Усилващ преобразувател за малки вятърни турбини: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

В последната си статия за контролерите за проследяване на максимална мощност (MPPT) показах стандартен метод за използване на енергията, идваща от променлив източник, като вятърна турбина и зареждане на батерия. Генераторът, който използвах, беше стъпков двигател Nema 17 (използван като генератор), защото те са евтини и достъпни навсякъде. Голямото предимство на стъпковите двигатели е, че те произвеждат високо напрежение, дори когато се въртят бавно.

В тази статия представям контролер, специално проектиран за безчеткови DC двигатели с ниска мощност (BLDC). Проблемът с тези двигатели е, че те трябва да се въртят бързо, за да произведат експлоатационно напрежение. При бавно въртене индуцираното напрежение е толкова ниско, че понякога дори не позволява провеждане на диод, а когато го прави, токът е толкова нисък, че почти никаква мощност не преминава от турбината към батерията.

Тази схема прави едновременно презареждането и усилването. Той увеличава максимално тока, протичащ в намотката на генератора и по този начин, мощността може да се използва дори при ниска скорост.

Тази статия не обяснява как да направите веригата, но ако се интересувате, проверете последната статия.

Стъпка 1: Веригата

Както в последната статия използвам микроконтролер Attiny45 с Arduino IDE. Този контролер измерва тока (използвайки резистора R1 и оп-усилвателя) и напрежението, изчислява мощността и променя работния цикъл на трите превключващи транзистора. Тези транзистори се превключват заедно, без да се отчита входът.

Как е възможно това?

Тъй като използвам BLDC двигател като генератор, напрежението в терминала на BLDC е трифазен синус: Три синуса, изместени с 120 ° (вж. 2-ро изображение). Хубавото при тази система е, че сумата от тези ваши синуси е нула по всяко време. Така че, когато трите транзистора провеждат, в тях се потопят три тока, но те се анулират взаимно в земята (срв. 3 -то изображение). Избрах MOSFET транзистори с ниско съпротивление на източника на източване. По този начин (тук е трикът) токът в индукторите се увеличава дори при ниско напрежение. За момента няма диоди.

Когато транзисторите престанат да провеждат, токът на индуктора трябва да отиде някъде. Сега диодите започват да провеждат. Това могат да бъдат горните диоди или диодите вътре в транзистора (проверете дали транзисторът може да издържи такъв ток) (срв. 4 -то изображение). Може да кажете: Добре, но сега е като нормален мостов токоизправител. Да, но сега напрежението вече е повишено, когато се използват диодите.

Има някои схеми, използващи шест транзистора (като BLDC драйвер), но след това трябва да обхванете напрежението, за да знаете кои транзистори трябва да бъдат включени или изключени. Това решение е по -просто и дори може да бъде приложено с таймер 555.

Входът е JP1, той е свързан към BLDC двигателя. Изходът е JP2, той е свързан към батерията или светодиода.

Стъпка 2: Настройката

За да тествам веригата, направих настройка с два двигателя, механично свързани с предавателно число едно (срв. Изображение). Има един малък четен DC двигател и един BLDC, използван като генератор. Мога да избера напрежение на захранването си и да предположа, че малкият четен двигател се държи приблизително като вятърна турбина: Без прекъсване на въртящия момент той достига максимална скорост. Ако се приложи прекъсващ момент, двигателят се забавя (в нашия случай връзката въртящ момент-скорост е линейна и за реални вятърни турбини обикновено е парабола).

Малкият двигател е свързан към захранването, BLDC е свързан към веригата MPPT и натоварването е светодиод за захранване (1W, TDS-P001L4) с напрежение напред 2,6 волта. Този светодиод се държи приблизително като батерия: ако напрежението е под 2.6, не влиза ток в светодиода, ако напрежението се опита да надмине 2.6, токът се залива и напрежението се стабилизира около 2.6.

Кодът е същият като в последната статия. Вече обясних как да го заредя в микроконтролера и как работи в тази последна статия. Леко промених този код, за да направя представените резултати.

Стъпка 3: Резултати

За този експеримент използвах светодиода за захранване като товар. Той има напрежение от 2,6 волта. Тъй като напрежението се стабилизира около 2.6, контролерът измерва само тока.

1) Захранване при 5.6 V (червена линия на графиката)

• минимална скорост на генератора 1774 об / мин (работен цикъл = 0,8)
• максимална скорост на генератора 2606 об / мин (работен цикъл = 0,2)
• максимална мощност на генератора 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Захранване при 4 V (жълта линия на графиката)

• минимална скорост на генератора 1406 об / мин (работен цикъл = 0,8)
• максимална скорост на генератора 1646 об / мин (работен цикъл = 0,2)
• максимална мощност на генератора 52 mW (0,02 x 2,6)

Забележка: Когато опитах BLDC генератора с първия контролер, не се измерваше ток, докато напрежението на захранването достигне 9 волта. Опитах и различни предавки, но мощността беше наистина ниска в сравнение с представените резултати. Не мога да опитам обратното: Разклоняване на стъпковия генератор (Nema 17) на този контролер, тъй като стъпковото устройство не произвежда трифазно синусово напрежение.

Стъпка 4: Дискусия

Нелинейности се наблюдават поради прехода между продължаване и прекъсване на проводимостта на индуктора.

Трябва да се проведе друго изпитване с по -високи работни цикли, за да се намери точката на максимална мощност.

Текущите измервания са достатъчно чисти, за да позволят на контролера да работи без нужда от филтриране.

Тази топология изглежда работи правилно, но бих искал да получа вашите коментари, защото не съм специалист.

Стъпка 5: Сравнение със стъпковия генератор

Максималната извлечена мощност е по -добра с BLDC и неговия контролер.

Добавянето на удвоител на напрежението на Делон може да намали разликата, но с него се появиха други проблеми (Напрежението при висока скорост може да бъде по -голямо от батерията за напрежение и е необходим доларов преобразувател).

BLDC системата е по -малко шумна, така че няма нужда да филтрирате текущите измервания. Позволява на контролера да реагира по -бързо.

Стъпка 6: Заключение

Сега мисля, че съм готов да продължа с гнездото, което е: Проектиране на вятърни турбини и извършване на измервания на място и накрая зареждане на батерия с вятъра!