Tóm tắt Luận án Tính toán thiết kế lõi máy phát điện chuển động tịnh tiến 5kW dùng cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng

Nội dung tài liệu: Tóm tắt Luận án Tính toán thiết kế lõi máy phát điện chuển động tịnh tiến 5kW dùng cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng

1. MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay,quá trình cơng nghiệp hĩa đang phát triển rất nhanh dẫn đến nguy cơ thiếu hụt các nguồn nhiên liệu hĩa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt.Khơng những thế, việc sử dụng nhiên liệu hĩa thạch là một trong các nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu và nĩ cĩ ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người.Điều này đã và đang trở thành mối đe dọa hiện hữu đối với tất cả các quốc gia trên thế giới. Do vậy, việc nghiên cứu, sử dụng các nguồn năng lượng mới, tái tạo như: năng lượng giĩ, năng lượng mặt trời hay năng lượng sĩng biển là điều tất yếu và phù hợp với nhu cầu phát triển bền vững của nhân loại. Nước ta là nước cĩ bờ biển rất dài, khoảng hơn 3.200 km, và nhiều hải đảo, quanh đảo là biển. Vì vậy năng lượng của sĩng biển ở ven bờ biển nước ta rất lớn. Khai thác năng lượng sĩng cĩ thể bổ xung một phần đáng kể vào nguồn năng lượng đang thiếu hụt của nước ta và phù hợp xu hướng sử dụng năng lượng sạch, tái tạo trên thế giới, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Việc nghiên cứu phát triển máy phát điện tịnh tiến 5kW gĩp phần xây dựng,phát triển nguyên lý, cấu tạo cho các loại máy phát tịnh tiến sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Việc tính tốn, thiết kế thành cơng máy phát điện dùng cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng gĩp phần phát triển, khai thác, sử dụng nguồn năng lượng sĩng phục vụ cho các nhu cầu hoạt động kinh tế xã hội trên biển và hải đảo. 1
2. Đối trượng và phương pháp nghiên cứu Dựa trên nguyên lý của thiết bị máy phát điện chuyển động thẳng như của Bostrưm và M.Ericksson [9,15], cơng trình đã xây dựng một mơ hình cơ cấu máy phát điện chuyển động thẳng phù hợp với điều kiện sĩng Việt Nam, sau đĩ mơ hình hĩa thiết bị dưới dạng đơn giản và lập chương trình tính tốn, mơ phỏng số cho hoạt động của thiết bị để tìm ra các thơng số cấu tạo tối ưu. Phạm vi nghiên cứu của đồ án mới chỉ dừng lại ở việc xây dựng mơ hình, mơ phỏng tính tốn khảo sát các đáp ứng đầu ra của máy phát điện tịnh tiến theo các thơng số cấu tạo khi biết trước chuyển động tương đối của cuộn dây và nam châm của máy phát mà chưa nghiên cứu cho tồn bộ hệ thống chuyển đổi năng lượng sĩng (bao gồm cả phao nổi). Nội dung nghiên cứu Chương 1.Tổng quan về các loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng. Chương 2. Mơ hình máy phát tịnh tiến dùng cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng. Chương 3.Tính tốn mơ phỏng và xác định thơng số cấu tạo máy phát điện tịnh tiến 5kW. Chương 4. Thiết kế các chi tiết lõi máy phát điện. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SĨNG 1.1.Năng lượng sĩng 2
