3D ispisani alternator aksijalnog fluksa i dinamometar: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

STOP!! PROČITAJTE OVO PRVO !!! Ovo je zapis o projektu koji je još u razvoju. Slobodno ponudite podršku.

Moj konačni cilj je da ova vrsta motora/alternatora može postati parametrizirani dizajn otvorenog koda. Korisnik bi trebao moći unijeti neke parametre, poput zakretnog momenta, brzine, struje, volta/o/min, uobičajenih veličina magneta i možda raspoloživog prostora te bi trebao biti generiran niz datoteka.stl i.dxf izrezanih u 3D formatu.

Ono što sam učinio je stvorila platformu koja može potvrditi simulirani dizajn, koji se zatim može pretvoriti u optimalniji uređaj od strane zajednice.

Djelomično je to jedan od razloga zašto sam ovo postavio dinamometrom. Dinamometar mjeri okretni moment i brzinu kako bi se omogućilo mjerenje KS ili vati osovine. U ovom slučaju izgradio sam alternator s prolaznom, stacionarnom osovinom, što pojednostavljuje postavljanje sustava dinamometra, pa se može konfigurirati da se pokreće kao motor pomoću RC ESC (nadam se), a izmjeren je i okretni moment na izlazu, kao i brzini, V i Amperi, što omogućuje određivanje učinkovitosti motora.

U moje svrhe može se pokretati motorom s promjenjivom brzinom (višak iz akumulatorske bušilice, sa stupnjevitim prijenosnikom), a izmjeren je i ulazni moment okretnog vratila, kao i napon V i Amper, što omogućuje stvaranje stvarne učinkovitosti i očekivana opterećenja turbine za simulaciju.

U ovom načinu rada nadam se da ću koristiti RC ESC sposoban za regenerativno kočenje, a možda i Arduino za kontrolu opterećenja koje moj VAWT nosi za postizanje MPPT (Multi Power Point Tracking).

MPPT se koristi u solarnim i vjetroturbinskim kontrolama, ali je malo drugačiji za vjetar. S snagom vjetra veliki je problem to što se brzina vjetra udvostručuje 10 km/h na 20 km/h, pa se energija dostupna od vjetra povećava za kocku, pa za 8 puta. Ako je 10 W dostupno pri 10 km/h, tada je 80 W dostupno pri 20 km/h. Sjajno je imati više energije, ali izlaz alternatora samo se udvostručuje dok se brzina udvostručuje. Dakle, ako imate savršen alternator za vjetar od 20 km/h, njegovo opterećenje može biti toliko jako da se pri 10 km/h neće ni pokrenuti.

Ono što MPPT koristi je korištenje čvrstog čvrstog stanja prekidača za odvajanje, a zatim i ponovno brzo povezivanje alternatora. Omogućuje vam podešavanje opterećenja koje nosi alternator, a Multi, MPPT -a, znači da možete postaviti različita opterećenja za različite brzine.

To je vrlo korisno jer sve vrste turbina prikupljaju svoju maksimalnu energiju kada se opterećenje uskladi s raspoloživom energijom ili brzinom vjetra.

TAKO

Ovo nije recept, iako vjerujem da bi se mogao prepisati iz onoga što sam objavio, i rado bih vam dostavio dodatne informacije, ali predlažem da bi najbolja opcija bila da mi predložite poboljšanja, prije nego što završi natjecanje Krugovi i senzori, tako da mogu razmotriti, odgovoriti i možda poboljšati ovo uputstvo.

Nastavit ću ažurirati, revidirati i dodavati informacije, pa ako je sada zanimljivo, možda biste se htjeli ponovno malo prijaviti, ali nadam se da ću uspjeti prilično prije nego što natjecanje Sensors završi 29./19. Srpnja.

Također, nisam osobito društvena zvijer, ali s vremena na vrijeme volim tapšanje po leđima, i to je jedan od razloga zašto sam ovdje:-) Reci mi da li uživaš gledajući moj rad, a želiš vidjeti više molim:-)

Ovaj je projekt nastao jer sam htio kontrolirati opterećenje za testiranje mojih izvedbi turbina i želio sam da se lako reproducira, kako bi ga i drugi mogli koristiti. U tu svrhu ograničio sam se na projektiranje nečega što bi se moglo izgraditi samo s FDM pisačem, bez ikakvih drugih alatnih strojeva. Čini se da nema mnogo komercijalnih proizvoda koji ispunjavaju potrebu za visokim zakretnim momentom, niskim brojem okretaja, bez zglobnog alternatora, iako ih ima nekoliko iz Kine. Općenito nema velike potražnje jer su sustavi zupčanika tako jeftini, a električna energija tako jeftina.

