Nghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutter

Nghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutterNghiên cứu thực nghiệm công suất máy phát điện gió dựa trên hiện tượng flutter

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CƠNG SUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ DỰA TRÊN HIỆN TƢỢNG FLUTTER Giảng viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: TS Vũ Đình Quý TS Vũ Quốc Huy Đỗ Trung Anh Kỹ thuật hàng không - K57 HÀ NỘI, 06/2017 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Đỗ Trung Anh Điện thoại liên lạc: 01663494850 Email: dta1094@gmail.com Lớp: Kỹ thuật Hàng không – K57 Hệ đào tạo: Chính quy Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực tại: Bộ môn Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ, Viện Cơ khí Động lực Thời gian làm ĐATN: Ngày giao nhiệm vụ: 18/01/2017 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/06/2017 Mục đích nội dung ĐATN Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm cơng suất máy phát điện gió dựa tƣợng flutter” nhằm mục đích thực nghiên cứu, kiểm nghiệm tiếp tục hồn thiện mơ hình máy phát điện gió cỡ nhỏ, ứng dụng tƣợng Flutter cảm ứng điện từ (windbelt); qua cải tiến nâng cao công suất Đề tài bao gồm nội dung nhƣ sau: a) Tổng quan: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động yếu tố ảnh hƣởng hoạt động máy phát điện b) Chế tạo mạch đo: Nhằm mục đích phục vụ đo thực nghiệm với mơ hình lớn với điều kiện gió thực tế làm sở cho nghiên cứu c) Thiết kế, chế tạo mơ hình: Thiết kế chế tạo lắp ghép mơ hình Windbelt với kích thƣớc lớn nhằm tăng cơng suất d) Nghiên cứu thực nghiệm: Thực đo phân tích kết với mơ hình ống khí động điều kiện gió thực e) Kết luận, đánh giá khả ứng dụng phương hướng phát triển Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Đỗ Trung Anh – cam kết ĐATN cơng trình nghiên cứu thân dƣới hƣớng dẫn TS Vũ Đình Quý TS Vũ Quốc Huy Các kết nêu ĐATN trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2017 Tác giả ĐATN Đỗ Trung Anh i Xác nhận giáo viên hƣớng dẫn mức độ hoàn thành cho phép bảo vệ: ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2017 Giáo viên hƣớng dẫn TS Vũ Đình Quý TS Vũ Quốc Huy ii Nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày 20 tháng 06 năm 2017 Giáo viên phản biện TS Đinh Tấn Hƣng iii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ WINDBELT 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Một số kết nghiên cứu thực nghiệm 1.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến công suất hiệu làm việc 1.2.2 Các mơ hình đƣợc thử nghiệm 10 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐO PHỤC VỤ KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG WINDBELT 12 2.1 Mục đích chức 12 2.2 Nguyên lý mạch đo 12 2.3 Thiết kế, chế tạo mạch đo 13 2.3.1 Thiết kế mạch 13 2.3.2 Chế tạo mạch 13 2.4 Hoàn thiện mạch đo 14 2.4.1 Lắp ráp hoàn thiện mạch đo 14 2.4.2 Thử nghiệm mạch 18 2.4.3 Đánh giá khả làm việc tính mạch đo 22 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 24 3.1 Mơ hình Windbelt thực nghiệm ống khí động 24 3.2 Thiết kế, chế tạo mơ hình Windbelt thử nghiệm điều kiện thực tế 24 3.2.1 Cơ sở lý thuyết 25 3.2.2 Tính tốn sơ 26 3.2.3 Thiết kế chi tiết 27 3.2.4 Chế tạo lắp ghép mơ hình 30 3.2.5 Lắp ráp mơ hình hồn chỉnh 33 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34 4.1 Thực nghiệm ống khí động với mơ hình nhỏ 34 4.1.1 Tiến hành thí nghiệm 34 iv 4.2 Kết thí nghiệm 37 4.2.1 Ảnh hƣởng lực căng dây 37 4.2.2 Ảnh hƣởng góc tới vận tốc gió gây dao động 45 4.2.3 Dòng điện cơng suất có tải 48 4.2.4 Ảnh hƣởng góc 49 4.2 Thực nghiệm điều kiện gió thực với mơ hình lớn 50 4.2.1 Mục đích thực nghiệm 50 4.2.2 Tiến hành thực nghiệm 51 4.2.3 Lựa chọn địa điểm thực nghiệm 52 4.2.4 Kết khảo sát 53 4.2.5 So sánh kết khảo sát 58 4.2.6 Đối chiếu kết khảo sát với tính tốn lý thuyết 60 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 61 5.1 Khả hoạt động ứng dụng 61 5.2 Phƣơng hƣớng phát triển 61 5.2.1 Nghiên cứu, phát triển mạch sạc, lƣu trữ lƣợng từ windbelt 61 5.2.2 Nghiên cứu, thay đổi thiết kế 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Windbelt Hình 2: Cấu tạo Windbelt Hình 3: Nguyên lý hoạt động máy phát điện dựa tƣợng flutter tƣợng cảm ứng điện từ Hình 4: Dạng dao động biên Hình 5: Dạng dao động góc Hình 6: Dạng dao động nam châm Windbelt: Kết hợp dao động biên dao động góc Hình 7: Sơ đồ mơ hình thực nghiệm Hình 8: Đồ thị điện áp cƣờng độ dòng điện phụ thuộc vào lực căng dây Hình 9: Đồ thị vận tốc gió tới hạn trì phụ thuộc vào lực căng dây Hình 10: Đồ thị vận tốc gió tới hạn trì phụ thuộc vào góc Hình 11: Đồ thị điện áp phụ thuộc vào góc Hình 12: Đồ thị điện áp hai trƣờng hợp máy phát đặt ngang dọc Hình 13: Đồ thị điện áp theo vận tốc gió với ba vị trí đặt nam châm khác nhau: 10%; 30% 50% chiều dài dây Hình 14: Đồ thị điện áp phụ thuộc vào tốc độ gió với ba loại nam châm khác 10 Hình 15: Máy phát thực tế đƣợc chế tạo 10 Hình 16: Máy phát dạng ghép nhiều sau đƣợc chế tạo, lắp ghép hồn chỉnh 11 Hình 17 :Sơ đồ ngun lý mạch đo 12 Hình 18: Mạch in đƣợc thiết kế băng phần mềm Altium Designer 13 Hình 19: Mạch đo điệp áp cƣờng độ dòng điện 14 Hình 20: Nguồn pin cho mạch đo 15 Hình 21: Module vi xử lý PIC 15 Hình 22: Module cảm biến dòng ACS712 – 5A 16 Hình 23: Module thẻ nhớ MicroSD/TF 16 Hình 24: Module thu đƣa liệu lên máy tính qua cổng USB 17 Hình 25: Module truyền phát liệu từ mạch đo 17 Hình 26: Các module sau đƣợc ghép nối 18 Hình 27: Mạch hồn chỉnh 18 Hình 28: Mô thử nghiệm chức đo mạch 19 Hình 29: Kết kiểm nghiệm mạch với Pin AA 20 Hình 30: Dữ liệu truyền từ khoảng cách 100m 21 vi Hình 31: Định dạng file lƣu thẻ nhớ dƣới dạng Excel 22 Hình 32: Định dạng file lƣu thẻ nhớ dƣới dạng text 22 Hình 33: Mơ hình Windbelt thử nghiệm ống khí động 24 Hình 34: Minh họa diện tích qt Windbelt 25 Hình 35: Giá đỡ Windbelt 27 Hình 36: Trụ giữ Windbelt 28 Hình 37: Dây dao động 28 Hình 38: Nam châm 29 Hình 39: Cuộn dây 29 Hình 40: Mơ hình 3D Windbelt 30 Hình 41: Gỗ dùng để làm khung giá Windbelt 30 Hình 42: Dây camera film dùng làm dây dao động 31 Hình 43: Nam châm 31 Hình 44: Các phận khung giá sau đƣợc chế tạo 32 Hình 45: Cuộn dây sau quấn 32 Hình 46: Mạch chỉnh lƣu, tụ bù dây dẫn