„Boost Converter“mažoms vėjo turbinoms: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Paskutiniame savo straipsnyje apie didžiausios galios taško stebėjimo (MPPT) valdiklius parodžiau standartinį metodą, kaip išnaudoti energiją, gaunamą iš kintamo šaltinio, pavyzdžiui, vėjo jėgainės, ir įkrauti akumuliatorių. Mano naudojamas generatorius buvo žingsninis variklis „Nema 17“(naudojamas kaip generatorius), nes jie yra pigūs ir prieinami visur. Didelis žingsninių variklių pranašumas yra tas, kad jie sukuria aukštą įtampą net lėtai sukdamiesi.

Šiame straipsnyje pristatau valdiklį, specialiai sukurtą mažos galios bešepetėliams nuolatinės srovės varikliams (BLDC). Šių variklių problema yra ta, kad norint greitai išnaudoti įtampą, jie turi greitai suktis. Sukant lėtai, sukeltos įtampos lygis yra toks žemas, kad kartais net neleidžia laidyti diodų, o kai tai daroma, srovė yra tokia maža, kad iš turbinos į akumuliatorių beveik nėra energijos.

Ši grandinė tuo pačiu metu atlieka perpildymą ir padidinimą. Tai maksimaliai padidina srovę, tekančią generatoriaus ritėje, ir tokiu būdu galia gali būti naudojama net ir mažu greičiu.

Šiame straipsnyje nepaaiškinama, kaip sukurti grandinę, bet jei jus domina, patikrinkite paskutinį straipsnį.

1 žingsnis: grandinė

Kaip ir paskutiniame straipsnyje, naudoju mikrovaldiklį „Attiny45“su „Arduino IDE“. Šis valdiklis matuoja srovę (naudojant R1 rezistorių ir op-amp) ir įtampą, apskaičiuoja galią ir pakeičia trijų perjungimo tranzistorių darbo ciklą. Šie tranzistoriai jungiami kartu, neatsižvelgiant į įvestį.

Kaip tai įmanoma?

Kadangi kaip generatorių naudoju BLDC variklį, įtampa BLDC terminale yra trifazis sinusas: trys sinusai pasislinko 120 ° (plg. 2 paveikslą). Šios sistemos geras dalykas yra tai, kad šių sinusų suma bet kuriuo metu yra nulinė. Taigi, kai veikia trys tranzistoriai, į juos patenka trys srovės, tačiau jos viena kitą panaikina žemėje (plg. 3 paveikslą). Aš pasirinkau MOSFET tranzistorius su mažu nutekėjimo šaltinio atsparumu. Tokiu būdu (čia yra triukas) srovė induktoriuose yra maksimaliai padidinta net esant žemai įtampai. Šiuo metu nėra diodų.

Kai tranzistoriai nustoja veikti, induktoriaus srovė turi kažkur eiti. Dabar diodai pradeda veikti. Tai gali būti viršutiniai diodai arba diodai tranzistoriaus viduje (patikrinkite, ar tranzistorius gali valdyti tokią srovę) (plg. 4 paveikslą). Galite pasakyti: Gerai, bet dabar tai yra kaip įprastas tilto lygintuvas. Taip, bet dabar, kai naudojami diodai, įtampa jau padidėja.

Kai kuriose grandinėse naudojami šeši tranzistoriai (pvz., BLDC tvarkyklė), tačiau tuomet reikia nustatyti įtampą, kad žinotumėte, kuriuos tranzistorius reikia įjungti arba išjungti. Šis sprendimas yra paprastesnis ir netgi gali būti įgyvendintas naudojant 555 laikmatį.

Įvestis yra JP1, ji prijungta prie BLDC variklio. Išvestis yra JP2, ji prijungta prie akumuliatoriaus arba šviesos diodo.

