Kichik shamol turbinalari uchun maksimal Power Point kuzatuvchisi: 8 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Internetda shamol shamol turbinasi juda ko'p, lekin juda kam odam ular erishgan natijani kuch yoki energiya nuqtai nazaridan aniq tushuntiradi. Bundan tashqari, ko'pincha kuch, kuchlanish va oqim o'rtasida chalkashliklar bo'ladi. Ko'p vaqtlar odamlar: "Men bu kuchlanishni generatorda o'lchadim!" Yaxshi! Lekin bu siz oqimni tortib, kuchga ega bo'lishingiz mumkin degani emas (Quvvat = kuchlanish x oqim). Bundan tashqari, quyoshdan foydalanish uchun uy qurilishi MPPT (Maksimal Power Point Tracker) boshqaruvchilari ko'p, lekin shamol uchun juda ko'p emas. Men bu vaziyatni tuzatish uchun bu loyihani qildim.

Men 3.7V (bitta hujayrali) lityum -ionli polimer batareyalar uchun kam quvvatli (<1W) MPPT zaryad boshqaruvchisini ishlab chiqdim. Men kichkina narsadan boshladim, chunki men 3D -bosma shamol turbinasining turli xil dizaynini taqqoslamoqchiman va bu turbinalar hajmi 1 Vt dan oshmasligi kerak. Yakuniy maqsad - yakka tartibdagi stantsiyani yoki tarmoqdan tashqari tizimni etkazib berish.

Tekshirgichni sinab ko'rish uchun men qadam dvigateliga ulangan kichik shahar motorini o'rnatdim (NEMA 17). Bosqichli dvigatel generator sifatida ishlatiladi va shahar dvigateli menga turbina pichoqlarini itarayotgan shamolni taqlid qilishga imkon beradi. Keyingi bosqichda men muammoni tushuntirib beraman va ba'zi muhim tushunchalarni umumlashtiraman, shuning uchun agar siz taxtani yasash bilan qiziqsangiz, 3 -bosqichga o'ting.

1 -qadam: Muammo

Biz kinetik energiyani shamoldan olib, uni elektr energiyasiga aylantirmoqchimiz va bu elektr energiyasini batareyada saqlamoqchimiz. Muammo shundaki, shamol o'zgarib turadi, shuning uchun mavjud energiya miqdori ham o'zgaradi. Bundan tashqari, generatorning kuchlanishi uning tezligiga bog'liq, lekin batareyaning zo'riqishi doimiy. Buni qanday hal qila olamiz?

Biz generator oqimini tartibga solishimiz kerak, chunki oqim tormoz momentiga mutanosib. Darhaqiqat, mexanik dunyo (Mexanik kuch = Turk x tezligi) va elektr olami (Elektr quvvati = Oqim x Tension) o'rtasida parallellik bor (qarang. Grafik). Elektronika haqida tafsilotlar keyinroq muhokama qilinadi.

Maksimal quvvat qayerda? Agar ma'lum bir shamol tezligi uchun, agar biz turbina erkin aylanishiga ruxsat bersak (tormoz momenti bo'lmasa), uning tezligi maksimal bo'ladi (va kuchlanish ham), lekin bizda oqim yo'q, shuning uchun quvvat nol. Boshqa tomondan, agar biz tortilgan tokni maksimal darajada oshirsak, biz turbinani haddan tashqari tormozlaymiz va optimal aerodinamik tezlikka erisha olmaymiz. Bu ikkita ekstremum o'rtasida momentning tezligi bo'yicha hosil bo'lgan mahsuloti maksimal bo'lgan nuqta bor. Bu biz qidirayotgan narsadir!

Endi har xil yondashuvlar mavjud: Masalan, agar siz tizimni tavsiflovchi barcha tenglamalar va parametrlarni bilsangiz, shamol tezligi va turbina tezligi uchun eng yaxshi ish aylanishini hisoblashingiz mumkin. Yoki, agar siz hech narsani bilmasangiz, boshqaruvchiga shunday deyishingiz mumkin: ish tsiklini biroz o'zgartiring, keyin quvvatni hisoblang. Agar u kattaroq bo'lsa, demak biz yaxshi yo'nalishda harakat qildik, shu yo'nalishda davom eting. Agar u pastroq bo'lsa, ish aylanishini teskari yo'nalishda harakatlantiring.

2 -qadam: Yechim

Birinchidan, biz diodli ko'prik yordamida generatorning chiqishini to'g'rilashimiz kerak, keyin esa kuchaytirgich bilan akkumulyatorga kiritilgan oqimni tartibga solishimiz kerak. Boshqa tizimlar pulni yoki pulni kuchaytirgichni ishlatadi, lekin menda turbinasi kam bo'lgani uchun, menimcha, batareya quvvati har doim generatorning chiqishidan katta. Oqimni tartibga solish uchun biz kuchaytirgichning ish aylanishini (Ton / (Ton+Toff)) o'zgartirishimiz kerak.

Sxemaning o'ng tomonidagi qismlar kuchaytirgichni ko'rsatadi (AD8603), R2 kuchlanishini o'lchash uchun farq kiritiladi. Natija joriy yukni aniqlash uchun ishlatiladi.

Biz birinchi rasmda ko'rgan katta kondansatörler - bu tajriba: men o'z davrimni Delon kuchlanish dubleriga aylantirdim. Xulosalar yaxshi, agar ko'proq kuchlanish kerak bo'lsa, transformatsiyani amalga oshirish uchun kondansatkichlarni qo'shing.

3 -qadam: asboblar va materiallar

Asboblar

• Arduino yoki AVR dasturchisi
• Multimetr
• Frezeleme mashinasi yoki kimyoviy ishlov berish (PCB prototipini o'zingiz tayyorlash uchun)
• Lehimlash temir, oqim, lehim simlari
• Cımbızlar

Material

• Bakelit bir tomonlama mis plastinka (minimal 60*35 mm)
• Mikrokontroller Attiny45
• AD8605 operatsion kuchaytirgichi
• Induktor 100uF
• 1 Schottky diodi CBM1100
• 8 Schottky diodi BAT46
• Transistorlar va kondansatkichlar (hajmi 0603) (qarang: BillOfMaterial.txt)

4 -qadam: tenglikni tayyorlash

Men sizga prototip yaratish usulini ko'rsataman, lekin, albatta, agar siz uyda PCB yasay olmasangiz, uni sevimli fabrikangizga buyurtma qilishingiz mumkin.

Men CNC va uchburchak uchli frezaga aylantirilgan ProxxonMF70 ishlatardim. G kodini yaratish uchun men Eagle uchun plaginni ishlataman.

Keyin komponentlar kichikroqdan boshlab lehimlanadi.

Siz ba'zi ulanishlar yo'qligini ko'rishingiz mumkin, bu erda men qo'lda sakrashni amalga oshiraman. Men kavisli qarshilik oyoqlarini lehimlayman (rasmga qarang).

5 -qadam: Mikrokontroller dasturlash

Attiny45 mikro-kontrollerini dasturlash uchun men Arduino (Adafruit pro-trinket va FTDI USB kabeli) dan foydalanaman. Fayllarni kompyuteringizga yuklab oling, tekshirgich pinlarini ulang:

1. arduino pin 11 uchun
2. arduino pin 12 ga
3. arduino pin 13 ga (dasturlashtirilmaganda Vin (kuchlanish sensori) boshqaruvchisiga)
4. arduino pin 10 ga
5. arduino pin 5V uchun
6. arduino pin G uchun

Keyin kodni tekshirgichga yuklang.

6 -qadam: Testni sozlash

Men tekshirgichni sinab ko'rish uchun ushbu sozlamani (rasmga qarang) qildim. Endi men tezlikni tanlay olaman va boshqaruvchining qanday munosabatda bo'lishini ko'raman. Shuningdek, men U ni ko'paytirish orqali qancha quvvat etkazib berilishini taxmin qilishim mumkin va men elektr ta'minoti ekranida ko'rsatdim. Dvigatel shamol turbinasi kabi ishlamasa ham, menimcha, bu taxmin unchalik yomon emas. Darhaqiqat, shamol turbinasi kabi, siz motorni sindirib qo'ysangiz, u sekinlashadi va uni erkin aylantirishga ruxsat berganingizda, u maksimal tezlikka etadi. (burilish tezligi egri chizig'i-shahar dvigateli uchun tor chiziq va shamol turbinalari uchun parabola)

Men kichik tezlikli dvigatelni eng samarali tezlikda aylantirishi va past tezlikli shamol turbinasi (3 m/s) uchun o'rtacha tezlikda (200 rpm) aylanishini ta'minlash uchun redüktör qutisini (16: 1) hisobladim.)

7 -qadam: Natijalar

Ushbu tajriba uchun (birinchi grafik), men yuk sifatida quvvat LEDini ishlatardim. U oldinga 2,6 voltli kuchlanishga ega. Kuchlanish 2,6 atrofida barqarorlashgani uchun men faqat tokni o'lchadim.

1) 5,6 V kuchlanishli elektr ta'minoti (1 -grafikdagi ko'k chiziq)

• generator min tezligi 132 rpm
• generatorning maksimal tezligi 172 rpm
• generatorning maksimal quvvati 67 mVt (26 mA x 2,6 V)

2) 4 V kuchlanishli elektr ta'minoti (1 -grafikdagi qizil chiziq)

• generator min min tezligi 91 rpm
• generatorning maksimal tezligi 102 rpm
• generatorning maksimal quvvati 23 mVt (9 mA x 2,6 V)

Oxirgi tajribada (ikkinchi grafikda) quvvat to'g'ridan -to'g'ri nazoratchi tomonidan hisoblanadi. Bunday holda, yuk sifatida 3,7 V li-po batareyasi ishlatilgan.

generatorning maksimal quvvati 44 mVt

8 -qadam: muhokama

Birinchi grafik bu sozlamadan biz kutadigan kuch haqida tasavvur beradi.

Ikkinchi grafik ba'zi mahalliy maksimallar mavjudligini ko'rsatadi. Bu tartibga soluvchi uchun muammo, chunki u mahalliy aholiga maksimal darajada yopishib qoladi. Chiziqsizlik induktor o'tkazuvchanligini davom ettirish va to'xtatish o'rtasidagi o'tishga bog'liq. Yaxshi narsa shundaki, bu har doim bir xil ish tsiklida sodir bo'ladi (generator tezligiga bog'liq emas). Nazoratchining mahalliy maksimal chegarada qolishiga yo'l qo'ymaslik uchun men faqat ish tsikli oralig'ini [0,45 0,8] bilan cheklayman.

Ikkinchi grafikda maksimal 0,044 vatt ko'rsatilgan. Yuk 3,7 voltli bitta hujayrali li-po batareyasi edi. Bu shuni anglatadiki, zaryadlash oqimi 12 mA. (I = P/U). Bu tezlikda men 500 mA / soat quvvatni 42 soat ichida zaryad qila olaman yoki uni o'rnatilgan mikro-kontrollerni ishlatish uchun ishlataman (masalan, MPPT kontroller uchun Attiny). Umid qilamanki, shamol kuchliroq bo'ladi.

Bundan tashqari, men ushbu sozlashda men ko'rgan ba'zi muammolar:

• Batareya zo'riqishida nazorat qilinmaydi (batareyada himoya davri mavjud)
• Bosqichli dvigatel shovqinli chiqishga ega, shuning uchun men o'lchovni o'rtacha 0,6 soniya davomida o'rtacha qilishim kerak.

Nihoyat, men BLDC bilan boshqa tajriba o'tkazishga qaror qildim. BLDC -larning boshqa topologiyasi bo'lgani uchun men yangi taxtani loyihalashga majbur bo'ldim. Birinchi grafikda olingan natijalar ikkita generatorni solishtirish uchun ishlatiladi, lekin men tez orada hamma narsani boshqa ko'rsatma bilan tushuntiraman.