Чакан шамал турбиналары үчүн Maximum Power Point Tracker: 8 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Интернетте DIY шамал турбинасы көп, бирок алардын натыйжасын кубат же энергия жагынан так түшүндүргөндөр аз. Ошондой эле көп учурда бийлик, чыңалуу жана токтун ортосунда чаташуу болот. Көпчүлүк адамдар: "Мен бул чыңалууну генератордо өлчөдүм!" Жакшы! Бирок бул сиз токту тартып, күчкө ээ боло аласыз дегенди билдирбейт (Күч = чыңалуу х ток). Күндү колдонуу үчүн үйдө жасалган MPPT (Maximum Power Point Tracker) контроллери көп, бирок шамал үчүн анчалык деле көп эмес. Мен бул абалды оңдоо үчүн бул долбоорду жасадым.

Мен 3.7V (бир клетка) литий -ион полимердик батареялары үчүн аз кубаттуулуктагы (<1W) MPPT заряд контроллерин иштеп чыктым. Мен кичинекей нерседен баштадым, анткени мен 3D басылган шамал турбинасынын дизайнын салыштырып көргүм келет жана бул турбиналардын көлөмү 1Wтан ашпашы керек. Акыркы максат - жалгыз станцияны же кандайдыр бир өчүрүү системасын берүү.

Контроллерди текшерүү үчүн, мен кичинекей DC мотору менен тепкичтүү моторго туташтым (NEMA 17). Степпер мотору генератор катары колдонулат жана DC мотору турбинанын пышактарын түртө турган шамалды окшоштурууга мүмкүндүк берет. Кийинки кадамда мен көйгөйдү түшүндүрөм жана кээ бир маанилүү түшүнүктөрдү жалпылайм, андыктан эгер сиз такта жасоо менен эле кызыксаңыз, 3 -кадамга өтүңүз.

1 -кадам: Көйгөй

Биз кинетикалык энергияны шамалдан алып, аны электр энергиясына айлантып, ошол электр энергиясын батареяда сактагыбыз келет. Көйгөй шамалдын өзгөрүп турушу, ошондуктан энергиянын жеткиликтүү өлчөмү да өзгөрүп турат. Мындан тышкары, генератордун чыңалуусу анын ылдамдыгына жараша болот, бирок батареянын чыңалуусу туруктуу. Муну кантип чече алабыз?

Биз генератордун агымын жөнгө салышыбыз керек, анткени ток тормоздук моментке пропорционалдуу. Чынында эле, механикалык дүйнө (Механикалык күч = Тор х Тез) менен электр дүйнөсүнүн (Электр кубаты = Учурдагы x Чыңалуу) ортосунда параллель бар (граф. Караңыз). Электроника тууралуу деталдар кийинчерээк талкууланат.

Максималдуу күч кайда? Белгиленген шамалдын ылдамдыгы үчүн, эгерде биз турбинанын эркин айлануусуна жол берсек (тормоздук момент жок), анын ылдамдыгы максималдуу болот (жана чыңалуу да), бирок бизде ток жок, андыктан кубаты нөл. Экинчи жагынан, эгер биз тартылган токту максимумга жеткирсек, анда биз турбинаны өтө көп тормоздойбуз жана оптималдуу аэродинамикалык ылдамдыкка жетпейбиз. Бул эки экстремумдун ортосунда ылдамдык боюнча моменттин продукциясы максималдуу болгон чекит бар. Бул биз издеген нерсе!

Азыр ар кандай ыкмалар бар: Мисалы, эгер сиз системаны сүрөттөгөн бардык теңдемелерди жана параметрлерди билсеңиз, шамалдын белгилүү бир ылдамдыгы менен турбинанын ылдамдыгы үчүн эң жакшы циклди эсептей аласыз. Же, эгер сиз эч нерсе билбесеңиз, контроллерге мындай деп айтсаңыз болот: Кызмат циклин бир аз өзгөртүп, андан кийин кубатты эсептеңиз. Эгерде ал чоңураак болсо, анда биз жакшы багытта жылганбыз, демек, ошол багытта кете бериңиз. Эгерде ал төмөн болсо, анда кызмат циклин карама -каршы багытта жылдырыңыз.

2 -кадам: Чечим

Биринчиден, биз генератордун чыгарылышын диод көпүрөсү менен оңдоп, андан кийин батарейкага киргизилген токту күчөткүчтөр менен жөнгө салышыбыз керек. Башка системалар долларды же долларды көбөйтүүчү алмаштыргычты колдонушат, бирок менде кубаттуулугу аз турбина болгондуктан, батареянын чыңалуусу генератордун өндүрүшүнөн дайыма чоңураак деп ойлойм. Учурдагы агымды жөнгө салуу үчүн, биз иштөө циклин (Тон / (Тон+Тофф)) өзгөртүү керек.

Схемалардын оң жагындагы бөлүктөр R2деги чыңалууну өлчөө үчүн айырмасы киргизилген күчөткүчтү (AD8603) көрсөтөт. Жыйынтык учурдагы жүктү азайтуу үчүн колдонулат.

Биринчи сүрөттө көргөн чоң конденсаторлор - бул эксперимент: мен чынжырымды Делон чыңалуусунун дублерине бурдум. Корутундулар жакшы, эгерде көбүрөөк чыңалуу керек болсо, трансформацияны жасоо үчүн конденсаторлорду кошуңуз.

3 -кадам: Куралдар жана материалдар

Куралдар

• Arduino же AVR программисти
• Мультиметр
• Фрезердик станок же химиялык этинг (ПХБнын прототипин өзүңүз үчүн)
• Лампочка, флюс, ширетүүчү зым
• Пинцет

Материал

• Бакелит бир жактуу жез табак (60*35 мм минималдуу)
• Микроконтроллер Attiny45
• Ыкчам күчөткүч AD8605
• Индуктор 100uF
• 1 Schottky диод CBM1100
• 8 Schottky диод BAT46
• Транзисторлор жана конденсаторлор (өлчөмү 0603) (караңыз BillOfMaterial.txt)

4 -кадам: PCB жасоо

Мен сизге прототиптөөнүн ыкмасын көрсөтөм, бирок, албетте, эгер сиз ПХБларды үйдө жасай албасаңыз, аны сүйүктүү фабрикаңызга заказ кылсаңыз болот.

Мен CNC жана үч бурчтуу тегирменге айландырылган ProxxonMF70 колдондум. G-кодун түзүү үчүн Eagle үчүн плагинди колдоном.

Андан кийин компоненттер кичинеден башталат.

Сиз кээ бир байланыштар жок экенин байкасаңыз болот, бул жерде мен кол менен секирем. Мен ийилген резистордун буттарын ширетем (сүрөттү караңыз).

5 -кадам: Микроконтроллер программалоо

Мен Attiny45 микро контроллерин программалоо үчүн Arduino (Adafruit pro-trinket жана FTDI USB кабели) колдоном. Файлдарды компьютериңизге жүктөп алыңыз, контроллердин казыктарын туташтырыңыз:

1. arduino пин 11ге
2. arduino пин 12ге
3. arduino pin 13кө (көзөмөлдөөчү Винге (чыңалуу сенсоруна) программалабаганда)
4. arduino пин 10го
5. arduino pin 5V үчүн
6. to arduino pin G

Андан кийин кодду контроллерге жүктөңүз.

6 -кадам: Testing Setup

Мен бул жөндөөнү жасадым (сүрөттү караңыз) контроллеримди текшерүү үчүн. Мен азыр ылдамдыкты тандап, контроллердин реакциясын көрө алам. Ошондой эле мен U көбөйтүү менен канча энергия жеткирилгенин баалай алам жана мен электр менен жабдуу экранында көрсөттүм. Мотор шамал турбинасы сыяктуу так иштебесе да, мен бул болжолдоо анча деле жаман эмес деп эсептейм. Чынында эле, шамал турбинасы катары, моторду сындырганыңызда, ал жайлап, эркин бурулушуна уруксат бергенде, максималдуу ылдамдыкка жетет. (момент ылдамдыгынын ийри сызыгы-бул DC мотору үчүн кысык сызык жана шамал турбиналары үчүн парабола түрү)

Мен кичинекей DC моторун эң эффективдүү ылдамдыкта жана тепкич мотору шамалдын ылдамдыгы төмөн (3 м/с) шамал турбинасы үчүн орточо ылдамдыкта (200 rpm) айлануу үчүн редуктордук редукторду (16: 1) эсептедим.)

7 -кадам: Жыйынтыктар

Бул эксперимент үчүн (биринчи график), жүк катары LED диаметри колдонулат. Ал 2,6 вольттун алдыга чыңалуусуна ээ. Чыңалуу 2,6дын тегерегинде турукташып калгандыктан, мен токту гана өлчөдүм.

1) Электр энергиясы 5,6 В (графикте көк сызык 1)

• генератор мин ылдамдыгы 132 rpm
• генератор максималдуу ылдамдыгы 172 rpm
• генератордун максималдуу күчү 67 мВт (26 мА х 2.6 В)

2) 4 В электр энергиясы менен камсыздоо (графиктин кызыл сызыгы 1)

• генератор мин ылдамдыгы 91 rpm
• генератордун максималдуу ылдамдыгы 102 rpm
• генератордун максималдуу күчү 23 мВт (9 мА х 2.6 В)

Акыркы экспериментте (экинчи график), күч түздөн -түз контролер тарабынан эсептелет. Бул учурда жүк катары 3,7 В ли-по батареясы колдонулган.

генератордун күчү 44 мВт

8 -кадам: Талкуу

Биринчи график бул орнотуудан күтүүгө боло турган күч жөнүндө түшүнүк берет.

Экинчи график жергиликтүү максимумдар бар экенин көрсөтүп турат. Бул жөнгө салуучу үчүн көйгөй, анткени ал жергиликтүү калктын максимумуна тыгылып калат. Сызыксыздык индуктордук өткөрүүнү улантуу менен токтотуунун ортосундагы өтүүгө байланыштуу. Жакшы нерсе, бул дайыма бир эле цикл үчүн болот (генератордун ылдамдыгына көз каранды эмес). Контроллердин жергиликтүү максимумга тыгылып калбашы үчүн, мен жөн гана [0.45 0.8] менен иштөө циклинин диапазонун чектейм.

Экинчи график максимум 0,044 ваттты көрсөтөт. Жүк 3,7 вольттогу бир клеткалуу ли-по батареясы болгондуктан. Бул заряддын агымы 12 мА экенин билдирет. (I = P/U). Бул ылдамдыкта мен 500 мАчты 42 саатта кубаттай алам же аны орнотулган микро контроллерди иштетүү үчүн колдоно алам (мисалы, MPPT контроллери үчүн Attiny). Шамал күчтүү болорун үмүт кылабыз.

Бул жерде мен бул орнотууда байкаган кээ бир көйгөйлөр бар:

• Батарея чыңалуусу көзөмөлдөнбөйт (батареяда коргоо схемасы бар)
• Степпердин мотору ызы -чуу чыгарат, ошондуктан мен узак убакыт бою өлчөөнү орточо 0,6 сек.

Акыры мен BLDC менен дагы бир эксперимент жасоону чечтим. BLDCлердин башка топологиясы бар болгондуктан, мен жаңы тактаны иштеп чыгууга туура келди. Биринчи графикте алынган жыйынтыктар эки генераторду салыштыруу үчүн колдонулат, бирок мен жакында баарын башка инструкцияларда түшүндүрөм.