Փոքր քամու տուրբինների առավելագույն հզորության կետի հետևիչ `8 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Ինտերնետում շատ DIY հողմատուրբիններ կան, բայց շատ քչերն են հստակ բացատրում, թե ինչ արդյունք են նրանք ստանում էներգիայի կամ էներգիայի առումով: Նաև հաճախ շփոթություն է տեղի ունենում ուժի, լարվածության և հոսանքի միջև: Շատ ժամանակ մարդիկ ասում են. «Ես չափեցի այս լարվածությունը գեներատորի վրա»: Հաճելի! Բայց դա չի նշանակում, որ դուք կարող եք գծել հոսանք և ունենալ ուժ (Հզորություն = լարվածություն x հոսանք): Կա նաև բազմաթիվ տնային արտադրության MPPT (առավելագույն հզորության կետի հետևող) հսկիչներ արևային օգտագործման համար, բայց ոչ այնքան քամու համար: Ես արեցի այս նախագիծը ՝ այս իրավիճակը շտկելու համար:

Ես նախագծել եմ ցածր հզորության (<1 Վտ) MPPT լիցքավորման վերահսկիչ 3.7 Վ (մեկ բջիջ) լիթիում -իոն պոլիմերային մարտկոցների համար: Ես սկսեցի փոքրից, քանի որ կցանկանայի համեմատել եռաչափ տպված տարբեր քամու տուրբինների դիզայնը, և այդ տուրբինների չափերը չպետք է արտադրեն ավելի քան 1 Վտ: Վերջնական նպատակն է մատակարարել առանձին կայան կամ անջատված ցանցային համակարգ:

Կարգավորիչը փորձարկելու համար ես կառուցեցի մի կարգավորում ՝ մի փոքր DC շարժիչով, որը զուգորդված է քայլող շարժիչով (NEMA 17): Կտրուկ շարժիչը օգտագործվում է որպես գեներատոր, և DC շարժիչը թույլ է տալիս մոդելավորել քամին, որը հրում է տուրբինի շեղբերին: Հաջորդ քայլում ես կբացատրեմ խնդիրը և կամփոփեմ որոշ կարևոր հասկացություններ, այնպես որ, եթե դուք պարզապես հետաքրքրված եք ՝ կազմելով տախտակը, անցեք 3 -րդ քայլին:

Քայլ 1: Խնդիր

Մենք ցանկանում ենք կինետիկ էներգիա վերցնել քամուց, այն վերածել էլեկտրականության և այդ էլեկտրաէներգիան պահել մարտկոցի մեջ: Խնդիրն այն է, որ քամին տատանվում է, ուստի առկա էներգիայի քանակը նույնպես տատանվում է: Ավելին, գեներատորի լարվածությունը կախված է դրա արագությունից, սակայն մարտկոցի լարվածությունը կայուն է: Ինչպե՞ս կարող ենք դա լուծել:

Մենք պետք է կարգավորենք գեներատորի հոսանքը, քանի որ հոսանքը համաչափ է արգելակման ոլորող մոմենտին: Իրոք, զուգահեռ կա մեխանիկական աշխարհի (Մեխանիկական հզորություն = Տորք x Արագություն) և էլեկտրական աշխարհի (Էլեկտրական հզորություն = Ընթացիկ x լարվածություն) միջև (տես գրաֆիկ): Էլեկտրոնիկայի մասին մանրամասները կքննարկվեն ավելի ուշ:

Որտե՞ղ է առավելագույն հզորությունը: Տրված քամու արագության դեպքում, եթե մենք թույլ տանք, որ տուրբինն ազատ պտտվի (արգելակման ոլորող մոմենտ չկա), դրա արագությունը կլինի առավելագույնը (և լարումը նույնպես), բայց մենք հոսանք չունենք, ուստի ուժը զրո է: Մյուս կողմից, եթե առավելագույնի հասցնենք քաշված հոսանքը, հավանական է, որ մենք շատ ենք արգելակում տուրբինը և որ օպտիմալ աերոդինամիկ արագությունը չի հասնում: Այս երկու ծայրահեղությունների միջև կա մի կետ, որտեղ պտտվող մոմենտի արտադրանքը արագությամբ առավելագույնն է: Սա այն է, ինչ մենք փնտրում ենք:

Այժմ կան տարբեր մոտեցումներ. Օրինակ, եթե դուք գիտեք համակարգը նկարագրող բոլոր հավասարումները և պարամետրերը, ապա հավանաբար կարող եք հաշվարկել քամու որոշակի արագության և տուրբինի արագության լավագույն աշխատանքային ցիկլը: Կամ, եթե ոչինչ չգիտեք, կարող եք վերահսկիչին ասել. Մի փոքր փոխեք աշխատանքային ցիկլը, ապա հաշվարկեք հզորությունը: Եթե այն ավելի մեծ է, նշանակում է, որ մենք շարժվել ենք լավ ուղղությամբ, այնպես որ շարունակեք այդ ուղղությամբ: Եթե այն ավելի ցածր է, պարզապես հերթափոխը կատարեք հակառակ ուղղությամբ:

