Tuabin gió mini tạo điện như thế nào?
Luồng không khí làm cánh quạt quay, kéo theo trục của một động cơ DC nhỏ dùng làm máy phát. Khi trục quay, máy phát tạo ra điện áp ở hai đầu dây. Với cùng một máy phát, tốc độ quay thường ảnh hưởng mạnh đến điện áp đo được.
Số cánh quạt có thể thay đổi cách rôto đón gió và lực làm nó quay. Tuy nhiên, điện áp còn phụ thuộc vào hình dạng, góc nghiêng, kích thước cánh, tốc độ gió và tải điện. Vì thế, không thể kết luận rằng cứ thêm cánh là điện áp sẽ tăng.
Chuẩn bị vật liệu và giữ an toàn
Chuẩn bị một động cơ DC nhỏ, dây nối, đồng hồ vạn năng có thang đo điện áp DC, giá đỡ chắc chắn, quạt bàn và vật liệu nhẹ để làm các cánh giống nhau. Cần có một moay-ơ cho phép gắn cánh cân đối ở các vị trí dành cho cấu hình 2, 3 và 4 cánh.
Chỉ thực hiện với mô hình điện áp thấp; không nối tuabin vào ổ điện hoặc thiết bị điện lưới. Cố định mô hình trước khi bật quạt, giữ tay và tóc tránh xa cánh đang quay, và dừng quạt trước mỗi lần thay cánh. Dùng vật liệu không sắc cạnh; trẻ nhỏ cần có người lớn hỗ trợ khi cắt, lắp.
Lắp rôto để so sánh công bằng
Cắt bốn cánh có cùng chiều dài, chiều rộng và hình dạng. Đánh dấu vị trí lắp sao cho các cánh cách đều nhau quanh trục. Với mỗi cấu hình, giữ nguyên bán kính rôto và đặt các cánh ở cùng một góc nghiêng. Kiểm tra để cánh không cọ vào giá đỡ.
Lần lượt lắp 2, 3 rồi 4 cánh. Việc giữ nguyên kích thước từng cánh giúp tập trung quan sát tác động của việc tăng số cánh. Đồng thời, cần nhớ rằng tổng diện tích cánh đón gió cũng tăng: thí nghiệm này không tách riêng hai yếu tố đó.
Đo điện áp theo cùng một quy trình
Đặt tuabin ở một vị trí cố định trước quạt và không thay đổi mức gió hoặc hướng quạt giữa các lượt. Chọn thang đo điện áp DC phù hợp trên đồng hồ, rồi nối hai que đo với hai đầu dây của động cơ. Nếu đồng hồ hiện giá trị âm, đó thường là dấu hiệu hai que đo đang ngược cực; hãy ghi độ lớn điện áp hoặc đổi vị trí que đo.
Với từng số cánh, bật quạt, chờ số đo tương đối ổn định rồi ghi điện áp và nhận xét cánh quay đều hay rung lắc. Lặp lại ít nhất ba lượt cho mỗi cấu hình và tính điện áp trung bình. Một bảng gồm các cột «số cánh», «điện áp từng lượt», «điện áp trung bình» và «nhận xét» sẽ giúp so sánh rõ hơn.
Vì sao kết quả có thể khác nhau?
Thêm cánh có thể giúp rôto nhận lực từ gió tốt hơn khi bắt đầu quay hoặc khi phải kéo một tải điện. Nhưng nhiều cánh hơn cũng có thể làm tăng lực cản và khiến rôto không quay nhanh bằng một cấu hình ít cánh hơn. Điện áp vì thế có thể tăng, giảm hoặc thay đổi rất ít, tùy cách thiết kế và điều kiện gió.
Nếu một cấu hình cho số đo cao nhưng rung mạnh, hãy kiểm tra độ cân đối và góc lắp trước khi quy kết kết quả cho số cánh. Gió từ quạt bàn cũng không hoàn toàn đều, nên các lần đo lặp lại hữu ích hơn một số đo đơn lẻ.
Phân biệt điện áp đo được với khả năng cấp điện
Phép đo khi chỉ nối đồng hồ vào máy phát cho biết điện áp gần như không tải. Nó chưa cho biết tuabin có thể cấp bao nhiêu dòng điện cho một thiết bị. Khi nối tải, dòng điện chạy qua có thể làm tốc độ quay và điện áp giảm.
Để tìm hiểu thêm, có thể nhờ người hướng dẫn chọn một điện trở làm tải phù hợp với máy phát, rồi đo điện áp trên điện trở cho từng cấu hình cánh. Giữ nguyên điện trở trong mọi lượt so sánh và không chập trực tiếp hai đầu dây của máy phát.
Rút ra kết luận từ dữ liệu
So sánh điện áp trung bình của cấu hình 2, 3 và 4 cánh, đồng thời xem lại nhận xét về khả năng khởi động và độ ổn định. Hãy viết kết luận theo điều kiện đã thử, chẳng hạn: «Ở cùng vị trí trước quạt và với cùng bộ cánh, cấu hình … cánh cho điện áp trung bình cao nhất».
Sau đó, thử đặt một câu hỏi mới: nếu giữ nguyên số cánh nhưng thay đổi góc nghiêng, kết quả sẽ ra sao? Mỗi lần chỉ thay đổi một yếu tố và giữ các điều kiện còn lại giống nhau để dễ giải thích số đo.
