Kiwango cha juu cha Ufuatiliaji wa Nguvu ya Nguvu kwa Turbines ndogo za Upepo: Hatua 8

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Kuna turbine nyingi za upepo za DIY kwenye wavuti lakini ni wachache sana wanaelezea wazi matokeo wanayopata kwa nguvu au nishati. Pia mara nyingi kuna mkanganyiko kati ya nguvu, mvutano na sasa. Wakati mwingi, watu wanasema: "Nilipima mvutano huu kwenye jenereta!" Nzuri! Lakini haimaanishi kuwa unaweza kuchora ya sasa na kuwa na nguvu (Power = mvutano x sasa). Kuna pia vidhibiti vingi vya nyumbani vya MPPT (Maximum Power Point Tracker) kwa matumizi ya jua lakini sio sana kwa matumizi ya upepo. Nilifanya mradi huu kurekebisha hali hii.

Nilitengeneza kidhibiti cha chini cha nguvu (<1W) cha MPPT cha 3.7V (seli moja) Betri za Lithium Ion Polymer. Nilianza na kitu kidogo kwa sababu ningependa kulinganisha muundo tofauti wa turbine ya 3D iliyochapishwa na saizi ya mitambo hii haipaswi kutoa zaidi ya 1W. Lengo la mwisho ni kusambaza stesheni ya kusimama peke yake au mfumo wowote wa gridi ya taifa.

Ili kujaribu mtawala niliunda usanidi na gari ndogo ya DC iliyounganishwa na motor stepper (NEMA 17). Pikipiki ya kukanyaga hutumiwa kama jenereta na motor DC inaniruhusu kuiga upepo unaosukuma vile vile vya turbine. Katika hatua inayofuata nitaelezea shida na kuelezea muhtasari wa dhana muhimu kwa hivyo ikiwa una nia ya kutengeneza bodi, ruka hatua ya 3.

Hatua ya 1: Shida

Tunataka kuchukua nishati ya kinetic kutoka upepo, kuibadilisha kuwa umeme na kuhifadhi umeme huo kwenye betri. Shida ni kwamba upepo hubadilika-badilika kwa hivyo kiwango kinachopatikana cha nishati hubadilika pia. Kwa kuongeza mvutano wa jenereta hutegemea kasi yake lakini mvutano wa betri ni wa kila wakati. Tunawezaje kutatua hilo?

Tunahitaji kudhibiti sasa jenereta kwa sababu ya sasa ni sawa na wakati wa kusimama. Hakika kuna ulinganifu kati ya ulimwengu wa mitambo (Nguvu ya Mitambo = Torque x Kasi) na ulimwengu wa umeme (Nguvu ya umeme = Sasa x Mvutano) (tazama. Graph). Maelezo juu ya umeme yatajadiliwa baadaye.

Upeo wa nguvu uko wapi? Kwa kasi ya upepo uliyopewa, ikiwa tutaruhusu turbine izunguke kwa uhuru (hakuna wakati wa kuvunja), kasi yake itakuwa kubwa (na voltage pia) lakini hatuna sasa kwa hivyo nguvu ni batili. Kwa upande mwingine ikiwa tunaweza kuongeza sasa inayotolewa, kuna uwezekano kwamba tulivunja turbine nyingi na kwamba kasi bora ya aerodynamic haipatikani. Kati ya mipaka hii miwili kuna mahali ambapo bidhaa ya mwendo kwa kasi ni ya kiwango cha juu. Hii ndio tunatafuta!

Sasa kuna njia tofauti: Kwa mfano ikiwa unajua equations na vigezo vyote vinavyoelezea mfumo unaweza pengine kuhesabu mzunguko bora wa ushuru kwa kasi fulani ya upepo na kasi ya turbine. Au, ikiwa hujui chochote, unaweza kumwambia mdhibiti: Badilisha kidogo mzunguko wa ushuru kisha uhesabu nguvu. Ikiwa ni kubwa inamaanisha kwamba tulihamia katika mwelekeo mzuri kwa hivyo endelea kuelekea upande huo. Ikiwa iko chini songa tu mzunguko wa ushuru katika mwelekeo mwingine.

Hatua ya 2: Suluhisho

Kwanza tunahitaji kurekebisha pato la jenereta na daraja la diode na kisha kudhibiti sasa sindano kwenye betri na kibadilishaji cha kuongeza. Mifumo mingine hutumia kibadilishaji cha dume au kibadilishaji cha dume lakini kwa kuwa nina turbine ya nguvu ndogo nadhani voltage ya betri daima ni kubwa kuliko pato la jenereta. Kudhibiti sasa tunahitaji kubadilisha mzunguko wa ushuru (Ton / (Ton + Toff)) ya kibadilishaji cha kuongeza.

Sehemu zilizo upande wa kulia wa skimu zinaonyesha kipaza sauti (AD8603) na pembejeo tofauti ili kupima mvutano kwenye R2. Matokeo yake hutumiwa kupakua mzigo wa sasa.

Vioo vikubwa ambavyo tunaona kwenye picha ya kwanza ni jaribio: Niligeuza mzunguko wangu kuwa na densi ya Voltage ya Delon. Hitimisho ni nzuri kwa hivyo ikiwa voltage zaidi inahitajika, ongeza tu capacitors ili kufanya mabadiliko.

