Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Thiết kế, chế tạo và đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng m...

Tài liệu Thiết kế, chế tạo và đánh giá hiệu suất hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng mặt trời

.PDF
26
152
146

Mô tả:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM NGUYÊN LỘC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử Mã số: 8.52.01.14 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Đà Nẵng – Năm 2018 Công trình được hoàn thành tại TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đặng Phƣớc Vinh Phản biện 1: PGS.TS. Trần Xuân Tùy Phản biện 2: PGS.TS Lê Viết Ngưu Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 27-28 tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa Thư viện Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Pin mặt trời chỉ đạt hiệu suất lớn nhất khi ánh sáng mặt trời chiếu vuông góc với mặt phẳng của tấm pin. Rõ ràng, một dàn pin mặt trời đặt cố định sẽ thu được quang năng ít hơn nhiều so với một dàn pin có xu hướng hứng trọn ánh sáng mặt trời. Giải pháp đưa ra để nâng cao hiệu suất của pin mặt trời là hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời luôn giữ cho các tia bức xạ chiếu vuông góc lên bề mặt tấm pin trong suốt thời gian chiếu sáng ban ngày. 2. M c đ ch nghiên c u Tìm hiểu nguyên lý, tính năng, cấu tạo, các vấn đề kỹ thuât nhằm thiết kế và chế tạo hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. Xây dựng phần mềm đo đạc và lưu trữ dữ liệu năng lượng thu được. Đánh giá hiệu quả về năng lượng giữa hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng mặt trời và hệ thống pin năng lượng mặt trời cố định. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên c u  Đối tƣợng nghiên c u - Các hệ thống pin năng lượng mặt trời tự xoay. - Kết cấu giá đỡ, hệ truyền động cơ khí cho hệ thống pin mặt trời có khả năng tự xoay theo hướng mặt trời. - Thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm. Từ đó hoàn thiện hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. - Xây dựng phần mềm thu thập dự liệu năng lượng thu được. - Đánh giá hiệu suất của hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định.  Phạm vi nghiên c u - Thiết kế, chế tạo hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời dùng cho nghiên cứu và thực tiễn. - T ng hợp dự liệu năng lượng thu được làm cơ s đánh giá hiệu suất giữa hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định. 4. Phƣơng pháp nghiên c u - Phân tích lý thuyết và các mô hình chuyển đ i năng lượng mặt trời thành điện năng và các công cụ phần mềm để thiết kế, điều khiển, tính toán. 2 - Lựa chọn phương án truyền động và kết cấu hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. - Thiết kế và chế tạo hệ thống. - Viết chương trình thu thập dữ liệu năng lượng, phân tích dữ liệu và đánh giá kết quả. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài  Ý nghĩa khoa học - Góp phần hoàn thiện cơ s khoa học về việc thiết kế và chế tạo hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. - Đánh giá hiệu suất của hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định. Từ đó đưa ra kiến nghị đối với hệ thống pin năng lượng mặt trời.  Ý nghĩa thực tiễn Nâng cao hiệu quả sử dụng hệ thống pin năng lượng mặt trời trong cuộc sống. 6. Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm có 5 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1: T ng quan về hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời. Chương 2 : Tính toán và thiết kế hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng mặt trời Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống điều khiển hướng sáng tấm pin mặt trời Chương 4: Kết quả và đánh giá Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài. CHƢƠNG 1: T NG QUAN VỀ HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN MẶT TRỜI. 1.1. Nhu cầu sử d ng năng lƣợng mặt trời 1.1.1. Nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân b ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới. Đó là cơ s rất lớn để đất nước chúng ta phát triển ngành công nghiệp điện mặt trời. Sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này là một kế sách có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng. 3 1.1.2. Nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời trên thế giới Việc phát triển các nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo tr nên cấp thiết và càng ngày càng có tính nghĩa vụ đối với các quốc gia. Sự phát triển công nghệ năng lượng mặt trời đã tạo ra một ngành công nghiệp mới gọi là công nghiệp năng lượng mặt trời, tạo ra hàng triệu công ăn việc, góp phần phát triển kinh tế, xã hội, bảo vệ môi trường và tăng cường an ninh năng lượng nhiều quốc gia trên thế giới. 1.2. Giới thiệu chung về hệ thống hƣớng sáng tấm pin mặt trời Hệ thống bao gồm 3 bộ phận chính: tấm pin năng lượng mặt trời, cơ cấu cơ khí và bộ điều khiển. Tấm pin năng lượng mặt trời được đặt trên kết cấu cơ khí với 1 bậc tự do (quay quanh trục Ox khi đặt cơ cấu trong hệ trục không gian Oxyz). Hình 1. 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời 1.3. Các ng d ng  Nhà máy điện năng lƣợng mặt trời Desert Sunlight Solar Farm tại Riverside County, California, Mỹ. Theo USA Today, nhà máy điện năng lượng mặt trời Desert Sunlight Solar Farm có công suất 550 MW, sử dụng hệ thống định hướng với 8.8 triệu tấm bảng thu năng lượng mặt trời phát ra dòng điện trực tiếp sẽ có khả năng cung cấp đủ năng lượng cho 160.000 hộ gia đình California. 4 Hình 1. 2: Hệ thống năng lượng của nhà máy Desert Sunlight Solar Farm  Nhà máy sản xuất điện mặt trời tập trung Ivanpah (Công suất 392 MW) Ivanpah được trang bị khoảng 347.000 chiếc gương điều khiển bằng máy tính, mỗi chiếc cao khoảng 2,13m và rộng khoảng 3,05m. Khi vận hành hết công suất, hệ thống Ivanpah sẽ cấp điện đủ cho 140.000 hộ gia đình. Hình 1. 3: Nhà máy điện mặt trời Ivanpah tại Mỹ  Trang trại quang điện Topaz (công suất 550 MW) Năng lượng mặt trời được t ng hợp trên các tấm pin quang năng tự động điều hướng vuông góc với bức xạ của mặt trời. Với sản lượng hàng năm mức 1,1 GWh, Topaz có thể cung cấp điện cho khoảng 160.000 hộ gia đình và cắt giảm 300.000 tấn CO2 mỗi năm, tương đương lượng khí thải của 73.000 xe ô tô.  Nhà máy liên hợp điện mặt trời Noor tại Ma-rốc Đến năm 2018, nhà máy liên hợp Noor sẽ đủ khả năng cung cấp điện cho 1,1 triệu dân Ma-rốc. Dự án xây dựng nhà máy liên hợp điện mặt trời Noor nhằm làm giảm thải 700.000 tấn khí carbon/năm. Hình 1. 