Palakasin ang Converter para sa Maliit na Mga Turbine ng Hangin: 6 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Sa aking huling artikulo tungkol sa maximum power point tracking (MPPT) Controllers nagpakita ako ng isang karaniwang pamamaraan para sa pagsasamantala sa enerhiya na nagmumula sa isang variable na mapagkukunan tulad ng isang turbine ng hangin at singilin ang isang baterya. Ang ginamit kong generator ay isang stepper motor na Nema 17 (ginamit bilang generator) sapagkat ang mga ito ay mura at magagamit kahit saan. Ang malaking bentahe ng mga steppers motor ay gumagawa sila ng mataas na voltages kahit na dahan-dahang umiikot.

Sa artikulong ito ipinakita ko ang isang controller na espesyal na idinisenyo para sa mababang lakas na brushless DC motors (BLDC). Ang problema sa mga motor na ito ay kailangan nilang mabilis na paikutin upang makagawa ng isang mapagsamantalang boltahe. Kapag umiikot nang mabagal, ang sapilitan na boltahe ay napakababa kaya't minsan ay hindi pinapayagan ang pagpapadaloy ng diode at kapag ito, ang kasalukuyang napakababa na halos walang kuryente na dumaan mula sa turbine patungo sa baterya.

Ginagawa ng circuit na ito nang sabay-sabay ang redresser at ang boost. Pinapalaki nito ang kasalukuyang dumadaloy sa coil ng generator at sa ganitong paraan, maaaring magamit ang lakas kahit na sa mababang bilis.

Ang artikulong ito ay hindi nagpapaliwanag kung paano gumawa ng circuit ngunit kung interesado ka, suriin ang huling artikulo.

Hakbang 1: Ang Circuit

Tulad ng sa huling artikulo Gumagamit ako ng isang micro-controller na Attiny45 sa Arduino IDE. Sinusukat ng controller na ito ang kasalukuyang (gamit ang R1 risistor at ang op-amp) at ang pag-igting, kalkulahin ang lakas at baguhin ang duty cycle sa tatlong switching transistors. Ang mga transistor na ito ay pinagsama-sama na hindi isinasaalang-alang ang input.

Paano ito posible?

Dahil gumagamit ako ng isang BLDC motor bilang generator, ang mga pag-igting sa terminal ng BLDC ay isang three-phase sinus: Tatlong sinus na inilipat ng 120 ° (cf. 2nd image). Ang magandang bagay sa sistemang ito ay ang kabuuan ng sinus mong ito ay null sa anumang oras. Kaya't kapag ang tatlong transistors ay nagsagawa, tatlong kasalukuyang pagbaha sa kanila ngunit kinansela nila ang bawat isa sa lupa (cf. ika-3 imahe). Pinili ko ang mga transistor ng MOSFET na may mababang paglabas-mapagkukunan ng paglaban. Sa ganitong paraan (narito ang trick) ang kasalukuyang sa mga inductors ay na-maximize kahit na may mababang voltages. Walang mga diode na isinasagawa para sa sandaling ito.

Kapag ang mga transistors ay tumigil sa pagsasagawa, ang kasalukuyang inductor ay kailangang pumunta sa kung saan. Ngayon ang mga diode ay nagsisimulang magsagawa. Maaari itong maging ang nangungunang mga diode o ang mga diode sa loob ng transistor (suriin na ang transistor ay maaaring hawakan tulad ng kasalukuyang) (cf. ika-4 na imahe). Maaari mong sabihin: Ok ngunit ngayon ito ay tulad ng isang normal na rectifier ng tulay. Oo ngunit ngayon ang boltahe ay pinalakas na kapag ginamit ang mga diode.

Mayroong ilang mga circuit na gumagamit ng anim na transistors (tulad ng isang BLDC driver) ngunit kailangan mong saklawin ang boltahe upang malaman kung aling mga transistor ang dapat buksan o i-off. Ang solusyon na ito ay mas simple at maaari ring ipatupad sa isang 555 timer.

Ang input ay JP1, nakakonekta ito sa BLDC motor. Ang output ay JP2, nakakonekta ito sa baterya o sa LED.

Hakbang 2: Ang Pag-setup

Upang masubukan ang circuit, gumawa ako ng isang pag-set up na may dalawang motor na mekanikal na konektado sa isang gearing ratio ng isa (cf. imahe). Mayroong isang maliit na brushing DC motor at isang BLDC na ginamit bilang generator. Maaari akong pumili ng isang boltahe sa aking supply ng kuryente at ipalagay na ang maliit na brushing motor ay kumilos nang tinatayang bilang isang turbine ng hangin: Nang walang paglabag sa metalikang kuwintas umabot ito sa isang maximum na bilis. Kung ang isang paglabag sa metalikang kuwintas ay inilalapat, ang motor ay bumagal (sa aming kaso ang ugnayan ng bilis ng metalikang kuwintas ay linear at para sa totoong mga turbine ng hangin ito ay karaniwang isang parabole).

Ang maliit na motor ay konektado sa power supply, ang BLDC ay konektado sa MPPT circuit at ang load ay isang power LED (1W, TDS-P001L4) na may pasulong na boltahe na 2.6 volts. Ang LED na ito ay kumikilos na tinatayang tulad ng isang baterya: kung ang boltahe ay mas mababa sa 2.6, hindi kasalukuyang ipasok ang LED, kung ang boltahe ay subukan na pumunta sa itaas 2.6, ang kasalukuyang pagbaha at ang boltahe ay nagpapatatag sa paligid ng 2.6.

Ang code ay pareho sa huling artikulo. Ipinaliwanag ko na kung paano ito mai-load sa micro-controller at kung paano ito gumagana sa huling artikulong ito. Medyo binago ko ang code na ito upang maipakita ang mga ipinakita na resulta.

Hakbang 3: Mga Resulta

Para sa eksperimentong ito, ginamit ko ang power LED bilang isang pagkarga. Mayroon itong pasulong na boltahe na 2.6 volts. Tulad ng pag-igting ay nagpapatatag sa paligid ng 2.6, sinusukat lamang ng controller ang kasalukuyang.

1) supply ng kuryente sa 5.6 V (pulang linya sa grap)

• bilis ng generator min 1774 rpm (cycle ng tungkulin = 0.8)
• generator max bilis 2606 rpm (duty cycle = 0.2)
• generator max power 156 mW (0.06 x 2.6)

2) supply ng kuryente sa 4 V (dilaw na linya sa grap)

• bilis ng generator min 1406 rpm (cycle ng tungkulin = 0.8)
• bilis ng generator ng 1646 rpm (duty cycle = 0.2)
• generator max power 52 mW (0.02 x 2.6)

Remarque: Kapag sinubukan ko ang generator ng BLDC na may unang controller, walang kasalukuyang sinusukat hanggang sa umabot sa 9 volts ang pag-igting ng suplay ng kuryente. Sinubukan ko rin ang iba't ibang mga ratio ng gearing ngunit ang lakas ay talagang mababa kumpara sa ipinakita na mga resulta. Hindi ko masubukan ang kabaligtaran: Sumasanga sa stepper generator (Nema 17) sa controller na ito dahil ang isang stepper ay hindi gumagawa ng tatlong yugto ng boltahe ng sinus.

Hakbang 4: Pagtalakay

Ang mga hindi linearidad ay sinusunod dahil sa paglipat sa pagitan ng pagpapatuloy at hindi pagtuloy na pagpapadaloy ng inductor.

Ang isa pang pagsubok ay dapat isagawa na may mas mataas na mga cycle ng tungkulin upang hanapin ang maximum na point ng kuryente.

Ang kasalukuyang pagsukat ay malinis na sapat upang hayaang gumana ang controller nang hindi kinakailangan para sa pag-filter.

Ang topology na ito ay tila gumagana nang maayos ngunit nais kong magkaroon ng iyong mga puna dahil hindi ako dalubhasa.

Hakbang 5: Paghahambing Sa Stepper Generator

Ang maximum na nakuha na lakas ay mas mahusay sa BLDC at sa controller nito.

Ang pagdaragdag ng isang Delon boltahe na nagdududa ay maaaring magpababa ng pagkakaiba ngunit ang iba pang mga problema ay lumitaw kasama nito (Ang boltahe sa panahon ng mataas na bilis ay maaaring mas malaki kaysa sa boltahe na baterya at kailangan ng isang converter ng usang lalaki).

Ang sistema ng BLDC ay hindi gaanong maingay kaya hindi na kailangang i-filter ang kasalukuyang mga sukat. Pinapayagan nitong makontrol ng controller ang mas mabilis.

Hakbang 6: Konklusyon

Ngayon sa palagay ko handa na akong magpatuloy sa hakbang ng pugad na: Pagdidisenyo ng mga turbine ng hangin at gawin sa mga pagsukat ng site at sa wakas singilin ang isang baterya sa hangin!