Turbo trenažiera ģenerators: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Elektrības ražošana ar pedāļu spēku mani vienmēr ir fascinējusi. Lūk, mans viedoklis par to.

1. darbība: unikāls pārdošanas punkts

Es izmantoju VESC6 motora kontrolleri un 192KV izvadītāju, kas darbojas kā reģeneratīvā bremze. Tas ir diezgan unikāli, kad iet pedāļu ģeneratori, taču šim projektam ir vēl viena daļa, kas, manuprāt, ir jauna.

Braucot ar velosipēdu pa ceļu, jums ir inerce, un tas nodrošina ļoti nemainīgu pedāļu griešanos visas revolūcijas laikā. Turbo trenažieriem ir ļoti maza inerce, tāpēc, nospiežot uz pedāļiem, ritenis ātri paātrinās/palēninās, un tas jūtas nedabiski. Spararati tiek izmantoti, lai izlīdzinātu šīs ātruma svārstības. Šī iemesla dēļ stacionārie velosipēdu trenažieri sver tonnu.

Esmu izdomājis alternatīvu risinājumu šai problēmai. Motora regulators ir konfigurēts, lai izgrieztu izvadītāju “nemainīga ātruma režīmā”. Arduino savienojas ar VESC6, izmantojot UART, un nolasa motora strāvu (kas ir tieši proporcionāla riteņu griezes momentam). Arduino pakāpeniski pielāgo motora apgriezienu skaitu, lai simulētu inerci un vilkmi, ko jūs piedzīvotu, braucot pa ceļu. Tas pat var simulēt brīvgaitas lejup no kalna, darbojoties kā motors, lai ritenis grieztos.

Tas darbojas lieliski, par ko liecina iepriekš redzamais grafiks, kurā parādīts motora apgriezienu skaits. Es pārtraucu riteņbraukšanu īsi pirms 2105 sekundēm. Nākamo 8 sekunžu laikā jūs varat redzēt, ka riteņu ātrums pakāpeniski samazinās, tāpat kā tad, ja jūs pārtraucat pedāļa kāpumu nelielā slīpumā.

Joprojām ir ļoti nelielas ātruma izmaiņas ar pedāļa gājieniem. Bet tas attiecas arī uz dzīvi un tiek simulēts pareizi.

2. darbība. Izvades jaudas pārbaude

Riteņbraukšana ir visefektīvākais mehānisko darbu veikšanas veids. Es izmantoju VESC rīku, lai izmērītu reālā laika jaudu. Pirms riteņbraukšanas precīzi 2 minūtes nolasīju rādījumus. Es nodarbojos ar tādu intensitāti, kādu, manuprāt, būtu varējis saglabāt apmēram 30 minūtes.

Pēc 2 minūtēm var redzēt, ka es saražoju 6,15 Wh. Kas atbilst vidējai jaudai 185 W. Es domāju, ka tas ir diezgan labi, ņemot vērā ar to saistītos zaudējumus.

Motora strāvas var redzēt iepriekš redzamajā grafikā. Tos ātri pielāgo VESC6, lai saglabātu nemainīgu motora apgriezienu skaitu, neskatoties uz pedāļa radīto svārstīgo griezes momentu.

Kad pedālis apstājas, motors sāk patērēt nelielu enerģijas daudzumu, lai ritenis grieztos. Vismaz līdz brīdim, kad Arduino pamanīs, ka jūs nerīkojat pedāļus, un pilnībā aptur motoru. Šķiet, ka akumulatora strāva tieši pirms izslēgšanas ir gandrīz nulle, tāpēc jaudai jābūt ne vairāk kā pāris vatiem, lai ritenis faktiski grieztos.

3. solis: aplūkojot efektivitāti

VESC6 izmantošana ievērojami uzlabo efektivitāti. Tas pārveido motora maiņstrāvu līdzstrāvas jaudā ievērojami labāk nekā pilns tilta taisngriezis. Es domāju, ka tas ir vairāk nekā 95% efektīvs.

Berzes piedziņa, visticamāk, ir vājais punkts attiecībā uz efektivitāti. Pēc 5 minūšu riteņbraukšanas es uzņēmu dažus siltuma attēlus.

Motors sasniedza aptuveni 45 grādus pēc Celsija 10 grādu telpā. Arī velosipēda riepa būtu izkliedējusi siltumu. Ar jostu darbināmas sistēmas šajā ziņā pārspētu šo turbo ģeneratoru.

Es veicu otro 10 minūšu pārbaudi, kas vidēji bija 180 W. Pēc tam motors bija pārāk karsts, lai to ilgstoši pieskartos. Droši vien aptuveni 60 grādi. Un dažas skrūves caur 3D drukāto plastmasu tika atskrūvētas! Uz apkārtējās grīdas bija arī plāna sarkano gumijas putekļu plēve. Berzes piedziņas sistēmas iesūcas!

4. darbība: inerces un vilkšanas simulācija

Programmatūra ir diezgan vienkārša un atrodas šeit GitHub. Kopējo funkciju nosaka šī rinda:

RPM = RPM + (a*Motor_Current - b*RPM - c*RPM*RPM - GRADIENT);

Tas pakāpeniski pielāgo nākamo RPM iestatīto vērtību (ti, mūsu ātrumu), pamatojoties uz pielietoto simulēto spēku. Tā kā tas darbojas 25 reizes sekundē, tas efektīvi integrē spēku laika gaitā. Kopējais spēks tiek simulēts šādi:

Spēks = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Rites pretestība būtībā ir iekļauta gradienta terminā.

5. solis: daži citi garlaicīgi punkti

Man bija jāpielāgo VESC PID ātruma kontroles parametri, lai iegūtu labākus RPM turējumus. Tas bija pietiekami viegli.

6. darbība: ko esmu iemācījies

Esmu uzzinājis, ka berzes piedziņas mehānismi ir nepieredzējuši. Jau pēc 20 minūšu brauciena ar velosipēdu es redzu redzamu riepu nodilumu un gumijas putekļus. Tie ir arī neefektīvi. Pārējā sistēma darbojas kā sapnis. Es domāju, ka ar jostu darbināms ģenerators varētu iegūt papildu 10–20% efektivitāti, īpaši ar lielākiem apgriezieniem. Lielāki apgriezieni samazinātu motora strāvas un radītu lielāku spriegumu, kas, manuprāt, šajā gadījumā uzlabotu efektivitāti.

Manā mājā nav pietiekami daudz vietas, lai iestatītu ar jostu darbināmu sistēmas atm.