Pastiprinājuma pārveidotājs mazām vēja turbīnām: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pēdējā rakstā par maksimālās jaudas punktu izsekošanas (MPPT) kontrolieriem es parādīju standarta metodi, kā izmantot enerģiju, kas nāk no mainīga avota, piemēram, vēja turbīnas, un uzlādēt akumulatoru. Ģenerators, kuru izmantoju, bija pakāpju motors Nema 17 (izmantots kā ģenerators), jo tie ir lēti un pieejami visur. Steperu motoru lielā priekšrocība ir tā, ka tie rada augstu spriegumu pat tad, ja griežas lēni.

Šajā rakstā es iepazīstinu ar kontrolieri, kas īpaši paredzēts mazjaudas bezsuku līdzstrāvas motoriem (BLDC). Šo motoru problēma ir tāda, ka tiem ir jāgriežas ātri, lai radītu izmantojamu spriegumu. Lēnām griežoties, izraisītais spriegums ir tik zems, ka dažkārt pat neļauj vadīt diodes, un, kad tas notiek, strāva ir tik zema, ka no turbīnas uz akumulatoru nepāriet gandrīz nekāda jauda.

Šī ķēde vienlaikus veic kompensatoru un pastiprinājumu. Tas maksimāli palielina strāvu, kas plūst ģeneratora spolē, un tādā veidā jaudu var izmantot pat ar mazu ātrumu.

Šajā rakstā nav paskaidrots, kā izveidot ķēdi, bet, ja jūs interesē, pārbaudiet pēdējo rakstu.

1. solis: ķēde

Tāpat kā pēdējā rakstā, es izmantoju mikrokontrolleri Attiny45 ar Arduino IDE. Šis kontrolieris mēra strāvu (izmantojot R1 rezistoru un op-amp) un spriegumu, aprēķina jaudu un maina trīs komutācijas tranzistoru darba ciklu. Šie tranzistori tiek pārslēgti kopā, neņemot vērā ieeju.

Kā tas ir iespējams?

Tā kā es kā ģeneratoru izmantoju BLDC motoru, sasprindzinājums BLDC terminālī ir trīsfāžu sinuss: trīs sinusi nobīdīti par 120 ° (sal. Ar 2. attēlu). Šīs sistēmas labais aspekts ir tas, ka šo sinusu summa jebkurā laikā ir nulle. Tātad, kad trīs tranzistori vada, tajos plūst trīs strāvas, bet tie viens otru atceļ zemē (sal. 3. attēlu). Es izvēlējos MOSFET tranzistorus ar zemu drenāžas avota pretestību. Tādā veidā (šeit ir triks) strāva induktoros tiek maksimizēta pat ar zemu spriegumu. Šobrīd neviena diodes nevadās.

Kad tranzistori pārstāj vadīt, induktora strāvai ir kaut kur jāiet. Tagad diodes sāk vadīt. Tās var būt augšējās diodes vai diodes tranzistora iekšpusē (pārbaudiet, vai tranzistors spēj izturēt šādu strāvu) (sk. 4. attēlu). Jūs varat teikt: Labi, bet tagad tas ir kā parasts tilta taisngriezis. Jā, bet tagad, kad tiek izmantotas diodes, spriegums jau ir palielināts.

Ir dažas shēmas, kurās tiek izmantoti seši tranzistori (piemēram, BLDC draiveris), bet tad jums ir jānosaka spriegums, lai uzzinātu, kuri tranzistori ir jāieslēdz vai jāizslēdz. Šis risinājums ir vienkāršāks, un to var īstenot pat ar 555 taimeri.

Ieeja ir JP1, tā ir savienota ar BLDC motoru. Izeja ir JP2, tā ir pievienota akumulatoram vai LED.

