Шағын жел турбиналарына арналған Boost түрлендіргіші: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Максималды қуат нүктелерін бақылау (MPPT) контроллері туралы соңғы мақалада мен жел турбинасы мен батареяны зарядтау сияқты айнымалы көзден келетін энергияны пайдаланудың стандартты әдісін көрсеттім. Мен қолданған генератор Nema 17 қадамдық қозғалтқышы болды (генератор ретінде пайдаланылады), себебі олар арзан және барлық жерде қол жетімді. Қадамдық қозғалтқыштардың үлкен артықшылығы - олар баяу айналдырғанда да жоғары кернеу береді.

Бұл мақалада мен аз қуатты щеткасыз тұрақты ток қозғалтқыштарына (BLDC) арнайы жасалған контроллерді ұсынамын. Бұл қозғалтқыштардың проблемасы - олар кернеуді алу үшін жылдам айналуы керек. Баяу айналдыру кезінде индукцияланған кернеу соншалықты төмен болады, ол кейде диодты өткізуге де мүмкіндік бермейді, ал ол кезде ток өте төмен болады, турбинадан аккумуляторға қуат өтпейді.

Бұл схема бір уақытта қалпына келтіруші мен күшейткішті жасайды. Ол генератордың катушкасында ағымды барынша арттырады, осылайша қуатты төмен жылдамдықта да қолдануға болады.

Бұл мақалада схеманы қалай жасау керектігі түсіндірілмеген, бірақ егер сізді қызықтырса, соңғы мақаланы қараңыз.

1 -қадам: Цикл

Өткен мақаладағыдай мен Arduino IDE бар Attiny45 микроконтроллерін қолданамын. Бұл контроллер токты (R1 резисторы мен оп-амп көмегімен) өлшейді, қуатты есептейді және үш ауыспалы транзистордың жұмыс циклін өзгертеді. Бұл транзисторлар кірісті ескерместен бірге ауысады.

Бұл қалай мүмкін?

Мен генератор ретінде BLDC қозғалтқышын қолданатындықтан, BLDC терминалындағы кернеу үш фазалы синус болып табылады: Үш синус 120 ° -қа ығысқан (2-суретті қараңыз). Бұл жүйенің жақсы жағы - бұл синустың қосындысы кез келген уақытта нөлге тең. Сонымен, үш транзистор өткізгенде, олардың ішінен үш су тасқыны болады, бірақ олар бір -бірін жерге тастайды (3 -суретті қараңыз). Мен MOSFET транзисторларын таңдадым, ағызу көзі төмен қарсылыққа ие. Осылайша (міне трюк) индукторлардағы ток тіпті төмен кернеулерде де максималды болады. Қазіргі уақытта диод өткізбейді.

Транзисторлар өткізуді тоқтатқан кезде, индуктивті ток бір жерге баруға мәжбүр болады. Енді диодтар жұмыс жасай бастайды. Бұл жоғарғы диодтар немесе транзистордың ішіндегі диодтар болуы мүмкін (транзистордың мұндай токты басқара алатынын тексеріңіз) (4 -суретті қараңыз). Сіз айта аласыз: Жақсы, бірақ қазір ол көпірдің кәдімгі түзеткішіне ұқсайды. Иә, бірақ қазір диодтар қолданылған кезде кернеу жоғарылайды.

Алты транзисторды қолданатын кейбір схемалар бар (BLDC драйвері сияқты), бірақ қай транзисторларды қосу немесе өшіру керектігін білу үшін кернеуді анықтау қажет. Бұл шешім қарапайым және оны 555 таймермен де қолдануға болады.

Кіріс JP1, ол BLDC қозғалтқышына қосылған. Шығу JP2 болып табылады, ол аккумуляторға немесе жарық диодына қосылған.

2 -қадам: Орнату

Схеманы тексеру үшін мен механикалық түрде бір беріліс коэффициентімен қосылған екі қозғалтқышы бар қондырма жасадым (суретті қараңыз). Генератор ретінде бір шағын щеткалы тұрақты ток қозғалтқышы мен бір BLDC бар. Мен қуат көзіндегі кернеуді таңдай аламын және шағын қозғалтқыш шамалы түрде жел турбинасы ретінде әрекет етеді деп есептей аламын: крутящий сәтсіз ол максималды жылдамдыққа жетеді. Егер сыну моменті қолданылса, қозғалтқыш баяулайды (біздің жағдайда айналу моментінің жылдамдығы сызықтық, ал нақты жел турбиналары үшін әдетте парабол болады).

Кіші қозғалтқыш қуат көзіне қосылған, BLDC MPPT тізбегіне қосылған және жүктеме-алдыңғы кернеуі 2,6 вольт болатын қуат светодиоды (1W, TDS-P001L4). Бұл жарық диодты аккумулятор сияқты әрекет етеді: егер кернеу 2,6 -дан төмен болса, жарық диодты диапазонға енгізбеңіз, егер кернеу 2,6 -дан асып кетуге тырысса, онда ток тасып кетеді және кернеу 2,6 шамасында тұрақталады.

Код соңғы мақаладағыдай. Мен оны микроконтроллерге қалай жүктеу керектігін және оның қалай жұмыс істейтінін осы соңғы мақалада түсіндірдім. Мен ұсынылған нәтижелерді алу үшін осы кодты сәл өзгерттім.

3 -қадам: Нәтижелер

Бұл эксперимент үшін мен қуат диодын жүктеме ретінде қолдандым. Оның тура кернеуі 2,6 вольт. Кернеу 2,6 шамасында тұрақтандырылғандықтан, контроллер тек токты өлшеді.

1) 5,6 В қуат көзі (графикте қызыл сызық)

• генератор мин жылдамдығы 1774 айн / мин (жұмыс циклы = 0,8)
• генератордың максималды жылдамдығы 2606 айн / мин (жұмыс циклы = 0,2)
• генератордың максималды қуаты 156 мВт (0,06 x 2,6)

2) қуат көзі 4 В (графикте сары жол)

• генератор мин жылдамдығы 1406 айн / мин (жұмыс циклы = 0,8)
• генератордың максималды жылдамдығы 1646 айн / мин (жұмыс циклы = 0,2)
• генератордың максималды қуаты 52 мВт (0,02 x 2,6)

Ремарк: Мен BLDC генераторын бірінші контроллермен сынап көргенімде, ток кернеуі 9 вольтке жеткенше ток өлшенбеді. Мен әр түрлі беріліс коэффициенттерін қолдандым, бірақ ұсынылған нәтижелермен салыстырғанда қуат өте төмен болды. Мен керісінше әрекет ете алмаймын: қадамдық генераторды (Nema 17) тармақтау, себебі қадам үш фазалы синус кернеуін шығармайды.

4 -қадам: талқылау

Сызықсыздықтар индуктор өткізгіштігін жалғастыру мен тоқтату арасындағы ауысуға байланысты байқалады.

Максималды қуат нүктесін табу үшін жоғары сынақ циклдерімен жүргізілуі керек.

Ағымдағы өлшеуіш контроллердің сүзгісіз жұмыс істеуіне жеткілікті таза.

Бұл топология дұрыс жұмыс істейтін сияқты, бірақ мен сіздің пікіріңізді білгім келеді, өйткені мен маман емеспін.

5 -қадам: Қадам генераторымен салыстыру

Ең көп алынатын қуат BLDC және оның контроллерімен жақсы.

Делон кернеуінің қосарлағышын қосу айырмашылықты төмендетуі мүмкін, бірақ басқа проблемалар пайда болды (жоғары жылдамдықтағы кернеу кернеу аккумуляторынан үлкен болуы мүмкін және кернеу түрлендіргіші қажет).

BLDC жүйесі аз шулы, сондықтан ағымдағы өлшемдерді сүзудің қажеті жоқ. Бұл контроллерге жылдам әрекет етуге мүмкіндік береді.

6 -қадам: Қорытынды

Енді мен ұялы қадамды жалғастыруға дайынмын деп ойлаймын: жел қондырғыларын жобалау және алаңда өлшеу, ақырында батареяны желмен зарядтау!