Konvertuesi i Ngritjes për Turbinat e Vogla me Erë: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Në artikullin tim të fundit në lidhje me kontrollorët e përcjelljes së pikave të fuqisë maksimale (MPPT) unë tregova një metodë standarde për shfrytëzimin e energjisë që vjen nga një burim i ndryshueshëm siç është një turbinë me erë dhe karikimi i një baterie. Gjeneratori që kam përdorur ishte një motor stepper Nema 17 (përdoret si gjenerator) sepse ato janë të lira dhe të disponueshme kudo. Avantazhi i madh i motorëve steper është se ato prodhojnë tensione të larta edhe kur rrotullohen ngadalë.

Në këtë artikull unë paraqes një kontrollues të krijuar posaçërisht për motorët DC pa furça me fuqi të ulët (BLDC). Problemi me këta motorë është se ata duhet të rrotullohen shpejt në mënyrë që të prodhojnë një tension të shfrytëzueshëm. Kur rrotullohet ngadalë, voltazhi i induktuar është aq i ulët sa që ndonjëherë madje nuk lejon përcjelljen e diodës dhe kur e bën, rryma është aq e ulët sa që pothuajse asnjë fuqi nuk kalon nga turbina në bateri.

Ky qark bën në të njëjtën kohë korrigjuesin dhe nxitjen. Ajo maksimizon rrymën që rrjedh në spiralen e gjeneratorit dhe në këtë mënyrë, fuqia mund të përdoret edhe me shpejtësi të ulët.

Ky artikull nuk shpjegon se si të bëni qarkun, por nëse jeni të interesuar, kontrolloni artikullin e fundit.

Hapi 1: Qarku

Si në artikullin e fundit, unë përdor një mikro-kontrollues Attiny45 me Arduino IDE. Ky kontrollues mat rrymën (duke përdorur rezistencën R1 dhe op-amp) dhe tensionin, llogarit fuqinë dhe modifikon ciklin e punës në tre transistorët ndërrues. Këta transistorë ndërrohen së bashku pa marrë parasysh hyrjen.

Si eshte e mundur?

Për shkak se unë përdor një motor BLDC si gjenerator, tensionet në terminalin e BLDC janë një sinus trefazor: Tre sinusë të zhvendosur me 120 ° (krh. Imazhi i dytë). Gjëja e mirë me këtë sistem është se shuma e këtyre sinuseve të tua është nul në çdo kohë. Pra, kur tre transistorët sillen, tre përmbytje aktuale në to, por ato anulojnë njëri -tjetrin në tokë (krh. Imazhi i tretë). Zgjodha transistorët MOSFET me rezistencë të ulët të burimit të kullimit. Në këtë mënyrë (këtu është truku) rryma në induktorët maksimizohet edhe me tensione të ulëta. Asnjë diodë nuk po kryhet për momentin.

Kur tranzistorët ndalojnë përçimin, rryma e induktorit duhet të shkojë diku. Tani diodat fillojnë të sillen. Mund të jenë diodat e sipërme ose diodat brenda transistorit (kontrolloni që tranzistori mund të trajtojë një rrymë të tillë) (krh. Imazhi i 4 -të). Ju mund të thoni: Ok, por tani është si një ndreqës normal i urës. Po, por tani tensioni tashmë është rritur kur përdoren diodat.

Ka disa qarqe që përdorin gjashtë transistorë (si një shofer BLDC), por më pas ju duhet të kufizoni tensionin në mënyrë që të dini se cilët transistorë duhet të ndizen ose fiken. Kjo zgjidhje është më e thjeshtë dhe madje mund të zbatohet me një kohëmatës 555.

Hyrja është JP1, është e lidhur me motorin BLDC. Dalja është JP2, është e lidhur me baterinë ose LED.

