intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các thông số của máy phát điện tuyến tính

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST
Báo xấu
19
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các thông số của máy phát điện tuyến tính đề xuất thiết kế và nghiên cứu một máy phát điện tuyến tính một pha với cấu tạo đơn giản. Bằng các cơ cấu giả lập và mô phỏng chuyển động, mục tiêu là khảo sát các thông số của máy phát ở tốc độ dịch chuyển thấp từ 0,25 m/s đến 0,5 m/s.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các thông số của máy phát điện tuyến tính

  1. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 12/2022 Nghiên cứu chế tạo và khảo sát các thông số của máy phát điện tuyến tính A study on manufacturing and surveying parameters of linear generators Trương Hoà Hiệp1,*, Nguyễn huỳnh Thi1, Huỳnh Văn Lộc1 1 Trường Đại học Tiền Giang, 119 Ấp Bắc, Phường 5, Mỹ Tho, Tiền Giang, Việt Nam Thông tin chung Tóm tắt Ngày nhận bài: Bài báo này đề xuất thiết kế và nghiên cứu một máy phát 17/04/2022 điện tuyến tính một pha với cấu tạo đơn giản. Bằng các cơ cấu giả lập và mô phỏng chuyển động, mục tiêu là khảo sát các Ngày nhận kết quả phản biện: thông số của máy phát ở tốc độ dịch chuyển thấp từ 0,25 m/s đến 10/05/2022 0,5 m/s. Mô phỏng đã được đối chiếu với thực nghiệm qua thông Ngày chấp nhận đăng: số điện áp, khi tăng tốc độ dịch chuyển từ 0,25m/s đến 0,5m/s khi 13/06/2022 không tải và có tải RL = 3,5, điện áp tăng từ 20V đến 40V đối với trường hợp không tải và tăng khoảng 4V đến 15V khi có tải. Từ khóa: Abstract Máy phát điện tuyến This paper proposes to design and study a single-phase tính; máy phát điện, máy linear generator with simple structure. By motion simulators and phát điện phẳng. simulation mechanisms, the research aims to survey the Keywords: parameters of the generator at a low speed from 0.25 m/s to 0.5 Linear generators; m/s. The simulation was compared with the experiment through generators, flat generators. voltage parameters. When the displacement speed increased from 0.25m/s to 0.5m/s without loads and with loads of RL = 3.5,, the voltage increased from 20V to 40V without loads and form about 4V to 15V with loads. 1. GIỚI THIỆU tạo năng lượng từ sóng biển [5-7]. Ngoài Hiện nay, máy phát điện tuyến tính ra, PMLG là bộ phận chuyển đổi năng PMLG (Permanent Magnet Linear lượng cơ học thành điện năng cho động cơ Generator- PMLG) được coi là ứng cử đốt trong không trục khuỷu. Cái mà có ưu viên tiềm năng cho những ứng dụng thực điểm nhỏ gọn, hiệu suất cao [8], tỷ số nén tế khi sử dụng chuyển động thẳng biến đổi biến đổi nên phù hợp với nhiều loại nhiên điều thay cho chuyển động quay của máy liệu khác nhau[9], giảm ma sát so với phát truyền thống, Vì thế PMLG thường động cơ nhiệt thông thường [10]. Vì thế, có cấu trúc đơn giản, ít tổn thất trong quá động cơ đốt trong không trục khuỷu đang trình chuyển đổi năng lượng do loại bỏ các là xu hướng nghiên cứu để nâng cao khả thiết bị truyền dẫn dư thừa [1-3]. Với sự năng vận hành xe lai (hybrid) . Tùy thuộc phát triển mạnh của vật liệu nam châm vào các cấu hình, tần số và khoảng dịch mật độ từ thông cao, PMLG ngày càng chuyển động cơ đốt trong không trục được được nghiên cứu cho nhiều ứng khuỷu có công suất phát điện khác nhau dụng vì nâng cao được công suất và độ tin [11-13] .Các nghiên cứu đưa ra công suất cậy [4]. PMLG được ứng dụng trong tái phát điện ở tốc độ tối đa, nhưng thực tế * tác giả liên hệ, email: truonghoahiep@tgu.edu.vn, 0918 386 391 -71-