Hatua ya 3: Zana na Nyenzo

Zana

• Programu ya Arduino au AVR
• Multimeter
• Mashine ya kusaga au upigaji kemikali (kwa utengenezaji wa PCB na wewe mwenyewe)
• Chuma cha kulehemu, mtiririko, waya ya kutengeneza
• Kibano

Nyenzo

• Sahani moja ya shaba ya Bakelite (60 * 35 mm kiwango cha chini)
• 45
• Amplifier ya kazi AD8605
• Inductor 100uF
• 1 Schottky diode CBM1100
• 8 Schottky diode BAT46
• Transistors na Capacitors (saizi 0603) (taz. BillOfMaterial.txt)

Hatua ya 4: Kufanya PCB

Ninakuonyesha njia yangu ya kuiga lakini kwa kweli ikiwa huwezi kutengeneza PCB nyumbani unaweza kuiamuru kwa kiwanda chako unachopenda.

Nilitumia ProxxonMF70 iliyobadilishwa kuwa CNC na kinu cha mwisho cha pembe tatu. Kuzalisha G-Code mimi hutumia programu-jalizi kwa Tai.

Kisha vifaa vinauzwa kwa kuanzia na ndogo.

Unaweza kuona kuwa uhusiano fulani haupo, hapa ndipo ninaporuka kwa mkono. Nilitengeneza miguu ya kupinga iliyopindika (tazama picha).

Hatua ya 5: Programu ya Microcontroller

Ninatumia Arduino (Adafruit pro-trinket na kebo ya USB ya FTDI) kupanga Mdhibiti mdogo wa Attiny45. Pakua faili kwenye kompyuta yako, unganisha pini za mtawala:

1. kwa siri ya arduino 11
2. kwa siri ya arduino 12
3. kwa siri ya arduino 13 (kwa mtawala Vin (sensa ya voltage) wakati sio programu)
4. kwa siri ya arduino 10
5. kwa siri ya arduino 5V
6. kwa siri ya arduino G

Kisha pakia nambari kwenye kidhibiti.

Hatua ya 6: Usanidi wa Upimaji

Nilifanya usanidi huu (tazama picha) kujaribu mtawala wangu. Sasa ninaweza kuchagua kasi na kuona jinsi mtawala anavyoshughulikia. Pia ninaweza kukadiria ni nguvu ngapi hutolewa kwa kuzidisha U na nilionyesha kwenye skrini ya usambazaji wa umeme. Ingawa motor haifanyi sawa na turbine ya upepo ninaona kuwa hesabu hii sio mbaya sana. Kwa kweli, kama turbine ya upepo, unapovunja motor, hupunguza kasi na ukiiruhusu igeuke kwa uhuru, hufikia kasi ya juu. (mzunguko wa kasi ya torque ni laini nyembamba kwa motor DC na aina ya parabola kwa mitambo ya upepo)

Nilihesabu sanduku la gia la kupunguza (16: 1) ili kuwa na gari ndogo ya DC inayozunguka kwa kasi yake nzuri zaidi na motor stepper inazunguka kwa kasi ya wastani (200 rpm) kwa turbine ya upepo yenye kasi ndogo ya upepo (3 m / s)

Hatua ya 7: Matokeo

Kwa jaribio hili (grafu ya kwanza), nilitumia umeme wa nguvu kama mzigo. Inayo voltage ya mbele ya volts 2.6. Kwa kuwa mvutano umetulia karibu 2.6, nilipima sasa tu.

1) Ugavi wa umeme kwa 5.6 V (laini ya samawati kwenye grafu 1)

• jenereta min kasi 132 rpm
• kasi ya jenereta max 172 rpm
• jenereta max nguvu 67mW (26 mA x 2.6 V)

2) Ugavi wa umeme kwa 4 V (laini nyekundu kwenye grafu 1)

• jenereta min kasi 91 rpm
• kasi ya jenereta max 102 rpm
• jenereta max nguvu 23mW (9 mA x 2.6V)

Katika jaribio la mwisho (grafu ya pili), nguvu imehesabiwa moja kwa moja na mtawala. Katika kesi hii betri ya 3.7 V li-po imetumika kama mzigo.

jenereta max nguvu 44mW

Hatua ya 8: Majadiliano

Grafu ya kwanza inatoa wazo la nguvu tunayoweza kutarajia kutoka kwa usanidi huu.

Grafu ya pili inaonyesha kuwa kuna kiwango cha juu cha mitaa. Hili ni shida kwa mdhibiti kwa sababu hukwama katika upeo huu wa wenyeji. Mstari huo sio kutokana na mpito kati ya kuendelea na kukomesha upitishaji wa inductor. Jambo zuri ni kwamba hufanyika kila wakati kwa mzunguko huo wa wajibu (haitegemei kasi ya jenereta). Ili kuzuia kidhibiti kukwama katika kiwango cha juu cha eneo, mimi huzuia tu masafa ya ushuru hadi [0.45 0.8].

Grafu ya pili inaonyesha kiwango cha juu cha watts 0.044. Kwa kuwa mzigo ulikuwa betri moja ya li-po ya seli 3.7 volt. Hii inamaanisha kuwa sasa ya kuchaji ni 12 mA. (I = P / U). Kwa kasi hii ninaweza kuchaji 500mAh kwa masaa 42 au kuitumia kuendesha mdhibiti mdogo uliopachikwa (kwa mfano Attiny kwa mdhibiti wa MPPT). Tunatumai upepo utavuma kwa nguvu.

Pia hapa kuna shida kadhaa nilizoziona na usanidi huu:

• Betri juu ya voltage haidhibitiwi (kuna mzunguko wa ulinzi kwenye betri)
• Pikipiki ya kasi ina pato la kelele kwa hivyo ninahitaji wastani wa kipimo kwa muda mrefu wa sekunde 0.6.

Mwishowe niliamua kufanya jaribio lingine na BLDC. Kwa sababu BLDCs zina topolojia nyingine ilibidi nibuni bodi mpya. Matokeo yaliyopatikana kwenye grafu ya kwanza yatatumika kulinganisha jenereta mbili lakini nitaelezea kila kitu hivi karibuni katika mafundisho mengine.