Քայլ 2: Լուծում

Սկզբում մենք պետք է ուղղենք գեներատորի ելքը դիոդային կամրջով, այնուհետև կարգավորենք մարտկոցի ներարկվող հոսանքը խթանիչ փոխարկիչով: Այլ համակարգերում օգտագործվում է բաք կամ բաք խթանող փոխարկիչ, բայց քանի որ ես ունեմ ցածր էներգիայի տուրբին, ես ենթադրում եմ, որ մարտկոցի լարումը միշտ ավելի մեծ է, քան գեներատորի ելքը: Ընթացիկը կարգավորելու համար մենք պետք է փոխենք ուժեղացուցիչի փոխարկիչի աշխատանքային ցիկլը (Ton / (Ton+Toff)):

Սխեմաների աջ կողմի մասերը ցույց են տալիս ուժեղացուցիչ (AD8603) տարբերությամբ մուտքով `R2- ի լարվածությունը չափելու համար: Արդյունքը օգտագործվում է ընթացիկ բեռը հանելու համար:

Մեծ կոնդենսատորները, որոնք մենք տեսնում ենք առաջին պատկերում, փորձ է. Ես միացրեցի միացումս Դելոնի լարման կրկնապատկիչով: Եզրակացությունները լավ են, այնպես որ, եթե ավելի շատ լարման կարիք կա, պարզապես փոխարկիչ ավելացնելու համար ավելացրեք կոնդենսատորներ:

Քայլ 3: Գործիքներ և նյութեր

Գործիքներ

• Arduino կամ AVR ծրագրավորող
• Բազմաչափ
• Ֆրեզերային մեքենա կամ քիմիական փորագրություն (PCB- ի նախատիպավորման համար ինքներդ)
• Sոդման երկաթ, հոսք, զոդման մետաղալար
• Պինցետ

Նյութական

• Bakelite- ի միակողմանի պղնձե ափսե (նվազագույնը 60*35 մմ)
• Միկրոհսկիչ Attiny45
• Օպերացիոն ուժեղացուցիչ AD8605
• Ինդուկտոր 100uF
• 1 Schottky դիոդ CBM1100
• 8 Schottky դիոդ BAT46
• Տրանզիստորներ և կոնդենսատորներ (չափ 0603) (տե՛ս BillOfMaterial.txt)

Քայլ 4: PCB- ի պատրաստում

Ես ձեզ ցույց եմ տալիս նախատիպերի պատրաստման իմ մեթոդը, բայց, իհարկե, եթե չեք կարող տանը PCB պատրաստել, կարող եք պատվիրել այն ձեր նախընտրած գործարանին:

Ես օգտագործեցի ProxxonMF70- ը ՝ փոխարկված CNC- ի և եռանկյունաձև վերջնական ջրաղաց: G-Code- ի ստեղծման համար ես օգտագործում եմ Eagle- ի հավելումը:

Այնուհետեւ բաղադրիչները զոդվում են `սկսած փոքրից:

Կարող եք նկատել, որ որոշ կապեր բացակայում են, այստեղ ես ձեռքով ցատկեր եմ կատարում: Ես ամրացրեցի կոր դիմադրության ոտքերը (հմմտ. Պատկեր):

Քայլ 5: Միկրոհսկիչների ծրագրավորում

Ես օգտագործում եմ Arduino (Adafruit pro-trinket և FTDI USB մալուխ) `Attiny45 միկրոհսկիչը ծրագրավորելու համար: Ներբեռնեք ֆայլերը ձեր համակարգչին, միացրեք վերահսկիչի կապում.

1. arduino փին 11 -ին
2. arduino փին 12 -ին
3. arduino փին 13 -ին (վերահսկիչ Vin- ին (լարման տվիչ), երբ չի ծրագրվում)
4. arduino փին 10 -ին
5. to arduino pin 5V
6. to arduino pin G

Այնուհետեւ բեռնեք կոդը վերահսկիչի վրա:

Քայլ 6: Փորձարկման կարգավորում

Այս կարգավորումը (տես նկարը) ես կատարել եմ իմ վերահսկիչը փորձարկելու համար: Այժմ ես կարողանում եմ արագություն ընտրել և տեսնել, թե ինչպես է արձագանքողը վերահսկում: Նաև ես կարող եմ գնահատել, թե որքան էներգիա է մատակարարվում ՝ բազմապատկելով U- ն և ցույց տվեցի սնուցման աղբյուրի էկրանին: Չնայած շարժիչը իրեն ճիշտ այնպես չի պահում, ինչպես հողմատուրբինը, ես կարծում եմ, որ այս մոտարկումը այնքան էլ վատ չէ: Իրոք, ինչպես քամու տուրբինը, երբ կոտրում եք շարժիչը, այն դանդաղեցնում է, և երբ թույլ եք տալիս, որ նա շրջվի ազատորեն, այն հասնում է առավելագույն արագության: (ոլորող մոմենտի արագության կորը DC շարժիչի համար նեղ գիծ է և մի տեսակ պարաբոլա քամու տուրբինների համար)