  2. No.12/2022 Journal of Science, Tien Giang University động cơ đốt trong không trục khuỷu hoạt động ổn định ở những tốc độ thấp hơn do vấn để kiểm soát [14-15] Bài báo này đề xuất thiết kế và nghiên cứu một PMLG một pha với cấu tạo đơn giản. Bằng các cơ cấu giả lập chuyển động, mục tiêu là khảo sát hoạt động của PMLG ở tốc độ dịch chuyển thấp từ 0,25 m/s đến 0,5 m/s - theo tốc độ cao nhất vì phần dịch chuyển của máy phát chuyển động biến đổi đều theo hình sin, khoảng dịch chuyển ngắn ± 40mm, điện áp đầu ra ở tốc độ khác nhau là giá trị để nghiên cứu, đánh giá. Máy phát điện được mô hình hóa trong không gian 3-D bằng cách sử dụng phần mềm Maxwell 16V để tìm Hình 2. Cấu trúc đề xuất của ra các thông số tĩnh từ, từ đó mô phỏng PMLG bằng phần mềm Matlab tìm các giá trị đầu Bảng 1. Thông số đề xuất của PMLG ra như dòng điện ,điện áp, công suất và cuối cùng thực nghiệm đối chiếu với mô Ký Tên Giá trị phỏng. Cuối cùng, so sánh, đánh giá mô hiệu phỏng với thực nghiệm. - Chiều dài stator L 160 mm 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Chiều rộng stator Ws 40 mm 2.1. Cấu trúc và kích thước - Chiều rộng khe bs 20 mm Bài báo trình bài máy phát điện 1 pha - Chiều rộng răng bt 20 mm dạng phẳng với 2 mặt phát điện, cấu trúc - Chiều rộng nam bm 20 mm 3-D được thể hiện trong Hình 1, kích châm thước ban đầu của cụm rotor và starto - Chiều cao nam châm hm 10 mm được thể hiện trong bảng 1 và Hình 2 . - Khe hở không khí geq 1 mm - Chiều cao răng hs 35 mm - Chiều dài rotor Lr 180 mm - Chiều rộng rotor Wr 40 mm - Số vòng dây N 300×8 vòng Như máy phát điện thông thường PMLG có 2 phần rotor (phần dịch chuyển) và stator. Rotor gồm hai mặt gắn các nam châm vĩnh cửu được phân cực, hướng phân cực của nam châm châm vĩnh cửu ngược nhau giữa hai mặt Hình 1. Mô hình cấu trúc 3-D máy đối diện và ngược nhau trên cùng một phát mặt, với mục tiêu giảm khối lượng dịch -72-
  3. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 12/2022 chuyển phần chuyển động được chế tạo Trong đó: bằng nhôm. Stator nằm bên ngoài bao : toán tử tính độ xoáy cuộn của gồm hai lõi ferrit nhiều lớp được bố trí trường vectơ song song với hai mặt gắn nam châm J: mật độ dòng vĩnh cửu, khe hở giữa nam châm và stator là 1mm. Mỗi lõi ferrit được chia H: cường độ điện trường thành 4 răng và các cuộn dây được quấn Từ định luật Gauss: quanh các răng của lõi ferrit. Một B=0 (2) chuyển động tuyến tính được giả lập Mật độ từ thông B liên hệ với H qua bằng cơ cấu bánh lệch tâm với khoảng công thức: dịch chuyển ± 40mm. Rotor dịch chuyển theo hướng nằm ngang do một motor B=µH (3) kéo với công suất 1,5 HP. Phần dẫn từ Nếu vật liệu phi tuyến, thì từ thẩm của động cơ được làm bằng nam châm sẽ là một hàm của B: đất hiếm NdFeB, đường kính của dây µ= (4) đồng được chọn là 1,5 mm với 300 vòng dây trên một răng. Mật độ từ thông B liên quan tới 2.2. Mô phỏng đặc tính máy phát vector từ thế A theo công thức: 2.2.1. Phương pháp phần tử hữu hạn B=A (5) (The Finite Element Method - FEM) từ phương trình (4) và (5) : Giống như máy phát điện thông  =0 (6) thường, nguyên lý PMLG vẫn dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ nhưng Phương pháp phần tử hữu hạn chuyển động giữa rotor và stator là (Finite Element Method – EFM) là một chuyển động tịnh tiến khác với chuyển phương pháp số, cho phép giải phương động tròn của động cơ quay. Nam châm trình (6) được sử dụng cho các bài toán được gắn trên rotor chuyển động biến tĩnh từ với các mối quan hệ B-H phi đổi đều từ trường xuyên qua cuộn dây tuyến. Hình 3 mô hình mô phỏng trên sinh ra suất điện động và sinh ra dòng Maxwell Ansoft V16 ,vị trí nam châm điện. Khi các thông số cuộn dây và kích đặt song song cuộn dây, ở vị trí này từ thước lõi được tìm thấy, việc lập mô thông xuyên qua cuộn dây là lớn nhất. hình và tìm các thông số của máy phát điện đóng một vai trò rất quan trọng. Đối với điều này, phần mềm Maxwell Ansoft V16 được sử dụng để giải quyết tất cả các vấn đề về tĩnh từ. Những vấn đề này được mô tả bằng phương trình vi phân Maxwell. Các nguyên tắc cơ bản của máy phát điện tuyến tính nam châm vĩnh cửu liên Hình 3. Mô hình mô phỏng trên quan nguyên lý từ trường và phương Maxwell Ansoft V16 trình Maxwell. Kết quả mô phỏng Hình 4 cho thấy Định luật Ampere: từ thông của nam châm trong phần dịch   H= J (1) chuyển có thể chấp nhận trên thực tế Br -73-
  4. No.12/2022 Journal of Science, Tien Giang University = 1,2 T và Hình 5 từ thông đi xuyên qua Hệ số Carter 𝐾𝑐 phải được tìm cuộn dây cao nhất là 1,3 T và các đường thấy để mà tính toán khe hở không khí sức từ tạo ra vòng tròn khép kín xuyên tương đương [16]: qua cuộn dây , tạo ra sức điện động cảm ứng. Ngoài ra, sử dụng chức năng Kc = (7) matrix trong Maxwell Ansoft V16 cho dòng điện 1 pha để tìm ra điện cảm trong geq = KC ∙ ga (8) cuộn dây Ls = 24,404mH Mật độ thông lượng khe hở không khí được tính theo công thức: Ø= (9) Hình 4. Phân bố mật độ từ thông Br: từ thông của nam châm trong trên bề mặt của PMLG lõi dịch chuyển Hc =905000 A/m: Cường độ từ trường cưỡng bức Từ thẩm của không gian tự do µ0 được xác định là: µ0 = 4π × 10-7 T.m/A. Hình 5. Phương chiều vector B Điện áp cảm ứng sinh ra trong 2.2.2. Mô phỏng các thông số đầu ra cuộn dây: máy phát e = R.i+Ls (10) Các thông số từ mô phỏng bằng FEM và các thông số kích thước ở Bảng Rph : điện trở pha 1 sẽ được đưa vào phần mềm Matlab để mô phỏng các thông số đầu ra của máy Ls : độ tự cảm pha phát. Mục tiêu mô phỏng tìm ra tốc độ tạo ra điện áp, công suất để phù hợp với V: điện áp đầu cuối của máy phát tải điện trở RL = 3,5, điện trở nội cuộn dây Ra = 0,6. Như vậy, phân tích hiệu V= i.RL (11) suất của máy phát điện 1 pha chuyển động với tốc một tốc độ không đổi bằng i : dòng điện của pha cách sử dụng mạch tương đương Hình 6. Điện áp cảm ứng pha chuyển động tịnh tiến: eph = KE.cos ( ).v(t) (12) Hình 6. Mạch tương đương của máy z: Chuyển vị biến đổi đều của phát cho hoạt động trạng thái ổn định phần dịch chuyển -74-
  5. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 12/2022 z = A.sin(2.π.f.t - ) (13) Hình 7. Chuyển vị phần dịch chuyển tại tốc độ 0.25 m/s và 0.5 m/s A: Khoảng dịch chuyển của phần dịch chuyển f :Tần số chuyển động của phần dịch chuyển v(t) :vận tốc của phần dịch chuyển Hình 8. Dòng điện I(A) tại tốc độ v(t)= z’= 2.π.A.f.cos(2.π.f.t - ) (14) 0.25 m/s và 0.5 m/s KE = Ms .Ws. Nph. Φ. vav (15) Phương trình vi phân cho dòng điện pha = (16) Hình 9. Điện áp U (V) tại tốc và 0.5 m/s Công suất Pout = eph.i (17) Độ dịch chuyển của phần dịch chuyển ± 40mm ở tốc độ tối đa 0,25m/s và 0,5m/s trong Hình 7. Ở tốc độ dịch chuyển thấp, công suất do PMLG tạo ra thấp, do phần Hình 10. Công suất P (W) dịch chuyển có dạng hình sin nên điện áp tạo ra gần như hình sin. Dòng điện từ 2.3. Thực nghiệm 0,4A tăng lên 1,8A trong Hình 8, điện áp Mô hình thực nghiệm thể hiện ở tăng từ 3V lên 12V trong Hình 9 và công Hình 11, số liệu thực nghiệm được lấy suất tăng từ 1,2 W đến 15W trong Hình bởi máy đo xung chuyên dụng XTOP4 10. Từ mô phỏng, tốc độ tăng từ 0,25m/s 31. Thực nghiệm ở 2 trường hợp với tải lên 0,5 m/s tuy tăng không đáng kể RL=3,5 và loại bỏ tải RL. nhưng công suất máy phát tăng từ 1,2W lên 15W. KE.cos ( ).v(t) -75-
  6. No.12/2022 Journal of Science, Tien Giang University Hình 11. Mô hình thực nghiệm của PMLG 1-Motor; 2-Biến tần; 3-Máy phát điện Khi không có tải RL, Hình 12 cho tốc độ thực nghiệm là 0,25m / s (tương đương 250ms mỗi chu kỳ), hiệu điện thế đạt được gần bằng 20V. Khi tăng tốc độ Hình. 14. Điện áp tại tốc độ lên 0,5 m / s (tương đương 150ms mỗi 0.25m/s – RL=3.5 chu kỳ) thì hiệu điện thế cao nhất là 40V như Hình 13. Hình. 15. Điện áp tại tốc độ 0.5m/s – RL=3.5 So sánh hai trường hợp thí nghiệm thấy độ sụt điện áp lớn với tải. Tốc độ thí nghiệm được điều chỉnh để gần đúng với tốc độ mô phỏng, so sánh cho thấy điện áp mô phỏng nhỏ hơn điện áp thí Hình 12.Điện áp tại tốc độ 0.25 m/s nghiệm. Sự chênh lệch điện áp do số – bỏ qua RL=3.5 vòng dây thực tế của stator khác với mô hình mô phỏng vì làm bằng tay, tốc độ thực nghiệm có thể nhanh hơn tốc độ mô phỏng do vấn đề điều khiển lực quán tính. Ngoài ra, mô hình thí nghiệm không chỉ là mô phỏng một cực từ để bổ sung từ trường khi động cơ đảo chiều. Kết quả chứng minh rằng điện áp máy phát có thể được dự đoán cho các tốc độ khác nhau. Các dạng sóng từ máy hiện sóng gần giống như kết quả mô phỏng. 3. KẾT LUẬN Hình 13. Điện áp tại tốc độ 0.5 m/s Bài báo này đã đề xuất thiết kế và – bỏ qua RL=3.5 chế tạo một mô hình máy phát tuyến tính Với tải RL = 3,5, Hình 14 cho tốc độ một pha với cấu tạo đơn giản. Bằng các thí nghiệm là 0,25m / s thì hiệu điện thế cơ cấu giả lập mô phỏng chuyển động, đạt được gần bằng 4V. Khi tăng tốc độ mục tiêu là khảo sát hoạt động của máy lên 0,5 m / s thì hiệu điện thế cực đại là phát ở tốc độ dịch chuyển thấp từ 0,25 15V như Hình 15. m/s đến 0,5 m/s - theo tốc độ cao nhất vì -76-
  7. Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 12/2022 phần dịch chuyển của máy phát chuyển [3]. L. Huang, B. Hu, M. Hu, C. Liu, động biến đổi đều theo hình sin, hành and H. Zhu, “Research on primary trình dịch chuyển ngắn ± 40mm. Bằng excitation fully superconducting tính toán, mô phỏng các thông số như linear generators for wave energy mật độ phân bố từ thông, độ từ cảm… conversion,” IEEE Trans. Appl. bằng phần mềm Maxwell Ansoft V16 và Supercond., vol. 29, no. 5, Aug. phần mềm Matlab mô phỏng các giá trị 2019, Art. no. 5203405 công suất và dòng điện từ đó tìm ra đặc [4]. A. Gandhi and L. Parsa, “Thrust tính của PMLG. Các thông số đầu ra của optimization of a five-phase máy phát được thực nghiệm ở tốc độ faulttolerant flux-switching linear khác nhau là giá trị để nghiên cứu, đánh synchronous motor,” in Proc. IEEE giá và đối chiếu với kết quả mô phỏng. Industrial Electronics Society Conf., Từ mô phỏng cho thấy, với khoảng pp.2067-2073, 2012. dịch chuyển ±40mm khi tăng vận tốc từ [5]. Hodgins, N.; Keysan, O.; 0,25m/s đến 0,5m/s điện áp tăng từ 3V - McDonald, A.S.; Mueller, M.A. 12V, dòng điện 0,4A - 1,8A, công suất “Design and Testing of a Linear 1,5W-15W. Mô phỏng đã được đối chiếu Generator for Wave-Energy với thực nghiệm qua thông số điện áp, Applications,”. IEEE Trans. Ind. khi tăng tốc độ dịch chuyển từ 0,25m/s Electron. 