Boost -omskakelaar vir klein windturbines: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

In my laaste artikel oor kontroleerders vir maksimum kragpuntopsporing (MPPT) het ek 'n standaardmetode getoon om die energie uit 'n veranderlike bron, soos 'n windturbine en die laai van 'n battery, te benut. Die kragopwekker wat ek gebruik het, was 'n stepper motor Nema 17 (gebruik as kragopwekker) omdat dit goedkoop en oral beskikbaar is. Die groot voordeel van stepper motors is dat hulle hoë spanning lewer, selfs as hulle stadig draai.

In hierdie artikel bied ek 'n kontroleerder aan wat spesiaal ontwerp is vir borsellose gelykstroommotors met 'n lae krag (BLDC). Die probleem met hierdie motors is dat hulle vinnig moet draai om 'n ontginbare spanning te produseer. As dit stadig draai, is die geïnduseerde spanning so laag dat dit soms selfs die geleiding van diode toelaat, en as dit gebeur, is die stroom so laag dat daar amper geen krag van die turbine na die battery oorgaan nie.

Hierdie kring doen terselfdertyd die herstel en die hupstoot. Dit maksimeer die stroom wat in die generator se spoel vloei, en op hierdie manier kan die krag selfs teen lae spoed gebruik word.

Hierdie artikel verduidelik nie hoe u die kring moet maak nie, maar kyk na die laaste artikel as u belangstel.

Stap 1: Die stroombaan

Soos in die vorige artikel gebruik ek 'n mikro-kontroleerder Attiny45 met die Arduino IDE. Hierdie kontroleerder meet die stroom (met behulp van die R1-weerstand en die op-amp) en die spanning, bereken die krag en verander die werksiklus op die drie skakeltransistors. Hierdie transistors word bymekaar geskakel sonder inagneming van die insette.

Hoe is dit moontlik?

Omdat ek 'n BLDC-motor as kragopwekker gebruik, is die spannings by die BLDC se terminaal 'n driefase sinus: Drie sinusse verskuif met 120 ° (vgl. 2de prent). Die goeie ding met hierdie stelsel is dat die som van hierdie sinus te eniger tyd nul is. Dus, wanneer die drie transistors gelei, vloei drie stroom daarin, maar hulle kanselleer mekaar in die grond (vgl. 3de beeld). Ek het MOSFET-transistors gekies met 'n lae weerstand teen afvoerbronne. Op hierdie manier (hier is die truuk) word die stroom in die induktors maksimaliseer, selfs met lae spannings. Geen diodes gelei tans nie.

As die transistors ophou gelei, moet die induktorstroom êrens heen gaan. Nou begin die diodes gelei. Dit kan die boonste diodes of die diodes in die transistor wees (kyk of die transistor sulke stroom kan hanteer) (vgl. 4de prent). U mag sê: Ok, maar nou is dit soos 'n normale bruggelykrigter. Ja, maar nou word die spanning reeds verhoog as die diodes gebruik word.

Daar is 'n paar stroombane wat ses transistors gebruik (soos 'n BLDC -bestuurder), maar dan moet u die spanning omskakel om te weet watter transistors aan of afgeskakel moet word. Hierdie oplossing is eenvoudiger en kan selfs geïmplementeer word met 'n 555 -timer.

Die ingang is JP1, dit is gekoppel aan die BLDC -motor. Die uitset is JP2, dit is gekoppel aan die battery of die LED.

Stap 2: Die opstelling

Om die stroombaan te toets, het ek 'n opstelling gemaak met twee motors wat meganies gekoppel is met 'n ratverhouding van een (vgl. Prent). Daar is 'n klein, geborste DC -motor en een BLDC wat as kragopwekker gebruik word. Ek kan 'n spanning op my kragtoevoer kies en aanneem dat die klein motor met 'n borsel ongeveer 'n windturbine gedra: sonder om die wringkrag te onderbreek, bereik dit 'n maksimum spoed. As 'n breekkoppel toegepas word, vertraag die motor (in ons geval is die verhouding wringkrag-spoed lineêr en vir regte windturbines is dit gewoonlik 'n parabool).

Die klein motor is aan die kragtoevoer gekoppel, die BLDC is aan die MPPT-stroombaan gekoppel en die las is 'n krag-LED (1W, TDS-P001L4) met 'n voorwaartse spanning van 2,6 volt. Hierdie LED gedra byna soos 'n battery: as die spanning onder 2,6 is, kom die stroom nie by die LED nie, as die spanning bo 2,6 gaan, vloei die stroom en die spanning stabiliseer ongeveer 2,6.

Die kode is dieselfde as in die vorige artikel. Ek het reeds in hierdie laaste artikel verduidelik hoe om dit in die mikrobeheerder te laai en hoe dit werk. Ek het hierdie kode effens aangepas om die resultate te lewer.

Stap 3: Resultate

Vir hierdie eksperiment het ek die krag -LED as las gebruik. Dit het 'n voorwaartse spanning van 2,6 volt. Aangesien die spanning ongeveer 2.6 gestabiliseer is, het die beheerder slegs die stroom gemeet.

1) Kragtoevoer by 5,6 V (rooi lyn op die grafiek)

• kragopwekker min spoed 1774 rpm (werksiklus = 0,8)
• generator maksimum spoed 2606 rpm (dienssiklus = 0,2)
• kragopwekker maksimum krag 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Kragtoevoer by 4 V (geel streep op die grafiek)

• generator min spoed 1406 rpm (dienssiklus = 0,8)
• generator maksimum spoed 1646 rpm (werksiklus = 0,2)
• kragopwekker maksimum krag 52 mW (0,02 x 2,6)

Hermerk: Toe ek die BLDC -kragopwekker met die eerste kontroleerder probeer, is geen stroom gemeet totdat die kragtoevoer spanning 9 volt bereik het nie. Ek het ook verskillende ratverhoudings probeer, maar die krag was baie laag in vergelyking met die resultate. Ek kan nie die teenoorgestelde probeer nie: Vertakking van die stepper -kragopwekker (Nema 17) op hierdie kontroleerder omdat 'n stepper nie 'n driefasige sinusspanning produseer nie.

Stap 4: Bespreking

Nie -lineariteite word waargeneem as gevolg van die oorgang tussen voortgaan en stop van induktorgeleiding.

'N Ander toets moet met hoër siklusse uitgevoer word om die maksimum kragpunt te vind.

Die huidige meting is skoon genoeg om die beheerder te laat werk sonder dat dit nodig is om te filter.

Dit lyk asof hierdie topologie behoorlik werk, maar ek wil graag u kommentaar hê omdat ek nie 'n spesialis is nie.

Stap 5: Vergelyking met die Stepper Generator

Die maksimum onttrek krag is beter met die BLDC en sy beheerder.

Deur 'n Delon -spanningsverdubbelaar by te voeg, kan die verskil verminder word, maar ander probleme het ontstaan (die spanning tydens hoë spoed kan groter wees as die spanningsbattery en 'n boksomskakelaar is nodig).

Die BLDC -stelsel is minder raserig, dus is dit nie nodig om die huidige metings te filter nie. Dit laat die beheerder toe om vinniger te reageer.

Stap 6: Gevolgtrekking

Nou dink ek dat ek gereed is om voort te gaan met die nesstap: die ontwerp van windturbines en metings op die terrein en laai uiteindelik 'n battery met die wind!