Turbo trener generator: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Stvaranje električne energije pomoću pedala oduvijek me fasciniralo. Evo mog mišljenja o tome.

Korak 1: Jedinstveno prodajno mjesto

Koristim VESC6 motorni kontroler i 192KV outrunner koji radi kao regenerativna kočnica. Ovo je prilično jedinstveno što se tiče generatora pedala, ali postoji još jedan dio ovog projekta za koji mislim da je nov.

Prilikom vožnje biciklom po cesti imate inerciju i to održava rotaciju pedala vrlo konstantnom tokom cijelog okreta. Turbo trenažeri imaju vrlo malu inerciju pa se pri pritisku na pedale kotač ubrzava/usporava i to se čini neprirodno. Zamašnjaci se koriste u pokušaju da se ublaže te fluktuacije brzine. Iz tog razloga stacionarni biciklistički trenažeri teže jednoj toni.

Smislio sam alternativno rješenje ovog problema. Kontroler motora je konfiguriran za okretanje outrunnera u “modu stalne brzine”. Arduino se povezuje s VESC6 putem UART -a i očitava struju motora (koja je izravno proporcionalna zakretnom momentu kotača). Arduino postupno prilagođava zadanu vrijednost okretaja motora kako bi simulirao inerciju i povlačenje koje biste doživjeli biciklom po cesti. Može čak i simulirati slobodno kretanje niz brdo radeći kao motor kako bi zadržao okretanje kotača.

Radi sjajno, što dokazuje gornji grafikon koji prikazuje broj okretaja motora. Prestao sam voziti bicikl nešto prije 2105 sekundi. Možete vidjeti u sljedećih 8 sekundi, brzina kotača postupno opada, baš kao i ako prestanete okretati pedale do laganog nagiba.

Još uvijek postoje vrlo male varijacije brzine s hodom pedale. Ali to je također istinito za život i pravilno simulirano.

Korak 2: Testiranje izlazne snage

Biciklizam je najefikasniji način obavljanja mehaničkih poslova. Koristio sam VESC alat za mjerenje izlazne snage u stvarnom vremenu. Nultirao sam očitanja prije vožnje točno 2 minute. Pedala sam na intenzitetu za koji mislim da sam mogao održati oko 30 minuta.

Nakon 2 minute možete vidjeti da sam proizveo 6,15 Wh. Što odgovara prosječnoj izlaznoj snazi od 185 W. Mislim da je to prilično dobro s obzirom na nastale gubitke.

Na gornjem grafikonu možete vidjeti struje motora. VESC6 ih brzo prilagođava kako bi održao konstantan broj okretaja motora unatoč promjenjivom zakretnom momentu koji pedalira.

Kad pedaliranje prestane, motor počinje trošiti mali dio energije kako bi se kotač nastavio vrtjeti. Bar dok Arduino ne primijeti da ne pedalirate i potpuno zaustavi motor. Čini se da je struja baterije gotovo jednaka nuli neposredno prije isključivanja, pa snaga mora biti najviše nekoliko vata da bi se zapravo aktivno okretao kotač.

Korak 3: Posmatranje efikasnosti

Korištenje VESC6 značajno poboljšava efikasnost. Naizmjeničnu snagu motora pretvara u istosmjernu snagu znatno bolje od ispravljača s punim mostom. Mislim da je efikasan preko 95%.

Pogon trenja je vjerovatno slaba tačka što se efikasnosti tiče. Nakon 5 minuta vožnje biciklom snimio sam termalne snimke.

Motor je dostigao oko 45 stepeni Celzijusa u prostoriji od 10 stepeni. Guma za bicikl bi također odvodila toplinu. Sistemi s remenom bi u tom pogledu nadmašili ovaj turbo generator.

Napravio sam drugi test od 10 minuta koji je u prosjeku iznosio 180 W. Nakon toga motor je bio previše vruć da bi se dodirivao dugo vremena. Verovatno oko 60 stepeni. A neki vijci kroz 3D štampanu plastiku su olabavljeni! Na okolnom podu bio je i tanak sloj crvene gumene prašine. Sistemi pogona sa trenjem su sranje!

Korak 4: Simulacija inercije i povlačenja

Softver je prilično jednostavan i nalazi se na GitHubu. Ukupna funkcija određena je ovom linijom:

RPM = RPM + (a*Struja_motora - b*RPM - c*RPM*RPM - GRADIJENT);

Ovo postupno prilagođava sljedeću zadanu vrijednost okretaja (tj. Našu brzinu) na osnovu simulirane sile. Budući da ovo radi 25 puta u sekundi, efikasno integrira silu tokom vremena. Ukupna sila simulira se na sljedeći način:

Sila = Pedala_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Otpor kotrljanja je u osnovi uključen u pojam nagiba.

Korak 5: Nekoliko drugih dosadnih tačaka

Morao sam prilagoditi parametre kontrole brzine PID -a VESC -a kako bih bolje zadržao RPM. To je bilo dovoljno lako.

Korak 6: Šta sam naučio

Naučio sam da su mehanizmi pogona trenjem loši. Nakon samo 20 minuta vožnje bicikla mogu vidjeti vidljivo trošenje guma i gumenu prašinu. Takođe su neefikasni. Ostatak sistema radi iz snova. Pretpostavljam da bi generator s remenom mogao postići dodatnu učinkovitost od 10-20%, posebno s većim okretajima. Veći obrtaji bi smanjili struje motora i proizveli veće napone što mislim da bi poboljšalo efikasnost u ovom slučaju.

Nemam dovoljno prostora u kući za postavljanje bankomata sa sistemom remena.