Жижиг салхин турбинуудын хамгийн их Power Point Tracker: 8 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Интернет дээр DIY салхин сэнс маш их байдаг боловч цөөхөн хүн олж авсан үр дүнг хүч, энергийн хувьд тодорхой тайлбарладаг. Түүнчлэн хүч, хүчдэл, гүйдэл хоёрын хооронд төөрөгдөл ихэвчлэн гардаг. Маш их цаг хугацаа өнгөрөхөд хүмүүс: "Би энэ хурцадмал байдлыг генератор дээр хэмжсэн!" Сайхан байна! Гэхдээ энэ нь та гүйдэл татаж, хүч чадалтай болно гэсэн үг биш юм (Хүч = хүчдэл x гүйдэл). Түүнчлэн нарны хэрэглээнд зориулагдсан гэрийн хийсэн MPPT (Maximum Power Point Tracker) хянагч олон байдаг боловч салхинд ашиглахад тийм ч их байдаггүй. Энэ байдлыг засахын тулд би энэ төслийг хийсэн.

Би 3.7V (нэг эсийн) лити -ион полимер батерейны хувьд бага чадалтай (<1W) MPPT цэнэг хянагч зохион бүтээсэн. Би жижиг зүйлээс эхлэв, учир нь би 3D хэвлэсэн салхин сэнсний өөр өөр загварыг харьцуулахыг хүсч байгаа бөгөөд эдгээр турбинуудын хэмжээ 1W -ээс хэтрэхгүй байх ёстой. Эцсийн зорилго бол дан станц эсвэл сүлжээнээс гадуур ямар нэгэн систем нийлүүлэх явдал юм.

Хянагчийг туршихын тулд би stepper мотортой холбогдсон жижиг DC мотортой тохиргоо хийсэн (NEMA 17). Stepper моторыг генератор болгон ашигладаг бөгөөд DC мотор нь турбины ирийг түлхэж буй салхийг дуурайх боломжийг олгодог. Дараагийн алхамд би асуудлыг тайлбарлаж, зарим чухал ойлголтуудыг нэгтгэн дүгнэх болно, хэрэв та самбар хийх сонирхолтой байгаа бол 3 -р алхам руу орно уу.

Алхам 1: Асуудал

Бид салхинаас кинетик энерги авч, түүнийг цахилгаан болгон хувиргаж, энэ цахилгааныг батерейнд хадгалахыг хүсч байна. Асуудал нь салхи хэлбэлзэж байгаа тул бэлэн байгаа эрчим хүчний хэмжээ ч бас хэлбэлздэг. Генераторын хүчдэл нь түүний хурдаас хамаардаг боловч батерейны хүчдэл тогтмол байдаг. Үүнийг бид хэрхэн шийдвэрлэх вэ?

Одоогийн гүйдэл нь тоормосны эргэлтийн моменттэй пропорциональ байдаг тул бид генераторын гүйдлийг зохицуулах хэрэгтэй. Үнэхээр механик ертөнц (Механик хүч = Торх x Хурд) ба цахилгаан ертөнц (Цахилгаан хүч = Одоогийн х Тэсдэл) хоёрын хооронд параллель байдаг (графикийг үзнэ үү). Цахилгаан хэрэгслийн талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг дараа хэлэлцэх болно.

Хамгийн их хүч хаана байна вэ? Тухайн салхины хурдны хувьд хэрэв бид турбиныг чөлөөтэй эргүүлэхийг зөвшөөрвөл (тоормосны эргэлтийн момент байхгүй) түүний хурд хамгийн их байх болно (мөн хүчдэл), гэхдээ бидэнд гүйдэл байхгүй тул хүч нь тэг болно. Нөгөө талаас, хэрэв бид хамгийн их гүйдэл авах юм бол турбиныг хэт их тоормослох, аэродинамикийн оновчтой хурданд хүрэхгүй байх магадлалтай. Эдгээр хоёр туйлын хооронд эргэлтийн моментийн хурд хамгийн их байх цэг байдаг. Энэ бол бидний хайж буй зүйл юм!

Одоо өөр өөр аргууд байдаг: Жишээлбэл, хэрэв та системийг тайлбарласан бүх тэгшитгэл, параметрүүдийг мэддэг бол салхины тодорхой хурд, турбины хурдны хамгийн сайн ажлын мөчлөгийг тооцоолж болно. Эсвэл, хэрэв та юу ч мэдэхгүй бол хянагчид хандаж хэлээрэй: Ажлын мөчлөгийг бага зэрэг өөрчилж, хүчийг тооцоол. Хэрэв энэ нь том бол энэ нь бид сайн чиглэлд шилжсэн гэсэн үг юм, тиймээс энэ чиглэлд үргэлжлүүлээрэй. Хэрэв энэ нь доогуур байвал ажлын мөчлөгийг эсрэг чиглэлд шилжүүлээрэй.

Алхам 2: Шийдэл

Эхлээд бид генераторын гаралтыг диодын гүүрээр залруулж, дараа нь батерейнд оруулсан гүйдлийг хурдасгуур хөрвүүлэгчээр зохицуулах хэрэгтэй. Бусад системүүд нь Бак эсвэл Бак өргөлтийн хөрвүүлэгч ашигладаг боловч бага чадалтай турбинтай тул батерейны хүчдэл нь генераторын гаралтаас үргэлж том байдаг гэж би боддог. Гүйдлийг зохицуулахын тулд хурдасгуур хөрвүүлэгчийн ажлын мөчлөгийг (Тон / (Тон+Тофф)) өөрчлөх хэрэгтэй.

Схемийн баруун талд байгаа хэсгүүдэд R2 дээрх хурцадмал байдлыг хэмжих ялгаатай оролттой өсгөгч (AD8603) харагдаж байна. Үр дүнг одоогийн ачааллыг хасахад ашигладаг.

Эхний зурган дээр бидний харж буй том конденсатор бол туршилт юм: Би хэлхээгээ Делон хүчдэлийн давхаржуулагч руу эргүүлэв. Дүгнэлтүүд сайн байгаа тул хэрэв илүү хүчдэл шаардлагатай бол хувиргалтыг хийхийн тулд конденсаторыг нэмэхэд л хангалттай.

Алхам 3: Материал ба багаж хэрэгсэл

Багаж хэрэгсэл

• Arduino эсвэл AVR програмист
• Мультиметр
• Тээрэмдэх машин эсвэл химийн аргаар нунтаглах (ПХБ -ийн загварыг өөрөө хийх)
• Гагнуурын төмөр, урсгал, гагнуурын утас
• Хясаа

Материал

• Бакелит нэг талт зэс хавтан (хамгийн багадаа 60*35 мм)
• Микроконтроллер Attiny45
• Үйлдлийн өсгөгч AD8605
• 100 инчийн индуктор
• 1 Schottky диод CBM1100
• 8 Schottky диод BAT46
• Транзистор ба конденсатор (0603 хэмжээтэй) (BillOfMaterial.txt -ийг үзнэ үү)

Алхам 4: ПХБ хийх

Би танд прототип хийх аргыг зааж өгч байна, гэхдээ хэрэв та гэртээ ПХБ хийж чадахгүй бол дуртай үйлдвэртээ захиалж болно.

Би CNC болгон хөрвүүлсэн ProxxonMF70 ба гурвалжин төгсгөлтэй тээрэм ашигласан. G-код үүсгэхийн тулд би Eagle-ийн залгаасыг ашигладаг.

Дараа нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг багаас нь эхлэн гагнана.

Зарим холболт байхгүй байгааг та харж болно, энд би гараараа үсрэлт хийдэг. Би муруй резистор хөлийг гагнана (зураг харна уу).

Алхам 5: Микроконтроллер програмчлал

Би Arduino (Adafruit pro-trinket ба FTDI USB кабель) ашиглан Attiny45 микро хянагчийг програмчилж байна. Файлуудыг компьютер дээрээ татаж аваад хянагчийн зүүг холбоно уу.

1. arduino зүү 11 рүү
2. arduino зүү 12 руу
3. arduino pin 13 руу (програмчлахгүй байх үед хянагч Вин (хүчдэл мэдрэгч) рүү)
4. arduino зүү 10 руу
5. arduino pin 5V хүртэл
6. to arduino pin G

Дараа нь кодыг хянагч дээр ачаална уу.

Алхам 6: Туршилтын тохиргоо

Би хянагчаа туршихын тулд энэ тохиргоог хийсэн болно (зураг харна уу). Би одоо хурдыг сонгож, хянагч хэрхэн хариу үйлдэл үзүүлэхийг харах боломжтой боллоо. Мөн би U -г үржүүлснээр хичнээн их эрчим хүч нийлүүлж байгааг тооцоолж чадна, мөн цахилгаан хангамжийн дэлгэц дээр харуулав. Хэдийгээр мотор нь салхин цахилгаан үүсгүүр шиг ажиллахгүй байгаа ч энэ нь тийм ч муу биш гэж би бодож байна. Үнэн хэрэгтээ, салхин цахилгаан үүсгүүрийн хувьд хөдөлгүүрийг эвдэх үед энэ нь удааширч, чөлөөтэй эргэхийг зөвшөөрөхөд хамгийн дээд хурдад хүрдэг. (эргэлтийн хурдны муруй нь DC хөдөлгүүрийн давчуу шугам, салхин сэнсний парабол юм)

Би жижиг DC моторыг хамгийн үр ашигтай эргүүлэх, бага хурдтай салхин сэнсний хувьд 3 м/сек хурдтай хөдөлгүүрийг дунджаар 200 эрг/мин эргүүлэхийн тулд багасгах хурдны хайрцгийг (16: 1) тооцоолсон.)

Алхам 7: Үр дүн

Энэхүү туршилтын хувьд (эхний график) би цахилгаан LED -ийг ачаалал болгон ашигласан. Энэ нь урагш 2.6 вольтын хүчдэлтэй. 2.6 орчимд хурцадмал байдал тогтворжсон тул би зөвхөн гүйдлийг хэмжсэн.

1) Цахилгаан хангамж 5.6 В (график дээрх цэнхэр шугам 1)

• генераторын мин хурд 132 эрг / мин
• генераторын хамгийн дээд хурд 172 эрг / мин
• генераторын хамгийн их хүч 67 мВт (26 мА х 2.6 В)

2) Цахилгаан хангамж 4 В (график дээрх улаан шугам 1)

• генераторын мин хурд 91 эрг / мин
• генераторын хамгийн дээд хурд 102 эрг / мин
• генераторын хамгийн их хүч 23 мВт (9 мА х 2.6 В)

Сүүлийн туршилтаар (хоёр дахь график) хүчийг хянагч шууд тооцдог. Энэ тохиолдолд 3.7 В-ийн ли-по батерейг ачаалал болгон ашигласан болно.

генераторын хамгийн их хүч 44 мВт

Алхам 8: Хэлэлцүүлэг

Эхний график нь энэхүү тохиргооноос бидний хүлээж болох хүч чадлын тухай ойлголтыг өгдөг.

Хоёрдахь графикаас харахад орон нутгийн хамгийн дээд хэмжээ байдаг. Энэ нь эдгээр орон нутгийн иргэдэд хамгийн ихээр гацдаг тул энэ нь зохицуулагчийн хувьд асуудал юм. Шугаман бус байдал нь индуктор дамжуулалтыг үргэлжлүүлэх ба таслах хооронд шилжсэнтэй холбоотой юм. Сайн зүйл бол энэ нь үргэлж ижил үүргийн мөчлөгийн хувьд тохиолддог (генераторын хурдаас хамаардаггүй). Хянагчийг орон нутгийн дээд хэмжээнд байлгахгүйн тулд би ажлын мөчлөгийн хязгаарыг [0.45 0.8] болгож хязгаарладаг.

Хоёрдахь график дээр хамгийн ихдээ 0.044 ватт байна. Ачаалал нь 3.7 вольтын нэг эсийн Li-po батерей байв. Энэ нь цэнэглэх гүйдэл 12 мА байна гэсэн үг юм. (I = P/U). Энэ хурдаар би 500 мАч хүч чадлыг 42 цагийн дотор цэнэглэж эсвэл суулгагдсан микро хянагч ажиллуулахад ашиглаж болно (жишээлбэл, MPPT хянагчийн Attiny). Салхи илүү хүчтэй үлээх болно гэж найдаж байна.

Мөн энэ тохиргоонд миний анзаарсан зарим асуудлууд энд байна.

• Батерейны хэт хүчдэлийг хянадаггүй (батерейнд хамгаалалтын хэлхээ байдаг)
• Stepper мотор нь дуу чимээ ихтэй тул би хэмжилтийг 0.6 секундын турш дунджаар хийх ёстой.

Эцэст нь би BLDC -тэй өөр туршилт хийхээр шийдсэн. BLDC -д өөр топологи байдаг тул би шинэ самбар зохион бүтээх шаардлагатай болсон. Эхний график дээр авсан үр дүнг хоёр генераторыг харьцуулах болно, гэхдээ би удахгүй бүх зүйлийг өөр зааварчилгаар тайлбарлах болно.