3. Sĩng biển là các sĩng bề mặt xuất hiện tại tầng trên cùng của biển hay đại dương. Chúng thường được tạo ra do tác dụng của giĩ, nhưng đơi khi cũng do các hoạt động địa chấn, và cĩ thể lan truyền hàng nghìn kilơmét. Năng lượng sĩng là năng lượng tái tạo tạo được lưu trữ trong chuyển động của sĩng ở dạng động năng và thế năng. 1.2.Chuyển đổi năng lượng sĩng Để chuyển đổi năng lượng sĩng biển, ta phải chuyển đổi thành dạng thế năng, động năng hiệu dụng rồi mới chuyển thành các dạng năng lượng khác theo mong muốn. 1.3.Những loại thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng Cĩ các dạng thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng như gần bờ, ven bờ, hay ngồi khơi, mỗi loại cĩ ưu nhược điểm riêng. 1.3.1.Các hệ thống thiết bị ven bờ Các thiết bị này thường là những cơng trình biển, xây cố định, tốn kém và dễ bị hư hại do tác động khắc nghiệt của mơi trường biển. Các thiết bị này chuyển đổi năng lượng từ các sĩng đứt quãng, khơng liên tục. 1.3.2.Các hệ thống thiết bị gần bờ Các hệ thống thiết bị gần bờ thường cĩ một bộ phận cố định với đáy biển và một bộ phận nhận dao động từ sĩng, chuyển động tương đối giữa 2 bộ phận này sẽ được chuyển đổi thành cơ năng sau đĩ thành điện năng. 1.3.3.Các hệ thống thiết bị ngồi khơi 3
4. Các thiết bị thuộc nhĩm này thường cĩ mục đích khai thác nguồn năng lượng lớn từ các sĩng lớn ở các vùng nước sâu. 1.4.Thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng dùng máy phát tịnh tiến Hiện nay đã cĩ nhiều thiết bị để đề xuất để thu năng lượng sĩng biển, tuy nhiên chúng thường cĩ bộ phận cơ học trung gian. Thiết bị năng lượng sĩng tịnh tiến cĩ nhiều ưu điểm hơn các thiết bị khác. 1.4.1.Nguyên lý chung của thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng dùng máy phát tịnh tiến Năng lượng sĩng biển qua 1 bộ phận trung gian rồi tạo ra điện, qua bộ phân chuyển đổi để tạo ra dịng điện ổn định để sử dụng. 1.4.2.Lựa chọn nguyên lý, cấu tạo thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng để nghiên cứu, phát triển. Cuộn dây chuyển động tịnh tiến trong khung nam châm để tạo ra điện. CHƯƠNG 2.MƠ HÌNH MÁY PHÁT TỊNH TIẾN DÙNG CHO THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SĨNG 2.1.Nguyên lý của máy phát điện tịnh tiến Máy phát điện tịnh tiến về cơ bản giống như một động cơ tịnh tiến và được sử dụng như một máy phát điện. Điều này sẽ giúp loại bỏ những cơ cấu trung gian phức tạp của chuyển đổi 4
5. chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay khi sử dụng máy phát điện quay. 2.2.Cấu tạo của máy phát tịnh tiến khơng dùng lõi thép Máy phát điện tịnh tiến ở đây là máy phát nam châm vĩnh cửu khơng dùng lõi sắt trong các cuộn ứng.Cấu tạo của máy phát tịnh tiến cũng 2 phần tạm gọi “stato” và “roto” được đặt trong một ống trụ dài. 2.3. Các phương trình cơ bản mơ tả hoạt động của máy phát Theo mơ hình cơ cấu của máy phát và nguyên lý hoạt động của của máy phát thì cơng suất của máy phát phụ thuộc vào các thơng số hình học và vật lý. Hệ các phương trình mơ tả hoạt động của máy đã được thu nhận. CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN MƠ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH THƠNG SỐ MÁY PHÁT ĐIỆN TỊNH TIẾN 5KW 3.1. Tính phân bố từ trường trong khơng gian chuyển động của cuộn dây[1] Theo kết quả phân bố từ trường ta nhận thấy, khi cho thêm lĩt sắt non làm kín mạch từ thì từ trường sẽ phân bố dày hơn và đều hơn ở khoảng giữa 2 mặt nam châm so với khi chưa lĩt sắt non. Khi đĩ, mật độ từ thơng sẽ lớn hơn, tương ứng suất điện động sinh ra cũng sẽ lớn hơn. 3.2. Các thơng số cấu tạo cơ bản của lõi máy phát 3.3. Mơ phỏng tính tốn cơng suất cho các mẫu máy phát thiết kế 5
