Boost -muunnin pienille tuulivoimaloille: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Viimeisessä artikkelissani maksimaalisen tehopisteen seurannan (MPPT) ohjaimista esittelin vakiomenetelmän muuttuvan lähteen, kuten tuuliturbiinin, energian hyödyntämiseksi ja akun lataamiseksi. Käytetty generaattori oli askelmoottori Nema 17 (käytetty generaattorina), koska ne ovat halpoja ja saatavilla kaikkialla. Askelmoottorien suuri etu on, että ne tuottavat korkeita jännitteitä myös hitaasti pyörittäessään.

Tässä artikkelissa esittelen ohjaimen, joka on erityisesti suunniteltu pienitehoisille harjattomille tasavirtamoottoreille (BLDC). Näiden moottoreiden ongelmana on, että niiden on pyöritettävä nopeasti voidakseen tuottaa käyttökelpoisen jännitteen. Pyöritettäessä hitaasti indusoitu jännite on niin alhainen, että se joskus jopa ei salli diodin johtamista, ja kun se tapahtuu, virta on niin alhainen, että lähes mikään teho ei siirry turbiinista akkuun.

Tämä piiri tekee samanaikaisesti korjauksen ja tehostuksen. Se maksimoi generaattorin käämissä virtaavan virran ja tällä tavalla tehoa voidaan käyttää myös pienellä nopeudella.

Tämä artikkeli ei selitä piirin tekemistä, mutta jos olet kiinnostunut, tarkista viimeinen artikkeli.

Vaihe 1: Piiri

Kuten edellisessä artikkelissa, käytän Attiny45-mikro-ohjainta Arduino IDE: n kanssa. Tämä ohjain mittaa virtaa (R1-vastuksen ja op-vahvistimen avulla) ja jännitystä, laskee tehon ja muuttaa kolmen kytkentätransistorin käyttöjaksoa. Nämä transistorit kytketään yhteen ottamatta huomioon tuloa.

Kuinka se on mahdollista?

Koska käytän generaattorina BLDC-moottoria, jännitteet BLDC-liittimessä ovat kolmivaiheinen sinus: Kolme siniä siirretty 120 ° (vrt. 2. kuva). Hyvä asia tässä järjestelmässä on, että näiden sinun sinussi summa on nolla milloin tahansa. Joten kun kolme transistoria johtavat, niissä on kolme virtaa, mutta ne kumoavat toisensa maassa (vrt. Kolmas kuva). Valitsin MOSFET-transistorit, joilla on alhainen tyhjennyslähde. Tällä tavalla (tässä on temppu) induktorien virta maksimoidaan jopa pienillä jännitteillä. Mikään diodi ei johda tällä hetkellä.

Kun transistorit lakkaavat johtamasta, induktorivirran on mentävä jonnekin. Nyt diodit alkavat toimia. Se voi olla ylädiodi tai transistorin sisällä oleva diodi (tarkista, että transistori pystyy käsittelemään tällaista virtaa) (vrt. 4. kuva). Voit sanoa: Ok, mutta nyt se on kuin tavallinen sillan tasasuuntaaja. Kyllä, mutta nyt jännite on jo korotettu, kun diodeja käytetään.

Jotkut piirit käyttävät kuutta transistoria (kuten BLDC -ohjain), mutta sitten sinun on määritettävä jännite, jotta tiedät, mitkä transistorit on kytkettävä päälle tai pois. Tämä ratkaisu on yksinkertaisempi ja voidaan toteuttaa jopa 555 -ajastimella.

Tulo on JP1, se on kytketty BLDC -moottoriin. Lähtö on JP2, se on kytketty akkuun tai LED -valoon.

