Turbo Trainer Generator: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Sähkön tuottaminen poljinvoimalla on aina kiehtonut minua. Tässä minun käsitykseni asiasta.

Vaihe 1: Ainutlaatuinen myyntipiste

Käytän VESC6 -moottorinohjainta ja 192KV: n ulostuloa, jotka toimivat regeneratiivisena jarruna. Tämä on melko ainutlaatuista, kun poljingeneraattorit menevät, mutta tässä projektissa on mielestäni uusi osa.

Kun pyöräilet tiellä, sinulla on hitaus ja tämä pitää polkimet pyörimässä hyvin vakiona koko kierroksen ajan. Turbo -kouluttajilla on hyvin vähän hitautta, joten polkimia painettaessa pyörä kiihtyy/hidastuu nopeasti ja tämä tuntuu luonnotonta. Vauhtipyöriä käytetään tasoittamaan näitä nopeuden vaihteluita. Kiinteät pyöräkouluttajat painavat tästä syystä tonnin.

Olen keksinyt vaihtoehtoisen ratkaisun tähän ongelmaan. Moottorinohjain on konfiguroitu pyörimään ulostuloa "vakionopeustilassa". Arduino muodostaa yhteyden VESC6: een UARTin kautta ja lukee moottorin virran (joka on suoraan verrannollinen pyörän vääntömomenttiin). Arduino säätää moottorin kierrosluvun asetuspistettä vähitellen simuloidakseen hitautta ja vetovoimaa, jonka koet pyöräilyllä tiellä. Se voi jopa simuloida vapaata pyörimistä mäkeä alas toimimalla moottorina pitämään pyörän pyörimässä.

Se toimii loistavasti, kuten yllä oleva kaavio osoittaa moottorin kierrosluvun. Lopetin pyöräilyn juuri ennen 2105 sekuntia. Näet seuraavan 8 sekunnin aikana, että pyörän nopeus laskee vähitellen aivan kuten se olisi, jos lopettaisit polkemisen pienellä kaltevuudella.

Poljinnopeuksissa on edelleen hyvin pieniä nopeusvaihteluita. Mutta se on totta myös elämälle ja simuloitu oikein.

Vaihe 2: Virtalähteen testaus

Pyöräily on tehokkain tapa tehdä mekaanista työtä. Käytin VESC -työkalua reaaliaikaisen tehon mittaamiseen. Nollasin lukemat ennen pyöräilyä tasan 2 minuutin ajan. Poljin voimakkuudella, jonka olisin mielestäni voinut pitää noin 30 minuuttia.

Kahden minuutin kuluttua näet, että tuotin 6,15 Wh. Tämä vastaa 185 W.

Näet moottorin virrat yllä olevasta kaaviosta. VESC6 säätää ne nopeasti, jotta moottorin kierrosluku pysyy vakiona huolimatta polkemisen aiheuttamasta vaihtelevasta vääntömomentista.

Kun polkeminen pysähtyy, moottori alkaa kuluttaa pientä voimaa pitääkseen pyörän pyörimässä. Ainakin kunnes Arduino huomaa, ettet polje ja pysäytä moottori kokonaan. Akun virta näyttää olevan lähes nolla juuri ennen sammutusta, joten virran on oltava enintään pari wattia, jotta pyörä todella pyörii aktiivisesti.

Vaihe 3: Tarkastellaan tehokkuutta

VESC6: n käyttö parantaa tehokkuutta huomattavasti. Se muuntaa moottorin vaihtovirran tasavirtalähteeksi huomattavasti paremmin kuin täyden sillan tasasuuntaaja. Luulen, että se on yli 95% tehokas.

Kitka -asema on todennäköisesti heikko kohta tehokkuuden osalta. Viiden minuutin pyöräilyn jälkeen otin lämpökuvia.

Moottorin lämpötila oli noin 45 astetta 10 asteen huoneessa. Pyörän rengas olisi myös poistanut lämpöä. Hihnakäyttöiset järjestelmät ylittäisivät tämän turbogeneraattorin tässä suhteessa.

Tein toisen 10 minuutin testin, jonka keskiarvo oli 180 W. Tämän jälkeen moottori oli liian kuuma koskettaakseen pitkään. Varmaan noin 60 astetta. Ja jotkut 3D -tulostetun muovin pultit löysivät! Ympäröivällä lattialla oli myös ohut kalvo punaista kumipölyä. Kitka -ajojärjestelmät ovat perseestä!

Vaihe 4: Inertian ja vetämisen simulointi

Ohjelmisto on melko yksinkertainen ja on täällä GitHubissa. Yleinen toiminto määritetään tällä rivillä:

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

Tämä säätää asteittain seuraavan kierrosluvun asetuspisteen (eli nopeutemme) käytetyn simuloidun voiman perusteella. Koska tämä juoksee 25 kertaa sekunnissa, se integroi voiman tehokkaasti ajan myötä. Kokonaisvoimaa simuloidaan seuraavasti:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Vierintävastus sisältyy olennaisesti kaltevuustermiin.

Vaihe 5: Muutama tylsää pistettä

Minun piti säätää VESC: n PID -nopeuden säätöparametreja saadakseni paremmat RPM -pitot. Se oli tarpeeksi helppoa.

Vaihe 6: Mitä olen oppinut

Olen oppinut, että kitkakäyttömekanismit ovat paskoja. Vain 20 minuutin pyöräilyn jälkeen näen näkyvän renkaan kulumisen ja kumipölyn. Ne ovat myös tehottomia. Muu järjestelmä toimii unelmana. Uskon, että hihnakäyttöinen generaattori voisi saada ylimääräisen 10-20% hyötysuhteen erityisesti korkeammilla kierroksilla. Korkeammat kierrosluvut vähentäisivät moottorivirtoja ja tuottavat korkeampia jännitteitä, mikä mielestäni parantaisi tehokkuutta tässä tapauksessa.

Minulla ei ole riittävästi tilaa talossani hihnakäyttöisen järjestelmän atm: n asettamiseen.