 16,735 2,678% 84% 16,735 P P P η − −= = =∑ (1.142) n) Đặc tính làm việc của động cơ điện Bảng 1.7 Đặc tính công tác của động cơ KĐB-RLS Đơn vị 0,02 0,04 0,057 0,06 0,0658 0,068 ' 2 1 2 1 1 ns r rr c c s ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ Ω 26.305 13.372 9.515 9.062 8.302 8.047 2 '1 1 2 1 ns xx c x c ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟= +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜⎝ ⎠ Ω 2.284 2.284 2.284 2.284 2.284 2.284 2 2 ns ns nsZ r x= + Ω 26.404 13.566 9.786 9.345 8.610 8.365 ' 1 2 1 ns UI c Z = A 8.724 16.979 23.539 24.649 26.752 27.536 2cos ns ns r Z ϕ = 0.996 0.986 0.972 0.970 0.964 0.962 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 34 2sin ns ns x Z ϕ = 0.087 0.168 0.233 0.244 0.265 0.273 ' 2 1 2 1 cosr dbr II I c ϕ= + A 9.021 16.705 22.581 23.548 25.356 26.020 ' 2 1 2 1 sinx dbx II I c ϕ= + A 13.021 15.030 17.548 18.054 19.079 19.481 2 2 1 1 1r xI I I= + A 15.840 22.472 28.598 29.673 31.732 32.505 1 1 cos rI I ϕ = 0.569 0.743 0.790 0.794 0.799 0.800 3 1 1 13 10rP U I −= kW 5.954 11.026 14.903 15.542 16.735 17.173 2 3 1 1 13 10CuP r I −= kW 0.316 0.636 1.030 1.109 1.269 1.331 ' '2 3 2 2 23 10CuP r I −= kW 0.108 0.408 0.785 0.860 1.013 1.074 0 Fe coP P P= + kW 0.030 0.055 0.075 0.078 0.084 0.086 2 0,005fP P= kW 0.312 0.312 0.312 0.312 0.312 0.312 1 2 0 Cu Cu f P P P P P = + + + ∑ kW 0.766 1.412 2.202 2.359 2.678 2.803 2 1P P P= −∑ kW 5.188 9.614 12.702 13.182 14.057 14.371 2 1 100P P η = 87.139 87.197 85.228 84.819 83.999 83.679 Dung lượng kVA 10.455 14.831 18.874 19.584 20.943 21.453 Từ kết quả bản tính có thể nhận thấy kết quả dự kiến là phù hợp. Động cơ này có thể chuyển thành máy phát điện với công suất dự kiến. Kết quả chính xác sẽ hiệu chỉnh khi chế tạo thử nghiệm. 1.2.3.5 Động cơ điện làm việc ở chế độ máy phát Để tạo ra được máy phát điện KĐB từ động cơ điện trên nhất thiết cần có nguồn động lực sơ cấp kéo máy (ở đây là Turbine gió) và phải có một quá trình tự kích để tạo ra điện áp xác lập trên đầu máy. Căn cứ vào biểu đồ vector của máy phát điện KĐB-RLS (hình 1.10). I0 vượt trước E1 một góc ~ 90o. Điều đó có nghĩa là máy phát phải phát ra một dòng điện dung mới có thể tự kích được và xác lập điện áp. Chính vì vậy, khi để máy phát làm việc độc lập với lưới, nhất thiết phải cần có một lượng điện dung thích đáng nối vào đầu máy và trong lõi thép vẫn yêu cầu phải có từ dư để đảm bảo điều kiện tự kích. Một điều kiện nữa để xác lập điện áp là đường đặc tính điện dung bắt buộc phải cắt đường từ hóa của máy phát tại điểm làm việc. Do máy phát làm việc với các tốc độ khác nhau tùy thuộc vào tốc độ của Turbine gió, do đó các tham số của máy cũng biến đổi theo sự biến đổi của tần 1.2 Máy phát điện 35 số và tốc độ. Vì vậy, để xây dựng các đường đặc tính, phải xác định trước các thông số của máy theo tốc độ như bảng dưới đây. U r I jx I I -I , , I -E E =E , φ 0 I ϕ ϕ H×nh 1.10 Biểu đồ vector của máy phát KĐB-RLS Bảng 1.8 Tham số của máy phát KĐB-RLS phụ thuộc tốc độ quay 1n 1x ' 2x 1r ' 2r E 12x 1C 2 1C 20 0.096 0.158 0.42 0.472 25.87 2.10 1.047 1.096 40 0.192 0.315 0.42 0.472 51.74 4.21 1.047 1.096 60 0.288 0.473 0.42 0.472 77.61 6.31 1.047 1.096 80 0.384 0.630 0.42 0.472 103.48 8.41 1.047 1.096 100 0.48 0.788 0.42 0.472 129.36 10.52 1.047 1.096 120 0.576 0.945 0.42 0.472 155.23 12.62 1.047 1.096 140 0.672 1.103 0.42 0.472 181.10 14.72 1.047 1.096 160 0.768 1.260 0.42 0.472 206.97 16.83 1.047 1.096 166,7 0.80016 1.313 0.42 0.472 215.64 17.53 1.047 1.096 170 0.816 1.339 0.42 0.472 219.90 17.88 1.047 1.096 180 0.864 1.418 0.42 0.472 232.84 18.93 1.047 1.096 Từ đó ta tính được điện áp và sức điện động như sau nếu coi dòng từ hóa là không đổi. 