lấy dòng từ Windbelt 33 Hình 47: Mơ hình sau lắp hồn chỉnh 33 Hình 48: Ống khí động 35 Hình 49: Mạch đo 36 Hình 50: Vận tốc kích thích phụ thuộc lực căng dây vải dù 38 Hình 51: Vận tốc tới hạn phụ thuộc lực căng dây vải dù 39 Hình 52: Vận tốc trì phụ thuộc lực căng dây vải dù 40 Hình 53 Vận tốc kích thích phụ thuộc lực căng dây film 41 Hình 54: Vận tốc tới hạn phụ thuộc lực căng dây film 42 Hình 55: Vận tốc trì phụ thuộc lực căng dây film 43 Hình 56: Giá trị điện áp phụ thuộc lực căng dây vận tốc gió khác 44 Hình 57: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc tới hạn trƣờng hợp dây vải dù 45 Hình 58: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc trì trƣờng hợp dây vải dù 46 Hình 59: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc tới hạn trƣờng hợp dây film 47 Hình 60: : Ảnh hƣởng góc đến vận tốc trì trƣờng hợp dây film 48 Hình 61: So sánh vận tốc tới hạn phụ thuộc góc 49 Hình 62: So sánh vận tốc trì phụ thuộc góc 50 Hình 63: Mơ hình Windbelt 51 Hình 64: Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất khoảng 1h khảo sát nhà 53 vii Hình 65: Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất khoảng phút khảo sát nhà 54 Hình 66: Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất biến thiên giây 55 Hình 67: Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất khoảng 1h khảo sát cầu Đông Trù 56 Hình 68: Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất phút khảo sát cầu Đông Trù 57 Hình 69: : Đồ thị điện áp, cƣờng độ dòng công suất biến thiên giây khảo sát cầu Đông Trù 58 Hình 70: Sơ đồ ngun lý thu dòng điện từ Windbelt 62 Hình 71: Mơ hình vỏ cửa hƣớng dòng 63 Hình 72: Mơ hình phối trí dạng trụ 63 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Điều kiện biên thí nghiệm xét ảnh hƣởng lực căng dây tới dạng dao động, dòng điện điện áp Bảng 2: Điều kiện biên trƣờng hợp ảnh hƣởng lực căng dây tới vận tốc gió xuất vận tốc gió trì dao động Bảng 3: Điều kiện biên thí nghiệm xét ảnh hƣởng góc tới tốc độ trì tốc độ tới hạn Bảng 4: Điều kiện thí nghiệm xét ảnh hƣởng góc tới điện áp Bảng 5: Điều kiện thí nghiệm xét ảnh hƣởng phƣơng đặt thiết bị Bảng 6: Điều kiện thí nghiệm xét ảnh hƣởng vị trí đặt nam châm Bảng 7: Vận tốc kích thích phụ thuộc lực căng dây vải dù 37 Bảng 8: Vận tốc tới hạn phụ thuộc lực căng dây vải dù 38 Bảng 9: Vận tốc trì phụ thuộc lực căng dây vải dù 39 Bảng 10: Vận tốc kích thích phụ thuộc lực căng dây film 40 Bảng 11: Vận tốc tới hạn phụ thuộc lực căng dây film 41 Bảng 12: Vận tốc trì phụ thuộc lực căng dây film 42 Bảng 13: Giá trị điện áp phụ thuộc lực căng dây vận tốc gió khác 44 Bảng 14: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc tới hạn trƣờng hợp dây vải dù 45 Bảng 15: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc trì trƣờng hợp dây vải dù 46 Bảng 16: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc tói hạn trƣờng hợp dây film 46 Bảng 17: Ảnh hƣởng góc đến vận tốc trì trƣờng hợp dây film 47 Bảng 18: So sán giá trị điện áp, cƣờng độ dòng avf cơng suất địa điểm khảo sát 59 Bảng 19: Kết so sánh, đối chiếu lý thuyết thực tế 60 ix 4.5 4.5 4.2 4 3.5 Vận tốc gió (m/s) 3.5 2.5 2.2 1.8 0.5 3.0 2.9 1.5 3.8 2.3 2.1 2.3 1.9 1.7 Kết tham chiếu Kết đo với dây vải dù Kết đo với dây film -10 -5 10 Góc (độ) Hình 62: So sánh vận tốc trì phụ thuộc góc Nhận xét: - Các giá trị vận tốc ảnh hƣởng dao động phụ thuộc góc đo đƣợc với trƣờng hợp dây film dây vải dù nhỏ kết tham chiếu Tuy nhiên giá trị mang tính định tính - Xét tính định tính thấy ảnh hƣởng góc giá trị vận tốc ảnh hƣởng dao động tƣơng đồng Thay đổi góc khác giá trị vận tốc giảm nhẹ Điều cho thấy tạo cho dây góc ban đầu tƣơng tự nhƣ tạo cho dây kích thích ban đầu, làm dây nhanh dao động ổn định 4.2 Thực nghiệm điều kiện gió thực với mơ hình lớn 4.2.1 Mục đích thực nghiệm Tiến hành sử dụng mạch đo khảo sát mô hình điều kiện gió thực lý mục đích sau: - Mơ hình chế tạo có kích thƣớc lớn, khơng thể đo thử nghiệm ống khí động - Khảo sát hoạt động Windbelt 50 - Khảo sát giá trị điện áp, cƣờng độ dòng điện, cơng suất so sánh với tính tốn lý thuyết 4.2.2 Tiến hành thực nghiệm 4.2.2.1 Các thiết bị - Mơ hình Windbelt Sử dụng mơ hình Windbelt chế tạo với thơng số cụ thể nhƣ sau: • • • • Cuộn dây: Sử dụng cuộn dây 500 vòng có sợi dây đƣờng kính 0,12mm Hai đầu cuộn dây đƣợc nối với diode cầu chỉnh lƣu để chỉnh lƣu dòng điện thành chiều qua tụ lọc phẳng Nam châm: sử dụng cặp nam châm vĩnh cửu có từ trƣờng lớn, có hình dạng dẹt, tròn, kích thƣớc (đƣờng kính x độ dày) 20x2mm Dây dao động: yêu cầu dây phải mảnh, chắc, chịu đƣợc tần suất biến dạng lớn Dây sử dụng dây camera film có chiều dài 600 mm, rộng 24 mm Lực căng dây dao động 5N Hình 63: Mơ hình Windbelt - Mạch đo Sử dụng mạch đo hoàn thiện chức để khảo sát mơ hình Mạch đo có thơng số nhƣ sau: • Giới hạn đo: o Điện áp: 12V o Cƣờng độ dòng điện: 5A o Cơng suất 60W • • 4 Độ xác: 110 Khoảng cách truyền liệu: 100m (có thể lớn hơn) 51 • Độ xác: Chỉ phụ thuộc module cảm biến dòng hiệu chỉnh o Độ nhạy module cảm biến dòng: 63 – 190 mV/A o Sai số đầu ra: 1,5% • Lƣu trữ liệu với dung lƣợng tối đa 1G • Tần số lấy mẫu (có thể điều chỉnh): mẫu/giây - Các thiết bị khác Ngồi thiết bị nêu trên, để phục vụ việc thí nghiệm đƣợc xác trƣờng hợp, cần sử dụng thiết bị nhƣ lực kế để điều chỉnh lực căng dây… máy tính cá nhân, phần mềm kết nối, hiển thị kết máy tính 4.2.3 Lựa chọn địa điểm thực nghiệm Vì thực nghiệm tiến hành điều kiện gió thực tế nên việc chọn địa điểm để tiến hành quan trọng Trong trình thực đồ án, em thử nghiệm khảo sát địa điểm: - Tại nhà riêng, thôn Lực Canh, xã Xn Canh, huyện Đơng Anh, Hà Nội: mơ hình, mạch đo thiết bị đƣợc đặt sân phơi tầng với điều kiện thơng thống - Tại cầu Đông Trù, xã Đông Hội, huyện Đông Anh, Hà Nội: mơ hình, mạch đo thiết bị đƣợc đặt thành lan can cầu, có điều kiện gió ổn định, thƣờng xuyên Lý lựa chọn địa điểm nhƣ vì: Thứ nhất, nhà riêng: mục đích khảo sát hoạt động Windbelt, hoạt động tốt, cho công suất ổn định, đủ lớn để dùng số thiết bị gia dụng áp dụng vào thực tế đời sống Thứ hai, cầu Đơng Trù: mục đích khảo sát địa điểm thơng thống, có gió thổi thƣờng xuyên ổn định, lag tuyến đƣờng giao thơng, cơng suất đủ lớn áp dụng vào thiết bị phục vụ giao thông nhƣ đèn tín hiệu… 52 4.2.4 Kết khảo