Hapi 2: Konfigurimi

Për të testuar qarkun, bëra një konfigurim me dy motorë të lidhur mekanikisht me një raport ingranazhi të një (krh. Imazhi). Ekziston një motor DC i vogël i krehur dhe një BLDC i përdorur si gjenerator. Unë mund të zgjedh një tension në furnizimin me energji dhe të supozoj se motori i vogël i krehur sillet përafërsisht si një turbinë me erë: Pa thyer çift rrotullues arrin një shpejtësi maksimale. Nëse aplikohet një çift rrotullues thyer, motori ngadalësohet (në rastin tonë raporti i shpejtësisë së çift rrotullimit është linear dhe për turbinat e erës reale zakonisht është një parabolë).

Motori i vogël është i lidhur me furnizimin me energji, BLDC është i lidhur me qarkun MPPT dhe ngarkesa është një LED energjie (1W, TDS-P001L4) me një tension përpara 2.6 volt. Ky LED sillet përafërsisht si një bateri: nëse tensioni është nën 2.6, rryma nuk futet në LED, nëse voltazhi përpiqet të shkojë mbi 2.6, rryma po përmbytet dhe tensioni stabilizohet rreth 2.6.

Kodi është i njëjtë si në artikullin e fundit. Unë tashmë shpjegova se si ta ngarkoni atë në mikrokontrollues dhe si funksionon në këtë artikull të fundit. Unë e modifikova pak këtë kod në mënyrë që të bëja rezultatet e paraqitura.

Hapi 3: Rezultatet

Për këtë eksperiment, unë përdor LED fuqinë si një ngarkesë. Ka një tension përpara prej 2.6 volt. Ndërsa tensioni është stabilizuar rreth 2.6, kontrolluesi mati vetëm rrymën.

1) Furnizimi me energji elektrike në 5.6 V (vija e kuqe në grafik)

• shpejtësia min e gjeneratorit 1774 rpm (cikli i punës = 0.8)
• shpejtësia maksimale e gjeneratorit 2606 rpm (cikli i punës = 0.2)
• fuqia maksimale e gjeneratorit 156 mW (0.06 x 2.6)

2) Furnizimi me energji elektrike në 4 V (vija e verdhë në grafik)

• shpejtësia min e gjeneratorit 1406 rpm (cikli i punës = 0.8)
• shpejtësia maksimale e gjeneratorit 1646 rpm (cikli i punës = 0.2)
• fuqia maksimale e gjeneratorit 52 mW (0.02 x 2.6)

Remarque: Kur provova gjeneratorin BLDC me kontrolluesin e parë, asnjë rrymë nuk u mat derisa tensioni i furnizimit me energji arriti në 9 volt. Unë gjithashtu provova raporte të ndryshme të ingranazheve, por fuqia ishte me të vërtetë e ulët në krahasim me rezultatet e paraqitura. Unë nuk mund të provoj të kundërtën: Degëzimi i gjeneratorit stepper (Nema 17) në këtë kontrollues sepse një stepper nuk prodhon tension trefazor të sinusit.

Hapi 4: Diskutim

Jo linearitetet vërehen për shkak të kalimit midis përcjelljes së vazhdueshme dhe ndërprerjes së induktorit.

Një test tjetër duhet të kryhet me cikle më të larta detyre për të gjetur pikën maksimale të fuqisë.

Matjet aktuale janë mjaft të pastra për të lejuar që kontrolluesi të punojë pa pasur nevojë për filtrim.

Kjo topologji duket se funksionon si duhet, por do të doja të kisha komentet tuaja sepse nuk jam specialist.

Hapi 5: Krahasimi me Gjeneratorin Stepper

Fuqia maksimale e nxjerrë është më e mirë me BLDC dhe kontrolluesin e saj.

Shtimi i një dyfishuesi të tensionit Delon mund të zvogëlojë diferencën, por probleme të tjera u shfaqën me të (Tensioni gjatë shpejtësisë së lartë mund të jetë më i madh se bateria e tensionit dhe nevojitet një konvertues dollar).

Sistemi BLDC është më pak i zhurmshëm, kështu që nuk ka nevojë të filtroni matjet aktuale. Kjo lejon që kontrolluesi të reagojë më shpejt.

Hapi 6: Përfundimi

Tani mendoj se jam gati të vazhdoj me hapin e folesë i cili është: Projektimi i turbinave me erë dhe bërja e matjeve në vend dhe në fund ngarkimi i një baterie me erën!