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 36 Bảng 1.9 Điện áp và sức điện động phụ thuộc tốc độ quay n Iµ E 1U E I xµ≈ + 20 12.3 25.87 27.05 40 12.3 51.74 54.10 60 12.3 77.61 81.16 80 12.3 103.48 108.21 100 12.3 129.36 135.26 120 12.3 155.23 162.31 140 12.3 181.10 189.36 160 12.3 206.97 216.41 166,7 12.3 215.64 225.48 170 12.3 219.90 229.94 180 12.3 232.84 243.47 0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 H×nh 1.11 Đặc tính U = f(n) với Iµ = const ■ Điện dung cần thiết để máy phát có thể tự kích được ở chế độ không tải: 6 0 1 1 3 10 2 I C F f U µ µπ= (1.143) Bảng 1.10 Điện dung tự kích (chưa có sự can thiệp của điều khiển) n(vg/ph) U1 (V) C0 (µF) 20 27.05 20900.55 40 54.10 5225.137 60 81.16 2322.283 80 108.21 1306.284 100 135.26 836.0219 120 162.31 580.5708 140 189.36 426.5418 1.2 Máy phát điện 37 160 216.41 326.5711 166.7 225.48 300.8475 170 229.94 289.2809 180 243.47 258.0315 Công suất máy phát có thể làm việc lâu dài tương ứng với các tốc độ được tính toán như sau: ■ Nếu tải có cosϕ = 1 với trạng thái bù đủ (đủ lượng điện dung tự kích cần thiết) ta có thể tính toán theo công thức: 0 01 1 2 2 1 1 1 0 0 1 3 21,331,7 3 55 51 12,3 3 ddm d t d d t t I I AI I A I I A I I I A I A P U I = == = = = = − = = = (1.144) Bảng 1.10 Điện áp và công suất phụ thuộc tốc độ quay n(vg/ph) U1 (V) P (kW) 20 27.05 2.38 40 54.10 4.75 60 81.16 7.13 80 108.21 9.50 100 135.26 11.88 120 162.31 14.25 140 189.36 16.63 160 216.41 19.00 166.7 225.48 19.80 170 229.94 20.19 180 243.47 21.38 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 Vg/ph kW H×nh 1.12 Đặc tính công suất phụ thuộc tốc độ quay 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 38 ■ Tổn hao của máy ứng với các tốc độ khác nhau: Trong phần tính toán này, suất tổn hao của thép được tính tỷ lệ theo tốc độ quay hay tần số điện mà máy phát ra. Bảng 1.11 Các thành phần công suất tổn hao phụ thuộc tốc độ quay n(vg/ph) Fep cop bmp dmp 0P fp 1Cup 2Cup p∑ P2 20 0.1071 0.0003 0.077 0.0049 0.1074 0.01177 1.269 1.013 2.401 2.38 40 0.1323 0.0012 0.077 0.0049 0.1335 0.02354 1.269 1.013 2.439 4.75 60 0.1575 0.0027 0.077 0.0049 0.1601 0.03532 1.269 1.013 2.478 7.13 80 0.1827 0.0047 0.077 0.0049 0.1874 0.04709 1.269 1.013 2.517 9.50 100 0.2079 0.0074 0.077 0.0049 0.2153 0.05886 1.269 1.013 2.557 11.88 120 0.2331 0.0107 0.077 0.0049 0.2437 0.07063 1.269 1.013 2.597 14.25 140 0.2583 0.0145 0.077 0.0049 0.2728 0.08241 1.269 1.013 2.638 16.63 160 0.2835 0.0189 0.077 0.0049 0.3024 0.09418 1.269 1.013 2.679 19.00 166.7 0.2919 0.0206 0.077 0.0049 0.3125 0.09812 1.269 1.013 2.693 19.80 170 0.2961 0.0214 0.077 0.0049 0.3174 0.10007 1.269 1.013 2.700 20.19 180 0.3087 0.0240 0.077 0.0049 0.3326 0.10595 1.269 1.013 2.722 21.38 ■ Công suất và mômen cần thiết tối thiểu của Turbine và hiệu suất của máy: Bảng 1.12 Công suất, mômen và hiệu suất phụ thuộc tốc độ quay n(vg/ph) 2 ( )P kW ( )p kW∑ 1( )P kW ( )M Nm %η 20 2.38 2.401 4.777 2280.94 49.73 40 4.75 2.439 7.190 1716.70 66.08 60 7.13 2.478 9.604 1528.71 74.20 80 9.50 2.517 12.019 1434.79 79.06 100 11.88 2.557 14.434 1378.49 82.29 120 14.25 2.597 16.850 1341.01 84.59 140 16.63 2.638 19.267 1314.27 86.31 160 19.00 2.679 21.684 1294.26 87.64 166.7 19.80 2.693 22.494 1288.63 88.03 170 20.19 2.700 22.893 1286.03 88.20 180 21.38 2.722 24.102 1278.72 88.71 1.2 Máy phát điện 39 a) 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 b) 0.00 500.00 1000.00 1500.00 2000.00 2500.00 c) 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 H×nh 1.13 Các đặc tính công suất (a), mômen (b) và hiệu suất (c) phụ thuộc tốc độ quay P1 P2 Σp 20 40 60 80 100 120 140 160 166,7 170 180 kW vg/ph 20 40 60 80 100 120 140 160 166,7 170 180 20 40 60 80 100 120 140 