2. darbība: iestatīšana

Lai pārbaudītu ķēdi, es izveidoju iestatījumu ar diviem motoriem, kas bija mehāniski savienoti ar pārnesumu attiecību viens (sal. Attēlu). Ir viens mazs matēts līdzstrāvas motors un viens BLDC, ko izmanto kā ģeneratoru. Es varu izvēlēties spriegumu pie sava barošanas avota un pieņemt, ka mazais, matētais motors darbojas aptuveni kā vēja turbīna: nepārkāpjot griezes momentu, tas sasniedz maksimālo ātrumu. Ja tiek izmantots bremzēšanas moments, motors palēninās (mūsu gadījumā griezes momenta un ātruma attiecība ir lineāra, un īstām vēja turbīnām tas parasti ir parabole).

Mazais motors ir pievienots barošanas avotam, BLDC ir pievienots MPPT ķēdei, un slodze ir strāvas gaismas diode (1W, TDS-P001L4) ar 2,6 voltu priekšējo spriegumu. Šis gaismas diode darbojas aptuveni kā akumulators: ja spriegums ir zem 2,6, gaismas diodē neieplūst strāva, ja spriegums mēģina pārsniegt 2,6, strāva plūst un spriegums stabilizējas ap 2,6.

Kods ir tāds pats kā pēdējā rakstā. Šajā pēdējā rakstā es jau paskaidroju, kā to ielādēt mikrokontrollerī un kā tas darbojas. Es nedaudz mainīju šo kodu, lai iegūtu iesniegtos rezultātus.

3. darbība. Rezultāti

Šim eksperimentam kā slodzi izmantoju strāvas LED. Tā priekšējais spriegums ir 2,6 volti. Tā kā spriedze ir stabilizējusies ap 2.6, kontrolieris mērīja tikai strāvu.

1) Barošanas avots pie 5,6 V (grafikā sarkanā līnija)

• ģeneratora minimālais ātrums 1774 apgr./min (darba cikls = 0,8)
• ģeneratora maksimālais ātrums 2606 apgr./min (darba cikls = 0,2)
• ģeneratora maksimālā jauda 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Barošana pie 4 V (grafikā dzeltenā līnija)

• ģeneratora minimālais ātrums 1406 apgr./min (darba cikls = 0,8)
• ģeneratora maksimālais ātrums 1646 apgr./min (darba cikls = 0,2)
• ģeneratora maksimālā jauda 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Kad es izmēģināju BLDC ģeneratoru ar pirmo kontrolieri, strāva netika mērīta, līdz barošanas spriegums sasniedza 9 voltus. Es arī izmēģināju dažādus pārnesumu rādītājus, bet jauda bija patiešām zema, salīdzinot ar iesniegtajiem rezultātiem. Es nevaru izmēģināt pretējo: pakāpiena ģeneratora atzarošana (Nema 17) uz šī kontrollera, jo solis nerada trīsfāžu sinusa spriegumu.

4. solis: diskusija

Tiek novērotas nelinearitātes, jo notiek pāreja starp induktora vadīšanas turpināšanu un pārtraukšanu.

Lai atrastu maksimālo jaudas punktu, jāveic vēl viens tests ar lielākiem darba cikliem.

Pašreizējie mērījumi ir pietiekami tīri, lai kontrolieris darbotos bez filtrēšanas.

Šķiet, ka šī topoloģija darbojas pareizi, bet es labprāt vēlētos saņemt jūsu komentārus, jo neesmu speciālists.

5. solis: salīdzinājums ar pakāpju ģeneratoru

Maksimālā iegūtā jauda ir labāka ar BLDC un tā kontrolieri.

Pievienojot Delon sprieguma dubultotāju, starpība var samazināties, taču ar to radās citas problēmas (spriegums liela ātruma laikā var būt lielāks par sprieguma akumulatoru, un ir nepieciešams buks pārveidotājs).

BLDC sistēma ir mazāk trokšņaina, tāpēc nav nepieciešams filtrēt pašreizējos mērījumus. Tas ļauj kontrolierim ātrāk reaģēt.

6. darbība. Secinājums

Tagad es domāju, ka esmu gatavs turpināt ligzdas darbību: Vēja turbīnu projektēšana un mērījumi uz vietas un beidzot ar vēju uzlādēt akumulatoru!