6. Từ các phương trình của mơ hình mơ phỏng hoạt động của máy phát, đã thiết lập được chương trình tính trong Matlab để tính tốn mơ phỏng và tính tốn các thơng số cấu tạo cần thiết. CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT LÕI MÁY PHÁT ĐIỆN 4.1 Nam châm Nam châm cĩ tác dụng tạo ra từ trường cho máy phát điện, ở đây dùng nam châm vĩnh cửu. Nam châm cĩ kích thước như bản vẽ tại phụ lục. 4.2 Lõi sắt Lõi sắt cĩ tác dụng dẫn từ trường cho nam châm, cĩ kích thước như tại bản vẽ của phụ lục. 4.3 Thanh trong chứa nam châm Dùng để chưa lõi sắt và nam châm rồi tạo thành khung nam châm trong. 4.4 Thanh ngồi chứa nam châm Dùng để chứa nam châm và lõi sắt rồi tạo thành khung nam châm ngồi 4.5 Đế Gồm hai đế trên và dưới để cố định khung dây và khung nam châm, định hướng cho khung dây chuyển động. 4.6 Vành ngăn cách cuộn dây Dùng để ngăn cách các cuộn dây trên khung dây. 6
7. 4.7 Khung cuốn dây Cĩ tác dụng làm khung để cuốn dây là phần ứng, và định hướng chuyển động trong lõi máy phát. 4.8 Trục định hướng chuyển động Cĩ tác dụng định hướng chuyển động của khung dây trong lõi máy phát. 4.9 Ổ bi trượt Định hướng cho trục định hướng, làm chuyển động trơn tru. KẾT LUẬN Phát triển mơ hình và tính tốn mơ phỏng máy phát điện 5kW dùng cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sĩng là một quá trình tương đối phức tạp với nhiều giai đoạn, địi hỏi tư duy khoa học, ngồi ra nĩ cịn địi hỏi sự kết hợp của nghiều ngành khác nhau, nhiều mơn khoa học khác nhau. Mặc dù cịn thiếu một số kiến thức nâng cao và kinh nghiệm thực tế, kiến thức lý thuyết, nhưng với sự giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn thì trong đồ án này, em đã đạt được những kết quả như sau: Những kết quả đạt được • Tìm hiểu và nắm được tổng quan nguyên lý cơ bản chuyển đổi năng lượng sĩng, nguyên lý hoạt động của máy phát điện nĩi chung, đặc biệt là máy phát điện theo mơ hình chuyển động tịnh tiến dùng nam châm vĩnh cửu. • Xây dựng được mơ hình cơ cấu máy phát điện chuyển động thẳng. 7
8. • Sử dụng ở mức cơ bản các cơng cụ thiết kế, lắp ráp, mơ phỏng của phần mềm thiết kế Siemens NX. • Học tập thêm được 1 số kỹ năng tính tốn bằng phần mềm Matlab. Những mặt hạn chế • Chưa tối ưu được kích thước, vật liệu và hiệu năng của lõi máy phát điện. • Tính thẩm mỹ cịn chưa cao. • Tính bền vững và ổn định cơ học chưa được tính đến do cịn hạn chế về thời gian và kiến thức. Hướng phát triển • Tìm hiểu các nguyên liệu để làm khung cuốn dây nhẹ hơn, để giảm bớt đi năng lượng nâng khung cuốn dây lên xuống thẳng đứng. • Thiết kế thêm vỏ máy và phần phao nổi trên mặt biển để cĩ một máy phát điện hồn thiện. Từ đĩ cĩ thể tính đến bước sản xuất điện thương mại, đặc biệt nước ta cĩ bờ biển dài, cùng với nhiều hải đảo chưa cĩ lưới điện quốc gia, thì máy phát điện dựa vào năng lượng sĩng này là vỗ cùng hữu ích. 8