Máy phát điện và lực kế hướng trục in 3D: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

NGỪNG LẠI!! ĐỌC CÁI NÀY TRƯỚC!!! Đây là hồ sơ của một dự án vẫn đang được phát triển, vui lòng hỗ trợ.

Mục tiêu cuối cùng của tôi là loại động cơ / máy phát điện này có thể trở thành một thiết kế mã nguồn mở được tham số hóa. Người dùng có thể nhập một số thông số, như mô-men xoắn, tốc độ, dòng điện, vôn / vòng / phút, kích thước nam châm phổ biến và có lẽ còn trống, và một loạt tệp cắt.stl's và.dxf có thể in 3D sẽ được tạo.

Những gì tôi đã làm là tạo ra một nền tảng có thể xác thực một thiết kế mô phỏng, sau đó có thể được cộng đồng phát triển thành một thiết bị tối ưu hơn.

Một phần, đây là một lý do mà tôi đã thiết lập điều này với một lực kế. Một lực kế đo mô-men xoắn và tốc độ để cho phép đo mã lực hoặc Watt trục. Trong trường hợp này, tôi đã chế tạo máy phát điện với trục đứng yên đi qua, giúp việc thiết lập hệ thống lực kế đơn giản hơn và do đó, nó có thể được cấu hình để được điều khiển như một động cơ bằng RC ESC (tôi hy vọng) và đo được mô-men xoắn trên đầu ra, cũng như tốc độ, V và Amps, cho phép xác định hiệu suất động cơ.

Đối với mục đích của tôi, nó có thể được điều khiển bởi một động cơ tốc độ thay đổi (thặng dư từ máy khoan không dây, với hộp số giảm dần) và đầu vào mô-men xoắn trục được đo, cũng như V và Amps out, cho phép tạo ra hiệu suất thực và tải tuabin dự kiến được mô phỏng.

Trong chế độ này, tôi hy vọng sẽ sử dụng RC ESC có khả năng phanh phục hồi và có lẽ là Arduino để kiểm soát tải mà VAWT của tôi mang theo để đạt được MPPT (Theo dõi đa điểm điện).

MPPT được sử dụng trong điều khiển năng lượng mặt trời cũng như tuabin gió, nhưng đối với gió thì hơi khác một chút. Với năng lượng gió, một vấn đề lớn là khi tốc độ gió tăng gấp đôi từ 10 km / giờ lên 20 km / giờ, năng lượng có sẵn từ gió sẽ tăng lên theo khối lập phương, như vậy là 8 lần. Nếu 10W có sẵn ở tốc độ 10km / giờ, thì 80W có sẵn ở 20 km / giờ. Thật tuyệt khi có nhiều năng lượng hơn, nhưng sản lượng máy phát điện chỉ tăng gấp đôi khi tốc độ tăng gấp đôi. Vì vậy, nếu bạn có máy phát điện hoàn hảo cho sức gió 20km / giờ, tải trọng của nó có thể mạnh đến mức ở tốc độ 10km / giờ nó thậm chí không khởi động được.

Những gì MPPT làm là sử dụng một công tắc trạng thái rắn hạng nặng, để ngắt kết nối và sau đó kết nối lại máy phát điện một cách rất nhanh chóng. Nó cho phép bạn điều chỉnh mức tải mà máy phát điện mang theo và Multi, của MPPT, có nghĩa là bạn có thể đặt các tải khác nhau cho các tốc độ khác nhau.

Điều này rất hữu ích, vì tất cả các loại tuabin đều thu năng lượng tối đa của chúng khi tải phù hợp với năng lượng có sẵn, hoặc tốc độ gió.

VÌ THẾ

Đây không phải là một công thức, mặc dù tôi tin rằng nó có thể được sao chép từ những gì tôi đã đăng và rất vui được cung cấp thêm thông tin nhưng tôi khuyên rằng lựa chọn tốt nhất là đề xuất các cải tiến cho tôi, trước khi cuộc thi Mạch và Cảm biến kết thúc, để tôi có thể xem xét, phản hồi và có thể cải thiện điều này có thể hướng dẫn.

Tôi sẽ tiếp tục cập nhật, sửa đổi và bổ sung thông tin, vì vậy nếu bây giờ thấy thú vị, bạn có thể muốn kiểm tra lại sau một chút, nhưng tôi hy vọng sẽ hoàn thành được một chút trước khi cuộc thi Cảm biến kết thúc vào ngày 29/7.

Ngoài ra, tôi không phải là một con thú xã hội đặc biệt, nhưng tôi thích một cái vỗ nhẹ vào lưng bây giờ và sau đó, và đó là một trong những lý do tôi ở đây:-) Hãy cho tôi biết nếu bạn thích xem tác phẩm của tôi và muốn xem hơn nữa, xin vui lòng:-)

Dự án này ra đời vì tôi muốn một tải có thể kiểm soát được để thử nghiệm các thiết kế tuabin của mình và tôi muốn nó có thể dễ dàng tái tạo để những người khác cũng có thể sử dụng nó. Vì vậy, tôi đã tự giới hạn mình trong việc thiết kế một thứ gì đó có thể được chế tạo chỉ với một máy in FDM, không cần các công cụ máy móc khác. Dường như không có nhiều sản phẩm thương mại đáp ứng nhu cầu về máy phát điện xoay chiều có mô-men xoắn cao, tốc độ thấp, không cogging, mặc dù có một số sản phẩm đến từ Trung Quốc. Nhìn chung không có nhiều nhu cầu vì hệ thống bánh răng quá rẻ và điện quá rẻ.

Những gì tôi muốn là một cái gì đó sản xuất khoảng 12V ở 40-120 vòng / phút và khoảng 600-750W ở 120-200 vòng / phút. Tôi cũng muốn nó tương thích với các bộ điều khiển PMA 3 pha rẻ tiền từ thế giới RC (Bộ điều khiển tốc độ điện tử của ESC). Một yêu cầu cuối cùng là nó phải là một con chạy ngoài (vỏ hoặc vỏ có nam châm quay, trong khi trục với stato, đứng yên), với một trục đi qua toàn bộ vỏ và một stato kẹp vào trục.

Hướng dẫn này là một công việc đang được tiến hành và tôi đăng nó để mọi người có thể xem quá trình này, không quá nhiều vì tôi nghĩ họ nên sao chép nó. Một điều quan trọng mà tôi muốn thay đổi là tấm lót dây mà tôi chế tạo gần như không đủ mạnh để phân kênh các trường nam châm xung quanh vòng một cách chính xác, vì vậy phần lớn từ thông được trả cho các nam châm đó đã bị lãng phí ra phía sau. Khi tôi làm lại thiết kế, mà tôi sẽ thực hiện trong thời gian ngắn, tôi có thể sẽ làm nó với các tấm đệm từ tính như các tấm thép cắt cnc. Thép sẽ khá rẻ, bền hơn nhiều và sẽ đơn giản hóa hầu hết việc xây dựng này. Thật thú vị khi làm vật liệu tổng hợp FDM / dây / thạch cao như tôi đã minh họa ở đây, và với PLA tải bằng sắt, mọi thứ cũng sẽ khác. Mặc dù vậy, tôi đã quyết định rằng tôi muốn một thứ gì đó thực sự tồn tại lâu dài, vì vậy các tấm thép.

Tôi đã đạt được tiến bộ tốt trên phiên bản này, tôi sẽ sử dụng phiên bản này để kiểm tra VAWT này. Tôi chưa hoàn toàn ở đó về hiệu suất điện áp thấp. Tôi nghĩ Công suất / Mô-men xoắn của tôi đang ở đúng sân bóng, tôi sẽ cập nhật khi mọi thứ tiến triển nhưng tại thời điểm này, những gì tôi có có cơ hội tốt là tải có thể kiểm soát mà tôi cần. Khi bị chập chết nó dường như có thể cung cấp khá nhiều lực cản mô-men xoắn, quá đủ để kiểm tra tuabin. Tôi chỉ cần thiết lập một ngân hàng kháng chiến có kiểm soát và tôi có một người bạn đang giúp tôi làm điều đó.

Một điều tôi sẽ giải quyết ngắn gọn là giống như nhiều người bây giờ, tôi đã có một máy in 3D (FDM sử dụng PLA) trong một vài năm, mà tôi đã có 20-30kg thích thú. Tôi thường thấy bực bội vì các bộ phận ở bất kỳ kích thước / độ mạnh nào đều đắt và in rất chậm, hoặc rẻ, nhanh và mỏng manh.

Tôi biết có bao nhiêu nghìn chiếc máy in 3D này, thường không làm được gì vì mất nhiều thời gian hoặc tốn quá nhiều chi phí để tạo ra các bộ phận hữu ích. Tôi đã đưa ra một giải pháp thú vị cho các bộ phận nhanh hơn mạnh hơn từ cùng một máy in và PLA.

Tôi gọi nó là "cấu trúc đổ", trong đó đối tượng in (được tạo thành từ 1 hoặc nhiều bộ phận in, và đôi khi là ổ trục và trục), được tạo ra với các khoảng trống được thiết kế để đổ đầy chất lỏng đông cứng. Tất nhiên, một số lựa chọn rõ ràng cho chất đổ đầy sẽ là một thứ gì đó như epoxy được nạp bằng sợi thủy tinh cắt sợi ngắn, có thể được sử dụng cho các tổ hợp có độ bền cao và trọng lượng nhẹ. Tôi đang thử một số ý tưởng chi phí thấp hơn, thân thiện với môi trường hơn. Mặt khác của cụm "cấu trúc đổ" này, là khoang hoặc khoảng trống mà bạn sắp lấp đầy, có thể có các phần tử chịu lực cao có đường kính nhỏ, được căng trước trên "khuôn / phích cắm" được in, tạo ra cấu trúc kết quả một hỗn hợp trong vật liệu và trong cấu trúc, một phần Da chịu lực (vỏ bọc PLA), nhưng có lõi chịu lực nén cao bao gồm cả các phần tử độ bền kéo cao. Tôi sẽ thực hiện một hướng dẫn thứ hai về điều này, vì vậy sẽ nói về nó ở đây, chỉ để đề cập đến cách nó liên quan đến bản dựng này.

Bước 1: Danh sách và quy trình vật liệu

PMA bao gồm 3 cụm, mỗi cụm chứa hoặc sử dụng nhiều bộ phận và vật liệu khác nhau.

Từ trên (mặt mang) xuống dưới (mặt stato), 1. Bearing Carrier và Top Bearing Array

2. Stator

3. Mảng nam châm dưới

1. Bộ mang vòng bi và mảng nam châm hàng đầu

Đối với điều này, tôi đã sử dụng các bộ phận in 3D được liệt kê ở trên

1. 150mm8pole trên mag và hỗ trợ ổ trục CV5.stl,
2. mang bên trong tấm
3. mang bên ngoài tấm
4. 1 "Ổ trục tự căn chỉnh ID (giống như được sử dụng trong các khối gối tiêu chuẩn ++ thêm liên kết internet),
5. 25 'của dây thép mạ kẽm 24g
6. 15 'của dây thép mạ kẽm 10g
7. 2 cuộn len thép thô

Có thể tùy ý thay dây thép nặng và len thép bằng các tấm nền thép, cắt tia laser / tia nước hoặc tấm nền từ tính in 3D có thể được (nhưng một số dây thép nặng vẫn là một ý tưởng hay vì nó sẽ chống lại sự biến dạng dẻo. thời gian). Tôi đã thử đúc một tấm nền bằng epoxy có trộn bột ôxít sắt và đã thành công nhất định. Cải thiện sự ghép nối từ thông giữa các nam châm trong mảng theo chiều ngang bằng cách sử dụng tấm nền hiệu quả hơn sẽ làm tăng Vôn ra ở rpms thấp hơn. Cũng cần lưu ý rằng đây là thành phần cấu trúc chính và tấm nền chuyển các lực từ nam châm đến các trụ kích. Các lực từ trường kéo các tấm về phía nhau có thể là hàng trăm lbs, và các lực này tăng lên theo cấp số nhân (Lập phương, đến lũy thừa thứ ba) khi các tấm tiến lại gần nhau. Điều này có thể rất nguy hiểm và phải cẩn thận với các dụng cụ và bất kỳ vật nào khác có thể bị hút vào tấm đã lắp ráp hoặc nó trở lại!

Tôi đã sử dụng khoảng 300ft dây điện từ tráng 24g trong các cuộn dây mà tôi sẽ đề cập chi tiết sau.

Bước 2: Chế tạo các tấm nam châm

Trong máy phát điện xoay chiều từ thông hướng trục này, để giảm thiểu hiện tượng cuộn dây và tối đa hóa sản lượng, tôi đang sử dụng hai mảng nam châm, một mảng ở mỗi bên của cuộn dây stato. Điều này có nghĩa là không cần lõi từ để hút từ trường qua các cuộn dây đồng, như hầu hết các hình dạng động cơ / alt đều làm. Có một số thiết kế thông lượng hướng trục sử dụng lõi đu quay và tôi có thể thử một số thí nghiệm theo cách đó trong tương lai. Tôi muốn thử một số vật liệu sắt có thể in được 3d.

Trong trường hợp này, tôi đã chọn một mảng nam châm 8 cực trong một vòng tròn khoảng 150mm, sử dụng 1 nam châm đất hiếm "x1" x0,25 ". Kích thước này để đảm bảo rằng tất cả các bộ phận sẽ phù hợp trên giường in 210mm x 210mm. Nói chung, tôi đã định kích thước máy phát điện này trước tiên bằng cách hiểu rằng đường kính càng lớn thì càng tốt về vôn trên vòng / phút, vì vậy hãy làm cho nó lớn đến mức có thể vừa với giường in của tôi. FYI, có nhiều lý do lớn hơn là tốt hơn: nhiều chỗ hơn cho nam châm, nam châm càng xa tâm, chúng di chuyển càng nhanh và cũng có nhiều chỗ cho đồng hơn! hệ thống thông lượng có thể là một công trình nhà tốt hơn. Các cánh quạt nhỏ không có nhiều chỗ và mọi thứ có thể trở nên khá chật, đặc biệt nếu bạn đang thực hiện một trục xuyên qua như tôi đã làm trong thiết kế này. Ngoài ra, nếu nam châm của bạn (chiều dài xuyên tâm) nhỏ so với đường kính rôto của bạn, như trong hình này, (khoảng 6 "đường kính đến 1" nam châm), sau đó là gió ng hơi lạ với cuộn dây bên trong chỉ bằng 1/2 chiều dài của bên ngoài.

Quay lại hướng dẫn! Cách tôi đã lắp ráp các tấm nam châm của máy phát điện này là trước tiên dán tấm nam châm (màu xanh lá cây) vào mặt bích / tấm nền màu đỏ. Sau đó, tôi đặt tấm nam châm lên một vài lớp ván ép mỏng (dày khoảng 0,75 ), và đặt cả hai tấm trên một tấm thép nặng, để cho phép các nam châm kẹp chặt cụm lắp ráp vào vị trí. Sau đó, tôi quấn dây thép, lên mặt sau của các tấm nam châm. Điều này diễn ra không hoàn toàn như tôi mong muốn. Từ trường mạnh đã kéo dây về phía trung tâm của nam châm và tôi đã không thành công trong việc uốn từng hàng, của dây để khớp hoàn toàn với vị trí tiếp theo, mà không phải chen lấn trong vòng quấn đầu tiên. Tôi hy vọng rằng tôi có thể luồn dây vào và từ thông sẽ khóa nó lại. Tiếp theo, tôi thử cắt các vòng dây và cách này tốt hơn, nhưng vẫn còn xa những gì tôi muốn hy vọng về mặt có được một tấm nền đẹp nhất quán từ dây. Có nhiều cách phức tạp hơn để thực hiện điều này và có thể đáng để thử nghiệm trong tương lai. Tôi cũng đã thử sử dụng len thép, được nén chặt trong từ trường, làm tấm nền hoặc từ thông đường dẫn trở lại. Điều này dường như hoạt động, nhưng mật độ sắt thực tế dường như không cao lắm, vì vậy tôi đã không kiểm tra tính hiệu quả của nó, một phần vì tôi tin rằng cấu trúc dây là quan trọng đối với tải cơ học trên các tấm nam châm. Len thép cũng có thể đáng để nghiên cứu trong tương lai, tuy nhiên thép tấm cắt bằng tia nước có thể là lựa chọn tiếp theo mà tôi sẽ thử.

Tiếp theo, tôi lấy phần được in 3D màu cam, và luồn dây qua và xung quanh nó, dọc theo những gì có vẻ là hướng của tải trọng cao nhất, bắt vít vào bu lông và bắt vít vào giữa một vài lần trên mỗi góc. Tôi cũng quấn nó xung quanh các lỗ bu lông nơi tất cả các thanh ren đi qua như các trụ kích để giữ và điều chỉnh khoảng cách giữa các tấm.

Sau khi hài lòng rằng tấm nam châm và mặt bích đã đủ tốt, và tấm nền màu cam đã được luồn một cách thỏa đáng với dây gia cường, tôi nối hai tấm bằng keo. Cần phải cẩn thận vì mối nối keo này sẽ cần phải kín nước hoặc đóng lại. Tôi đã bị rò rỉ hai lần đầu tiên, và nó rất lộn xộn, lãng phí rất nhiều thạch cao, và căng thẳng hơn bạn cần. Tôi khuyên bạn nên giữ một ít kẹo cao su màu xanh lam hoặc kẹo cao su bong bóng khác như chất kết dính không cố định xung quanh để vá các vết rò rỉ nhanh chóng. Sau khi các bộ phận được ghép nối, hãy lấp đầy bằng vật liệu gia cố mà bạn chọn. Tôi đã sử dụng một loại thạch cao cứng, được sửa đổi bằng keo PVA. Thạch cao được cho là phải đạt tới độ nén 10, 000 psi, nhưng độ căng không lớn (do đó là dây). Tôi muốn thử epoxy với thủy tinh cắt nhỏ, và cabosil, hoặc bê tông và phụ gia.