Հաշվարկեցի նվազեցման փոխանցման տուփ (16: 1), որպեսզի փոքր DC շարժիչը պտտվի իր ամենաարդյունավետ արագությամբ, իսկ արագաչափը ՝ միջին արագությամբ (200 պտույտ/րոպե) պտտվելով քամու տուրբինի ցածր արագությամբ (3 մ/վրկ):)

Քայլ 7: Արդյունքներ

Այս փորձի համար (առաջին գրաֆիկը) ես որպես բեռ օգտագործեցի հզորության LED: Այն ունի 2.6 վոլտ լարման առաջ: Քանի որ լարվածությունը կայունանում է 2.6 -ի սահմաններում, ես չափեցի միայն հոսանքը:

1) Էներգամատակարարում 5.6 Վ -ով (կապույտ գիծ գրաֆիկի վրա 1)

• գեներատոր նվազագույն արագություն 132 պտույտ / րոպե
• գեներատորի առավելագույն արագությունը 172 պտույտ / րոպե
• գեներատորի առավելագույն հզորությունը 67 մՎտ (26 մԱ x 2.6 Վ)

2) Սնուցման աղբյուր 4 Վ -ով (կարմիր գիծը գրաֆիկի վրա 1)

• գեներատոր min արագություն 91 rpm
• գեներատորի առավելագույն արագությունը 102 պտույտ / րոպե
• գեներատորի առավելագույն հզորությունը 23 մՎտ (9 մԱ x 2.6 Վ)

Վերջին փորձի ժամանակ (երկրորդ գրաֆիկ) հզորությունը ուղղակիորեն հաշվարկվում է վերահսկիչի կողմից: Այս դեպքում 3.7 V li-po մարտկոցը օգտագործվել է որպես բեռ:

գեներատորի առավելագույն հզորությունը 44 մՎտ

Քայլ 8: Քննարկում

Առաջին գրաֆիկը տալիս է պատկերացում այն ուժի մասին, որը մենք կարող ենք ակնկալել այս կարգավորումից:

Երկրորդ գրաֆիկը ցույց է տալիս, որ կան որոշ տեղական առավելագույններ: Սա խնդիր է կարգավորողի համար, քանի որ այն խրված է տեղացիների այս առավելագույնի մեջ: Ոչ գծայինությունը պայմանավորված է շարունակական և անջատող ինդուկտորների հաղորդակցության անցումից: Լավն այն է, որ դա տեղի է ունենում միշտ նույն աշխատանքային ցիկլի համար (կախված չէ գեներատորի արագությունից): Որպեսզի վերահսկիչը խրված չլինի տեղական առավելագույնի մեջ, ես պարզապես սահմանափակում եմ աշխատանքային ցիկլի տիրույթը [0,45 0,8]:

Երկրորդ գրաֆիկը ցույց է տալիս առավելագույնը 0.044 վտ: Քանի որ բեռը 3.7 վոլտ լիտ-պո մարտկոց էր: Սա նշանակում է, որ լիցքավորման հոսանքը 12 մԱ է: (I = P/U): Այս արագությամբ ես կարող եմ 500 մԱ / ժ լիցքավորել 42 ժամվա ընթացքում կամ օգտագործել այն ներկառուցված միկրոկառավարիչ գործարկելու համար (օրինակ ՝ Attiny for MPPT վերահսկիչի համար): Հուսանք, որ քամին ավելի ուժեղ կփչի:

Նաև այստեղ կան որոշ խնդիրներ, որոնք ես նկատեցի այս տեղադրման հետ.

• Լարման նկատմամբ մարտկոցը չի վերահսկվում (մարտկոցում կա պաշտպանության միացում)
• Կտրուկ շարժիչն ունի աղմկոտ ելք, այնպես որ ես պետք է միջին չափումը չափեմ երկար ժամանակ 0.6 վրկ:

Վերջապես որոշեցի մեկ այլ փորձ կատարել BLDC- ի հետ: Քանի որ BLDC- ները այլ տոպոլոգիա ունեն, ես ստիպված էի նախագծել նոր տախտակ: Առաջին գրաֆիկում ստացված արդյունքները կօգտագործվեն երկու գեներատորների համեմատության համար, բայց ես շուտով ամեն ինչ կբացատրեմ այլ հրահանգների մեջ: