Võimsusmuundur väikeste tuuleturbiinide jaoks: 6 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Oma viimases artiklis maksimaalse võimsuspunkti jälgimise (MPPT) kontrollerite kohta näitasin standardmeetodit, kuidas kasutada ära energiaallikat, mis tuleb erinevatest allikatest, näiteks tuuleturbiinist, ja aku laadimist. Generaator, mida ma kasutasin, oli samm -mootor Nema 17 (kasutatakse generaatorina), kuna need on odavad ja kõikjal saadaval. Stepper -mootorite suur eelis on see, et nad toodavad kõrgepinget isegi aeglaselt pöörlemisel.

Selles artiklis esitlen kontrollerit, mis on spetsiaalselt ette nähtud väikese võimsusega harjadeta alalisvoolumootorite (BLDC) jaoks. Nende mootorite probleem on see, et nad peavad kiiresti pöörlema, et tekitada kasutatav pinge. Aeglase pöörlemise korral on indutseeritud pinge nii madal, et mõnikord ei võimalda see isegi dioodide juhtimist ja kui see on nii, siis on vool nii madal, et turbiinist peaaegu ei jõua aku vooluni.

See vooluring teeb samal ajal ülekande ja võimenduse. See maksimeerib generaatori mähises voolava voolu ja sel viisil saab võimsust kasutada isegi väikese kiirusega.

See artikkel ei selgita, kuidas vooluringi teha, kuid kui olete huvitatud, vaadake viimast artiklit.

1. samm: vooluring

Nagu eelmises artiklis, kasutan Arduino IDE-ga mikrokontrollerit Attiny45. See kontroller mõõdab voolu (kasutades takistit R1 ja op-amp) ja pinget, arvutab võimsuse ja muudab kolme lülitustransistori töötsüklit. Need transistorid lülitatakse kokku, arvestamata sisendit.

Kuidas on see võimalik?

Kuna kasutan generaatorina BLDC mootorit, on pinged BLDC klemmis kolmefaasiline siinus: kolm siinust nihutatud 120 ° võrra (vt 2. pilt). Selle süsteemi hea külg on see, et nende siinuste summa on igal ajal null. Nii et kui kolm transistorit juhivad, ujutab neis kolm voolu, kuid nad tühistavad üksteise maapinnal (vt 3. pilt). Valisin MOSFET transistorid, millel on madal äravooluallikas. Nii (siin on trikk) maksimeeritakse induktiivpoolide vool isegi madala pinge korral. Hetkel ei juhi ühtegi dioodi.

Kui transistorid lõpetavad juhtimise, peab induktiivvool kuhugi minema. Nüüd hakkavad dioodid juhtima. Need võivad olla ülemised dioodid või transistori sees olevad dioodid (kontrollige, kas transistor saab sellise vooluga hakkama) (vt 4. pilt). Võite öelda: Ok, kuid nüüd on see nagu tavaline silla alaldi. Jah, kuid nüüd on dioodide kasutamisel pinge juba tõusnud.

Mõned vooluahelad kasutavad kuut transistorit (näiteks BLDC -draiver), kuid siis peate pinge ulatust mõõtma, et teada saada, millised transistorid tuleb sisse või välja lülitada. See lahendus on lihtsam ja seda saab rakendada isegi 555 taimeriga.

Sisend on JP1, see on ühendatud BLDC mootoriga. Väljund on JP2, see on ühendatud aku või LED -iga.

2. samm: seadistamine

Vooluahela testimiseks tegin seadistuse kahe mootoriga, mis olid mehaaniliselt ühendatud ülekandearvuga üks (vt pilti). Generaatorina kasutatakse ühte väikest harjatud alalisvoolumootorit ja ühte BLDC -d. Võin valida toitepinge ja eeldada, et väike harjatud mootor käitub ligikaudselt tuuleturbiinina: ilma pöördemomenti purustamata saavutab see maksimaalse kiiruse. Kui rakendada purunemismomenti, aeglustub mootor (meie puhul on pöördemomendi ja kiiruse suhe lineaarne ja päris tuuleturbiinide puhul tavaliselt parabool).

Väike mootor on ühendatud toiteallikaga, BLDC on ühendatud MPPT vooluahelaga ja koormus on toite LED (1W, TDS-P001L4), mille edasipinge on 2,6 volti. See LED käitub ligikaudselt nagu aku: kui pinge on alla 2,6, ei sisene LED -i vool, kui pinge proovib minna üle 2,6, voolab vesi üle ja pinge stabiliseerub 2,6 ümber.

Kood on sama, mis eelmises artiklis. Selles viimases artiklis selgitasin juba, kuidas seda mikrokontrollerisse laadida ja kuidas see töötab. Esitatud tulemuste saamiseks muutsin seda koodi veidi.

3. samm: tulemused

Selle katse jaoks kasutasin koormusena toite LED -i. Selle esipinge on 2,6 volti. Kuna pinge stabiliseerub 2,6 ümber, mõõtis kontroller ainult voolu.

1) Toide 5,6 V juures (graafikul punane joon)

• generaatori min kiirus 1774 p / min (töötsükkel = 0,8)
• generaatori maksimumkiirus 2606 p / min (töötsükkel = 0,2)
• generaatori maksimaalne võimsus 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Toide 4 V juures (graafikul kollane joon)

• generaatori min kiirus 1406 p / min (töötsükkel = 0,8)
• generaatori maksimumkiirus 1646 p / min (töötsükkel = 0,2)
• generaatori maksimaalne võimsus 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Kui proovisin esimese kontrolleriga BLDC generaatorit, ei mõõdetud voolu enne, kui toitepinge jõudis 9 voltini. Proovisin ka erinevaid ülekandearvusid, kuid võimsus oli esitatud tulemustega võrreldes tõesti madal. Ma ei saa proovida vastupidist: stepper -generaatori (Nema 17) hargnemine sellel kontrolleril, kuna samm -samm ei tooda kolmefaasilist siinuspinget.

4. samm: arutelu

Mittelineaarsusi täheldatakse induktiivjuhtimise jätkamise ja katkestamise vahelise ülemineku tõttu.

Maksimaalse võimsuspunkti leidmiseks tuleks teha veel üks katse kõrgemate töötsüklitega.

Voolu mõõtmine on piisavalt puhas, et kontroller töötaks ilma filtreerimiseta.

Tundub, et see topoloogia töötab korralikult, kuid sooviksin teie kommentaare, sest ma pole spetsialist.

Samm: võrdlus samm -generaatoriga

Maksimaalne ammutatud võimsus on parem BLDC ja selle kontrolleriga.

Deloni pinge kahekordistaja lisamine võib erinevust vähendada, kuid sellega kaasnesid muud probleemid (suure kiiruse pinge võib olla suurem kui pingeaku ja vaja on buck -muundurit).

BLDC -süsteem on vähem mürarikas, seega pole vaja praeguseid mõõtmisi filtreerida. See võimaldab kontrolleril kiiremini reageerida.

6. samm: järeldus

Nüüd arvan, et olen valmis jätkama pesasammuga, milleks on: tuulikute projekteerimine ja kohapealsed mõõtmised ning lõpuks tuulega aku laadimine!