自动水闸门稳压输出水轮发电机

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  目的与思路
  我二哥在福建长汀与江西瑞金交界处承包了一片800多亩的竹林,为了要管理这片竹林,就在那里建造了一座房子。由于当地不供电,只好在附近山沟自已安装了一台小型300瓦特水轮发电机,利用水能发电。由于水一直往下冲,白天、黑夜都要一直开着多盏电灯,因为要是没有负载,输出电压会超过300伏特。要是有灯泡烧毁,输出电压就会超高,手机充电器烧毁是经常发生的事。因此我就想发明一个输出电压稳定的“自动水闸门稳压水轮发电机”。
  工作原理
  根据负载功率大小,自动控制水轮发电机闸门大小,使输出电压稳定在一定范围内。
  ◇当负载减少(如有灯泡烧毁),输出电压超过220伏特时,通过取样、控制器、步进电机、水轮机闸门等各环节,最终慢慢减小阀门流水量,从而降低发电机的输出电压。
  ◇当增加用电器(如手机充电、使用电脑等)导致负载增大、输出电压低于180伏特时,通过取样、控制器、步进电机、水轮机闸门等各环节,最终慢慢增大阀门流水量,使输出电压稳定在180~220伏特范围之间。
  制作方法与过程
  原料与器材
  水轮发电机(300瓦)、单片机控制器、步进电机、齿轮、导线、电灯若干、水管(直径11厘米)、内牙法兰盘、各种接头胶水等。
  机械加工
  ◇内牙法兰盘钻孔加工,把水轮发电机水管入口与法兰盘对齐对正,根据水管入口接口的3个螺丝孔做记号,打3个7毫米直径圆孔。
  ◇购买3套螺栓、螺母,把水轮发电机水管接口与法兰盘锁紧固定。
  ◇用铁锯子把顶住螺栓阀门的法兰盘锯掉一小部分并用砂轮机磨平,使螺栓阀门能够自由上下移动,不会顶住法兰盘,阀门上下移动范围不会超过4厘米(阀门全闭状态至阀门全开状态)。
  ◇定做加工齿轮2个。一个工作半径2.5厘米,将其固定在阀门螺栓的适当位置;另一个齿轮工作半径1.5厘米,把它固定在步进电机轴上。把步进电机用AB胶粘在水轮发电机外壳适当位置,步进电机转动时能够使阀门在全闭状态与全开状态间来回移动,阀门螺栓上的齿轮上下移动距离不超过4厘米。实现用步进电机控制阀门大小,从而控制进水量。
  单片机控制器电路
  ◇取样电压为180~220伏特。
  ◇当水轮发电机输出电压小于或等于180伏特时,单片机控制器输出正驱动电压,步进电机顺时针转动,阀门螺栓逆时针转动,加大进水量。
  ◇当输出电压大于等于220伏特时,控制器输出负驱动电压,步进电机逆时针转动,阀门螺栓顺时转动,减小进水量。
  ◇当阀门达到全开状态后,延时5秒钟,控制器输出驱动电压为零,步进电机停止工作,回到初始状态。
  ◇当水轮发电机输出电压始终小于180伏特,而阀门已经最大时,延时5秒钟后,控制器输出电压也为零。
  ◇当水轮发电机输出负载大于300瓦,且阀门已经最大时,延时5秒钟后控制器输出负驱动电压,使步进电机逆时针转动,将阀门变小,减小进水量,电压可能低于180伏特,确保电机不烧毁。
  创新点
  本项目对传统水轮发电机进行研究,把固定式水闸门改变为自动控制水闸门。电需求量大时,水闸门自动变大;反之,电需求量小时,水闸门自动变小,目的是水电供需协调,不造成浪费。通过自动控制水闸门,达到自动控制水流量大小,进而稳定水轮发电机的输出电压。
  自动闸门水轮发电机如果在大型水电部门得到推广应用,将会缓和电价不均衡问题。电价有峰、谷、平3种电价之别,产生电价不均的原因主要就是固定发电量的情况下,用电量需求的不同:煮饭时间段是用电量高峰期,电价最高;休息时间段是用电低峰期,电价最低。在福建省德化县,峰、谷电价值相差2倍多。德化县境内的用电来源是水电,一天内水闸门固定不变,水轮发电机发电功率固定,而一天内用电量却不断变化,因此造成水资源白白浪费。如果采用自动控制水闸门,根据一天内不同时间段用电量情况,自动调节水电发电量,就不会造成浪费。
  该项目利用水闸控制水流量产生稳压的电能,可称为是颇为聪明的构思。缺点在于上游水源不足时,未必能达到此理想状态。建议在上下游各建一个水库蓄水,利用水流产生的电能将下游储存的水抽回上游水库。当用电量较少时,这个方法可节省很多水源。
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