Turbo trener generator: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:31

Stvaranje električne energije snagom 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.

Kada vozite biciklom po cesti, imate inerciju i to održava rotaciju papučica vrlo konstantnom tijekom cijelog okreta. Turbo trenažeri imaju vrlo malu inerciju pa se pri pritisku na pedale kotač brzo ubrzava/usporava i to se osjeća neprirodno. Zamašnjaci se koriste kako bi se ublažile te fluktuacije brzine. Iz tog razloga stacionarni biciklistički trenažeri teže jednoj toni.

Smislio sam alternativno rješenje ovog problema. Upravljač motora je konfiguriran za okretanje outrunnera u "načinu rada s konstantnom brzinom". 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 nizbrdo radeći kao motor za održavanje 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 što bi se dogodilo da prestanete okretati pedale do laganog nagiba.

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

Korak 2: Testiranje izlazne snage

Biciklizam je najučinkovitiji način obavljanja mehaničkih poslova. Koristio sam VESC alat za mjerenje izlazne snage u stvarnom vremenu. Nultirao sam očitanja prije vožnje biciklom točno 2 minute. Pedala sam na intenzitetu 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 održali konstantan broj okretaja motora unatoč promjenjivom zakretnom momentu koji pedalira.

Kad se okretanje pedala zaustavi, motor počinje trošiti mali dio energije kako bi se kotač nastavio vrtjeti. Barem 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: Gledajući učinkovitost

Korištenje VESC6 uvelike poboljšava učinkovitost. Naizmjeničnu snagu motora pretvara u istosmjernu snagu znatno bolje od ispravljača s punim mostom. Mislim da je učinkovit preko 95%.

Pogon na trenje vjerojatno je slaba točka što se učinkovitosti tiče. Nakon 5 minuta vožnje biciklom snimio sam neke toplinske snimke.

Motor se zagrijao na 45 stupnjeva Celzijusa u prostoriji od 10 stupnjeva. Guma za bicikl također bi izgubila toplinu. Sustavi s remenskim pogonom 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 dugo bio prevruć za dodir. Vjerojatno oko 60 stupnjeva. A neki vijci kroz 3D tiskanu plastiku su olabavljeni! Na okolnom podu bio je i tanak sloj crvene gumene prašine. Sustavi pogona s trenjem su sranje!

Korak 4: Simulacija inercije i povlačenja

Softver je prilično jednostavan i nalazi se na GitHubu. Ukupna funkcija određena je ovim retkom:

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

Time se postupno prilagođava sljedeća zadana vrijednost broja okretaja (tj. Naša brzina) na temelju simulirane sile. Budući da ovo radi 25 puta u sekundi, učinkovito integrira silu tijekom vremena. Ukupna sila simulira se na sljedeći način:

Sila = Pedala_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Otpor kotrljanja u osnovi je uključen u pojam nagiba.

Korak 5: Nekoliko drugih dosadnih točaka

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

Korak 6: Ono što sam naučio

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

Nemam dovoljno prostora u kući za postavljanje bankomata sa sustavom s remenom.