sát 4.2.4.1 Kết khảo sát nhà riêng Tiến hành khảo sát nhà, mơ hình Windbelt đƣợc đặt sân phơi tầng 3, nơi thống gió rộng rãi Các kết thu đƣợc phụ thuộc theo thời gian, điều kiện gió thực tế nên thời điểm, giá trị thu đƣợc không giống Dữ liệu đƣợc thu thập nhiều ngày khoảng thời gian, sau đƣợc xử lý đƣa kết dƣới dạng đồ thị nhƣ sau - Kết thời gian 1h khảo sát: 3.5 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.5 0 5000 10000 15000 20000 Số lần lấy mẫu Hình 64: Đồ thị điện áp, cường độ dòng cơng suất khoảng 1h khảo sát nhà • • • - Nhận xét: Giá trị điện áp: có dao động lớn, trung bình khoảng 2,75V Có điểm giá trị điện áp 0, điều kiện gió cơng suất khơng đủ trì tải nên điện áp bị sụt Giá trị cƣờng độ dòng: Khá ổn định, giá trị trung bình khoảng 0,26A Giá trị cơng suất: phụ thuộc giá trị điện áp cƣờng độ dòng Khi điện áp sụt cơng suất Giá trị trung bình khoảng 0,63W Kết thời gian phút khảo sát: 53 3.5 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.5 0 100 200 300 400 500 600 700 Số lần lấy mẫu Hình 65: Đồ thị điện áp, cường độ dòng cơng suất khoảng phút khảo sát nhà • Nhận xét: Trong khoảng thời gian ngắn (2 phút), ta thấy giá trị đo đƣợc có tính ổn định hơn, giá trị khơng có biến thiên q lớn • Các giá trị điện áp, cƣờng độ dòng điện, cơng suất có giá trị xấp xỉ giá trị trung bình - Kết thời gian giây khảo sát: Để thấy rõ đƣợc biến thiên, thay đổi giá trị khảo sát, xem xét kết khoảng thời gian nhỏ hơn, chi tiết 54 3.5 2.987 2.8519 2.8519 2.8219 2.8219 2.8219 2.8219 2.8069 2.8069 2.8069 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.9042 0.7571 0.6956 0.5 0.2439 0.8947 0.8259 0.8947 0.753 0.8215 0.8215 0.6557 0.317 0.2682 0.317 0.2926 0.317 0.2682 0.2926 0.2926 0.2195 0 10 12 Số lần lấy mẫu Hình 66: Đồ thị điện áp, cường độ dòng cơng suất biến thiên giây • Nhận xét: Xem xét phân tố thời gian nhỏ (2 giây), ta thấy rõ biến thiên giá trị: điện áp, cƣờng độ dòng điện, cơng suất • Tuy thấy đƣợc chi tiết rõ ràng dao động giá trị đo, nhiên khơng giống dạng dao động dây, nhận xét tần số dao động dây lơn tần số lấy mẫu mạch 4.2.4.2 Kết khảo sát cầu Đông Trù Tiến hành khảo sát cầu Đơng Trù, mơ hình Windbelt đƣợc gá treo thành cầu, nơi có điều kiện thống gió rộng rãi Các kết thu đƣợc phụ thuộc theo thời gian, điều kiện gió thực tế nên thời điểm, giá trị thu đƣợc không giống Độ ổn định phụ thuộc độ ổn định gió Dữ liệu đƣợc thu thập nhiều ngày khoảng thời gian, sau đƣợc xử lý đƣa kết dƣới dạng đồ thị nhƣ sau - Kết thời gian 1h khảo sát: Khảo sát thời gian khoảng 1h, để thấy đƣợc bao quát khả làm việc Windbelt nhƣ phụ thuộc điều kiện môi trƣờng thiết bị 55 4.5 3.5 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.5 0 5000 10000 15000 20000 Số lần lấy mẫu Hình 67: Đồ thị điện áp, cường độ dòng công suất khoảng 1h khảo sát cầu Đông Trù • Nhận xét: Nhìn chung, dạng đồ thị giá trị khả sát cầu Động Trù giống dạng đồ thị giá trị khảo sát nhà Tuy nhiên có khác biệt giá trị • Giá trị điện áp: có biến thiên, có thời điểm bị tụt 0, nhiên tần suất nhỏ so với khảo sát nhà Giá trị điện áp trung bình khoảng 3,3V Giá trị lớn 3,81V • Giá trị cƣờng độ dòng điện: ổn định, giá trị trung bình khoảng 0,28A Giá trị lớn khoảng 0,39A • Giá trị cơng suất: phụ thuộc giá trị điện áp cƣờng độ dòng điện Giá trị trung bình khoảng 0,74W Giá trị lớn khoảng 1,347W - Kết thời gian phút khảo sát: Cũng với mục đich tƣơng tự, để có thơng số so sánh địa điểm đo, em đƣa kết khảo sát khoảng phút để thấy đƣợc rõ độ ổn định khả trì cơng suất Windbelt Kết đƣợc cho nhƣ hình dƣới: 56 3.5 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.5 0 100 200 300 400 Số lần lấy mẫu 500 600 700 Hình 68: Đồ thị điện áp, cường độ dòng cơng suất phút khảo sát cầu Đơng Trù • Nhận xét: Qua đồ thị, nhận thấy giá trị đo đƣợc ổn định, độ biến thiên, dao động không lớn - Kết thời gian giây khảo sát: Để thấy rõ đƣợc biến thiên, thay đổi giá trị khảo sát, xem xét kết phân tố thời gian nhỏ hơn, chi tiết Kết khảo sát giây đƣợc cho nhƣ đồ thị phía dƣới 57 3.5 3.2722 3.2572 3.2422 3.2422 3.2422 3.2422 3.2422 3.2272 3.2272 3.2272 0.9445 0.9445 2.5 Điện áp Cƣờng độ dòng Cơng suất 1.5 0.5 0.9577 1.0327 0.9489 0.9489 1.028 0.8698 0.9489 1.0232 0.2926 0.317 0.2926 0.2926 0.317 0.2682 0.2926 0.317 0.2926 0.2926 10 Số lần lấy mẫu Hình 69: : Đồ thị điện áp, cường độ dòng cơng suất biến thiên giây khảo sát cầu Đơng Trù • • Nhận xét: Xem xét phân tố thời gian nhỏ (2 giây), ta thấy rõ biến thiên giá trị: điện áp, cƣờng độ dòng điện, cơng suất Tuy thấy đƣợc chi tiết rõ ràng dao động giá trị đo, nhiên không giống dạng dao động dây, nhận xét tần số dao động dây lơn tần số lấy mẫu mạch 4.2.5 So sánh kết khảo sát 4.2.5.1 Nhận xét chung khả làm việc Nhìn chung, mơ hình Windbelt chế tạo hoạt động ổn điều kiện gió thực địa điểm chọn khảo sát cho kết khả quan điện áp, công suất Tuy nhiên có khác biệt giá trị đo tính ổn định hoạt động địa điểm, nguyên nhân điều kiện gió địa điểm khác Tại nhà riêng, địa điểm thuận lợi với điều kiện thống gió, nhiên tần số tần suất gió khơng ổn định nhỏ so với địa điểm cầu Đông Trù Cơng suất Windbelt trì tải, điều khả quan để áp dụng vào thực tế 58 4.2.5.2 So sánh kết địa điểm khảo sát - Khả hoạt động tính ổn định Khả hoạt động khả dây dao động dƣới điều kiện gió thực tế sản sinh dòng điện Sau q trình khảo sát cho thấy, khả làm việc Windbelt địa điểm tốt Tính ổn định khả sản sinh dòng điện ổn định, trì cơng suất điện áp Tính ổn định phụ thuộc điều kiện gió tải tiêu thụ Do q trình khảo sát dùng tải điện trở nên tính ổn định Windbelt so sánh địa điểm phụ thuộc gió (tần suất, tần số gió) Sau q trình khảo sát, ta thấy đƣợc cầu Đơng Trù Windbelt có tính ổn định cao (Tần suất điện áp bị sụt hơn), thời gian điện áp ổn định lớn so với địa điểm khảo sát nhà (khu dân cƣ, điều kiện gió bị ảnh hƣởng nhà cửa, cối) - Các giá trị khảo sát Bảng 18: So sánh giá trị điện áp, cường độ dòng cơng suất địa điểm khảo sát Địa điểm Trong khu dân cƣ Địa điểm Cầu Đông Trù Điện áp 2,75 V 3,30 V Cƣờng độ dòng điện 0,26 A 0,39 A Công suất 0,63 W 0,76 W Vị trí Thơng số • • Nhận xét: Nhìn tổng qt, giá trị khảo sát địa điểm cho giá trị lớn Có khác biệt nhƣ điều kiện gió địa điểm khơng giống Có thể kết luận nhƣ theo cơng thức tính tốn lý thuyết, giá trị điện đƣợc