ממיר Boost לטורבינות רוח קטנות: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

במאמר האחרון שלי על בקרי מעקב נקודת כוח מרבית (MPPT) הראיתי שיטה סטנדרטית לניצול האנרגיה שמגיעה ממקור משתנה כגון טורבינת רוח וטעינת סוללה. הגנרטור בו השתמשתי היה מנוע צעד Nema 17 (המשמש כגנרטור) מכיוון שהם זולים וזמינים בכל מקום. היתרון הגדול של מנועי צעדים הוא בכך שהם מייצרים מתח גבוה גם בעת סיבוב איטי.

במאמר זה אני מציג בקר שתוכנן במיוחד עבור מנועי DC חסרי מברשות בהספק נמוך (BLDC). הבעיה במנועים האלה היא שהם צריכים להסתובב מהר כדי לייצר מתח ניצל. כאשר מסתובבים לאט, המתח המושרה הוא כל כך נמוך עד שלפעמים הוא אפילו לא מאפשר הולכה של דיודות וכאשר הוא זורם, הזרם הוא כל כך נמוך שכמעט ואין כוח לעבור מהטורבינה לסוללה.

מעגל זה עושה במקביל את השיפוץ וההגברה. הוא ממקסם את הזרם הזורם בסליל הגנרטור ובדרך זו ניתן להשתמש בכוח גם במהירות נמוכה.

מאמר זה אינו מסביר כיצד ליצור את המעגל, אך אם אתה מעוניין, בדוק את המאמר האחרון.

שלב 1: המעגל

כמו במאמר האחרון אני משתמש במיקרו-בקר Attiny45 עם ה- Arduino IDE. בקר זה מודד את הזרם (באמצעות הנגד R1 והמגבר האופטי) והמתח, מחשב את ההספק ושנה את מחזור ההפעלה על שלושת הטרנזיסטורים המיתוגים. טרנזיסטורים אלה מתחלפים זה לזה ללא התייחסות לקלט.

כיצד זה אפשרי?

מכיוון שאני משתמש במנוע BLDC כגנרטור, המתחים במסוף ה- BLDC הם סינוס תלת פאזי: שלושה סינוסים המועברים ב -120 ° (ראו תמונה 2). הדבר הטוב במערכת זו הוא שסכום הסינוסים האלה הוא אפסי בכל עת. אז כאשר שלושת הטרנזיסטורים מתנהלים, שלושה זרמים מוצפים בהם אך הם מבטלים זה את זה באדמה (ראו תמונה שלישית). בחרתי בטרנזיסטורים של MOSFET עם עמידות נמוכה במקורות ניקוז. בדרך זו (להלן הטריק) זרם המשרנים ממקסם אפילו במתח נמוך. אף דיודה לא מתנהלת כרגע.

כאשר הטרנזיסטורים מפסיקים להתנהל, זרם המשרן צריך ללכת לאנשהו. עכשיו הדיודות מתחילות להתנהל. זה יכול להיות הדיודות העליונות או הדיודות שבתוך הטרנזיסטור (בדוק שהטרנזיסטור יכול להתמודד עם זרם כזה) (ראה תמונה ד '). אתה יכול לומר: אוקי אבל עכשיו זה כמו מיישר גשר רגיל. כן אבל עכשיו המתח כבר מוגבר כאשר משתמשים בדיודות.

ישנם כמה מעגלים המשתמשים בשישה טרנזיסטורים (כמו מנהל התקן BLDC), אך לאחר מכן עליך להקיף את המתח על מנת לדעת אילו טרנזיסטורים יש להפעיל או לכבות. פתרון זה פשוט יותר וניתן ליישמו אפילו עם טיימר 555.

הכניסה היא JP1, היא מחוברת למנוע BLDC. הפלט הוא JP2, הוא מחובר לסוללה או לד.

שלב 2: ההתקנה

על מנת לבדוק את המעגל, ערכתי התקנה עם שני מנועים המחוברים באופן מכני עם יחס הילוכים של אחד (ראה תמונה). יש מנוע DC אחד מוברש קטן ו- BLDC אחד המשמש כגנרטור. אני יכול לבחור מתח על אספקת החשמל שלי ולהניח שהמנוע המוברש הקטן מתנהג באופן משוער כטורבינת רוח: בלי לשבור מומנט הוא מגיע למהירות מרבית. אם מופעל מומנט שבירה, המנוע מאט (במקרה שלנו מהירות המומנט-מהירות היא לינארית ועבור טורבינות רוח אמיתיות זה בדרך כלל פרבולה).

המנוע הקטן מחובר לאספקת החשמל, ה- BLDC מחובר למעגל MPPT והעומס הוא נורית הספק (1W, TDS-P001L4) עם מתח קדימה של 2.6 וולט. נורית LED זו מתנהגת בקירוב כמו סוללה: אם המתח נמוך מ -2.6, לא זרם נכנס לנורית, אם המתח מנסה לעלות מעל 2.6, הזרם מוצף והמתח מתייצב סביב 2.6.

הקוד זהה למאמר האחרון. כבר הסברתי כיצד לטעון אותו בבקר המיקרו וכיצד הוא פועל במאמר האחרון הזה. שיניתי מעט את הקוד הזה כדי להגיע לתוצאות המוצגות.

שלב 3: תוצאות

לניסוי זה השתמשתי בנורית החשמל כעומס. יש לו מתח קדימה של 2.6 וולט. כשהמתח מתייצב סביב 2.6, הבקר מדד רק את הזרם.

1) אספקת חשמל ב -5.6 וולט (קו אדום בגרף)

• מהירות דקה גנרטור 1774 סל"ד (מחזור עבודה = 0.8)
• מהירות מקסימלית של גנרטור 2606 סל"ד (מחזור עבודה = 0.2)
• הספק מרבי של גנרטור 156 mW (0.06 x 2.6)

2) אספקת חשמל ב 4 וולט (קו צהוב בגרף)

• מהירות דקה גנרטור 1406 סל"ד (מחזור עבודה = 0.8)
• מהירות מקסימלית של גנרטור 1646 סל"ד (מחזור עבודה = 0.2)
• הספק מרבי של גנרטור 52 mW (0.02 x 2.6)

Remarque: כאשר ניסיתי את המחולל BLDC עם הבקר הראשון, לא נמדד זרם עד שהמתח של אספקת החשמל הגיע ל -9 וולט. ניסיתי גם יחסי הילוכים שונים אך ההספק היה ממש נמוך בהשוואה לתוצאות המוצגות. אני לא יכול לנסות את ההפך: הסתעפות של מחולל המדרגות (Nema 17) בבקר הזה מכיוון שדרגה לא מייצרת מתח סינוס תלת פאזי.

שלב 4: דיון

לא ליניאריות נצפות בגלל המעבר בין המשך והפסקת הולכת המשרן.

יש לבצע בדיקה נוספת עם מחזורי עבודה גבוהים יותר כדי למצוא את נקודת ההספק המרבית.

המדידה הנוכחית נקייה מספיק בכדי לאפשר לבקר לפעול ללא צורך בסינון.

נראה כי הטופולוגיה הזו פועלת כראוי, אך אשמח לקבל את הערותיך כי אינני מומחה.

שלב 5: השוואה עם מחולל המדרגות

ההספק המרבי המופק טוב יותר עם ה- BLDC והבקר שלו.

הוספת כפיל מתח Delon יכולה להוריד את ההפרש אך הופיעו בו בעיות אחרות (המתח במהלך מהירות גבוהה יכול להיות גדול יותר מסוללת המתח ויש צורך בממיר באק).

מערכת BLDC פחות רועשת ולכן אין צורך לסנן את מדידות הזרם. זה מאפשר לבקר להגיב מהר יותר.

שלב 6: מסקנה

עכשיו אני חושב שאני מוכן להמשיך בצעד הקן שהוא: עיצוב טורבינות רוח ולבצע מדידות באתר ולבסוף לטעון סוללה ברוח!