13: Các tấm gương thu ánh sáng mặt trời theo công nghệ tập trung năng lượng mặt trời được lắp đặt tại nhà máy liên hợp Noor 5 CHƢƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG HƢỚNG SÁNG TẤM PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Hệ thống hướng sáng với quy mô gia đình được chọn làm đối tượng nghiên cứu thử nghiệm. (a) (b) Hình 2. 1: Hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng mặt trời 1 trục (a) và 2 trục (b) [11] Hệ thống hướng sáng tấm pin năng lượng mặt trời bao gồm 2 loại trục đơn và trục kép. Hệ thống định hướng theo một trục duy nhất sẽ định hướng theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây trên một trục đặt theo hướng Bắc Nam. Hệ thống trục kép định hướng Đông sang phía Tây và định hướng theo phía Bắc đến phía Nam. 2.1. Lựa chọn số bậc tự do cho hệ thống. 2.1.1. Phương án 1: Hệ thống hướng sáng theo trục đơn với cơ cấu một bậc tự do. 2.1.1.1. Đặc điểm Cơ cấu cơ khí với một bậc tự do. Tấm pin năng lượng mặt trời được điều khiển theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây bằng cách sử dụng một trục duy nhất. Tấm pin quay để nhận được năng lượng lớn nhất có thể vào các thời điểm trong ngày. Hình 2. 2: Sơ đồ động cơ cấu một bậc tự do 6 2.1.1.1.Ưu và nhược điểm  Ƣu điểm:  Tăng hiệu suất thu năng lượng mặt trời.  Đơn giản, hiệu quả trong quá trình thiết kế và quá trình gia công.  Tiết kiệm một cơ cấu truyền động, ít tốn chi phí so với trục kép.  Giảm thiểu khả năng hư hỏng.  Bảo dưỡng thấp.  Lập trình điều khiển dễ dàng hơn.  Nhƣợc điểm:  Năng lượng nhận được thấp hơn so với hệ thống trục kép.  Cơ cấu điều khiển không tối ưu, chưa có nhiều cải tiến vượt bậc so với cơ cấu tĩnh.  Công suất cung cấp chưa đạt giá trị mong muốn. 2.1.2. Phương án 2: Hệ thống hướng sáng theo hai trục với cơ cấu hai bậc tự do. 2.1.2.1. Đặc điểm Cơ cấu cơ khí có hai bậc tự do. Tấm pin năng lượng mặt trời sẽ được điều khiển hướng sáng theo theo vị trí mặt trời từ Đông sang Tây, và phía Bắc đến phía Nam bằng cách sử dụng hai trục quay. 7 ndc1 6 5 1- Trục 2. 2- Động cơ 2. 2 3- Khớp nối. 4- Bộ truyền xích. 5- Động cơ 1 6- Bộ truyền xích. 7- Trục 1 Hình 2. 2: Sơ đồ động cơ cấu hai bậc tự do 4 ndc2 3 1 7 2.1.2.2. Ưu và nhược điểm  Ƣu điểm:  Với cơ cấu hai bậc tự do thì năng lượng nhận được sẽ lớn nhất.  Công suất tạo ra từ tấm pin sẽ lớn nhất.  Thỏa mãn tính tối ưu về yêu cầu công nghệ.  Mang tính đột phá trong hướng đi mới về pin năng lượng mặt trời.  Nhƣợc điểm:  Thiết kế phức tạp hệ thống các cảm biến và điều khiển động cơ.  Chi phí đầu tư cao hơn do các bộ phận b sung và thời gian lắp đặt.  Chi phí bảo trì cao hơn.  Các bộ phận b sung thêm tăng thêm khả năng hư hỏng.  Quá trình điều khiển phức tạp hơn phương án 1. 2.1.3. Lựa chọn phương án Mục tiêu chính của đề tài là đánh giá hiệu suất của hệ thống hướng sáng tấm pin mặt trời so với hệ thống pin mặt trời cố định. Do đó, phương án 1(hệ thống hướng sáng theo trục đơn với cơ cấu một bậc tự do) là phương án được lựa chọn vì tối ưu hơn về hiệu quả kinh tế và đáp ứng được yêu cầu về hiệu suất. 2.2. Chọn hệ thống truyền động. 2.2.1. Phương án 1: Truyền động bằng đai 2.2.1.1. Giới thiệu bộ truyền đai Bộ truyền đai (hình 2.5) thường bao gồm: bánh đai dẫn (1), bánh đai bị dẫn (2) và dây đai (3) mắc lên hai bánh đai. Dây đai trong bộ truyền đai là một khâu mềm (khâu dẻo) liên kết hai bánh đai lại với nhau. Các bánh đai được nối với giá bắng khớp quay. Hình 2. 