tính nhƣ sau: U  NfAc B Với: - N  500 : Số vòng dây - d2  0,5 103 m2 : Tiết diện vòng dây B  0.02T : Cảm ứng từ nam châm v f  : Trong v vận tốc gió, d biên độ dao động Windbelt d Ac   Trong đó, thơng số mơ hình nhƣ số vòng dây, tiết diện vòng dây, cảm ứng từ Nam châm không đổi khảo sát địa điểm Do giá trị khảo sát phụ thuộc điều kiện dòng khơng khí (gió) 59 4.2.6 Đối chiếu kết khảo sát với tính tốn lý thuyết Từ sở lý thuyết lƣợng gió mà Windbelt hấp thụ P điện áp mà mơ hình sản sinh U theo công thức dƣới đây, kết khảo sát thực tế, em đƣa so sánh đối chiếu - Năng lƣợng gió mà Windbelt hấp thụ chuyển đổi thành lƣợng điện đƣợc cho công thức: P  Av3 Trong đó: •  : Mật độ khơng khí (khối lƣợng riêng khơng khí) • v : Vận tốc dòng khí (gió) • A : Diện tích quét (diện tích dây dao động quét đƣợc) - Điện áp mà mơ hình sản sinh U  NfAc B Trong đó: • N : Số vòng cuộn dây • Ac : Tiết diện vòng dây • B : Cảm ứng từ (phụ thuộc nam châm) • f : Tần số dao động v , với v vận tốc gió, d biên độ dao động flutter d Bảng 19: Kết so sánh, đối chiếu lý thuyết thực tế f  Lý thuyết Thực tế Địa điểm Địa điểm Công suất 1,38W 0,63W 0,76W Điện áp 3,33V 2,75V 3,30V • • Nhận xét: Giá trị điện áp: thấy kết thực tế tính tốn lý thuyết sát nhau, sai lệch địa điểm với tính tốn thực tế lần lƣợt 17,4% 0,9% Giá trị cơng suất: Tính tốn lý thuyết cơng suất tối đa mà Windbelt sinh hiệu suất chuyển hóa thành điện 100% Vậy nên ta thấy đƣợc công suất sinh điểm khảo sát nhỏ công suất lý thuyết điều bình thƣờng 60 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm cơng suất máy phát điện gió dựa tượng flutter”, em thực đƣợc nội dung sau: - Tìm hiểu nguyên lý máy phát điện gió cỡ nhỏ - Windbelt - Nghiên cứu chế tạo mạch đo điện áp, cƣờng độ dòng cơng suất, áp dụng vào nghiên cứu thực nghiệm mơ hình làm sở để phục vụ mục đích nâng cao cơng suất mạch nạp lƣu trữ - Thực nghiệm đo với mơ hình có sẵn, thu thập, xử lý kết so sánh kết đo thực nghiệm đƣợc với tham chiếu kết từ đề tài trƣớc - Tính tốn lý thuyết tìm phƣơng án nâng cao cơng suất - Dựa tính tốn lý thuyết, thiết kế, chế tạo mơ hình - Hồn thiện mạch đo phục vụ q trinh khảo sát điều kiện thực tế thời gian dài - Thực nghiệm khảo sát địa điểm với điều kiện gió thực tế Thu thập, xử lý phân tích liệu, so sánh kết thực nghiệm với lý thuyết, làm sở cho nghiên cứu Dựa vào kết thực nghiệm kết so sánh, em xin đƣa số kết luận khả hoạt động, khả ứng dụng định hƣớng phát triển 5.1 Khả hoạt động ứng dụng Từ kết thực nghiệm thu đƣợc so sánh với kết tính tốn lý thuyết, ta thấy mơ hình hoạt động ổn định Nhƣ thấy chất dòng điện đƣợc tạo từ tƣợng Flutter cảm ứng điện từ hoàn toàn khả thi So với mơ hình nhỏ trƣớc đây, cơng suất điện sinh mơ hình đƣợc cải tiến rõ rệt, trì tải nhỏ Tuy nhiên để ứng dụng vào thực tế đời sống cần thêm thời gian để nghiên cứu hoàn thiện 5.2 Phƣơng hƣớng phát triển Windbelt đƣợc chế tạo thử nghiệm cho kết hoạt động đƣợc tốc độ gió thấp, nhiên cơng suất điện áp sinh phụ thuộc vào mức độ ổn định gió, tải (thiết bị điện tử nhỏ, đèn LED…) vận hành đƣợc có gió Vì thế, em đề xuất phƣơng án phát triển, ƣu hóa là: - Tìm hiểu, thiết