Một điều hữu ích về thạch cao là một khi nó đá bạn có khá nhiều thời gian ở nơi nó cứng, nhưng dễ vỡ và rò rỉ hoặc đốm màu có thể dễ dàng bị cạo hoặc loại bỏ.

Trong thiết kế này, có hai tấm nam châm. Một cái có ổ trục, bộ phận tự căn chỉnh khối gối 1 tiêu chuẩn. Tôi đã ấn mỏ vào mảng nam châm từ rất sớm. Đối với ứng dụng mà tôi đã thiết kế cho nó, ổ trục thứ hai sẽ nằm trong tuabin phía trên máy phát điện, vì vậy tôi chỉ sử dụng một ổ trục tự căn chỉnh. Cuối cùng thì điều này hơi khó khăn. Các bộ phận này cũng có thể được lắp ráp với mỗi tấm nam châm có một ổ trục, nếu các dây đầu ra từ stato được dẫn bên trong qua trục được gắn. Điều này sẽ cho phép các cánh quạt quay ngược được gắn vào một trục / ống chung, không quay.

Bước 3: Tạo Stator

Để phù hợp với chủ đề của tôi là cố gắng giải thích những gì tôi đã làm và tại sao nó có vẻ là một ý tưởng hay vào thời điểm đó, stator sẽ yêu cầu thêm một chút không gian.

Trong PMA, thường các cuộn dây đứng yên, trong khi các cụm từ trường quay. Điều này không phải luôn luôn như vậy, nhưng hầu như luôn luôn. Trong một cụm từ thông hướng trục, với sự hiểu biết về "quy tắc bàn tay phải" cơ bản, người ta hiểu rằng bất kỳ dây dẫn nào gặp từ trường quay, sẽ có dòng điện và điện áp được tạo ra giữa các đầu của dây, với lượng dòng điện hữu ích tỷ lệ với theo hướng của trường. Nếu trường chuyển động song song với dây (ví dụ: theo đường tròn quanh trục quay), thì không có dòng điện hữu ích nào được tạo ra, nhưng dòng điện xoáy đáng kể sẽ được tạo ra, chống lại chuyển động của nam châm. Nếu dây chạy vuông góc thì sẽ đạt được hiệu điện thế và dòng điện cao nhất.

Một cách tổng quát khác là không gian bên trong stato, qua đó từ thông đi qua khi đang quay, để có công suất cực đại, nên được lấp đầy bằng càng nhiều đồng, tất cả đều được đặt hướng tâm, càng tốt. Đây là một vấn đề đối với các hệ thống thông lượng dọc trục có đường kính nhỏ, vì trong trường hợp này, diện tích có sẵn cho đồng gần trục là một phần nhỏ của diện tích ở mép ngoài. Có thể nhận được 100% đồng ở khu vực bên trong nhất mà từ trường gặp phải, nhưng trong hình dạng này, bạn chỉ có thể nhận được 50% ở cạnh bên ngoài. Đây là một trong những lý do mạnh nhất để tránh xa các thiết kế thông lượng hướng trục quá nhỏ.

Như tôi đã nói trước đây, hướng dẫn này không phải về cách tôi sẽ làm lại lần nữa, mà nó chỉ ra một số hướng có vẻ hứa hẹn và chỉ ra một số ổ gà có thể đạt được trên con đường này.

Khi thiết kế stator, tôi muốn làm cho nó linh hoạt nhất có thể về đầu ra vôn trên mỗi vòng / phút và tôi muốn nó là 3 pha. Để đạt hiệu quả tối đa, thông qua việc giảm thiểu dòng điện xoáy được tạo ra, bất kỳ "chân" nào (mỗi bên của cuộn dây nên được coi là "chân") chỉ nên gặp một nam châm tại một thời điểm. Nếu các nam châm ở gần nhau, hoặc chạm vào nhau như trường hợp của nhiều động cơ rc công suất cao, trong thời gian "chân" đi qua sự đảo ngược từ thông, dòng điện xoáy đáng kể sẽ được phát triển. Trong các ứng dụng động cơ, điều này không quan trọng lắm, vì cuộn dây được cấp điện bởi bộ điều khiển khi nó ở đúng vị trí.

Tôi định cỡ mảng nam châm với những khái niệm này. Tám nam châm trong mảng có bề ngang là 1 "và khoảng cách giữa chúng là 1/2". Điều này có nghĩa là một đoạn từ tính dài 1,5 "và nó có không gian cho 3 x 1/2" "chân". Mỗi "chân" là một pha, vì vậy tại bất kỳ thời điểm nào, một chân nhìn thấy từ thông trung tính, trong khi hai chân còn lại nhìn thấy từ thông tăng dần và giảm dần. Đầu ra 3 pha hoàn hảo, mặc dù bằng cách cho điểm trung tính nhiều không gian này (để giảm thiểu dòng điện xoáy) và sử dụng nam châm hình vuông (hoặc hình bánh), thông lượng gần như đạt cực đại sớm, ở mức cao, sau đó giảm xuống 0 nhanh chóng. Loại đầu ra này tôi nghĩ được gọi là hình thang và có thể khó đối với một số bộ điều khiển mà tôi hiểu. Các nam châm tròn 1 "trong cùng một thiết bị sẽ tạo ra nhiều sóng sin thực sự hơn.

Nói chung, những máy phát điện xây dựng tại nhà này được chế tạo bằng cách sử dụng "cuộn dây", những bó dây hình bánh rán, trong đó mỗi mặt của chiếc bánh rán là một "chân" và số lượng cuộn dây có thể được gắn với nhau, nối tiếp hoặc song song. Những chiếc bánh rán được sắp xếp thành một vòng tròn, với tâm của chúng thẳng hàng với tâm của đường dẫn nam châm. Điều này hoạt động, nhưng có một số vấn đề. Một vấn đề là vì các dây dẫn không có hướng tâm, phần lớn dây dẫn không truyền theo 90 độ so với từ trường, do đó các dòng điện xoáy được tạo ra, xuất hiện dưới dạng nhiệt trong cuộn dây và khả năng chống quay trong mảng nam châm.. Một vấn đề khác là do các dây dẫn không xuyên tâm nên chúng không kết hợp chặt chẽ với nhau. Đầu ra tỷ lệ thuận với số lượng dây mà bạn có thể lắp trong không gian này, do đó, sản lượng được giảm bởi các "chân" không xuyên tâm. Mặc dù có thể và đôi khi được thực hiện trong các thiết kế thương mại, nhưng để quấn một cuộn dây có "chân" xuyên tâm, nối trên và dưới, yêu cầu cuộn cuối nhiều gấp 2 lần như cuộn ngoằn ngoèo trong đó đầu của một chân được nối với đầu của chân thích hợp tiếp theo, và sau đó phần dưới của chân đó được nối với chân thích hợp tiếp theo, cứ tiếp tục như vậy.

Yếu tố quan trọng khác trong máy phát điện từ thông hướng trục của loại này (nam châm quay trên và dưới stato), là khoảng cách giữa các tấm. Đây là mối quan hệ về luật hình khối, khi bạn giảm khoảng cách giữa các tấm đi 1/2, mật độ từ thông tăng 8x. Bạn có thể làm cho stator của mình càng mỏng thì càng tốt!

Với ý nghĩ này, tôi đã làm một đồ gá quấn dây 4 thùy, thiết lập một hệ thống để đo các sợi dây dài khoảng 50ft, và quấn đồ gá 6 lần, tạo ra các bó dây có đường kính khoảng 6mm. Những thứ này tôi vừa với vòng cách ly màu xanh lam, buộc chúng xuống qua các lỗ để các đầu dây ra phía sau. Điều này không dễ dàng. Nó đã được giúp đỡ một chút bằng cách dán cẩn thận các bó để chúng không bị lỏng, và bằng cách dành thời gian của tôi và sử dụng một công cụ tạo hình bằng gỗ mịn để đẩy dây vào vị trí. Khi tất cả chúng đã được buộc vào đúng vị trí, vòng khoảng cách màu xanh lam được đặt vào phần lớn nhất trong các bồn tạo hình màu xanh lá cây nhạt và với sự trợ giúp của dụng cụ tạo hình bánh rán màu xanh lá cây đậm, ở phía bên kia của bồn màu xanh lá cây nhạt, được ép phẳng cẩn thận bằng một phó băng ghế dự bị. Chiếc bồn tạo hình này có rãnh để dây buộc xoắn vào. Việc này cần thời gian và sự kiên nhẫn khi bạn cẩn thận xoay khoảng 1/5 vòng, nhấn, xoay và tiếp tục. Điều này tạo nên đĩa phẳng và mỏng, đồng thời cho phép các cuộn dây cuối xếp chồng lên nhau. Bạn có thể nhận thấy rằng cuộn dây 4 thùy của tôi có "chân" thẳng nhưng các kết nối bên trong và bên ngoài không tròn. Điều này được cho là sẽ giúp chúng dễ dàng xếp chồng hơn. Nó đã không diễn ra tốt như vậy. Nếu tôi làm lại lần nữa, tôi sẽ làm cho cuộn dây bên trong và đầu bên ngoài theo những đường tròn.

Sau khi làm cho nó phẳng và mỏng, và các cạnh được thu gọn lại, tôi quấn một dải ruy băng phẳng xung quanh mép để làm gọn nó, và một dải khác lên, xuống và xung quanh mỗi chân và sau đó đến chân bên cạnh. Sau khi thực hiện xong, bạn có thể tháo dây buộc và chuyển sang lồng ép nhỏ hơn, quay trở lại lồng ép và ép càng mỏng và phẳng càng tốt. Sau khi nó phẳng, sau đó lấy ra khỏi lồng ép. Thay vì quy trình phức tạp như tẩy lông và tráng khuôn một cách cẩn thận như thế này với các hợp chất giải phóng, nói chung tôi chỉ sử dụng một vài lớp màng bọc căng (từ nhà bếp). Đặt một vài lớp vào đáy khuôn và đặt sợi thủy tinh lên màng bọc căng. Tiếp theo, thêm ống gắn stato, ống này vừa với phần trên của bồn tạo hình màu xanh lá cây nhạt, nhưng có lớp bọc căng và sợi thủy tinh ở giữa. Sau đó thêm cuộn dây stato vào đúng vị trí để đẩy cả cuộn dây căng và sợi thủy tinh xuống và khóa ống lắp stato vào đúng vị trí. Sau đó trở lại phó bản và nhấn phẳng một lần nữa. Sau khi nó vừa khít với bồn tắm, với bọc căng và sợi thủy tinh được kẹp vào, sau đó vải sợi thủy tinh được thêm vào (với một lỗ ở giữa cho ống lắp stato).

Bây giờ nó đã sẵn sàng để đổ vật liệu kết dính, nhựa epoxy hoặc polyester thường được sử dụng. Trước khi điều này được thực hiện, chuẩn bị cẩn thận là rất quan trọng vì một khi bạn bắt đầu quá trình này, bạn thực sự không thể dừng lại. Tôi đã sử dụng một tấm đế in 3D mà tôi đã làm trước đây, với một lỗ 1 "ở giữa và một tấm phẳng xung quanh nó. Tôi đã sử dụng một ống nhôm 16" mảnh 1 ", để ống gắn stato sẽ vừa khít và được được giữ vuông góc với tấm phẳng. Ống định hình màu xanh lá cây, cuộn dây stato và ống gắn stato được trượt xuống để nằm trên tấm phẳng. Trước khi trộn epoxy, trước tiên tôi đã chuẩn bị 4 miếng bọc co lại và cẩn thận đặt miếng thứ 5 lên Bánh rán hình thành màu xanh lá cây đậm, vì vậy nó sẽ có những nếp nhăn tối thiểu trên mặt so với cuộn dây stato. Sau khi trộn epoxy và đổ nó lên vải sợi thủy tinh, sau đó tôi cẩn thận đặt miếng quấn căng xung quanh ống 1 "và đặt màu xanh hình thành vòng trên đầu trang của nó. Tôi cũng đã chuẩn bị một vài rôto phanh cũ, có trọng lượng một chút, và đặt đẹp trên chiếc bánh rán màu xanh lá cây. Sau đó, tôi đặt một cái nồi đảo ngược lên trên các rôto hãm, và trên đầu cái nồi, tôi xếp khoảng 100 lb đồ đạc. Tôi để nó trong 12 giờ, và nó dày khoảng 4-6mm.