5: Bộ truyền đai 8 2.2.1.2. Ưu và nhược điểm  Ƣu điểm: Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15 m). Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn. Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đ i tác dụng lên cơ cấu. Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ. Kết cấu và vận hành đơn giản. Phí t n bảo dưỡng ít.  Nhƣợc điểm: Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác: xích, bánh răng. Tỉ số truyền thay đ i do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai (ngoại trừ đai răng). Tải trọng tác dụng lên trục và lớn (thường gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng) do phải có lực căng đai ban đầu (tạo áp lực pháp tuyến lên đai tạo lực mà sát). Tu i thọ của bộ truyền thấp. Căng dây đai 2.2.2. Phương án 2: Truyền động bằng xích. 2.2.2.1 Giới thiệu bộ truyền xích Bô truyền xích đơn giản (hình 2.14) bao gồm hai đĩa xích (đĩa dẫn 1 và đĩa bị dẫn 2) nối với giá bằng khớp quay và một dây xích (3) (liên kết mềm) mắc trên hai đĩa. Ngoài ra, trong bộ truyền xích còn sử dụng thiết bị căng xích (bộ phận (4) - hình 2.15), thiết bị bôi trơn, che chắn. Hình 2. 14: Bô truyền xích đơn giản Chuyển động quay và tải trọng từ đĩa dẫn (1) sang đĩa bị dẫn (2) nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích với các răng của đĩa xích (hình 2.16). 9 2.2.2.2 Ưu và nhược điểm  Ƣu điểm:  Không có hiện tượng trượt, hiệu suất cao hơn, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột.  Không đòi hỏi phải căng xích, lực tác dụng lên trục và nhỏ hơn bộ truyền đai.  Kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai nếu truyền cùng công suất và số vòng quay.  Bộ truyền xích truyền công suất nhờ vào sự ăn khớp giữa xích và bánh xích. Do đó góc ôm không có vị trí quan trọng như trong bộ truyền đai và có thể truyền công suất, chuyển động cho nhiều đĩa xích bị dẫn.  Nhƣợc điểm:  Do có va đạp nên gây ồn ào vì vậy bộ truyền xích hợp với với chuyển động có vận tốc thấp.  Tỷ số truyền không n định.  Chế tạo, lắp ráp, bảo dưỡng phức tạp, cần bôi trơn và điều chỉnh xích sức căng xích.  Tuy có cùng công dụng như bộ truyền đai nhưng khi trục quay nhanh thì sử dụng truyền động đai, trục quay chậm thì sử dụng truyền động xích 2.2.3. Phương án 3: Truyền động bằng bánh răng 2.2.3.1. Giới thiệu và phân loại bộ truyền bánh răng Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động hay biến đ i chuyển động nhờ sự ăn khớp giữa các răng trên bánh răng hay thanh răng. Theo vị trí tương đối giữa các trục, phân truyền động bánh răng thành: - Truyền động giữa các trục song song. - Truyền động giữa hai trục giao nhau. - Truyền động giữa hai trục chéo nhau. - Ngoài ra còn dùng truyền động bánh răng - thanh răng (hình 2.17j) dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. Theo phương của răng so với các đường sinh, bộ truyền bánh răng có thể phân thành: 10 Bộ truyền răng thẳng (bánh trụ răng thẳng, bánh nón răng thẳng) - Bộ truyền răng nghiêng, răng cong (bánh trụ răng nghiêng, bánh răng nón răng cong). Theo hình dạng của biên dạng răng (prôfin răng), phân thành: bánh răng thân khai, bánh răng cung tròn (hay bành răng Nôvikốp), bánh răng Xiclôit. Theo kết cấu của bộ truyền, phân thành: bộ truyền bánh răng được để h (bộ truyền h ) hoặc lắp trong hộp được che kín (bộ truyền kín). Ngoài ra, cũng chia ra bộ truyền bánh răng thành: bộ truyền bánh răng ăn khớp ngoài (ngoại tiếp) và bộ truyền bánh răng ăn khớp trong (nội tiếp) 2.2.3.2. Ưu và nhược điểm  Ưu điểm:  Bô truyền bánh răng có kích thước nhỏ gọn hơn các bộ truyền khác, khi làm việc với công suất, số vòng quay và tỷ số truyền như nhau.  