160 166,7 170 180 Nm vg/ph vg/ph 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 40 1.2.3.6 Tính toán độ tăng nhiệt Chú ý: Phần này sẽ phải tính toán kiểm tra lại khi thiết kế kết cấu hoàn thiện trên bản vẽ. ■ Tổn hao đồng trên Stator: 1 1 0,5 1269 0,5 98 1318Cu Cu fQ P P W= + = + ⋅ = (1.145) ■ Tổn hao sắt trên Stator: 292Fe FeQ P W= = ■ Tổn hao trên Rotor: 2 0,5 1013 0,5 98 20,6 4,9 77 1164,5 R Cu f co bm dmQ P p p p p W = + + + + = + ⋅ + + + = (1.146) ■ Nhiệt trở trên mặt lõi sắt Stator: 1 2 0 1 1 1 1 1 1 0,55 10 / 3778 0,1 0,09 Fe Feg g D g g R R R S C W δ δα α − ⎛ ⎞⎟⎜ ⎟⎜= + = + ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎟⎜= ⋅ + = ⋅⎟⎜ ⎢ ⎥⎟⎜ ⎣ ⎦⎝ ⎠ (1.147) Trong đó: ( ) ( ) 2 2 2 1 2 48,13 25 3778 30 10 0,1 3 0,09 Dn n oFe g g o g S D l cm W cm C h W cm Cδ π π λα α − = = ⋅ = ⋅= = = = ■ Nhiệt trở phần đầu nối dây quấn Stator: 3 2 3 1 0,02 1 0,55 10 0,16 10 196914 10,5 10 196914 c d C d d d R S S δ λ α − − − = + = + = ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (1.148) Trong đó: 0,02c cmδ = là cách điện phần đầu nối 20,16 10 oC W Cλ −= ⋅ với cách điện cấp B và F ( ) ( )2 3 2 3 3 2 1 1 0,54 10 1 0,54 4,2 10 10,5 10 48,13 166,7 4,2 6000 6000 2 2 108 7 14,2 21470 d R ns R d b dn V D nV m s S Z C l cm α π π − − −= + ⋅ = + ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅= = = = = ⋅ ⋅ ⋅ = Với: dnl = 14,2cm: Chiều dài phần đầu nối; bC = 7cm: Chu vi bối dây ■ Nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa không khí nóng bên trong máy và vỏ máy: 1.2 Máy phát điện 41 ' 2 ' 3 1 1 6,45 10 1,77 10 8749 oR C W Sα αα − − ⎡ ⎤= = = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦⋅ ⋅ (1.149) Trong đó: ( ) ( ) 3 0 0 3 3 2 1 10 1,42 1 0,06 4,2 10 1,77 10 R o k V W cm C α α − − − = + ⎡ ⎤= ⋅ + ⋅ ⋅ = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦ (1.150) và 'Sα là diện tích bề mặt tỏa nhiệt của vỏ máy: ' 255,73 50 8749nv VS D L cmα π π= = ⋅ = (1.151) ■ Nhiệt trở bề mặt ngoài vỏ máy: ' ' '' ' '' 1 V V n n n n n R S S S Sα α α α= + + (1.152) Trong đó: ' ';V g V g g V V gk Kα α α α α α= = ⇒ = . Do vỏ trơn, không làm cánh tỏa nhiệt, do đó các hệ số ' 0V nα α= = , ta có: 2 '' '' 3 1 1 1,33 10 1,42 10 5280 o n n R C W Sα α − − ⎡ ⎤= = = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦⋅ ⋅ Trong đó '' 2 22 4 55,73 2 4 5280n nS D cmπ π= = ⋅ = là diện tích 2 nắp trước và sau của máy. Cả 2 vị trí này không có gió thổi qua làm mát vì được che kín. ■ Nhiệt trở cách điện rãnh: 2 2 0,03 0,99 10 1,6 10 18900 oc c c c R C W S δ λ − − ⎡ ⎤= = = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦⋅ ⋅ (1.153) Với: 2 2 1 1 0,16 10 108 7 25 18900 c c bS Z C l cm λ −= ⋅ = = ⋅ ⋅ = ■ Độ chênh nhiệt của vỏ máy với môi trường: ( ) ( ) 0 1 2 01218 292 1164,5 1 33 10 36 Cu Fe RQ P P R C αθ − = + + = + + ⋅ ⋅ ⋅ = (1.154) ■ Độ tăng nhiệt của dây quấn Stator: ( ) '1 ' 1 '1 Fe C Cu Fe C Fe Fe R d Fe C d R RQ R R P R Q R R R R R R R α α α θ ++ + + += ++ + (1.155) Với: 2 2 2 ' 2 2 2 0,55 10 0,99 10 1,54 10 5,5 10 6,5 10 12 10 o Fe C o d R R C W R R C Wα − − − − − − ⎡ ⎤+ = ⋅ + ⋅ = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎡ ⎤+ = ⋅ + ⋅ = ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦ Ta thu được: 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 42 2 2 2 2 2 1 2 2 1,54 101313 1,54 10 292 0,55 10 1098 6,45 10 12 10 1,54 101 12 10 37,6oC θ −− − − − − − ⋅⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅= ⋅+ ⋅ = 1.2.3.7 Chỉ tiêu tiêu hao vật tư ■ Khối lượng tôn Silic: + Khối lượng tinh tôn Stator: ( ) ( ) 2 2 2 2 4 4 4,815 3,6043 108 192,19 10 0,95 7,82 2,5 4 110,1 ns ts Fe r c c D D G Z S K l kg δ π γ π − ⎡ ⎤−⎢ ⎥= −⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎡ ⎤−⎢ ⎥= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ = (1.156) + Khối lượng tôn phôi cần thiết để gia công lá thép Stator nếu dập liền: ( )20,05 1,07 450Feph ns c cG D l K kgδ γ= + = (1.157) Trong đó: Z = 108 Số rãnh Stator Sr = 192,19 mm2 Tiết diện rãnh Stator Kc = 0,95 Hệ số ép chặt Cγ = 7,82kg/dm3 Khối lượng riêng tôn Silic 1,07 Hệ số dự trữ. Trong trường hợp dập secmăng: 110,1 0,6 184Feph Fe ldG G k kg= = = (1.158) + Khối lượng tinh tôn Rotor: ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 0,95 4 5,273 4,873 0,1586 0,95 2,5 7,82 4 4 31 nR tR FeR r Fe D D G Z s l kg δ π γ π π ⎡ ⎤−⎢ ⎥= −⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎡ ⎤⎛ ⎞−⎢ ⎥⎟⎜ ⎟= − ⋅ ⋅ ⋅⎜⎢ ⎥⎟⎜ ⎟⎜⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦ = (1.159) + Khối lượng phôi thép nếu tính dập theo secmăng: / 31/ 0,6 52Feph Fe ldG G k kg= = = (1.160) ■ Khối lượng dây đồng quấn Stator: + Chiều dài dây đồng: 1.2 Máy phát điện 43 3 1,1 3 138,7 1,1 457,7d fL L m= = ⋅ ⋅ = (1.161) + Khối lượng dây đồng Stator: 44577 7,153 10 8,9 29CuS d CuG L S kgγ −= = ⋅ ⋅ ⋅ = (1.162) ■ Khối lượng đồng thanh dẫn Rotor: 2 2 2 0,186 2,96 18 4 4 td CuR td dG Z l kgπ π= = ⋅ ⋅ = (1.163) ■ Khối lượng đồng chế tạo vành ngắn mạch: ( ) ( ) 2 2 2 2 2 4 5,123 4,823 2 0.1 8,9 4,4 4 nV tV CuV Cu D D G b kg π γ π −= −= ⋅ ⋅ ⋅ = (1.164) ■ Khối lượng tôn Silic sử dụng trên một đơn vị công suất: 110,1 31 7 / 20 FeS FeR Fe G Gg kg kW P + += = = (1.165) ■ Khối lượng đồng sử dụng trên một đơn vị công suất: 29 18 4,4 2,57 / 20 CuS CuR CuV Cu G G Gg kg kW P + + + += = = (1.166) 1.2.3.8 Tổng kết các số liệu thiết kế ■ Số liệu dự kiến ghi trên nhãn máy: + Kiểu máy: BK – MPGK 20/36 + Công suất: 20kW + Điện áp: 0 – 220V + Tốc độ: 0 – 166,7 vg/ph f = 0 – 50Hz + Dòng điện: 55A + Số pha: 3 + Kiểu đấu dây: ∆ ■ Tổng kết các số liệu thiết kế: Bảng 1.13 Các số liệu thiết kế của máy phát KĐB-RLS 20kW TT Số liệu Đơn vị Thông số Ghi chú 1 Công suất danh định kW 20 2 Điện áp V 0-220 3 Dòng điện định mức A 55 4 Điện trở Stator ở 750C Ω 0,42 5 Điện kháng Stator Ω Xem trong bảng tính 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 44 6 Tổn hao thép kW 0,292 7 Tổn hao đồng Stator kW 1,269 8 Tổn hao đồng Rotor kW 1,013 9 Tổn hao phụ kW 0,098 10 Tổn hao cơ kW 0,0214 Tính ở chế độ f=50Hz 11 Tổn hao không tải kW 0,3125 12 Tổng tổn hao kW 2,693 13 Hiệu suất % 88 14 Tốc độ quay vg/ph 0–166,7 15 Độ tăng nhiệt oC 53,8 16 Khối lượng tôn silic kg 141,1 17 Khối lượng dây đồng kg 29 18 Khối lượng đồng thanh dẫn Rotor kg 18 19 Khối lượng đồng vành ngắn mạch kg 4,4 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 1.3.1 Turbine gió đang sử dụng trong đề tài KC.06.20CN Turbine gió hiện đang lắp đặt sử dụng mua của Công ty WESTWIND (Úc) có các thông số cơ bản trình bầy trong bảng sau đây: Bảng 1.14 Các số liệu thiết kế của máy phát KĐB-RLS 20kW Đặc tính cơ bản Tốc độ gió khởi động (Start-up wind speed) 2,5 m/s Tốc độ gió bắt đầu phát (Cut-in wind speed) 3 m/s Tốc độ gió định mức (Rated wind speed) 14 m/s Tốc độ gió ngừng phát (Cut-out wind speed) Không có Tốc độ gió gập đuôi (Furling wind speed) 16 m/s Công suất định mức (Rated power) 20 kW Tốc độ quay Rotor (Rotor speed) 0 – 160 vg/ph Các thông số cơ Loại Turbine (Type) 3 cánh, gió ngang Đường kính Rotor (Rotor diameter) 10,4 m Khối lượng (Weight) 750 kg Bảo vệ quá tốc (Over speed protection) Lật cánh thụ động & Tự gập đuôi (Passive pitch & Auto tail furl) Hộp số (Gear box) Không có Dải nhiệt độ (Climatic temp range) -10 tới +50 oC 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 45 Kích thước hình học của Turbine loại 20kW được mô tả rõ trong hình 1.14 dưới đây. H×nh 1.14 Kích thước hình học của Turbine loại 20kW đang được sử dụng (Chú thích: giá thành