2 žingsnis: sąranka

Norėdami išbandyti grandinę, aš sukonfigūravau du variklius, mechaniškai sujungtus su pavaros santykiu vienas (žr. Paveikslėlį). Yra vienas mažas šepečiu nuolatinės srovės variklis ir vienas BLDC, naudojamas kaip generatorius. Galiu pasirinkti įtampą savo maitinimo šaltinyje ir daryti prielaidą, kad mažas šepečiu variklis veikia apytiksliai kaip vėjo turbina: nesulaužant sukimo momento, jis pasiekia maksimalų greitį. Jei taikomas sukimo momentas, variklis sulėtėja (mūsų atveju sukimo momento ir greičio santykis yra tiesinis, o tikroms vėjo turbinoms dažniausiai tai yra parabolas).

Mažas variklis prijungtas prie maitinimo šaltinio, BLDC prijungtas prie MPPT grandinės, o apkrova yra maitinimo šviesos diodas (1W, TDS-P001L4), kurio priekinė įtampa yra 2,6 voltai. Šis šviesos diodas elgiasi apytiksliai kaip akumuliatorius: jei įtampa yra žemesnė nei 2,6, ne srovė patenka į šviesos diodą, jei įtampa bando viršyti 2,6, srovė užlieja ir įtampa stabilizuojasi apie 2,6.

Kodas yra toks pat kaip ir paskutiniame straipsnyje. Šiame paskutiniame straipsnyje jau paaiškinau, kaip jį įkelti į mikrovaldiklį ir kaip jis veikia. Aš šiek tiek pakeičiau šį kodą, kad gaučiau pateiktus rezultatus.

3 žingsnis: Rezultatai

Šiam eksperimentui aš naudoju maitinimo šviesos diodą kaip apkrovą. Jo priekinė įtampa yra 2,6 voltai. Kadangi įtampa stabilizuojasi apie 2,6, valdiklis matavo tik srovę.

1) 5,6 V maitinimo šaltinis (raudona linija grafike)

• generatoriaus min. greitis 1774 aps / min (darbo ciklas = 0,8)
• maksimalus generatoriaus greitis 2606 aps / min (darbo ciklas = 0,2)
• maksimali generatoriaus galia 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Maitinimas esant 4 V (geltona linija grafike)

• generatoriaus min. greitis 1406 aps / min (darbo ciklas = 0,8)
• maksimalus generatoriaus greitis 1646 aps / min (darbo ciklas = 0,2)
• maksimali generatoriaus galia 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Kai išbandžiau BLDC generatorių su pirmuoju valdikliu, srovė nebuvo matuojama, kol maitinimo įtampa nepasiekė 9 voltų. Aš taip pat išbandžiau skirtingus pavarų santykius, tačiau galia buvo tikrai maža, palyginti su pateiktais rezultatais. Negaliu pabandyti priešingai: šiam valdikliui padalinti žingsninį generatorių („Nema 17“), nes žingsninis aparatas nesukuria trifazės sinusinės įtampos.

4 žingsnis: diskusija

Stebimi netiesiškumai dėl perėjimo tarp induktoriaus laidumo tęsimo ir nutraukimo.

Kitas bandymas turėtų būti atliekamas naudojant didesnius darbo ciklus, kad būtų galima rasti didžiausią galios tašką.

Dabartiniai matavimai yra pakankamai švarūs, kad valdiklis veiktų be filtravimo.

Atrodo, kad ši topologija veikia tinkamai, bet norėčiau jūsų komentarų, nes nesu specialistas.

5 žingsnis: palyginimas su žingsniniu generatoriumi

Didžiausia išgaunama galia yra geresnė naudojant BLDC ir jo valdiklį.

Pridėjus „Delon“įtampos dvigubinimo koeficientą, skirtumas gali sumažėti, tačiau su juo atsirado ir kitų problemų (didelės spartos metu įtampa gali būti didesnė nei įtampos baterija, todėl reikalingas „Buck“keitiklis).

BLDC sistema yra mažiau triukšminga, todėl nereikia filtruoti dabartinių matavimų. Tai leidžia valdikliui reaguoti greičiau.

6 žingsnis: Išvada

Dabar manau, kad esu pasirengęs tęsti lizdo žingsnį, kuris yra: vėjo jėgainių projektavimas, matavimai vietoje ir galiausiai vėjo įkrovimas!