Bộ truyền bánh răng có khả năng tải cao hơn so với các bộ truyền khác, khi có cùng kích thước  Tỷ số truyền không thay đ i, số vòng quay n định.  Hiệu suất truyền động cao hơn các bộ truyền khác  Làm việc chắc chắn, tin cậy có tu i bền cao.  Nhược điểm:  Bộ truyền bánh răng yêu cầu gia công chính xác cao, cần phải có dao chuyên dụng giá thành tương đối đắt.  Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn, nhất là khi vận tốc làm việc cao.  Khi sử dụng cần phải bôi trơn đầy đủ 2.2.4. Phương án 4: Truyền động trục vít bánh vít 2.2.4.1. Giới thiệu và phân loại bộ truyền trục vít Bộ truyền trục vít bao gồm trục vít và bánh vít, được dùng để truyền chuyển động và tải trọng giữa hai trục chéo nhau nhờ sư ăn khớp của các ren trên trục vít với các răng trên bánh vít. Thông thường góc chéo nhau giữa hai trục bằng Σ = 90°, trục vít là trục dẫn, bánh vít là bánh bị dẫn. - 11 Trục vít có cấu tạo như một trục trên đó có nhiều vòng ren. co nhiều loại trục vít như trục vít trụ (hình 2.23), trục vít lõm hay trục vít globoit (hình 2.24), tuy nhiên trục vít trụ dùng rộng rãi hơn cả. Tùy theo hình dạng ren, trục vít trụ được phân thành ba loại (hình 2.26):  Truc vít ác-si-mét  Trục vít kôn-vô-lút  Trục vít thân khai 2.2.4.2. Ưu và nhược điểm  Ưu điểm:  Tỉ số truyền rất lớn.  Làm việc êm, không ồn.  Có khả năng tự hãm.  Có độ chính xác động học cao  Nhược điểm:  Hiệu suất thấp, sinh nhiệt hiều do có vận tốc trượt dọc răng lớn.  Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu để giảm ma sát nên khá đắt tiền.  Yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép. 2.2.5. Lựa chọn phương án: Chọn phương án bộ truyền động băng xích và bên cạnh đó việc đặt tấm pin ngoài môi trường chịu tác động của gió, bão,… nên rất cần ưu điểm tự hãm của bộ truyền trục vít bánh vít. Do đó sẽ lựa chọn động cơ trục vít bánh vít. 2.3. T nh toán và thiết kế phần cơ kh và chọn động cơ. Sơ đồ động hệ thống hướng sáng pin mặt trời (hình 2.29) là cơ cấu có một bậc tự do. Gồm động cơ truyền động cho bộ truyền xích tạo chuyển động quay cho trục. Với sơ đồ động đó thì có thể đáp ứng tốt khả năng hương sáng cho tấm pin mặt trời. Từ sơ đồ động, tiến hành tính toán và thiết kế phần cơ khí như sau: 2.3.1. Chọn động cơ. Từ sơ đồ động cho thấy muốn chọn động cơ thì phải tính được công suất để quay được trục quay.  Động cơ: - Công suất : P = 12 Ư. - Điện áp : 12VDC. 12 - Hộp giảm tốc: Trục vít - bánh vít. - Số vòng quay: 3.5 vòng / phút. 2.3.2. Thiết lập bộ truyền xích cho động cơ 2.3.2.1. Thiết lập bộ truyền xích cho động cơ Do vận tốc xích nhỏ, tải trọng không lớn nên sơ bộ chọn loại xích ống con lăn một dãy. 2.3.2.2.Xác định số răng đĩa xích Do bộ truyền xích trong truyền động băng tải chỉ nhằm làm cho bộ truyền nhỏ gọn nên chọn tỉ số truyền là i =3. Hệ thống xoay với tải trọng nhỏ, đều nên lấy số răng đĩa xích dẫn là Z1 = 12 và số răng đĩa xích bị dẫn là Z2 = 36. 