Bước 4: Kiểm tra và cảm biến

Có một số đầu vào và đầu ra có thể đo được từ máy phát điện, và việc đo tất cả chúng cùng một lúc không phải là điều dễ dàng. Tôi rất may mắn khi có một số công cụ từ Vernier giúp việc này trở nên dễ dàng hơn nhiều. Vernier tạo ra các sản phẩm cấp độ giáo dục, không được chứng nhận để sử dụng trong công nghiệp, nhưng rất hữu ích cho những người thử nghiệm như tôi. Tôi sử dụng trình ghi dữ liệu Vernier, với nhiều loại cảm biến cắm và chạy. Trong dự án này, tôi sử dụng đầu dò dòng điện và điện áp dựa trên Hall, để đo đầu ra máy phát điện, một cảm biến quang học để cung cấp tốc độ máy phát điện và một cảm biến lực để đo đầu vào mô-men xoắn. Tất cả các công cụ này được lấy mẫu khoảng 1000 lần mỗi giây và được ghi lại vào máy tính xách tay của tôi, sử dụng trình ghi nhật ký Vernier như một thiết bị chuyển AD. Trên máy tính xách tay của tôi, phần mềm được liên kết có thể chạy các tính toán thời gian thực dựa trên đầu vào, kết hợp dữ liệu mô-men xoắn và tốc độ để cung cấp công suất trục đầu vào thời gian thực tính bằng Watts và dữ liệu đầu ra thời gian thực tính bằng Watts điện. Tôi chưa hoàn thành thử nghiệm này và ý kiến đóng góp từ một người hiểu rõ hơn sẽ rất hữu ích.

Một vấn đề mà tôi có là máy phát điện này thực sự là một dự án phụ, và vì vậy tôi không muốn dành quá nhiều thời gian cho nó. Hiện tại, tôi nghĩ tôi có thể sử dụng nó cho tải có thể điều khiển được cho nghiên cứu VAWT của mình, nhưng cuối cùng tôi muốn làm việc với mọi người để tinh chỉnh nó, để nó phù hợp hiệu quả với tuabin của tôi.

Khi tôi bắt đầu nghiên cứu VAWT khoảng 15 năm trước, tôi nhận ra rằng việc kiểm tra VAWT và các động cơ chính khác phức tạp hơn hầu hết mọi người nhận ra.

Một vấn đề cơ bản là năng lượng được biểu thị trong một chất lỏng chuyển động, là cấp số nhân với tốc độ chuyển động của nó. Điều này có nghĩa là khi bạn tăng gấp đôi tốc độ của một dòng chảy, năng lượng chứa trong dòng chảy tăng lên 8x (nó là hình khối). Đây là một vấn đề, vì máy phát điện tuyến tính hơn và nói chung, nếu bạn tăng gấp đôi vòng / phút của máy phát điện, bạn sẽ nhận được khoảng 2x watt.

Sự không phù hợp cơ bản này giữa tuabin (thiết bị thu năng lượng) và máy phát điện (công suất trục so với công suất điện hữu ích) khiến việc chọn máy phát điện cho tuabin gió trở nên khó khăn. Nếu bạn chọn một máy phát điện phù hợp với tuabin gió của bạn sẽ tạo ra công suất lớn nhất hiện có từ gió 20km / giờ, nó thậm chí sẽ không bắt đầu quay cho đến 20-25 km / giờ vì tải trên tuabin từ máy phát điện sẽ quá cao. Với kết hợp máy phát điện đó, một khi gió ở trên 20km, tuabin không chỉ thu được một phần năng lượng có sẵn trong gió vận tốc cao hơn, tuabin có thể chạy quá tốc độ và bị hỏng do tải do máy phát điện cung cấp không cao. đầy đủ.

Trong thập kỷ qua, một giải pháp đã trở nên kinh tế hơn do giá điện tử điều khiển giảm. Thay vì cố gắng phù hợp với phạm vi tốc độ, nhà thiết kế tính toán tốc độ tối đa mà thiết bị hoạt động và chọn máy phát điện dựa trên lượng năng lượng và tốc độ lý tưởng cho tuabin ở tốc độ đó hoặc cao hơn một chút.. Máy phát điện này nếu được kết nối với tải của nó, thông thường sẽ cung cấp quá nhiều mô-men xoắn ở dải tốc độ thấp và tuabin quá tải sẽ không thu được tất cả năng lượng mà nó có thể có nếu nó được tải đúng cách. Để tạo ra tải thích hợp, một bộ điều khiển được thêm vào để ngắt kết nối máy phát điện khỏi tải điện ngay lập tức, cho phép tuabin tăng tốc đến tốc độ thích hợp, máy phát điện và tải được kết nối lại. Đây được gọi là MPPT (Multi Power Point Tracking). Bộ điều khiển được lập trình chẳng hạn như tốc độ tuabin thay đổi (hoặc điện áp máy phát điện tăng lên), máy phát điện xoay chiều được kết nối hoặc ngắt kết nối, một nghìn lần mỗi giây hoặc lâu hơn, để phù hợp với tải được lập trình cho tốc độ hoặc điện áp đó.