Turbo Trainer Generator: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Генерирането на електричество чрез захранване с педали винаги ме е очаровало. Ето моето мнение по въпроса.

Стъпка 1: Уникална точка на продажба

Използвам контролер на двигателя VESC6 и изпускател 192KV, работещ като регенеративна спирачка. Това е доста уникално, тъй като въртят педалните генератори, но има още една част от този проект, която според мен е нова.

При колоездене по пътя имате инерция и това поддържа въртенето на педалите много постоянно през един оборот. Турбо тренажорите имат много малка инерция, така че при натискане на педалите колелото ускорява/забавя бързо и това се чувства неестествено. В опит да се изгладят тези колебания на скоростта се използват маховици. Поради тази причина стационарните обувки за велосипеди тежат един тон.

Измислих алтернативно решение на този проблем. Контролерът на двигателя е конфигуриран да върти изпреварващия в „режим на постоянна скорост“. Arduino се свързва към VESC6 чрез UART и отчита тока на двигателя (който е правопропорционален на въртящия момент на колелото). Arduino регулира постепенно зададената стойност на оборотите на двигателя, за да симулира инерцията и плъзгане, което бихте изпитали при колоездене по път. Той дори може да симулира свободно движение по хълм, като работи като двигател, за да поддържа въртенето на колелото.

Той работи блестящо, както се вижда от графиката по -горе, показваща оборотите на двигателя. Спрях да карам малко преди 2105 секунди. Можете да видите през следващите 8 секунди, скоростта на колелото постепенно намалява, както би било, ако спрете да въртите педалите леко на наклон.

Все още има много леки вариации на скоростта с ходовете на педалите. Но това също е вярно за живота и е симулирано правилно.

Стъпка 2: Тестване на изходната мощност

Колоезденето е най -ефективният начин за извършване на механична работа. Използвах инструмента VESC за измерване на изходната мощност в реално време. Нулирах показанията преди да карам велосипед точно за 2 минути. Аз въртях педали с интензивност, която смятам, че бих могъл да поддържам за около 30 минути.

След 2 минути можете да видите, че съм произвел 6.15 Wh. Което съответства на средна изходна мощност от 185 W. Мисля, че това е доста добре, като се имат предвид загубите.

Можете да видите токовете на двигателя в графиката по -горе. Те бързо се регулират от VESC6, за да поддържат постоянни обороти на двигателя въпреки променливия въртящ момент, упражняван от педалите.

Когато педалите спират, двигателят започва да изразходва малко енергия, за да поддържа въртенето на колелото. Поне докато Arduino забележи, че не въртите педалите и спира двигателя напълно. Токът на батерията изглежда почти нулев точно преди изключване, така че мощността трябва да бъде най -много няколко вата, за да се върти активно колелото активно.

Стъпка 3: Разглеждане на ефективността

Използването на VESC6 значително подобрява ефективността. Той преобразува променливотоковата мощност на двигателя в постоянна мощност значително по -добре от пълномостовия токоизправител. Смятам, че е над 95% ефективна.

Задвижването с триене вероятно е слабото място по отношение на ефективността. След колоездене в продължение на 5 минути направих няколко термични изображения.

Моторът достигна около 45 градуса по Целзий в стая с 10 градуса. Гумата на велосипеда също би разсеяла топлината. Системите с ремъчно задвижване биха надминали този турбогенератор в това отношение.

Направих втори 10 -минутен тест, който беше средно 180 W. След това двигателят беше твърде горещ, за да се докосне за дълго време. Вероятно около 60 градуса. И някои от болтовете чрез 3D отпечатаната пластмаса бяха разхлабени! Имаше и тънък слой от червен каучуков прах по околния под. Системите за задвижване с триене са гадни!

Стъпка 4: Симулиране на инерция и плъзгане

Софтуерът е сравнително прост и е тук на GitHub. Цялостната функция се определя от този ред:

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

Това постепенно регулира следващата зададена стойност на оборотите (т.е. нашата скорост) въз основа на симулираната сила. Тъй като това работи 25 пъти/секунда, той ефективно интегрира силата във времето. Общата сила се симулира така:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Съпротивлението при търкаляне по същество е включено в градиента.

Стъпка 5: Няколко други скучни точки

Трябваше да коригирам параметрите за контрол на скоростта на PID на VESC, за да получа по -добри стойности на оборотите. Това беше достатъчно лесно.

Стъпка 6: Какво научих

Научих, че фрикционните задвижващи механизми са гадни. Само след 20 минути колоездене виждам видимо износване на гумите и каучуков прах. Те също са неефективни. Останалата част от системата работи като мечта. Смятам, че генератор с ремъчно задвижване може да получи допълнителна 10-20% ефективност, особено при по-високи обороти. По -високите обороти биха намалили токовете на двигателя и биха произвели по -високи напрежения, което според мен би подобрило ефективността в този случай.

Нямам достатъчно място в къщата си, за да настроя банкомат със система за задвижване с колан.