Máy phát điện tự động

Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp tỉnh dành cho học sinh trung học Năm học 2015 - 2016 ĐƠN VỊ DỰ THI PHÒNG GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRỰC NINH Tên dự án dự thi MÁY PHÁT ĐIỆN TỰ ĐỘNG Lĩnh vực dự thi: Năng lượng _ Vật lý Tác giả: Đỗ Xuân Bách Địa chỉ: Tỉnh Nam Định Mục lục Nội dung Trang I Tóm tắt nội dung dự án II Giới thiệu tổng quan vấn đề nghiên cứu III Giả thuyết khoa học phát biểu mục đích nghiên cứu IV Phương pháp nghiên cứu (tài liệu thực nghiệm) Thiết kế chế tạo khung vỏ máy Chế tạo Rô to Chế tạo Stato Lắp đặt Bộ chỉnh lưu Lắp đặt Pin tích điện Lắp đặt Mạch sạc điện thoại Chế tạo Tua bin gió Thiết kế lắp đặt Cơng tắc điều khiển, bóng báo, ổ lấy điện V Số liệu/ kết nghiên cứu VI Phân tích số liệu/ kết thảo luận VII Kết luận đề xuất 6 7 8 VIII Tài liệu tham khảo 10 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I Tóm tắt nội dung dự án Lý nghiên cứu, ý tưởng nghiên cứu: Trong lần tình cờ sửa đồng hồ, em thấy vành bán nguyệt đồng hồ tự dao động Tại vành bán nguyệt đồng hồ tự dao động được? Năng lượng dùng để làm gì? Qua tìm hiểu thực tế, em thấy lượng trọng lực vành bán nguyệt sinh chuyển hóa thành đồng hồ giúp cho đồng hồ hoạt động mà không cần chủ động lên dây cót Ở địa phương em thường xảy tượng điện Khi gia đình em khơng có điện để thắp sáng, bố mẹ em khơng có điện để nạp điện thoại em nghĩ: “Tại khơng chế tạo máy phát điện để nạp điện thoại thắp sáng cho gia đình ?” Câu hỏi nghiên cứu: - Làm để biến chuyển động lắc lắc lại vành bán nguyệt thành điện năng? - Chọn máy phát điện loại cho phù hợp? - Sử dụng nguồn điện phát cho hiệu quả? Lợi ích dự án mang lại: Nguồn điện sinh từ dư thừa hoạt động người tượng tự nhiên tạo (năng lượng xanh) với điện áp nhỏ nên an tồn điện, thân thiện mơi trường, khơng phải sử dụng tới mạng điện lưới vừa gây tổn hao điện vừa an tồn sử dụng hữu ích hoạt động khu vực chưa có điện lưới vùng núi, hải đảo hay phương tiện di chuyển Nâng cao ý thức tiết kiệm điện năng, ý thức việc tìm tịi nghiên cứu sử dụng nguồn lượng nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên bảo vệ mơi trường cộng đồng Cơng việc thực - Lắp đặt đĩa nam châm gia trọng rô to máy phát điện (đĩa nam châm gia trọng giống vành bán nguyệt đồng hồ ) - Lắp đặt cuộn dây stato máy phát điện - Lắp đặt chỉnh lưu hai nửa chu kỳ thiết bị ổn áp hiệu điện chiều - Lắp đặt pin tích điện chiều - Lắp đặt mạch sạc điện thoại Kết đạt Đối với máy phát điện tự động mơ hình (sản phẩm trưng bày) dư thừa hoạt động máy phát điện chuyển hóa thành điện dịng điện phát ổn định có điện áp khoảng 6V cường độ dòng điện từ 0,3A đến 0,4 A Đặc biệt tích hợp với cánh quạt gió trở thành máy phát điện sức gió phát dịng điện ổn định điện áp 6V cường độ dòng điện từ 0,9A đến 1A II Giới thiệu tổng quan vấn đề nghiên cứu Giới thiệu bối cảnh Việt Nam có tiềm phát triển nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có Những nguồn Năng lượng tái tạo khai thác sử dụng thực tế nhận diện đến gồm: thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng sinh khối, lượng khí sinh học (KSH), nhiên liệu sinh học, lượng từ nguồn rác thải sinh hoạt, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt Việt Nam có tiềm phát triển nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có Những nguồn Năng lượng tái tạo khai thác sử dụng thực tế nhận diện đến gồm: thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng sinh khối, lượng khí sinh học (KSH), nhiên liệu sinh học, lượng từ nguồn rác thải sinh hoạt, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt Thủy điện nhỏ: đánh giá dạng Năng lượng tái tạo khả thi mặt kinh tế - tài Căn vào báo cáo đánh giá gần có 1.000 địa điểm xác định có tiềm phát triển thủy điện nhỏ, qui mơ từ 100kW tới 30MW với tổng công suất đặt 7.000MW, vị trí tập trung chủ yếu vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ Tây Nguyên Năng lượng gió: đánh giá quốc gia có tiềm phát triển lượng gió số liệu tiềm khai thác lượng gió Việt Nam chưa lượng hóa đầy đủ thiếu điều tra đo đạc Số liệu đánh giá tiềm năng lượng gió có dao động lớn, từ 1.800MW đến 9.000MW, chí 100.000MW Theo báo cáo tiềm năng lượng gió Việt Nam tập trung nhiều vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên đảo Năng lượng sinh khối: Là nước nông nghiệp, Việt Nam có tiềm lớn nguồn lượng sinh khối Các loại sinh khối là: gỗ lượng, phế thải phụ phẩm từ trồng, chất thải chăn nuôi, rác thải đô thị chất thải hữu khác Khả khai thác bền vững nguồn sinh khối cho sản xuất lượng Việt Nam đạt khoảng 150 triệu năm Một số dạng sinh khối khai thác mặt kỹ thuật cho sản xuất điện áp dụng công nghệ đồng phát lượng (sản xuất điện nhiệt) là: Trấu Đồng Sơng Cửu long, Bã mía dư thừa nhà máy đường, rác thải sinh hoạt đô thị lớn, chất thải chăn nuôi từ trang trại gia súc, hộ gia đình chất thải hữu khác từ chế biến nông-lâm-hải sản Năng lượng mặt trời: Việt Nam có tiềm nguồn lượng mặt trời, khai thác cho sử dụng như: (i) Đun nước nóng, (ii) Phát điện (iii) Các ứng dụng khác sấy, nấu ăn Vớii tổng số nắng cao lên đến 2.500 giờ/năm, tổng lượng xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần phía Nam sở tốt cho phát triển công nghệ lượng mặt trời Năng lượng địa nhiệt: Mặc dù nguồn địa nhiệt chưa điều tra tính tốn kỹ Tuy nhiên, với số liệu điều tra đánh giá gần cho thấy tiềm điện địa nhiệt Việt Nam khai thác đến 300MW Khu vực có khả khai thác hiệu miền Trung.Hiện tại, sử dụng lương tái tạo Việt Nam chủ yếu lượng sinh khối dạng thơ cho đun nấu hộ gia đình Năm 2010, mức tiêu thụ đạt khoảng gần 13 triệu quy dầu.Ngoài việc sử dụng lượng sinh khối cho nhu cầu nhiệt, cịn có lượng Năng lượng tái tạo khác khai thác cho sản xuất điện Theo số liệu đến năm 2010, tổng điện sản xuất từ dạng Năng lượng tái tạo cung cấp lên lưới điện quốc gia đạt gần 2.000 triệu kWh, chiếm khoảng 2% tổng sản lượng điện phát lên lưới toàn hệ thống So với nhiều nước giới, kết nêu nhỏ bé chưa phát huy hết tiềm có Để đáp ứng nhu cầu việc cung ứng lượng phải đối mặt với nhiều vấn đề & thách thức, đặc biệt cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu biến động theo xu tăng Việt Nam phụ thuộc nhiều vào giá lượng giới , Chính