2.3.2.3. Xác định bước xích Bước xích t được chọn theo điều kiện hạn chế áp suất sinh ra trong bản lề và số vòng quay trong một phút của đĩa xích phải nhỏ hơn số vòng quay giới hạn. Để tìm bước xích t trươc hết định hệ số điều kiện sử dụng: k = kđ.kA.k0.kđc.kb.kc = 1.1.1.1.1,5.1 = 1,5 Xác định công suất tính toán của bộ truyền xích: Nt = k.kZ.kn.N = 1,5.2,08.0,71 .0,012 = 0,026 kW Bước xích được chọn theo bảng 6-4 [TL – 1] để thỏa mãn điều kiện: Nt ≤ [N]. Tra bảng 6-4 [TL – 1] lấy bước xích t = 12,7 có trị số công suất cho phép là 0,2 kW. Kiểm nghiệm số vòng quay của đĩa xích dẫn theo điều kiện : n1 ≤ ngh Trong đó: - ngh – Số vòng quay giới hạn, phụ thuộc số răng đĩa xích và bước xích, tra bảng 6-5 (sách TK CTM). Ứng với bước xích t = 12,7 mm và số răng của đĩa xích Z1 = 12 thì số vòng quay giới hạn là - ngh = 2300 vòng/phút (tra bảng 6-5 [TL – 1]). Vậy điều kiện số vòng quay được thỏa mãn. 2.3.2.4. Xác định khoảng cách trục và số mắc xích Khoảng cách trục chọn theo công thức (6-13) [TL – 1]: A = (30 ÷ 50)t = 30t = 30.t = 30.12,7 = 380 mm Số mắt xích X được tính theo công thức 6-4 [TL – 1]: Z  Z 2 2 A  Z 2  Z1  t X= 1 = 85 mắc xích.    2 t  2  A 2 13 Tính chính xác khoảng cách trục theo công thức 6-3, [ TL – 1]: TKCTM A= Z  Z2 Z  Z2  t   Z  Z1  X  1  X  1   8 2  4 2 2  2     2 2  =   381 ,5 mm Để xích khỏi chịu lực căng quá lớn, phải rút bớt khoảng cách trục đã tính một khoảng A = (0,002  0,004)A = 1,5 mm. Như vậy khoảng cách trục cuối cùng là A = 380 mm. 2.3.2.5. Tính đường kính vòng chia của đĩa xích  Đường kính vòng chia đĩa dẫn là: dc1 =  dc2 = t 12,7 = = 49 o 180 180 0 sin sin 12 Z1 mm Đường kính vòng chia đĩa bị dẫn là: t 12,7 = = 145 o 180 180 0 sin sin 36 Z2 mm 2.3.2.6. Lắp ráp bộ truyền xích Hình 2.31 cho thấy phương pháp được đề nghị để lắp đặt một đĩa xích dọc. Hình 2.32 cho thấy các cách lắp đặt không được khuyến cáo vì dây xích có khuynh hướng bị bong ra khỏi đĩa xích, các mắc xích và các răng dẫn động không ăn khớp, dẫn đến hiện tượng tuột xích hoặc đứt xích. Hình 2. 3: Phương pháp lắp đặt bộ truyền xích dọc được đề xuất 14 Hình 2. 4: Phương pháp lắp đặt không được khuyến nghị Do đó, phương án được lựa chọn là bộ truyền xích được lắp đặt theo hướng thẳng đứng. Bánh răng dẫn được điều khiển b i động cơ nằm phía dưới và bánh răng bị dẫn nối với trục quay nằm phía trên. Trục của hai bánh xích được bố trí lệch nhau một góc 20º. 2.3.3. Chọn trục quay Chọn vật liệu chế tạo trục thép là C35. Lựa chọn kích thước trục:  Đường kính trục tính theo công thức: d  C3 Trong đó: 0,012 kW; N n mm. N – công suất cần thiết, N = n = 1.17 vòng/ phút; C = 110130 chọn C = 110. d  1103  10 0,012  1.17 23.9 mm. Chọn đường kính trục là d = 25 mm. 90 12 25 Hình 2. 5: Kích thước trục 22 15 2.3.4. Chọn ổ bi. Ø47 12 Ø25 Hình 2. 6: Ổ bi của trục Thông số bi trục:  Đường kính ngoài: OD = 47 mm.  Đường kính trong: id = 25 mm.  Độ dày lăn: T = 12 mm Hình 2. 35: Bản vẽ tổng thể cơ khí hệ thống hướng sáng 1 - Đế; 2 - Gân tăng cứng; 3 - Thân dưới; 4 - Thân trên; 5 - Bộ truyền xích; 6 - Bi đỡ trục; 7 - Trục; 8 - Khung pin; 9 Động cơ CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HƢỚNG SÁNG TẤM PIN MẶT TRỜI 3.1. Ý tƣởng thiết kế Tấm pin mặt trời trong hệ thống phải chuyển động xoay quanh trục Bắc - Nam để hướng tấm pin vuông góc với ánh sáng do mặt trời phát ra từ sáng đến tối. Cơ cấu quay gồm một động cơ được điều khiển dựa vào các giá trị đo được trên các quang tr . Các quang tr này được gắn trên tấm pin năng lượng mặt trời để tính toán hướng bức xạ lớn nhất của 16 mặt trời, cơ cấu dừng quay khi các giá trị đo trên các quang tr xấp xỉ bằng nhau với một sai số nhỏ nhất. 3.2. Phƣơng án điều khiển Bộ phận cảm biến sử dụng 4 quang tr để tính toán hướng bức xạ lớn nhất của mặt trời. Với số lượng quang tr lớn thì khả năng điều hướng chính xác hơn. Hình 3. 