Шағын жел турбиналары үшін максималды Power Point трекері: 8 қадам

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

Интернетте DIY жел турбинасы көп, бірақ олардың нәтижесін қуат немесе энергия тұрғысынан түсіндіретіндер аз. Сонымен қатар, қуат, кернеу мен ток арасында жиі шатасулар болады. Көп адамдар: «Мен бұл кернеуді генераторда өлшедім!» Жақсы! Бірақ бұл ток тартуға және қуат алуға болады дегенді білдірмейді (Қуат = кернеу x ток). Сонымен қатар, үйде қолдануға арналған MPPT (Maximum Power Point Tracker) контроллері көп, бірақ желге қолдану үшін онша көп емес. Мен бұл жағдайды түзету үшін осы жобаны жасадым.

Мен 3.7В (бір ұялы) литий -ионды полимерлі батареяларға арналған қуаты төмен (<1W) MPPT заряд реттегішін жасадым. Мен кішігірім нәрседен бастадым, себебі мен 3D түріндегі жел турбинасының әр түрлі дизайнын салыстырғым келеді және бұл турбиналардың көлемі 1 Вт -тан аспауы керек. Соңғы мақсат - жеке станцияны немесе кез келген желіден тыс жүйені жеткізу.

Контроллерді сынау үшін мен кіші тұрақты қозғалтқышы бар қадамдық қозғалтқышы бар қондырма жасадым (NEMA 17). Қадамдық қозғалтқыш генератор ретінде пайдаланылады, ал тұрақты ток қозғалтқышы турбиналық қалақтарды итеретін желді модельдеуге мүмкіндік береді. Келесі қадамда мен мәселені түсіндіремін және кейбір маңызды түсініктерді қорытындылаймын, сондықтан егер тақтаны жасау сізді қызықтырса, 3 -қадамға өтіңіз.

1 -қадам: Мәселе

Біз кинетикалық энергияны желден алып, оны электр энергиясына айналдырып, сол электр энергиясын батареяда сақтағымыз келеді. Мәселе мынада, жел өзгереді, сондықтан қолда бар энергия мөлшері де өзгереді. Сонымен қатар, генератордың кернеуі оның жылдамдығына байланысты, бірақ батареяның кернеуі тұрақты. Біз мұны қалай шеше аламыз?

Біз генератордың ағынын реттеуіміз керек, себебі ток тежеу моментіне пропорционалды. Шынында да, механикалық әлем (Механикалық қуат = Момент x Жылдамдық) мен электр әлемі (Электр қуаты = Ағым x Кернеу) арасында параллель бар (графикке қараңыз). Электроника туралы толық ақпарат кейінірек талқыланатын болады.

Максималды қуат қайда? Желдің берілген жылдамдығы үшін, егер біз турбинаның еркін айналуына мүмкіндік берсек (тежеу моменті жоқ), оның жылдамдығы максималды болады (және кернеу де), бірақ бізде ток жоқ, сондықтан қуат нөлге тең. Екінші жағынан, егер біз тартылған токты максимумға жеткізетін болсақ, онда турбина тым көп тежеліп, оңтайлы аэродинамикалық жылдамдыққа қол жеткізілмеуі мүмкін. Осы екі экстремум арасында айналу моментінің жылдамдығы бойынша туындысы максимум болатын нүкте бар. Бұл біз іздеген нәрсе!

Енді әр түрлі тәсілдер бар: Мысалы, егер сіз жүйені сипаттайтын барлық теңдеулер мен параметрлерді білсеңіз, желдің белгілі бір жылдамдығы мен турбина жылдамдығының ең жақсы жұмыс циклын есептеуге болады. Немесе, егер сіз ештеңе білмесеңіз, контроллерге: жұмыс циклін сәл өзгертіңіз, содан кейін қуатты есептеңіз. Егер ол үлкен болса, бұл біз жақсы бағытта қозғалғанымызды білдіреді, сондықтан сол бағытта жүре беріңіз. Егер ол төмен болса, жұмыс циклін қарама -қарсы бағытта жылжытыңыз.

2 -қадам: Шешім

Алдымен біз генератордың шығуын диод көпірімен түзетуіміз керек, содан кейін аккумулятордағы енгізілген ток күшейткіш түрлендіргішпен реттелуі керек. Басқа жүйелерде долларды немесе долларды күшейтетін түрлендіргіш қолданылады, бірақ менде турбинасы аз болғандықтан, мен батареяның кернеуі генератордың шығысынан әрқашан үлкен болады деп ойлаймын. Токты реттеу үшін күшейткіш түрлендіргіштің жұмыс циклын (Тон / (Тон+Тофф)) өзгерту керек.

Схеманың оң жағындағы бөліктерде R2 кернеуін өлшеуге арналған айырмашылық кірісі бар күшейткіш (AD8603) көрсетілген. Нәтиже ағымдағы жүктемені азайту үшін қолданылады.

Біз бірінші суретте көріп отырған үлкен конденсаторлар - бұл эксперимент: мен тізбегімді Делон кернеуінің қосқышына айналдырдым. Қорытынды жақсы, егер қосымша кернеу қажет болса, түрлендіру үшін конденсаторларды қосыңыз.

3 -қадам: құралдар мен материалдар

Құралдар

• Arduino немесе AVR бағдарламашысы
• Мультиметр
• Фрезерлік станок немесе химиялық өңдеу (ПХД прототипін өзіңіз жасау үшін)
• Пісіру үтігі, ағын, дәнекерлеу сымы
• Пинцет

Материал

• Бакелит бір жақты мыс пластина (минимум 60*35 мм)
• Attiny45 микроконтроллері
• AD8605 операциялық күшейткіші
• Индуктор 100Ф
• 1 Schottky диод CBM1100
• 8 Schottky диод BAT46
• Транзисторлар мен конденсаторлар (өлшемі 0603) (қараңыз: BillOfMaterial.txt)

4 -қадам: ПХД жасау

Мен сізге прототиптеу әдісін көрсетемін, бірақ, әрине, егер сіз үйде ПХД жасай алмасаңыз, оны сүйікті зауытқа тапсырыс бере аласыз.