chế tạo đơn chiếc của cánh Rotor loại này ở Việt Nam là 800 triệu VNĐ / 1 cánh. Giá do khuôn mẫu chế tạo đội lên) 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 46 1.3.1.1 Mô tả Turbine Cụm Turbine WESTWIND là loại Turbine gió ngang, có trục nằm ngang, truyền động trực tiếp (không dung hộp số) từ Turbine tới máy phát, được thiết kế để sử dụng trong các hệ thống nạp Ắcqui hay hệ thống cung cấp năng lượng ở chế độ ốc đảo (độc lập, không hòa với lưới). Cấu tạo tổng thể của Turbine được minh họa trong hình 1.15 dưới đây. H×nh 1.15 Các thành phần chính của Turbine WESTWIND ■ Hệ thống Rotor (Rotor System) Hệ thống Rotor bao gồm ba cánh được chế tạo từ hỗn hợp vật liệu carbon / sợi thủy tinh / epoxy. Ba cánh có nhiệm vụ chuyển năng lượng gió thành mômen quay truyền trực tiếp tới máy phát điện (mô tả ở mục 1.2.1). Các cánh được nhà sản xuất thiết kế bảo đảm tính linh hoạt, mềm dẻo trong suốt tuổi đời cánh bằng cách giảm các tác động ở cả hai điều kiện thông thường và khắc nghiệt. Cụm cánh đã được xử lý cân bằng động một cách kỹ lưỡng trước khi xuất xưởng nhằm bảo đảm vận hành êm Turbine. Các cánh đã được sơn phủ 2 lớp bảo vệ chống thấm, chống ăn mòn bền vững. Đầu nhọn của cánh được bọc bảo vệ. Một cơ chế lật góc cánh thụ động (passive pitch, hoạt động nhờ lực ly tâm) sẽ hạn chế tốc độ quay tối đa của Rotor. Lực đảo góc cánh trở lại vị trí ban đầu sẽ do 3 lò so tạo nên, và đây là một thiết kế mang đặc thù tự bảo vệ (tốc độ quay sẽ bị hạn chế ở mức thấp khi lò so đã yếu đi hoặc thậm chí đã hư hỏng). 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 47 ■ Thân Turbine (Mainframe or nacelle) Về cấu trúc cơ học, thân Turbine thực chất là khung đỡ cơ học của toàn bộ Turbine gió. Đó là nơi lắp và bảo vệ các vành góp điện, nơi lắp đặt máy phát điện, nơi chứa cơ chế gập đuôi và là điểm gá lắp bộ cánh. Thân Turbine chế tạo bằng thép và trước hết được bảo vệ nhờ lớp mạ, sau đó ủ nóng, và cuối cùng là sơn phủ bằng bột đặc biệt. Nắp kiểm tra ở thân Turbine cho phép dễ dàng tiếp cận các vành góp và thanh quét để thực hiện công tác bảo dưỡng. ■ Vành góp và thanh quét (Slip rings and brushes) Hệ thống vành góp và thanh quét (hình 1.16) là nơi ghép nối giữa máy phát và cáp điện chạy dọc theo thân cột xuống mặt đất, cho phép Turbine quay tự do hướng theo chiều gió mà không gây nên xoắn cáp. Để tăng độ tin cậy, cáp điện được nối với 2 bộ thanh quét. Tuổi thọ ước tính của các thanh quét là xấp xỉ 20 năm. Thanh quét dưới cùng có nhiệm vụ tiếp địa còn 3 thanh quét trên dẫn dòng máy phát (hình 1.16). H×nh 1.16 Hệ thống vành góp và thanh quét lấy điện (nằm trong thân Turbine) 1.3.1.2 Vận hành Turbine Rotor của Turbine WESTWIND bắt đầu quay (xuất phát từ trạng thái đứng im) khi gió đạt tốc độ vượt 2.5 m/s. Đối với hệ thống thuần túy nạp Ắc-qui, hệ thống sẽ bắt đầu nạp ở tốc độ gió chính xác nào, điều này hoàn toàn phụ thuộc trạng thái tích điện có sẵn của Ắc- qui. Đối với hệ thống có hòa lưới, tốc độ bắt đầu phát (cut-in wind speed) phụ thuộc vào chế độ đặt của nghịch lưu. Ngược lại, nếu Rotor giảm tốc độ quay xuống tương ứng với tốc độ gió 2 m/s, ở trạng thái này điện áp ra của hệ thống sẽ không đủ để cung cấp năng lượng tiêu thụ. Trong phạm vi các giới hạn của hệ, công suất ra tỷ lệ thuận trực tiếp với tốc độ quay của Rotor. Vì lẽ ấy, khi tốc độ quay của Rotor tăng cùng với mức tăng của tốc độ gió, hệ thống sẽ có khả năng cung cấp được nhiều năng lượng hơn. Công suất ra sẽ tăng rất nhanh so với mức tăng của tốc độ gió, vì năng lượng 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 48 trong gió tỷ lệ với số mũ 3 của tốc độ gió. Ví dụ: Nếu tốc độ gió tăng từ 5m/s lên 10m/s, tăng với hệ số 2, năng lượng trong gió sẽ tăng lên 8 lần (23 = 8). Hệ quả của tương quan kể trên giữa tốc độ gió và công suất phát: Ta sẽ chỉ thu được rất ít năng lượng khi gió nhẹ. Ở mức trung bình, tốc độ gió nằm trong dải 5.5 - 9m/s sẽ là dải chính cung cấp năng lượng. Một hệ quả khác của quan hệ mũ 3 của năng lượng gió, đó là: Khi gió mạnh, gió thương xuyên chứa nhiều năng lượng hơn khả năng tiêu thụ của hệ. ■ Gió mạnh - Bảo vệ quá tốc độ (High winds – Overspeed protection) Khi gió mạnh (tốc độ lớn hơn 16m/s) hệ thống bảo vệ quá tốc sẽ tự động tác động để bảo vệ Turbine bằng hai cách: Giới hạn tốc độ Rotor và/hay lật cánh Rotor. Hệ thống bảo vệ quá tốc bao gồm 2 hệ thống con độc lập và do đó có độ tin cậy rất cao. Khi tốc độ gió mạnh (>16m/s) hệ thống gập đuôi (hình 1.18) sẽ tác động, quay Rotor khỏi hướng đón gió trực diện, nhờ đó giảm diện tích hứng gió của 3 cánh và giảm năng lượng thu từ gió. Nếu Turbine đang mang tải (mạch điện đang có tiêu thụ), mômen máy phát sẽ có xu hướng hãm tốc độ quay cánh xuống ứng với năng lượng lấy vào sau khi gập đuôi. Một trường hợp hiếm xẩy ra là hệ thống gập đuôi không tác động, khi ấy tốc độ quay sẽ tăng và do đó kích hoạt hệ thống lật cánh thụ động (passive pitch system, hình 1.17). Hệ thống đó lật cánh nghiêng đi một góc tối đa là 30o và tạo nên một sức cản khí động học nhằm giới hạn cánh ở tốc độ quay an toàn là 160 vg/ph. H×nh 1.17 Hệ thống lò so lật cánh khi tốc độ gió quá lớn Khi đã gập đuôi, công suất ra của Turbine sẽ giảm mạnh, dẫn đến việc phát điện hoặc sẽ ngừng lại hoặc trở nên ngắt quãng. Khi tốc độ gió ở trong khoảng 16 – 20m/s, việc đuôi có thể lặp đi lặp lại động tác gập hay duỗi là hoàn toàn bình thường. ■ Gập đuôi bằng tay (Manual furling) Có thể thực hiện gập đuôi Turbine bằng tay nhờ một dây cáp kéo đơn giản. Thông thường, cáp đó được nối với một tời quay ở chân cột tháp. Khi quay tời, cáp đó sẽ kéo gập đuôi, cưỡng bức Rotor quay lệch khỏi hướng gió chính, làm giảm công suất phát ra. ■ Quy trình gập đuôi (Furling procedure) 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 49 Tháp phát điện sức gió 20kW được chế tạo với một tời kéo gập đuôi gắn ở chân cột. Khi tác động, thân đuôi sẽ bị lệch đi một vị trí gần vuông góc (hình 1.18) so với Turbine. Khi quay tời, cần theo dõi kỹ thân đuôi (tail boom) và ngừng quay khi thân đuôi đã đạt vị trí cần thiết. Hãy nới lỏng tời tại vị trí cuối cùng này. Chiều dài cáp nối tới tời gập đuôi cần phải được đo cắt chính xác để có thể gập đuôi được một góc gần 80o. Sau khi nới tời, thân đuôi sẽ duỗi thẳng trở lại so với thân Turbine, và cáp phải ở trạng thái không hề bị xoắn. H×nh 1.18 Đuôi Turbine có thể tự gập khi gió mạnh hay gập bằng tay 1.3.2 Nghiên cứu thiết kế Turbine chuẩn bị cho việc chế tạo tại Việt Nam Chú thích: Theo thỏa thuận hợp tác với chủ nhiệm đề tài KC.06.20CN, mục này được trao cho một đơn vị thuộc Viện Cơ học Việt Nam thực hiện và do TS. Phạm Anh Tuấn chủ trì. Tuy nhiên, chủ nhiệm đề tài KC.06.20CN phải thành thực công nhận rằng, bản thân chủ nhiệm đề tài đã sai lầm trong khi chọn đối tác. Nội dung được giao và kết quả cần đạt là vượt quá khả năng chuyên môn của đơn vị được chọn. Đơn vị đó chỉ ít nhiều có khả năng trong nghiên cứu chứ chưa hề hiểu thế nào là thiết kế - chế tạo. Chính vì vậy, chủ nhiệm đề tài KC.06.20CN đã chỉ trích một phần báo cáo kết quả của đơn vị đó để đưa vào báo cáo kết thúc đề tài KC.06.20CN của mình. Phần được trích chỉ bao gồm các kết quả mô phỏng mang tính định hướng chứ chưa phải là nội dung thiết kế để có thể đưa chế tạo. 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 50 1.3.2.1 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống Turbine gió o) Bài toán động lực học trạm phát điện năng lượng gió Trạm phát điện năng lượng gió là một hệ cơ học gồm nhiều vật rắn tuyệt đối và vật rắn biến dạng liên kết với nhau bằng các khớp liên kết. • Vật rắn tuyệt đối gồm: Hệ thống Rotor, và các bộ phận khác của trạm. • Vật rắn biến dạng gồm: Hệ thống cánh, các đoạn cột. Hệ nhiều vật là một cơ hệ gồm nhiều vật rắn tuyệt đối và vật rắn biến dạng có liên kết với nhau bằng khớp, lò xo hoặc giảm chấn. Các vật trong hệ nhiều vật có thể chuyển động tịnh tiến, và quay, các chuyển động này không hoàn toàn tùy ý do nó là một phần tử nằm trong cơ hệ chịu liên kết. H×nh 1.19 Mô hình hệ nhiều vật trạm phát điện năng lượng gió Trên cơ sở đó trạm phát điện năng lượng gió được mô hình hoá, mô phỏng trên máy tính và tính toán động lực học theo các bước sau: • Mô hình hoá, mô phỏng trạm phát điện năng lượng gió bằng phần mềm mô phỏng hệ cơ điện tử Alaska. • Giải các bài toán tuyến tính của hệ ta được các kết quả chính sau: + Tần số dao động riêng và dạng riêng của cột. + Tần số dao động riêng và dạng riêng của cánh. • Giải bài toán phi tuyến ta có thể xác định được các kết quả sau: 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 51 + Xác định vị trí cân bằng và phản lực tại các khớp. + Tìm được lực liên kết. + Biên độ giao động của đỉnh cột hoặc của bất kỳ một vị trí nào trên cột. + Biên độ dao động của đầu cánh hoặc của bất kỳ một vị trí nào trên cánh. p) Chương trình mô phỏng cơ học hệ nhiều vật Chương trình alaska là phần mềm chuyên dụng dùng để mô phỏng động lực học hệ nhiều vật MBS (Multibody System). Phần mềm alaska mô hình hoá vật rắn biến dạng dưới dạng một phần tử đặc biệt gọi là siêu phần tử - là sự xấp xỉ của dầm đàn hồi với bốn vật rắn được nối với nhau bằng các lò xo và các khớp. Các hằng số đàn hồi và các đặc tính quán tính của bốn vật này được chọn gần đúng với hoạt động của dầm. ■ Các kiểu bài toán giải được trong alaska: Chuyển động hệ nhiều vật được mô tả bằng các phương trình chuyển động phi tuyến. Trong một số trường hợp, để giải được bài toán động lực học chỉ cần tuyến tính hoá phương trình chuyển động là đủ. Điều đó có nghĩa là chỉ xét đến những dao động nhỏ quanh vị trí cân bằng tĩnh. alaska cung cấp cả hai kiểu tính toán tuyến tính và phi tuyến. + Các phân tích tuyến tính: alaska tạo ra các phương trình được tuyến tính hoá dạng số mô tả các chuyển động nhỏ quanh vị trí cân bằng tĩnh. alaska thực hiện phân tích giá trị riêng các phương trình tuyến tính hoá để xác định các tần số và dao động tự nhiên của MBS. alaska giải các phương trình tuyến tính hoá theo thời gian đối với các kích động ban đầu được cho trước. + Các phân tích phi tuyến: alaska tạo ra các phương trình chuyển động phi tuyến. alaska giải các phương trình chuyển động phi tuyến theo tích phân số. alaska giải bài toán động lực học ngược. Tức là tính toán các lực và mômen liên kết cần thiết để thực hiện chuyển động cho trước của hệ nhiều vật. alaska tính vị trí cân bằng của hệ nhiều vật. alaska giải bài toán điều kiện đầu động học. alaska thực hiện các phân tích động lực học và động học cho hệ không bậc tự do. alaska tính toán và đưa ra các kết quả theo yêu cầu của người dùng để nghiên cứu chuyển động của hệ thống, chẳng hạn như các lực liên kết, lực tác động lên lò xo và các phần tử giảm chấn, các toạ độ, vận tốc, gia tốc của các điểm, phép quay các hệ toạ độ, vận tốc góc. 