Pretvarač pojačanja za male vjetroturbine: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

U svom zadnjem članku o kontrolerima praćenja maksimalne snage (MPPT) pokazao sam standardnu metodu za iskorištavanje energije koja dolazi iz promjenjivog izvora, poput vjetroturbine i punjenja baterije. Generator koji sam koristio bio je koračni motor Nema 17 (korišten kao generator) jer su jeftini i dostupni su posvuda. 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 bez četkica male snage (BLDC). Problem s tim motorima 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 kad to učini, struja je toliko mala da gotovo nikakva snaga ne prolazi iz turbine u bateriju.

Ovaj krug istodobno vrši ponovni prikaz i pojačanje. 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 ste zainteresirani, pogledajte zadnji članak.

Korak 1: Krug

Kao i u prošlom članku, koristim mikrokontroler Attiny45 s 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 s ovim sustavom je što je zbroj 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 niskim otporom na izvoru odvoda. Na ovaj način (ovdje je trik) struja u induktorima je povećana čak i pri niskim naponima. Za sada nema dioda.

Kad tranzistori prestanu provoditi, struja induktora mora negdje otići. Sada se 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 je rješenje 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

Kako bih testirao krug, napravio sam postavu s dva motora mehanički spojena s omjerom zupčanika jedan (usp. Sliku). Kao generator se koristi jedan mali četkani istosmjerni motor i jedan BLDC. Mogu odabrati napon na svom napajanju i pretpostaviti da se mali četkani motor ponaša približno kao vjetroagregat: Bez prekidnog momenta postiže najveću brzinu. Ako se primijeni prekidni moment, motor usporava (u našem slučaju odnos zakretni moment i 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 prijeći 2,6, struja preplavi i napon se stabilizira 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 je napetost stabilizirana oko 2,6, regulator je izmjerio 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: Kad 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 stvarno niska u usporedbi s predstavljenim rezultatima. Ne mogu pokušati suprotno: grananje koračnog generatora (Nema 17) na ovom regulatoru jer stepper ne proizvodi trofazni sinusni napon.

Korak 4: Rasprava

Nelinearnosti se opažaju zbog prijelaza između nastavka i prekida induktivne vodljivosti.

Još jedno ispitivanje treba provesti s višim radnim ciklusima kako bi se pronašla točka najveće 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: Usporedba s koračnim generatorom

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

Dodavanje Delonovog udvostručitelja 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 sustav je manje bučan pa nema potrebe za filtriranjem trenutnih mjerenja. Omogućuje regulatoru bržu reakciju.

Korak 6: Zaključak

Sada mislim da sam spreman nastaviti s korakom gnijezda koji je: Projektiranje vjetroagregata i mjerenje na licu mjesta te konačno punjenje baterije s vjetrom!