27320

طراحي و ساخت يك سيستم مونتاژ پذير و قابل حمل برداشت انرژي مبتني بر مكانيزم آهنرباهاي شناور و با استفاده از منبع انرژي باد

كارشناسي ارشد

مهندسي سيستم هاي انرژي/ گرايش انرژي و محيط زيست

1398

05/05/1401

دكتر روح الله احمدي ،دكتر ميثم فرج الهي

فناوري هاي نوين

امروزه استفاده از منابع انرژي ارزان قيمت و در دسترس و تجديد پذير به دلايل مختلف زيست محيطي و كاربردي مورد توجه ويژه قرار گرفته است. در اين راستا سيستم هاي برداشت انرژي از منابع مكانيكي و فيزيكي محيطي داراي كاربردهاي فراواني گشته و بعضا تجاري شده است. سيستم هايي كه مي توانند در ابعاد كوچك براي مصرف كننده هايي در حد ميلي وات و يا حتي ميكرووات توان توليد كرده و از منابعي چون ارتعاشات محيطي براي توليد اين انرژي پاك بهره ببرند. در طراحي اين برداشت كننده هاي انرژي، منبع انرژي باد به علت رايگان بودن و در دسترس بودن در خيلي از كاربردها،گزينه ي بسيار مناسبي است. در اين پايان نامه سعي شده است يك سيستم با فناوري برداشت انرژي از انرژي باد و تركيب آن با يك سيستم مبتني بر ميدان مغناطيسي جهت تبديل انرژي مكانيكي به انرژي الكتريكي، طراحي، ساخته و تست شود. اين سيستم از يك توربين مارپيج ارشميدسي محور افقي تشكيل شده كه به وسيله ي نيروي باد به چرخش در مي آيد . بر روي شفت اين توربين، يك سيستم آهنربا و فنر كه داخل يك تيوب از جنس پلكسي شفاف مي باشد، تعبيه شده است. اين اهنربا به علت چرخش توربين در داخل لوله حركت خطي داشته و با ايجاد تغييرات شار مغناطيسي در معرض سيم پيچ پيچيده شده دور لوله پلكسي، باعث ايجاد جريان در داخل سيم پيچ و ايجاد نيروي الكترومغناطيسي و در نهايت انرژي الكتريكي مي شود. سيستم برداشت انرژي ساخته شده در محدوده چرخش 3 تا 5.2 دور بر ثانيه خروجي كه محدوده معادل آن در سرعت هاي باد بين 3 متر بر ثانيه تا 4.5 متر بر ثانيه است، بهترين عملكرد را از خود نشان مي دهد. تست هاي عملكردي در تونل باد و با سرعت ثابت و پايدار انجام گرفته است. براي تقويت حركت رفت و برگشتي آهن ربا درون سيم پيچ، دو ايده مختلف مورد استفاده قرار گرفت. يكي استفاده از فنر و يكي استفاده از آهن رباهاي هم نام در انتهاي مسير حركتي آهن ربا. بيشترين ولتاژ ( Vrms) در سرعت باد 3.15 متر بر ثانيه براي طرح اول 4.1 ميلي ولت و در طرح دوم در سرعت باد 3.51 متر بر ثانيه مقداري برابر با 4.84 ميلي ولت بدست آمده است. در نهايت با استخراج و حل معادلات حاكم بر سيستم برداشت كننده انرژي، به مقايسه نتايچ تئوري با نتايج حاصل از آزمايش ها پرداخته شده است. نتايج در آزمايش حدودا از سرعت 3.5 متر بر ثانيه روند متفاوتي از نتايج مدل سازي را نشان مي دهد كه به علت وجود محدوديت دامنه حركتي اهنربا در سيستم ساخته شده است. خطاي حدود 5/3 درصد، نشان از تطبيق منطقي و خوب بين نتايج تئوري و آزمايش است.. در طراحي و ساخت سيستم برداشت انرژي تلاش شده است كه به صورت سبك و كم هزينه بوده و قابليت حمل و راه اندازي آسان داشته باشد تا بتوان آن را به راحتي مونتاژ و آماده به كار كرد.

1401/07/12

Design and fabrication of portable and easily assembled energy harvesting system based on levitation magnetic mechanism and using wind energy resources.

7/27/2023 12:00:00 AM

Nowadays, the energy demand for production the required goods and services are dramatically increasing, and therefore universal needs to the source of energy is growing. It should be noted that according to the global warming and other environmental issues stem from burning the fossil fuels, replacement of green energy, energy without any pollution, has been considering in the politics of many governments, industries, and environmentalists. Among the various types of energy harvesters, wind energy as the source of mechanical energy has been paid attention to make movement to produce electricity. In this paper we have tried to use the wind energy to produce electricity using an electromagnetic energy harvester based on induce electromagnetic phenomenon. In other words, we used magnetic field and the electromagnetic rules to produce the power, and at the end, this power was amplified by a standard circuit and Arduino-Uno microcontroller. In this study, two types of electromagnetic energy harvesters were utilized, and the effect of various wind speeds was investigated by means of a standard wind tunnel to produce the constant-rate wind. The other advantage of this set-up is related to its low-weight mobile type which is easy to be manufactured and attached with a reasonable price. Furthermore, in this apparatus an Archimedes Spiral Wind Turbine was used to convert the wind energy to the mechanical energy. This type of turbine is so effective in the area with low to high wind speed, as well as different direction. After spinning the turbine with wind, the magnets placed in the plastic tubes induce electric flux in the wrapped coil, and finally the power can be harvested. The applied generator had most efficiency with 3 tp 4.5 m/s wind speed which shows that this turbine can be considered in the low speed areas. In general, two types of energy harvesting elements were designed, manufactured and tested. The highest Vrms at the wind speed of 3.15 m/s for the first model was recorded as 4.1 mV and in the second model at the wind speed of 3.51 m/s a value equal to 4.84 mV was obtained. Also, the waveform of the voltage signal in a reciprocating magnet was also investigated, that 4 peaks of maximum voltage occur in each wave and which has been analyzed according to the position of the magnet relative to the coil. Finally, by solving the governing equations of the energy harvesting system, the system modeling method has been compared with the results of the experiments. The results in the experiment show a different trend from the modeling results from the speed of 3.5 m/s. Due to the limitation of the movement range of the magnet in the fabricated system. The results of solving the system equations show that it is practically possible to increase the power by increasing the range of motion and even by increasing the number of coils on the plexiglass pipe. It should be noted that the error is about 3.5% at the points where the voltage generation process is close to each other in both methods. Also, in its design, efforts have been made to be light and low-cost and easy to carry and operate so that it can be easily assembled and ready for use.

برداشت انرژي , انرژي باد , توربين مارپيچ ارشميدسي , شناوري مغناطيسي , قانون القاي الكترومغناطيسي

energy harvesting , wind energy sources , Archimedean spiral turbine , magnetic levitation mechanism , induction current of Faraday's law

ronak tahmouresi

dr. rouhollah ahmadi/ dr. meysam farajollahi