Pretvarač pojačanja za male vjetroturbine: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

U svom posljednjem članku o kontrolerima praćenja maksimalne snage (MPPT) pokazao sam standardnu metodu za iskorištavanje energije koja dolazi iz varijabilnog izvora, poput vjetroturbine i punjenja baterije. Generator koji sam koristio je koračni motor Nema 17 (korišten kao generator) jer su jeftini i dostupni su svugdje. Velika prednost koračnih motora je ta što proizvode visoki napon čak i kad se sporo okreću.

U ovom članku predstavljam kontroler posebno dizajniran za istosmjerne motore male snage bez četkica (BLDC). Problem ovih motora je što se moraju brzo vrtjeti kako bi proizveli napon koji se može iskoristiti. Kada se sporo okreće, inducirani napon je toliko nizak da ponekad čak i ne dopušta provođenje diode, a kada se to dogodi, struja je toliko niska da gotovo nikakva snaga ne prolazi iz turbine u bateriju.

Ovaj krug istovremeno vrši ponovnu obradu i pojačavanje. Maksimalno povećava struju koja teče u zavojnici generatora, pa se na taj način snaga može koristiti čak i pri malim brzinama.

Ovaj članak ne objašnjava kako napraviti sklop, ali ako vas zanima, pogledajte zadnji članak.

Korak 1: Krug

Kao i u prošlom članku, koristim mikrokontroler Attiny45 sa Arduino IDE-om. Ovaj regulator mjeri struju (pomoću otpornika R1 i op-pojačalo) i napetost, izračunava snagu i mijenja radni ciklus na tri sklopna tranzistora. Ovi tranzistori se spajaju bez obzira na ulaz.

Kako je to moguće?

Budući da kao generator koristim BLDC motor, napetosti na terminalu BLDC-a su trofazni sinus: Tri sinusa pomaknuta za 120 ° (usp. 2. slika). Dobra stvar sa ovim sistemom je što je zbir ovih vaših sinusa nula u bilo kojem trenutku. Dakle, kada tri tranzistora dirigiraju, tri struje poplave u njima, ali se međusobno poništavaju u tlu (usp. 3. slika). Odabrao sam MOSFET tranzistore s malim otporom na izvoru odvoda. Na ovaj način (evo trika) struja u induktorima je povećana čak i pri niskim naponima. Za sada nema dioda.

Kad tranzistori prestanu provoditi, struja induktora mora negdje otići. Sada diode počinju provoditi. To mogu biti gornje diode ili diode unutar tranzistora (provjerite može li tranzistor podnijeti takvu struju) (usp. 4. slika). Možda ćete reći: U redu, ali sada je to kao normalni ispravljač mosta. Da, ali sada se napon već povećao kada se koriste diode.

Postoje neki krugovi koji koriste šest tranzistora (poput BLDC upravljačkog programa), ali tada morate povećati opseg napona kako biste znali koji tranzistori moraju biti uključeni ili isključeni. Ovo rješenje je jednostavnije i čak se može implementirati pomoću mjerača vremena 555.

Ulaz je JP1, spojen je na BLDC motor. Izlaz je JP2, spojen je na bateriju ili LED diodu.

Korak 2: Postavljanje

Da bih testirao krug, napravio sam postavku s dva motora mehanički povezana s omjerom zupčanika jedan (usp. Sliku). Kao generator se koristi jedan mali četkani istosmjerni motor i jedan BLDC. Mogu izabrati napon na svom napajanju i pretpostaviti da se mali četkani motor ponaša približno kao vjetroturbina: Bez prekidnog momenta postiže maksimalnu brzinu. Ako se primijeni prekidni moment, motor usporava (u našem slučaju odnos zakretni moment-brzina je linearan, a za prave vjetroagregate to je obično parabola).

Mali motor spojen je na napajanje, BLDC je spojen na MPPT krug, a opterećenje je LED za napajanje (1W, TDS-P001L4) s naponom naprijed 2,6 V. Ova se LED dioda ponaša približno kao baterija: ako je napon ispod 2,6, u nju ne ulazi struja, ako napon pokuša preći 2,6, struja preplavljuje i napon se stabilizuje oko 2,6.

Kôd je isti kao u prošlom članku. Već sam objasnio kako ga učitati u mikrokontroler i kako radi u ovom posljednjem članku. Malo sam izmijenio ovaj kôd kako bih napravio prezentirane rezultate.

Korak 3: Rezultati

Za ovaj eksperiment koristio sam LED za napajanje kao opterećenje. Ima prednji napon od 2,6 volti. Kako se napetost stabilizira oko 2,6, regulator je mjerio samo struju.

1) Napajanje na 5,6 V (crvena linija na grafikonu)

• minimalna brzina generatora 1774 o / min (radni ciklus = 0,8)
• maksimalna brzina generatora 2606 o / min (radni ciklus = 0,2)
• maksimalna snaga generatora 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Napajanje na 4 V (žuta linija na grafikonu)

• minimalna brzina generatora 1406 o / min (radni ciklus = 0,8)
• maksimalna brzina generatora 1646 o / min (radni ciklus = 0,2)
• maksimalna snaga generatora 52 mW (0,02 x 2,6)

Napomena: Kada sam isprobao BLDC generator s prvim kontrolerom, nije se mjerila struja sve dok napon napajanja nije dosegao 9 volti. Pokušao sam i s različitim omjerima prijenosa, ali snaga je bila zaista mala u usporedbi s predstavljenim rezultatima. Ne mogu pokušati suprotno: Ogranačenje stepper generatora (Nema 17) na ovom kontroleru jer stepper ne proizvodi trofazni sinusni napon.

Korak 4: Diskusija

Nelinearnosti se opažaju zbog prijelaza između kontinuiranog i prekidnog provođenja induktora.

Još jedno ispitivanje treba provesti s većim radnim ciklusima kako bi se pronašla točka maksimalne snage.

Trenutna mjerenja su dovoljno čista da kontroler radi bez potrebe za filtriranjem.

Čini se da ova topologija radi ispravno, ali volio bih vaše komentare jer nisam stručnjak.

Korak 5: Poređenje sa stepenastim generatorom

Maksimalna izvučena snaga je bolja sa BLDC -om i njegovim kontrolerom.

Dodavanje Delonovog duplera napona može smanjiti razliku, ali su se pojavili i drugi problemi (Napon pri velikoj brzini može biti veći od naponske baterije i potreban je pretvarač u dolarima).

BLDC sistem je manje bučan pa nema potrebe za filtriranjem trenutnih mjerenja. Omogućava kontroleru da brže reagira.

Korak 6: Zaključak

Sada mislim da sam spreman za nastavak koraka gnijezda koji je: Dizajniranje vjetroagregata i mjerenje na licu mjesta te konačno punjenje baterije vjetrom!