vậy, việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo giai đoạn tới có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lượng bảo vệ môi trường Vấn đề Chính phủ quan tâm, đạo bước đầu đề cập số văn pháp lý Trong bối cảnh nhu cầu lượng Việt Nam ngày gia tăng, khả cung cấp nguồn lượng nội địa hạn chế (dự kiến phải nhập than cho điện từ sau 2015) tiềm nguồn Năng lượng tái tạo Việt Nam lớn kèm theo nhu cầu sử dụng điện nhiệt cho sản xuất cao việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát lượng (cả điện nhiệt) khả thi công nghệ lẫn hiệu kinh tế mơi trường Trong bối cảnh đó, Quyết định số 1208 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến 2030 (Tổng sơ đồ phát triển điện 7) xem sở pháp lý cho phát triển Năng lượng tái tạo Việt nam Do việc sử dụng lượng tái tạo xu tất yếu đảm bảo phát triển bền vững xã hội Em bắt đầu tìm tài liệu liên quan đến máy phát điện em thấy có nhiều loại máy phát điện sử dụng lượng tái tạo thân thiện với môi trường: lượng mặt trời, lượng gió, lượng sóng biển… Việc sử dụng loại máy phát điện đáp ứng số nhu cầu điện góp phần làm xanh đẹp mơi trường Tuy nhiên chúng bộc lộ hạn chế định Máy phát điện lượng mặt trời hoạt động vào ban đêm hay trời nhiều mây Máy phát điện lượng gió khơng hoạt động trời khơng có gió… Do nhóm chúng em định lựa chọn dự án kĩ thuật: “Chế tạo máy phát điện tự động” Mục đích nghiên cứu Tạo sản phẩm, sử dụng lượng xanh góp phần bảo vệ mơi trường Tiết kiệm điện năng, giảm chi tiêu gia đình Đáp ứng kịp thời số nhu cầu thông tin liên lạc thắp sáng Giúp người thay đổi cách nhìn học sinh, trao cho học sinh (con em ) trách nhiệm để khẳng định thân Tăng cường trao đổi giao lưu học sinh, phụ huynh giáo viên Tăng niềm tin khoa học giáo dục Giả thiết nghiên cứu Chế tạo sản phẩm, sử dụng lượng xanh góp phần bảo vệ mơi trường Cách lựa chọn nam châm phù hợp để tạo từ trường đủ mạnh để có dịng điện cần thiết Tìm cách làm tăng cường độ dòng điện máy phát điện tự động vốn nhỏ Dự kiến kết Trong hoạt động người, phương tiện tượng tự nhiên phần hữu ích tồn phần dư thừa vơ ích Vậy khơng tận dụng lượng để chuyển hóa thành điện hay dạng lượng khác ? Em bắt đầu tìm tài liệu liên quan đến máy phát điện em thấy có nhiều loại máy phát điện sử dụng lượng tái tạo thân thiện với môi trường: lượng mặt trời, lượng gió, lượng sóng biển… Việc sử dụng loại máy phát điện đáp ứng số nhu cầu điện góp phần làm xanh đẹp môi trường Tuy nhiên chúng bộc lộ hạn chế định Máy phát điện lượng mặt trời hoạt động vào ban đêm hay trời nhiều mây Máy phát điện lượng gió khơng hoạt động trời khơng có gió… Do nhóm chúng em định lựa chọn dự án kĩ thuật: “Chế tạo máy phát điện tự động” III Giả thuyết khoa học phát biểu mục đích nghiên cứu Thực tế hoạt động người, phương tiện tượng tự nhiên ngồi phần hữu ích sinh phần dư thừa vơ ích Vậy không tận dụng lượng để chuyển hóa thành điện hay dạng lượng khác? Nếu tận dụng nguồn lượng cung cấp điện cho việc thắp sáng nạp pin cho thiết bị cá nhân điện thoại , máy tính bảng cần thiết phù hợp với khu vực miền núi, hải đảo chưa có điện lưới hay thời điểm điện dài ngày IV Phương pháp nghiên cứu (tài liệu thực nghiệm) Quan sát vật tượng (quan sát vận hành máy phát điện) Tìm hiểu thành phần vật tượng ( cấu tạo máy phát điện máy phát điện dự kiến) Phân biệt, so sánh đặc tính, chất vật tìm mối liên hệ đặc tính chung đặc tính riêng vật (VD Máy phát điện tự động cần có cấu tạo khác với máy phát điện thường điểm nào?) Sử dụng thí nghiệm để đo số, phân tích ( đo hiệu điện thế, đo cường độ dịng điện) Thiết kế thành mơ hình máy phát điện tự động Kết luận vấn đề có kết xác ( số liệu thực tế máy phát điện tự động) Thiết kế chế tạo khung vỏ máy Khung vỏ máy chế tạo gỗ kích thước dài 30cm, rộng 25cm, cao 5cm Chế tạo Rô to: Gồm 18 nam châm vinh cửu ghép thành đĩa tròn cực S, N xen kẽ nhau, đĩa có gắn gia trọng thiếc nặng 400g gắn với trục quay thẳng đứng ổ bi Chế tạo Stato: Gồm cuộn dây cuộn 2500 vòng đặt thành vòng tròn bố trí ba cuộn lệch góc 120o mắc nối tiếp với Lắp đặt Bộ chỉnh lưu: Gồm 12 ốt tụ điện dùng chỉnh lưu dòng xoay chiều ba pha thành dòng chiều Lắp đặt Pin tích điện: Gồm pin tích điện có dung lượng 4000 mAh ( 3,7V – 15W) BL-5CB 4000mAh 3,7V-15W Lắp đặt Mạch sạc điện thoại: Gồm IC ổn áp dùng tăng hạ áp, đèn bán dẫn điện trở dùng nạp điện thoại 10 Chế tạo Tua bin gió: Gồm trục thẳng đứng cánh gắn lên đĩa nam châm Khi máy phát điện tự động trở thành máy phát điện sức gió Thiết kế lắp đặt Cơng tắc điều khiển, bóng báo, ổ lấy điện: Gồm công tắc dùng điều khiển nạp pin công tắc dùng điều khiển nạp điện thoại, ổ cắm lấy điện chiều 3,7V bóng báo + Cơng tắc thứ dùng để điều khiển ứng dụng nạp dòng điện chiều cho pin tích điện + Cơng tắc thứ hai dùng để đóng ngắt ứng dụng nạp pin cho điện thoại + Ổ cắm dùng để lấy điện 3,7V pin tích điện để thắp đèn led phục vụ thắp sáng + Dãy gồm ba đèn led dùng làm bóng báo có dịng điện xoay chiều máy phát + Các chốt V _ O _ A dùng để đo hiệu điện chiều cường độ dòng điện máy tạo 11 V Số liệu/ kết nghiên cứu Cách sử dụng máy Cách 1: Đeo máy vào người hoạt động lại, tập thể dục gắn vào phương tiện chúng di chuyển Cách 2: Treo máy vào đầu sào đầu sào gắn với phao Khi cho phao xuống nước treo sào tạo thành địn bẩy máy phát điện tự động hoạt động máy phát điện nhờ sóng biển Cách 3: Khi tháo gia trọng gắn tua bin gió máy phát điện tự động trở thành máy phát điện nhờ sức gió Các thơng số, tiêu, tính kỹ thuật đạt Cách sử dụng Hiệu điện (V) Cường độ (A) Công suất (W) Gắn máy vào vật dao động 0,3 đến 0,5 1,8 đến W Gắn tua bin gió vào máy 0,5 đến 1,5 W đến W VII Phân tích số liệu/ kết thảo luận So sánh với lý thuyết • Thiết kế mơ hình máy phát điện tự động dựa nguyên lý tượng cảm ứng điện từ • Đây mơ hình máy phát điện mang tính sáng tạo so với thực tiễn công nghệ • Sử dụng nguồn lượng xanh khơng gây ảnh hưởng đến mơi trường dư thừa hoạt động người, phương tiện tượng tự nhiên Kết mong đợi • Tạo một loại máy phát điện phục vụ cho số yêu cầu sống • Máy tạo nguồn điện với hiệu điện 6V cường độ dòng điện biến đổi từ 0,3A đến 1A đáp ứng nhu cầu nạp điện cho điện thoại, máy tính bảng thắp sáng với đèn led công suất từ 1W đến 2W 12 • Trong bối cảnh nguồn lượng hóa thạch cạn kiệt dần điều cần thiết phải có