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 52 alaska thực hiện phân tích tần số và tính các thông số thống kê của bất kỳ một kết quả nào được tính toán theo miền thời gian. ■ Mô hình trạm phát điện năng lượng gió sử dụng phần mềm alaska: Các thông số mô hình trạm phát điện năng lượng gió đưa vào mô phỏng như sau. + Các thông số về cột: Chiều cao của cột là 30m chia làm 2 đoạn, mỗi đoạn được mô hình bằng 1 vật rắn biến dạng được mô hình là vật 1 và vật 2. Dây néo được mô hình là một lò xo tuyến tính có độ cứng k=1000 Nm (????). Vật liệu chế tạo cột: Thép Dạng của cột: Cột hình trụ Đường kính ngoài của chân cột: 0,3239/2 m Đường kính trong của chân cột: 0,3039/2 m Số lượng dây néo: 4 dây Chiều dài và cách lắp dây néo: 26 m ???? Góc nghiêng lắp dây néo so với cột: 150 ???? Vật liệu và kết cấu của dây néo: dây cáp + Tấm phẳng (????): là bộ phận dùng để liên kết giữa cột và cabin, ngoài ra nó còn được sử dụng trong việc tối ưu tốc độ gió đối với phương pháp điều khiển stall. Được mô hình hóa là vật rắn và ký hiệu là vật 3. Khối lượng của tấm phẳng: 50kg ???? + Các thông số hình học của cabin máy phát: Cabin được mô hình là một vật rắn ký hiệu là vật 4. Kích thước hình học (dài x đường kính ): 1,0 x 0,6 (m) Khối lượng: 150 kg Hình dạng của cabin: Hình trụ tròn và hình chữ nhật Chiều dài đuôi: 4 m Chiều dài phần lắp cánh: 0,5 m + Các thông số về Rotor (????): Rotor được mô hình là một vật rắn ký hiệu là vật 5. Chiều dài hình học của Rotor: 1m Đường kính Rotor: 0,2m ???? Vật liệu chế tạo Rotor: Thép ???? Khối lượng Rotor: 200 kg ???? + Thông số về máy phát: Máy phát được mô hình là một vật rắn được ký hiệu là vật 10. Đường kính Rotor máy phát: 0,2 m ???? Vật liệu chế tạo: Thép ???? Khối lượng Rotor máy phát: 150 kg ???? Rotor máy phát được ký hiệu là vật 6 Khối lượng phần Stator máy phát: 300 kg ???? 1.3 Turbine gió (Wind Turbine) 53 + Các thông số về cánh: Cánh được mô hình là một vật rắn biến dạng, được ký hiệu lần lượt là vật 7, vật 8 và vật 9. Chiều dài cánh: 5 m Chiều dầy: 0,01 m ???? Chiều rộng cánh (trung bình): 0,25m Vật liệu chế tạo cánh: composite ???? Phương pháp điều khiển cánh: điều khiển stall ???? Trọng lượng của mỗi cánh: 50 kg ???? H×nh 1.20 Mô hình trạm phát điện năng lượng gió bằng phần mềm alaska Sau khi thiết lập mô hình bằng chương trình alaska với các thông số đã cho ta thu được một số kết quả tính toán sau. ■ Bài toán tuyến tính: Nhằm tránh rủi ro trong quá trình vận hành người kỹ sư thiết kế cần biết các dạng tần số dao động riêng của hệ để từ đó đưa ra quy trình vận hành của thiết bị tránh vùng tần số làm việc nguy hiểm. Vùng tần số này là nơi dễ xảy hiện tượng cộng hưởng khi tần số làm việc của trạm trùng với tần số dao động riêng của hệ. a l a s k a - Linear Analysis Problem: WIND Version: 0 Time: 15:41:37 Date: 16/03/04 Title : SIMULATION OF THE WIND POWER STATION 20KW Number of Joint Variables NFS= 51 1 Sản phẩm 1: Hệ thống máy phát điện và Turbine gió có công suất 10-30kW 54 Generalized Coordinates NF = 51 Dependent Coordinates R = 0 Degree of Freedom DOF = NF-R = 51 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ E I G E N F R E Q U E N C I E S NR FREQUENCY (HZ) VIBRATION TIME DAMP.RATIO(1/S) LEHR'S DAMP. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 0.62343 1.60403 0.35270E-05 0.90039E-06 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2 0.71299 1.40253 0.30729E-06 0.68594E-07 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 3.92866 0.25454 0.12854E-02 0.52074E-04 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 4.58951 0.21789 0.37983E-03 0.13172E-04 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 5 8.24081 0.12135 0.13424 0.25926E-02 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6 12.89963 0.77522E-01 41.28041 0.45384 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 13.04815 0.76639E-01 41.98137 0.45579 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8 14.24122 0.70219E-01 0.11438 0.12783E-02 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 9 16.52586 0.60511E-01 0.13703 0.13197E-02 ------------------------------------