Мен CNC түрлендірілген ProxxonMF70 мен үшбұрышты ұшты диірменді қолдандым. G-кодын жасау үшін мен Eagle плагинін қолданамын.

Содан кейін компоненттер кішіден бастап дәнекерленеді.

Сіз кейбір байланыстардың жоқ екенін байқай аласыз, бұл жерде мен қолмен секіремін. Мен қисық резистордың аяқтарын дәнекерлеймін (суретті қараңыз).

5 -қадам: Микроконтроллер бағдарламалау

Мен Attiny45 микроконтроллерін бағдарламалау үшін Arduino (Adafruit pro-trinket және FTDI USB кабелі) қолданамын. Файлдарды компьютерге жүктеңіз, контроллердің түйреуіштерін қосыңыз:

1. arduino пин 11
2. arduino пин 12
3. arduino pin 13 -ке (Вин контроллеріне (кернеу сенсоры) бағдарламаланбаған кезде)
4. arduino пин 10
5. arduino pin 5V
6. arduino пин G үшін

Содан кейін контроллерге кодты жүктеңіз.

6 -қадам: тестілеуді орнату

Мен бұл реттеуді (суретті қараңыз) контроллерімді тексеру үшін жасадым. Мен қазір жылдамдықты таңдай аламын және контроллердің қалай әрекет ететінін көре аламын. Мен U -ны көбейту арқылы қанша қуат жеткізілетінін есептей аламын және мен қуат көзінің экранында көрсеттім. Қозғалтқыш жел турбинасы сияқты жұмыс жасамаса да, менің ойымша, бұл жуықтау соншалықты жаман емес. Шынында да, жел турбинасы ретінде, сіз моторды сындырсаңыз, ол баяулайды және оны еркін айналдыруға мүмкіндік бергенде, ол максималды жылдамдыққа жетеді. (крутящий жылдамдық қисығы-бұл тұрақты ток қозғалтқышы үшін жел сызығы және жел турбиналары үшін парабола түрі)

Мен кіші тұрақты ток қозғалтқышын ең тиімді жылдамдықпен айналдыру үшін және қысымы төмен жел турбинасы (3 м/с) үшін орташа жылдамдықпен (200 айн/мин) айналу үшін редукторлық беріліс қорабын (16: 1) есептедім.)

7 -қадам: Нәтижелер

Бұл эксперимент үшін (бірінші график) жүктеме ретінде қуат диодты қолдандым. Оның тура кернеуі 2,6 вольт. Кернеу 2,6 шамасында тұрақтандырылғандықтан, мен тек ток өлшедім.

1) 5,6 В кернеу көзі (1 -графикте көк сызық)

• генератордың минималды жылдамдығы 132 айн / мин
• генератордың максималды жылдамдығы 172 айн / мин
• генератордың максималды қуаты 67 мВт (26 мА х 2,6 В)

2) 4 В қуат көзі (1 -графикте қызыл сызық)

• генератор минималды жылдамдығы 91 айн / мин
• генератордың максималды жылдамдығы 102 айн / мин
• генератордың максималды қуаты 23 мВт (9 мА х 2,6 В)

Соңғы экспериментте (екінші график) қуатты контроллер тікелей есептейді. Бұл жағдайда жүктеме ретінде 3,7 В li-po аккумуляторы пайдаланылады.

генератордың максималды қуаты 44 мВт

8 -қадам: талқылау

Бірінші график осы қондырғыдан күтуге болатын күш туралы түсінік береді.

Екінші график кейбір жергілікті максимумдар бар екенін көрсетеді. Бұл реттеуші үшін проблема, себебі ол жергілікті тұрғындарға максималды түрде жабысып қалады. Сызықсыздық индуктор өткізгіштігін жалғастыру мен тоқтату арасындағы ауысуға байланысты. Жақсы нәрсе, бұл әрқашан бірдей жұмыс циклі үшін болады (генератордың жылдамдығына байланысты емес). Жергілікті максимумда контроллердің тұрып қалуын болдырмау үшін, мен жай ғана жұмыс циклінің ауқымын [0,45 0,8] -мен шектеймін.

Екінші график максимум 0,044 ватт көрсетеді. Жүктеме 3,7 вольтты бір ұялы батарея болды. Бұл зарядтау тогының 12 мА болатынын білдіреді. (I = P/U). Бұл жылдамдықта мен 42 сағат ішінде 500 мАч зарядтай аламын немесе оны ендірілген микроконтроллерді іске қосуға қолдана аламын (мысалы, MPPT контроллері үшін Attiny). Жел күшейеді деп үміттенемін.

Сондай -ақ, мен осы баптаумен байқаған кейбір мәселелер бар:

• Батареяның кернеуі бақыланбайды (батареяда қорғаныс тізбегі бар)
• Қадамдық қозғалтқыштың шу деңгейі жоғары, сондықтан мен ұзақ уақыт бойы өлшеуді 0,6 сек.

Ақырында мен BLDC көмегімен тағы бір тәжірибе жасауды шештім. BLDC -тің басқа топологиясы болғандықтан, мен жаңа тақтаны жобалауға тура келді. Бірінші графикте алынған нәтижелер екі генераторды салыстыру үшін пайдаланылады, бірақ мен бәрін жақын арада басқа нұсқаулықта түсіндіремін.