Đang tải... (xem toàn văn)
Tiếp nhận Tiểu dự án Đổi mới sáng tạo hướng tới sử dụng năng lượng từ tự nhiên. Nhóm nghiên cứu của trường THCS THPT Lạc Hồng tìm ra một sản phẩm tận dụng được sức gió, nhằm giúp người nghèo ở vùng sâu vùng xa, vùng chưa thể có điện quốc gia phục vụ. Đặc biệt trên các thuyền đánh bắt cá xa bờ, nhân dân hải đảo những nơi có gió mạnh có điện sinh hoạt. Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu, nhóm em quyết tâm đổi mới, vận dụng những kiến thức đã học và các yếu tố khoa học công nghệ đã có và hiện có để làm ra một chiếc máy “phát điện” sinh ra điện từ năng lượng gió, có công suất khoảng 350W.
TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỔI MỚI SÁNG TẠO SẢN XUẤT MÁY PHONG ĐIỆN CỞ NHỎ HƯỚNG TỚI NGƯỜI THU NHẬP THẤP HCM, ngày 25 tháng11 năm 2015 ĐỔI MỚI SÁNG TẠO, SẢN XUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ – CỠ NHỎ I TỔNG QUÁT Tiếp nhận Tiểu dự án Đổi sáng tạo hướng tới sử dụng lượng từ tự nhiên Nhóm nghiên cứu của trường THCS & THPT Lạc Hồng tìm sản phẩm tận dụng được sức gió, nhằm giúp người nghèo vùng sâu vùng xa, vùng chưa thể có điện quốc gia phục vụ Đặc biệt thuyền đánh bắt cá xa bờ, nhân dân hải đảo nơi có gió mạnh có điện sinh hoạt Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, nhóm em tâm đổi mới, vận dụng kiến thức học yếu tố khoa học công nghệ có có để làm máy “phát điện” sinh điện từ lượng gió, có công suất khoảng 350W So với máy ngoại nhập thị trường : + Máy chúng em làm nó gần gũi với người sử dụng ( cách làm dễ dễ sửa chữa thay thế) + Giá thành rẻ, mức 60% giá nhập ngoại nhập + Kích thích đam mê nghiên cứu khoa học của bạn trẻ II XÁC ĐỊNH MỤC TIÊU VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ MÁY Máy được sản xuất nguyên lý khoa học công nghệ có trước Nhóm em sáng tạo đổi theo mục tiêu dự kiến trước Mục tiêu đạt được: a Sản phẩm - Máy gọn, nhẹ: Riêng thân máy nặng 7kg - Dễ sử dụng: Máy dễ chế tạo sử dụng, bạn cần có chút trí tuệ, đam mê có chế tạo được máy cho gia đình - Máy tiêu chuẩn có tốc độ gió 3,5 - m/s số vòng quay rotor đạt 180 v/p cho sản lượng 300w hiệu điện 12 vôn b Quy trình vận hành: Gió tác dụng vào cánh quạt, tạo vòng quay, sinh điện pha, dùng điốt chỉnh lưu AC DC, điện vào bình ắc quy tích trữ, qua INVERTER nâng lên 220V cấp cho phụ tải gia đình c Về mặt kinh tế Giá thành rẻ ( 60% giá nhập ngoại) Nên sản phẩm dễ đến với người nghèo, người thu nhập thấp, vùng sâu, vùng xa, nơi không có điện lưới Cơ sở, nguyên lý nghiên cứu để đổi a Nguyên lý: - Máy phát điện thiết bị biến thành điện Dựa tượng “cảm ứng điện từ” - Máy phát điện có chức phát điện, chỉnh lưu hiệu chỉnh điện áp - Nghiên cứu định luật Faraday b Nghiên cứu thực tế: - Mở tung Đynamo (đã học từ học kì của lớp 9) sử dụng tượng cảm ứng điện từ để biến đổi lượng học thành dòng điện - Cấu tạo Đynamo: Bao gồm: phận quay(gọi rôto) , phận đứng yên gọi stato Bộ phận tạo từ trường gọi phần cảm, phận