Povečevalni pretvornik za majhne vetrne turbine: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

V svojem zadnjem članku o krmilnikih za sledenje največje moči (MPPT) sem pokazal standardno metodo za izkoriščanje energije, ki prihaja iz spremenljivega vira, kot je vetrna turbina in polnjenje baterije. Generator, ki sem ga uporabil, je bil koračni motor Nema 17 (ki se uporablja kot generator), ker so poceni in na voljo povsod. Velika prednost koračnih motorjev je, da proizvajajo visoke napetosti tudi pri počasnem vrtenju.

V tem članku predstavljam krmilnik, posebej zasnovan za brezkrtačne enosmerne motorje z nizko močjo (BLDC). Težava teh motorjev je, da se morajo hitro vrteti, da ustvarijo napetost, ki jo je mogoče izkoristiti. Pri počasnem vrtenju je inducirana napetost tako nizka, da včasih celo ne dovoljuje prevodnosti diode, ko pa je, je tok tako nizek, da skoraj nobena moč ne prehaja iz turbine v baterijo.

To vezje hkrati obnavlja in pospešuje. Povečuje tok, ki teče v tuljavi generatorja, in na ta način je moč mogoče uporabiti tudi pri nizki hitrosti.

Ta članek ne razlaga, kako narediti vezje, če pa vas zanima, si oglejte zadnji članek.

1. korak: vezje

Kot v zadnjem članku uporabljam mikrokrmilnik Attiny45 z Arduino IDE. Ta krmilnik meri tok (z uporom R1 in op-ojačevalnikom) in napetost, izračuna moč in spremeni obratovalni cikel na treh stikalnih tranzistorjih. Ti tranzistorji se preklopijo skupaj, ne glede na vhod.

Kako je to mogoče?

Ker za generator uporabljam motor BLDC, so napetosti na terminalu BLDC trifazni sinus: trije sinusi se premaknejo za 120 ° (prim. 2. slika). Dobra stvar pri tem sistemu je, da je vsota teh vaših sinusov kadar koli nična. Torej, ko trije tranzistorji vodijo, vanje poplavijo trije tokovi, ki pa se v tleh medsebojno prekličejo (prim. 3. slika). Izbral sem tranzistorje MOSFET z nizko odpornostjo na vir odtoka. Na ta način (tukaj je zvijača) je tok v induktorjih maksimalen tudi pri nizkih napetostih. Trenutno diode ne vodijo.

Ko tranzistorji prenehajo voditi, mora tok induktorja nekam iti. Zdaj se diode začnejo prevoditi. To so lahko zgornje diode ali diode znotraj tranzistorja (preverite, ali tranzistor lahko prenese tak tok) (prim. 4. slika). Lahko rečete: V redu, zdaj pa je kot običajen mostični usmernik. Da, zdaj pa se napetost že poveča, ko se uporabljajo diode.

Obstaja nekaj vezij, ki uporabljajo šest tranzistorjev (na primer gonilnik BLDC), potem pa morate razširiti napetost, da veste, katere tranzistorje je treba vklopiti ali izklopiti. Ta rešitev je enostavnejša in jo je mogoče izvesti celo s časovnikom 555.

Vhod je JP1, priključen je na motor BLDC. Izhod je JP2, priključen je na baterijo ali LED.

2. korak: Namestitev

Da bi preizkusil vezje, sem naredil nastavitev z dvema motorjema, ki sta mehansko povezana z prestavnim razmerjem ena (prim. Slika). Obstajata en majhen brušen enosmerni motor in en BLDC, ki se uporablja kot generator. Lahko izberem napetost na svojem napajalniku in domnevam, da se majhen krtačen motor obnaša približno kot vetrna turbina: brez prekinitve navora doseže največjo hitrost. Če uporabimo prekinitveni navor, se motor upočasni (v našem primeru je razmerje navora in hitrosti linearno in za prave vetrne turbine je običajno parabola).

Majhen motor je priključen na napajanje, BLDC je priključen na vezje MPPT, obremenitev pa je napajalna LED (1 W, TDS-P001L4) s prednjo napetostjo 2,6 volta. Ta LED se obnaša približno kot baterija: če je napetost pod 2,6, ne vstopi tok v LED, če se napetost poskuša dvigniti nad 2,6, tok poplavi in napetost se stabilizira okoli 2,6.

Koda je enaka kot v zadnjem članku. Kako sem ga naložil v mikrokrmilnik in kako deluje, sem že razložil v tem zadnjem članku. To kodo sem nekoliko spremenil, da bi predstavil rezultate.

3. korak: Rezultati

Za ta poskus sem kot obremenitev uporabil LED za napajanje. Ima sprednjo napetost 2,6 voltov. Ker se napetost stabilizira okoli 2,6, je krmilnik meril samo tok.

1) Napajanje pri 5,6 V (rdeča črta na grafu)

• Najmanjša hitrost generatorja 1774 vrt / min (obratovalni cikel = 0,8)
• največja hitrost generatorja 2606 vrt / min (obratovalni cikel = 0,2)
• največja moč generatorja 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Napajanje pri 4 V (rumena črta na grafu)

• Najmanjša hitrost generatorja 1406 vrt / min (obratovalni cikel = 0,8)
• največja hitrost generatorja 1646 vrt / min (obratovalni cikel = 0,2)
• največja moč generatorja 52 mW (0,02 x 2,6)

Opomba: Ko sem preizkusil generator BLDC s prvim krmilnikom, ni bil izmerjen tok, dokler napetost napajanja ni dosegla 9 voltov. Poskusil sem tudi različna prestavna razmerja, vendar je bila moč v primerjavi s predstavljenimi rezultati res nizka. Ne morem poskusiti obratno: razvejajte koračni generator (Nema 17) na tem krmilniku, ker stepper ne proizvaja trifazne sinusne napetosti.

4. korak: Pogovor

Nelinearnosti opazimo zaradi prehoda med nadaljevanjem in prekinitvijo prevodnosti induktorja.

Za določitev točke največje moči je treba opraviti še en preskus z višjimi delovnimi cikli.

Trenutne meritve so dovolj čiste, da lahko krmilnik deluje brez potrebe po filtriranju.

Zdi se, da ta topologija deluje pravilno, vendar bi rad imel vaše pripombe, ker nisem specialist.

5. korak: Primerjava s koračnim generatorjem

Največja izkoriščena moč je boljša pri BLDC in njegovem krmilniku.

Dodajanje Delonovega podaljševalnika napetosti lahko zmanjša razliko, vendar so se pojavile druge težave (napetost pri visoki hitrosti je lahko večja od napetostne baterije in potreben je pretvornik).

Sistem BLDC je manj hrupen, zato trenutnih meritev ni treba filtrirati. Omogoča, da se krmilnik hitreje odzove.

6. korak: Zaključek

Zdaj mislim, da sem pripravljen nadaljevati z gnezditvenim korakom, ki je: Oblikovanje vetrnih turbin in meritve na kraju samem ter končno napolnite baterijo z vetrom!