59, 2094–2103,201,. đến 0,5m/s điện áp tăng từ 20V lên 40V [6]. N. M. Kimoulakis, A. G. Kladas, không tải RL và điện áp tăng từ 4V lên and J. A. Tegopoulos. “Power 15V với tải RL=3,5. Kết quả cho thấy, Generation Optimization from Sea các thông số máy phát từ việc mô phỏng Waves by Using a Permanent và thực nghiệm ở chế độ có tải là gần Magnet Linear Generator Drive”. In: giống nhau. Điều này chứng minh rằng, IEEE Transactions on Magnetics chúng ta có thể chế tạo máy phát điện 44.6 (2008), pp. 1530– 1533. tuyến tính trong nghiên cứu này để phục [7]. C. Liu, H. Yu, M. Hu, Q. Liu, S. vụ cho mục đích phát điện. Zhou, and L. Huang, “Research on a TÀI LIỆU THAM KHẢO permanent magnet tubular linear generator for direct drive wave [1]. J. Zou, M. Zhao, Q. Wang, J. Zou, energy conversion,” IET Renewable and G. Wu, “Development and Power Generation, vol. 8, no. 3, pp. analysis of tubular transverse flux 281–288, 2014. machine with permanent magnet [8]. J. Hansson and M. Leksell., excitation,” IEEE Trans. Industrial “Performance of a Series Hybrid Electronics, vol.59, no.5, pp.2198- Electric Vehicle with a Free-Piston 2207, May 2012. Energy Converter,” IEEE Xplore, [2]. H. Jing, N. Maki, T. Ida, and M. 2007. Izumi, “Electromechanical design of [9]. R. Mikalsen and A. P. Roskilly, “A an MW class wave energy converter review of free-piston engine history with an HTS tubular linear and applications,” Applied Thermal generator,” IEEE Trans. Appl. Engineering, vol. 27, pp. 2339- Supercond., vol. 28, no. 4, Jun. 2352, Oct 2007. 2018, Art. no. 4902504 -77-
  8. No.12/2022 Journal of Science, Tien Giang University [10]. B. Jia, R. Mikalsen, A. Smallbone, and A. Paul Roskilly, “A study and comparison of frictional losses in free-piston engine and crankshaft engines,” Applied Thermal Engineering, 2018. [11]. Ondřej Vysoký, “Linear combustion engine as main energy unit for hybrid vehicles,” Proceedings of Transtec Prague. Prague: Czech Technical University, 2007: p. 236-244. [12]. Ocktaeck Lim, Nguyen Ba Hung, Seokyoung Oh, Gangchul Kim, Hanho Song, Norimasa Iida, “A study of operating parameters on the linear spark ignition engine,”. Applied Energy, 2015. 160: p. 746- 760. [13]. Subhash Nandkumar, Two-stroke linear engine. 1998, Dissertation, West Virginia University. [14]. R. Mikalsen and A. P. Roskilly, “The control of a free-piston engine generator. Part 2: Engine dynamics and piston motion control,” Applied Energy, vol. 87, 2010. [15]. Boru Jia, Zhengxing Zuo, Huihua Feng, Guohong Tian, A. P. Roskilly, “Development approach of a spark- ignited free-piston engine generator”. 2014, SAE Technical Paper, No. 2014-01-2894. [16]. F. W. Carter. “Air-Gap Induction”. In: Electric World and Engineer 38.22 (1901),pp.884- 888.url:http://hdl.handle.net/2027/uv a.x030741299. -78-
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2