tạo dòng điện gọi phần ứng - Các Đynamo nhỏ (như Đynamo xe đạp) từ trường tạo nam châm vĩnh cửu, đynamo lớn từ trường được tạo nam châm điện c Vấn đề tác động đến tư duy: • Tạo từ trường, sinh điện: - Sau đọc sách, xem mô hình… chúng em thấy: Mối quan hệ chuyển động quay học dòng điện Đynamo trình thuận nghịch Thực chất nguyên lý thay nam châm điện Stato đối xứng để tạo từ trường xung quanh Rotor ( Đây vấn đề cốt lõi, đường cong từ trễ của Nam châm vĩnh cửu đất hiếm) Tóm lại: Ghi nhận từ nguyên lý, đến nghiên cứu thực tế cho thấy: • Rotor: Phần quan trọng máy phát điện, có cuộn dây đặt chéo góc 1200 • Stator: Phần tĩnh máy phát điện • Cuộn dây: Phần ứng, thành phần sản xuất điện đặt Rotor hay Stator • Cuộn dây: Phần cảm, thành phần tạo từ trường, đặt ngày Rotor Stator • Tốc độ vòng quay tương đối Stator Rotor để tạo ra: từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên lúc mạch xuất suất điện động - Chúng em thấy máy phát điện Tuabin nước có tốc độ thấp, máy phát điện kéo Tuabin nước có tốc độ thấp Để giải vấn đề này, chúng em làm nhiều đôi cực cấu tạo theo kiểu cực lồi • Nam châm vĩnh cửu đất NdFeB Được nhà chế tạo nam châm đất NdFeB của Nhật cho biết: - Lực kháng từ lớn 8.000J -> 10.000J - Lực kháng từ phụ thuộc vào hệ số chữ nhật của đường cong từ trễ - Nhiệt độ Curie lớn - Độ cứng, độ mài mòn lớn - Từ dư bề mặt lên đến 1,3 - Để lâu không bị từ tính Từ lý thuyết, thực tế cho thấy: nên đổi cấu tạo kết cấu, để tạo từ trường dùng nam châm đất NdFeB có sẵn từ tính đơn giản Như có máy phát điện nhỏ tiến hành thiết kế máy III PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH Thiết kế máy: a Đổi sáng tạo trục quay Rotor - Mọi máy phát điện cỡ nhỏ, được kéo động xăng dầu, có kết cấu Tuabin trục ngang Để lấy gió hướng, ta phải chuyển trục quay ngang, thành trục đứng được gọi “Công nghệ Tuabin trục đứng” b Đổi cánh lấy gió - Bộ cánh lấy gió theo hướng Tuabin trục đứng, được làm theo hình giọt nước,có chiều dài mét, rộng 25cm - Thay đổi cuộn dây Rotor phần ứng nam châm vĩnh cửu đất NdFeB - Từ lý thuyết nguyên lý thực tế cấu tạo của Đynano nói Ta có đủ cứ để thay cuộn dây ứng của Rotor nam châm vĩnh cửu gắn đĩa, đặt đối xứng được gọi “ Công nghệ ép đĩa từ tính” c Cuộn dây – phần cảm Stato Như lý thuyết nói Stato Rotor hoán vị chỗ cho Ở chúng em đặt Rotor phần động có sẵn từ trường nam châm vĩnh cửu(có 24 thỏi nam châm), phần cảm Stato phải cuộn dây Theo thực tế Đynamô, Rotor có cuộn dây đặt chéo góc 1200 Được đổi đặt cuộn nối tiếp cuộn với nhau, cho ta điện xoay chiều pha d Vị trí Rotor Stato tạo hiệu điện - Ta biết Rotor tạo di chuyển từ xung quanh Stator, từ đó tạo điện áp cuộn dây của Stator - Như vậy: Ta ghép đĩa Rotor, kẹp đĩa Stator cho trục quay có điện - Mọi yêu cầu đặt vị trí viên nam châm của đĩa trên, đĩa dưới, vị trí nam châm đối xứng với cuộn dây phải theo nguyên lý phần làm việc với nhau, tạo chuyển động tương đối từ trường cuộn dây