nguồn lượng thay thế, máy phát điện tự động mở hướng khai thác sử dụng lượng (năng lượng xanh) không gây ô nhiễm môi trường Những hạn chế • Nguồn chiều sau chỉnh lưu chưa thiết kế IC ổn áp để ổn định dịng điện nạp • Chưa mắc thiết bị tự ngắt pin nạp đầy • Thiết bị cịn kồng kềnh chưa đáp ứng yêu cầu ý tưởng gọn nhẹ dễ dàng mang theo bên người • Hiệu suất máy chưa cao Tại phải thiết kế máy phát điện tự động trên? ? Để chế tạo máy phải lựa chọn nam châm nào? TL: Phải chọn nam châm có từ tính mạnh dao động có tốc độ thấp khơng ? Cần phải chế tạo cuộn dây để máy hoạt động được? TL: Các cuộn dây phải có lõi khơng khí khơng lực hút lõi thép nam châm làm cho máy không hoạt động ? Tại phải phát dòng điện xoay chiều ba pha? TL: Dòng điện xoay chiều ba pha chỉnh lưu cho dòng tăng lên khoảng ba lần so với dòng xoay chiều pha loại Hướng khắc phục: • Tiếp tục tính tốn mắc thêm IC ổn áp để cố định hiệu điện nạp pin • Nâng hiệu điện dịng pin để trữ lượng điện lớn • Thiết kế, lắp đặt hệ thống tự ngắt pin nạp đầy để bảo vệ pin • Lựa chọn thiết bị từ phù hợp để làm giảm kích thước máy đáp ứng nhu cầu nhỏ gọn thời trang Phạm vi ứng dụng: Máy phát điện tự động dùng để thắp sáng nạp pin cho thiết bị cá nhân Loại máy phù hợp với khu vực miền núi, hải đảo chưa có điện lưới, hay thời điểm điện lưới dài ngày Do lượng cung cấp cho máy người vật dao động nên ta nạp điện thoại lại, làm việc gắn máy vào hương tiện di chuyển hay vật dao động ô tô, tàu biển… Do cấu tạo máy nhỏ gọn đeo theo bên người, gắn vào vật hay phương tiện khác mang theo nơi đem lại thuận tiện sử dụng Sử dụng nguồn lượng thân thiện với môi trường góp phần bảo vệ mơi trường VIII Kết luận đề xuất Qua trình nghiên cứu đề tài, nhóm thực số cơng việc sau: Nghiên cứu sở lí thuyết từ tìm hướng phát triển ý tưởng chế tạo máy phát điện tự động sử dụng nguồn lượng xanh dư thừa hoạt động người , phương tiện tượng tự nhiên Tạo sản phẩm, sử dụng lượng xanh góp phần bảo vệ mơi trường Tiết kiệm điện năng, giảm chi tiêu gia đình 13 Đáp ứng kịp thời nhu cầu thông tin liên lạc thắp sáng Việc chế tạo máy dễ dàng thay cho loại máy nạp điện thoại thông thường khơng gây nhiễm mơi trường Thiết bị cải tạo nâng cao hiệu suất thu nhỏ kích thước đem lại thuận tiện cho người sử dụng Khi sử dụng máy phát điện tự động khai thác nguồn lượng vô tận không gây ảnh hưởng đến môi trường VIII Tài liệu tham khảo - Sách giáo khoa Công nghệ 8; Vật lý 8,9 - Tạp chí khoa học cơng nghệ Việt Nam - Website: http://www.dientuvietnam.net/ 14 ... tích điện chiều - Lắp đặt mạch sạc điện thoại Kết đạt Đối với máy phát điện tự động mơ hình (sản phẩm trưng bày) dư thừa hoạt động máy phát điện chuyển hóa thành điện dòng điện phát ổn định có điện. .. phát điện tự động cần có cấu tạo khác với máy phát điện thường điểm nào?) Sử dụng thí nghiệm để đo số, phân tích ( đo hiệu điện thế, đo cường độ dòng điện) Thiết kế thành mơ hình máy phát điện tự. .. hành máy phát điện) Tìm hiểu thành phần vật tượng ( cấu tạo máy phát điện máy phát điện dự kiến) Phân biệt, so sánh đặc tính, chất vật tìm mối liên hệ đặc tính chung đặc tính riêng vật (VD Máy phát