Vaihe 2: Asennus

Piirin testaamiseksi tein asennuksen kahdella moottorilla, jotka oli kytketty mekaanisesti yhden välityssuhteella (vrt. Kuva). Generaattorina on käytössä yksi pieni harjattu tasavirtamoottori ja yksi BLDC. Voin valita jännitteen virtalähteestäni ja olettaa, että pieni harjattu moottori käyttäytyy suunnilleen tuuliturbiinina: rikkomatta vääntömomenttia, se saavuttaa maksiminopeuden. Jos käytetään vääntömomenttia, moottori hidastuu (meidän tapauksessamme momentin ja nopeuden välinen suhde on lineaarinen ja todellisten tuuliturbiinien tapauksessa se on yleensä vertauskuva).

Pieni moottori on kytketty virtalähteeseen, BLDC on kytketty MPPT-piiriin ja kuorma on virran merkkivalo (1W, TDS-P001L4), jonka lähtöjännite on 2,6 volttia. Tämä LED käyttäytyy likimääräisesti kuin akku: jos jännite on alle 2,6, ei virtaa tule LEDiin, jos jännite yrittää ylittää 2,6, virta tulvii ja jännite vakautuu noin 2,6.

Koodi on sama kuin edellisessä artikkelissa. Tässä viimeisessä artikkelissa selitin jo kuinka ladata se mikro-ohjaimeen ja miten se toimii. Muokkasin tätä koodia hieman saadakseni esitetyt tulokset.

Vaihe 3: Tulokset

Tässä kokeessa käytin virran merkkivaloa kuormana. Sen etujännite on 2,6 volttia. Koska jännitys on vakiintunut noin 2,6: een, säädin mitasi vain virran.

1) Virtalähde 5,6 V (punainen viiva kaaviossa)

• generaattorin min. nopeus 1774 rpm (käyttöjakso = 0,8)
• generaattorin maksiminopeus 2606 rpm (käyttöjakso = 0,2)
• generaattorin maksimiteho 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Virtalähde 4 V (keltainen viiva kaaviossa)

• generaattorin min. nopeus 1406 rpm (käyttöjakso = 0,8)
• generaattorin maksiminopeus 1646 rpm (käyttöjakso = 0,2)
• generaattorin maksimiteho 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Kun kokeilin BLDC -generaattoria ensimmäisen ohjaimen kanssa, virtaa ei mitattu ennen kuin virtalähteen jännite saavutti 9 volttia. Kokeilin myös erilaisia vaihteita, mutta teho oli todella alhainen verrattuna esitettyihin tuloksiin. En voi yrittää päinvastoin: askelmoottorin haarautuminen (Nema 17) tällä ohjaimella, koska askelin ei tuota kolmivaiheista sinijännitettä.

Vaihe 4: Keskustelu

Epälineaarisuuksia havaitaan siirtymisen jatkamisen ja keskeyttämisen välillä induktorijohtamisen välillä.

Toinen testi olisi suoritettava korkeammilla käyttöjaksoilla suurimman tehopisteen löytämiseksi.

Virran mittaus on riittävän puhdas, jotta säädin voi toimia ilman suodatusta.

Tämä topologia näyttää toimivan kunnolla, mutta haluaisin saada kommenttisi, koska en ole asiantuntija.

Vaihe 5: Vertailu askelgeneraattoriin

Suurin käytettävissä oleva teho on parempi BLDC: llä ja sen ohjaimella.

Delonin jännitteen kaksinkertaistimen lisääminen voi pienentää eroa, mutta muita ongelmia ilmeni (jännite suurella nopeudella voi olla suurempi kuin jänniteakku ja tarvitaan buck -muunnin).

BLDC -järjestelmä on vähemmän meluisa, joten nykyisiä mittauksia ei tarvitse suodattaa. Sen avulla ohjain voi reagoida nopeammin.

Vaihe 6: Johtopäätös

Luulen nyt olevani valmis jatkamaan pesävaihetta, joka on: Tuuliturbiinien suunnittelu ja mittaukset paikan päällä ja lopulta akun lataaminen tuulen avulla!