của phần ứng, đó sinh điện Cách đặt nam châm tạo từ thông cực đại, cho suất điện động cực đại • Như vậy: Chúng em sáng tạo, đổi công nghệ cuộn dây Rotor quay quanh lòng nam châm điện của Đynamô thành công nghệ “ Ép đĩa từ tính” Lưu ý: Cực nam châm đĩa trên, ngược chiều với cực nam châm đĩa dĩa rotor gần dĩa stato hiệu cao - Quá trình nghiên cứu, sáng tạo đổi mới, chúng em thiết kế tạo được mô hình lắp ghép theo sơ đồ sau: Sơ đồ thành phần máy phát điện Và từ đó chúng em có máy phát điện 300w nặng 7kg, dày 0,06m, đường kính 0,32m IV TỒN TẠI KHÓ KHĂN Số đo thực tế gió trời cho thông số Người đo Ngày đo Tốc độ gió Vòng ( m/s ) quay/phút Tập thể đo Vôn 3,9 118 11 6,1 230 38 6,4 209 34 191 35 230 40 171 35 3,9 118 6,1 230 6,4 209 3,8 115 Ampe Ghi 10 Số đo gió nhân tạo nhà Ngày đo Tốc độ gió (m/s) Vòng/phút tương ứng Vôn kế 19/11/2014 1,4 – 43 – 54 2,1 – 2,6 83 – 168 10 2,0 – 2,7 126 – 220 11 2,6 – 3,7 107 – 153 12 3,7 – 209 – 240 15 4,3 – 5,1 220 - 226 16 Thời gian tích điện ắc quy: 330 phút Ampe kế Bảng so sánh thông số đo đạc với máy khác Thông số Máy Việt Nam Máy Trung Quốc Công suất định mức 300w 300w Trọng lượng Tuabin 16 kg 27 kg 1,2/0,88 1,23/1,09 m Thép … Aluminium ( hợp kim nhôm) 3x2 m/s m/s 2,6 – 3,7 m/s 12 m/s Tốc độ tối đa 65 m/s 65 m/s Loại máy phát pha pha Điện áp đầu 12/24 vôn 12/24 vôn Bình ắc quy 80 Ampe 20 Ampe Biến dòng 220 vôn Chưa xác định Kích thước (cao, đường kính), phận máy đến cánh Vật liệu làm cánh gió Số cánh (tầng) Bắt đầu khởi động Tốc độ đánh giá - Máy Hàn Quốc Qua theo dõi đo đạc gió cho thấy vận tốc gió có xu hướng giảm vòng quay Khi gió lên vòng quay lớn ( biến đổi vòng quay nhanh máy nhẹ) - Gió nhân tạo, đẩy không hết độ cao cánh Vấn đề giải tồn a Trục Maglev: - Theo sơ đồ của thầy Nguyến Xuân Chánh Đại học Bách khoa Hà Nội - Chúng em thấy nam châm từng đôi một, đối diện nhau, đẩy Rotor Nếu cực đối diện không cân rotor bị lệch bên, hai khe hở hai bên đối diện chênh lệch Người ta thiết kế cảm biến khe hở để tự điều chỉnh cho Rotor cân trở lại - Nhóm chúng em cùng thầy Nguyễn Bùi Dũng thầy Hoàng Duy Lộc nghiên cứu dùng nam châm NdFeB (Nam châm vòng tròn) để gắn vào trục Chúng em tạm gọi phương pháp “Trục ép đệm từ” Trên trục quay Rotor, có đoạn ống dự định thay trục Maglev - Trục Maglev Trung Quốc thực thi, vấn đề chúng em thầy Nguyễn Bùi Dũng thầy Hoàng Duy Lộc nghiên cứu ứng dụng phục vụ đề tài ứng dụng kết cấu đơn giản, có thể sử dụng cách thay đổi tỷ số quay, dây cu roa, xích, bánh Vấn đề tăng số vòng quay để đạt hiệu điện vận tốc gió nhỏ b Trong ngày gió có tốc độ – 10 m/s đêm có vài giờ, để tận dụng lượng máy điện gió việc bổ sung điện mặt trời cần thiết - Việc đặt thêm điện mặt trời, cần mua ghép vào điều khiển chung, dĩ nhiên giá thành tăng thêm 400 USD ≈ triệu 10 - Quy trình hòa điện mặt trời với điện gió vào ắc quy sau: Điện mặt trời V MỤC TIÊU PHỤC VỤ Phục vụ cho tàu đánh cá xa bờ, trang trại vùng xa, công trình