2: Cảm biến 4 quang trở Bộ phận cảm biến sử dụng 4 quang tr là phương án tối ưu nhất vì mang lại hiệu quả về mặt kinh tế, có độ chính xác cao và dễ lập trình. 3.3. Các linh kiện sử d ng trong hệ thống 3.3.1. Quang trở Các thông số kỹ thuật  Điện áp tối đa: 250 V-DC,  Công suất tối đa: 200 mW  Kháng ánh sáng (10Lux): 10 ~ 20 (KΩ)  Kháng bóng tối: 2 (MΩ)  Nhiệt độ môi trường .: -30 ~ +700 C  Giá trị c (1000 | 10): 0,6. 3.3.2. Biến trở Biến tr là các thiết bị có điện tr thuần có thể biến đ i được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện. Điện tr của thiết bị có thể được thay đ i bằng cách thay đ i chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đ i, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,... Hình 3. 1: Cấu tạo của biến trở con quay cơ học 17 3.3.3. Pin năng lượng mặt trời Thông số của tấm pin:  Công suất: 50W.  Dòng danh định (Imp): 2,27 A.  Điện áp danh định (Vmp): 22,06V.  Dòng h mạch (Isc): 2,9 A.  Điện áp h mạch (Voc): 22,06 V. 3.3.4. Arduino Uno R3 Hình 3. 11: Arduino Uno R3  Các thống số của Arduino Uno R3  Vi điều khiển : Atmega328 họ 8 bit.  Điện áp hoạt động : 5V-DC.  Tần số hoạt động: 16Mhz  Dòng điện tiêu thụ: khoảng 30 mA  Điện áp vào khuyên dùng : 7-12 V-DC  Điện áp giới hạn : 6-20V DC  Số chân Analog : 6 (độ phân giải 10 bit)  Số chân Digital I/O: 14 chân.  Dòng điện tối đa trên mỗi chân: 30 Ma.  Dòng điện ra tồi đa: (với 5V) : 500 mA  Dòng điện ra tối đa : (với 3.3V) :50 mA.  Bộ nhớ flash :32 kB (Atmega 328)  SRAM : 2 kB (Atmega 328).  - EEPROM : 1 kB (Atmega 328). 3.3.5. Mạch cầu H - L298N  Ch c năng: Sử dụng module L298N để điều khiển chiều quay của 2 động cơ DC. Các động cơ có thể điều khiển quay thuận quay nghịch và dừng quay khi có tín hiệu từ các cân INT1, INT2, INT3, INT4. 18 Hình 3. 12: Mạch cầu H-L298N 3.4. Bộ điều khiển và nguyên lý hoạt động Bộ phận cảm biến (hình 3. 13) gồm 2 vách ngăn đặt vuông góc với nhau, 4 cảm biến quang tr được đặt lần lượt tại các góc phần tư được tạo ra b i hai vách ngăn sao cho chúng cách đều và đối xứng nhau qua các vách. Hình 3. 13: Bộ phận cảm biến Khi trờì tối, với t ng các giá trị analog trả về của quang tr là lớn hơn 4000 thì thực hiện điều hướng đưa tấm pin mặt trời về vị trí chuẩn bị sẵn sàng cho ngày tiếp theo. Khi cuối ngày, tấm pin đang hướng về hướng mặt trời lặn hệ thống sẽ đưa về hướng mặt trời mọc nếu điều kiện trời tối thỏa mãn. Khi trời sáng, ta xây dựng được sơ đồ khối với các giá trị của 4 quang tr . Tiến hành so sánh các giá trị giữa chúng bằng cách tính t ng các giá trị của hai quang tr nằm trên so sai lệch với t ng giá trị của hai quang tr nằm dưới. Tương tự, thực hiện so sánh sai lệch t ng giá trị của hai quang tr bên phải so với hai quang tr nằm bên trái. Từ sơ đồ khối đã xây dựng, ta có sơ đồ mạch điều khiển như hình 3.14. Mạch bao gồm các linh kiện: Arduino, cảm biến quang tr , động cơ, LM298, điện tr .
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan