„Turbo Trainer Generator“: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Elektros generavimas pedalų jėga mane visada žavėjo. Štai mano požiūris į tai.

1 žingsnis: unikalus pardavimo taškas

Aš naudoju VESC6 variklio valdiklį ir 192KV variklį, kuris veikia kaip regeneracinis stabdys. Tai yra gana unikalu, nes veikia pedalų generatoriai, tačiau yra dar viena šio projekto dalis, kuri, mano manymu, yra nauja.

Važiuodami dviračiu kelyje turite inerciją, todėl pedalai sukasi labai pastoviai per visą revoliuciją. Turbo treniruokliai turi labai mažą inerciją, todėl spaudžiant pedalus ratas greitai įsibėgėja/sulėtėja ir tai atrodo nenatūralu. Smagračiai naudojami siekiant išlyginti šiuos greičio svyravimus. Stacionarūs dviračių treniruokliai dėl šios priežasties sveria toną.

Aš sugalvojau alternatyvų šios problemos sprendimą. Variklio valdiklis sukonfigūruotas taip, kad suktukas suktųsi „pastovaus greičio režimu“. „Arduino“prisijungia prie VESC6 per UART ir nuskaito variklio srovę (kuri yra tiesiogiai proporcinga rato sukimo momentui). „Arduino“palaipsniui koreguoja variklio apsisukimų dažnį, kad imituotų inerciją ir tempimą, kurį patiriate važiuodami dviračiu kelyje. Jis netgi gali imituoti laisvą važiavimą nuo kalno, veikdamas kaip variklis, kad ratas nesisuktų.

Jis veikia puikiai, kaip parodyta aukščiau esančioje diagramoje, rodančioje variklio apsisukimų dažnį. Važiuoti dviračiu nustojau prieš pat 2105 sekundes. Per kitas 8 sekundes galite pamatyti, kad rato greitis palaipsniui mažėja taip pat, kaip ir tada, jei nustosite mažu pedalu.

Vis dar yra labai nedidelių greičio svyravimų su pedalo paspaudimais. Bet tai taip pat tinka gyvenimui ir teisingai imituojama.

2 veiksmas: galios išvesties tikrinimas

Dviratis yra efektyviausias mechaninio darbo būdas. Naudojau VESC įrankį realaus laiko galios matavimui. Prieš dviračiu lygiai 2 minutes nulupiau rodmenis. Pedalavau tokiu intensyvumu, kurį, manau, galėjau išlaikyti apie 30 minučių.

Po 2 minučių matote, kad pagaminu 6,15 Wh. Tai atitinka vidutinę 185 W galią. Manau, kad tai gana gerai, atsižvelgiant į nuostolius.

Variklio sroves galite pamatyti aukščiau esančioje diagramoje. Jie greitai sureguliuojami VESC6, kad būtų išlaikytas pastovus variklio apsisukimų dažnis, nepaisant kintančio pedalo sukimo momento.

Kai pedalai sustoja, variklis pradeda sunaudoti šiek tiek energijos, kad ratas nesisuktų. Bent jau tol, kol „Arduino“nepastebės, kad jūs nemynate pedalų ir visiškai sustabdysite variklį. Akumuliatoriaus srovė prieš pat išjungimą atrodo beveik lygi nuliui, todėl galia turi būti ne didesnė kaip pora vatų, kad ratas aktyviai suktųsi.

3 žingsnis: pažvelkite į efektyvumą

Naudojant VESC6 labai padidėja efektyvumas. Jis variklio kintamosios srovės galią paverčia nuolatine galia daug geriau nei pilnas tilto lygintuvas. Manau, kad jis yra efektyvesnis nei 95%.

Trinties pavara greičiausiai yra silpnoji vieta, kiek tai susiję su efektyvumu. Pavažiavęs dviračiu 5 minutes padariau keletą šiluminių vaizdų.

Variklis 10 laipsnių patalpoje įkaito iki maždaug 45 laipsnių Celsijaus. Dviračio padanga taip pat būtų išsklaidžiusi šilumą. Diržinės varomos sistemos šiuo atžvilgiu pranoktų šį turbo generatorių.

Atlikau antrą 10 minučių bandymą, kurio vidutinė galia buvo 180 W. Po to variklis buvo per karštas, kad ilgai neliestų. Turbūt apie 60 laipsnių. Ir kai kurie varžtai per 3D spausdintą plastiką buvo atlaisvinti! Ant aplinkinių grindų taip pat buvo plona raudonų gumos dulkių plėvelė. Trinties pavaros sistemos žiaurios!

4 žingsnis: inercijos ir tempimo modeliavimas

Programinė įranga yra gana paprasta ir yra čia „GitHub“. Bendra funkcija nustatoma pagal šią eilutę:

RPM = RPM + (a*Motor_Current - b*RPM - c*RPM*RPM - GRADIENT);

Tai palaipsniui koreguoja kitą apsisukimų per minutę nustatytą vertę (ty mūsų greitį) pagal imituojamą veikiančią jėgą. Kadangi tai veikia 25 kartus per sekundę, tai veiksmingai integruoja jėgą laikui bėgant. Bendra jėga imituojama taip:

Jėga = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Pasipriešinimas riedėjimui iš esmės yra įtrauktas į gradiento terminą.

5 žingsnis: keletas kitų nuobodžių taškų

Turėjau pakoreguoti VESC PID greičio valdymo parametrus, kad gaučiau geresnius RPM. Tai buvo pakankamai lengva.

6 žingsnis: Ką aš išmokau

Aš sužinojau, kad trinties pavaros mechanizmai yra šlykštūs. Tik po 20 minučių dviračiu matau matomą padangų susidėvėjimą ir gumos dulkes. Jie taip pat neefektyvūs. Likusi sistemos dalis yra svajonė. Manau, kad diržu varomas generatorius gali gauti papildomą 10–20% efektyvumą, ypač esant didesniam apsisukimų dažniui. Didesni apsisukimai sumažintų variklio srovę ir sukeltų didesnę įtampą, kuri, manau, šiuo atveju pagerintų efektyvumą.

Mano namuose nėra pakankamai vietos, kad galėčiau nustatyti diržo varomą sistemos atm.