xây dựng di động - Hiện tàu đánh cá xa bờ chưa có điện sinh hoạt có tốn thêm dầu(năng lượng hóa thạch) dẫn đến chi phí đánh bắt cá cao lượng gió tiền - Các đảo nhỏ khơi chưa có lưới điện quốc gia Vì chi phí mua vật liệu sản xuất rẻ, máy có công suất 300W giá khoảng triệu đến 10 triệu đồng MỘT SỐ HÌNH VẺ THIẾT KẾ 11 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 12 H9 VI NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ SỨC GIÓ Nó phụ thuộc vào thời gian có gió gió phải đạt đến ~ 3,4 m/s đủ lượng tạo điện áp 12 vôn Có thể máy phát điện nhờ lượng gió chúng em chưa đạt nhiều mong muốn, mong có nhiều bạn có đam mê nghiên cứu để đưa giải pháp, công nghệ để khắc phục nhược điểm mà máy phát điện gió hay gặp phải nâng cao hiệu suất chuyển lượng gió thành điện Vì nguồn lượng không gây ô nhiễm môi trường Chiếc máy chúng em đã hoàn thành cùng với thầy Nguyễn Bùi Dũng Thầy Hoàng Duy Lộc 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Tài liệu tham khảo http://www.blogdiengio.com/2014/03/tu-lam-may-phat-ien-gio-loai-nh.html 22 [...]... gia Vì chi phí mua vật liệu sản xuất rẻ, máy có công suất 300W thì giá khoảng 8 triệu đến 10 triệu đồng MỘT SỐ HÌNH VẺ THIẾT KẾ 11 H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 12 H9 VI NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN NHỜ SỨC GIÓ Nó phụ thuộc vào thời gian có gió và gió phải đạt đến ~ 3,4 m/s mới đủ năng lượng tạo ra điện áp 12 vôn Có thể chiếc máy phát điện nhờ năng lượng gió của chúng em chưa đạt được nhiều mong... muốn, nhưng mong sao sẽ có nhiều bạn sẽ có đam mê nghiên cứu để đưa ra những giải pháp, công nghệ mới để khắc phục được những nhược điểm mà các máy phát điện gió hay gặp phải và nâng cao được hiệu suất chuyển năng lượng gió thành điện Vì đây là nguồn năng lượng sạch không gây ra ô nhiễm môi trường Chiếc máy chúng em đã hoàn thành cùng với thầy Nguyễn Bùi Dũng và Thầy Hoàng Duy Lộc 13 14 15 16 17... hòa điện mặt trời với điện gió vào ắc quy như sau: Điện mặt trời V MỤC TIÊU PHỤC VỤ Phục vụ cho các tàu đánh cá xa bờ, trang trại và vùng xa, công trình xây dựng di động - Hiện nay tàu đánh cá xa bờ chưa có điện sinh hoạt hoặc có nhưng sẽ tốn thêm dầu(năng lượng hóa thạch) dẫn đến chi phí đánh bắt cá cao trong khi năng lượng gió không phải mất tiền - Các đảo nhỏ ngoài khơi chưa có lưới điện ...ĐỔI MỚI SÁNG TẠO, SẢN XUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ – CỠ NHỎ I TỔNG QUÁT Tiếp nhận Tiểu dự án Đổi sáng tạo hướng tới sử dụng lượng từ tự nhiên... có điện lưới Cơ sở, nguyên lý nghiên cứu để đổi a Nguyên lý: - Máy phát điện thiết bị biến thành điện Dựa tượng “cảm ứng điện từ” - Máy phát điện có chức phát điện, chỉnh lưu hiệu chỉnh điện. .. nên đổi cấu tạo kết cấu, để tạo từ trường dùng nam châm đất NdFeB có sẵn từ tính đơn giản Như có máy phát điện nhỏ tiến hành thiết kế máy III PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH Thiết kế máy: a Đổi sáng tạo