kế mạch sạc để lƣu trữ điện vào pin, cấp nguồn cho tải khơng có gió - Tối ƣu hóa thiết kế mơ hình để giảm mức độ ảnh hƣởng độ ổn định gió 5.2.1 Nghiên cứu, phát triển mạch sạc, lưu trữ lượng từ windbelt Dòng điện Windbelt sinh dòng xoay chiều AC, tƣợng cảm ứng điện từ Để sử dụng đƣợc cho thiết bị điện tử cỡ nhỏ, ta cần chỉnh lƣu dòng chiều DC, 61 cần mạch chỉnh lƣu với tụ bù điện áp Điện áp sinh không đƣợc ổn định phụ thuộc dao động dây mà nguyên nhân độ ổn định gió, cần thêm mạch ổn áp để ổn định điện áp Nhƣ sử dụng trực tiếp dòng điện để chạy tải Hình 70: Sơ đồ ngun lý thu dòng điện từ Windbelt Tuy nhiên, ngừng gió (khơng có gió) Windbelt khơng hoạt động, khơng có dòng điện để cấp cho tải, tải hoạt động bị gián đoạn Do ý tƣởng phát triển thêm mạch sạc với pin dự phòng giúp giải vần đề Ngoài chức nạp pin cung cấp nguồn để chạy tải khơng có gió, mạch sạc tích hợp đo công suất, điện áp cƣờng độ dòng lƣu kết thơng số máy tính 5.2.2 Nghiên cứu, thay đổi thiết kế 5.2.2.1 Thiết kế cửa hút cho windbelt Trong điều kiện tự nhiên, hƣớng gió bất kỳ, nhiều ảnh hƣởng đến hoạt động Windbelt Vì thế, để tối ƣu hoạt động nhƣ cơng suất, thiết kế thêm phận vỏ với cửa hút để hƣớng dòng khơng khí tác động lên Windbelt đƣợc ổn định nhƣ giúp bảo vệ thiết bị khỏi tác động từ bên ngồi 62 Hình 71: Mơ hình vỏ cửa hướng dòng 5.2.2.2 Phối trí windbelt dạng trụ tròn Hình 72: Mơ hình phối trí dạng trụ Một kiểu phối trí windbelt xem xét thực kiểu phối trí dạng trụ Kiểu phối trí giúp thu đƣợc lƣợng gió theo hƣớng khác (đa hƣớng) Cấu tạo bao gồm dây băng, nam châm cuộn dây, đƣợc phân tách tƣờng chéo 45o Mỗi dây băng khai thác tƣợng Flutter chuyển lƣợng gió thành dao động học Năng lƣợng học sau đƣợc chuyển thành lƣợng điện nhờ tƣợng cảm ứng điện từ nhờ cuộn dây nam châm dao động 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shawn Frayne, Windbelt, wikipedia [2] Nguyễn Viết Huân, Nguyễn Văn Sỹ, Đề tài nghiên cứu ứng dụng nguyên lý tƣợng Flutter chế tạo mơ hình máy phát điện với công suất siêu nhỏ, 2015 [3] Vu Dinh Quy et al., Wind tunnel and initial field tests of a micro generator powered by fluid-induced flutter, 2016 [4] E Arroyo, S Foong and K L Wood, Modeling and experimental characterization of a fluttering windbelt for energy harvesting, 2014 [5] Jagan C & Amarnath Bose, Altering Wind Belt Design For Better Efficiency, 2015 [6] Humdinger, Windbelt Manual - Wind Belt Kit [7] Dr.P.Balaguru, B.Vignesh Raj, B.E.Vignesh, Low Cost Energy Production Using Wind Belt Technology, 2013 64 ... tài: Nghiên cứu thực nghiệm cơng suất máy phát điện gió dựa tượng flutter , để thực nghiên cứu, kiểm nghiệm tiếp tục hồn thiện mơ hình máy phát điện gió cỡ nhỏ, ứng dụng tƣợng Flutter cảm ứng điện. .. tài Nghiên cứu thực nghiệm cơng suất máy phát điện gió dựa tƣợng flutter nhằm mục đích thực nghiên cứu, kiểm nghiệm tiếp tục hồn thiện mơ hình máy phát điện gió cỡ nhỏ, ứng dụng tƣợng Flutter. .. đến công suất hiệu làm việc Hình 7: Sơ đồ mơ hình thực nghiệm Trong “Đề tài nghiên cứu ứng dụng nguyên lý tƣợng Flutter chế tạo mơ hình máy phát điện với cơng suất siêu nhỏ”[2], số thực nghiệm