Ono što sam želio bilo je nešto što je proizvodilo oko 12V pri 40-120 o / min i oko 600-750W pri 120-200 o / min. Također sam želio da bude kompatibilan s jeftinim trofaznim PMA kontrolerima iz svijeta RC -a (ESC -ovi elektronički regulatori brzine). Konačni zahtjev bio je da to bude vanjski vodilica (kućište ili školjka s magnetima se okreće, dok osovina sa statorom miruje), s osovinom koja prolazi kroz cijelo kućište i statorom koji se pričvršćuje na vratilo.

Ovo uputstvo je u tijeku i objavljujem ga kako bi ljudi mogli vidjeti uvid u proces, ne toliko jer mislim da bi ga trebali kopirati. Ključna stvar koju bih promijenio je da žičana podloga koju sam izgradio nije ni približno dovoljno jaka da pravilno usmjeri magnetska polja oko prstena, pa se velik dio magnetskog toka koji se plaća u tim magnetima rasipa straga. Kad bih prepravljao dizajn, što ću uskoro učiniti, vjerojatno bih to učinio s magnetskim podložnim pločama kao čeličnim pločama izrezanim cnc -om. Čelik bi bio prilično jeftin, mnogo jači i pojednostavio bi većinu ove izrade. Bilo je zanimljivo raditi kompozite od FDM -a/žice/žbuke kao što sam ovdje ilustrirao, a s PLA -om napunjenom željezom, stvari bi također bile drugačije. Odlučio sam ipak da želim nešto što će zaista trajati, pa čelične ploče.

Postigao sam dobar napredak u ovoj verziji koju ću koristiti za testiranje ovog VAWT -a. Nisam još tu u pogledu niskonaponskih performansi. Mislim da je moj Wattage/Torque na pravom mjestu, ažurirat ću kako stvari napreduju, ali u ovom trenutku ono što imam ima dobre šanse biti opterećenje koje mi je potrebno kontrolirati. Čini se da je u kratkom spoju sposoban pružiti prilično veliki otpor okretnog momenta, više nego dovoljan za ispitivanje turbine. Trebam samo osnovati banku kontroliranog otpora, a imam prijatelja koji mi u tome pomaže.

Ukratko ću vam reći jednu stvar: kao i mnogi ljudi sada, imam 3D pisač (koji koristi FDM-PLA) već nekoliko godina, od kojeg sam uživao 20-30 kg. Često me frustrira jer su dijelovi bilo koje veličine/jakosti ili skupi i vrlo spori za ispisivanje, ili jeftini, brzi i krhki.

Znam koliko je tisuća ovih 3D pisača vani, često ne rade ništa jer traje dugo ili košta previše za izradu korisnih dijelova. Došao sam do zanimljivog rješenja za jače brže dijelove s istog pisača i PLA.

Zovem to "izlivena struktura", gdje su tiskani predmeti (sastavljeni od 1 ili više ispisanih dijelova, a ponekad i ležajeva i vratila) napravljeni s prazninama predviđenim za izlijevanje punim tekućim punilom za stvrdnjavanje. Naravno, neki od očitih izbora za izlijevano punjenje bili bi nešto poput epoksida napunjenog staklenim vlaknima kratkih niti, koji bi se mogli koristiti za sklopove velike čvrstoće i male težine. Isprobavam i neke jeftinije, ekološki prihvatljivije ideje. Druga strana ovog sklopa "izlivene strukture" je ta da šupljina ili praznina koju ćete popuniti može imati male vlačne elemente velikog promjera, prethodno nategnute na ispisani "kalup/utikač", što čini rezultirajuću strukturu kompozit u materijalima i strukturi, dio napregnute kože (PLA plašt), ali s jezgrom velike tlačne čvrstoće koja uključuje i elemente visoke vlačne čvrstoće. Napravit ću drugu instrukciju s ovim, pa ću o tome govoriti ovdje, samo da pokrijem kako se to odnosi na ovu gradnju.

Korak 1: Popis materijala i postupak

PMA se sastoji od 3 sklopa, od kojih svaki sadrži ili koristi različite dijelove i materijale.

Odozgo (ležajna strana) do dna (statorska strana), 1. Nosač ležaja i niz ležajeva

2. Stator

3. Donji niz magneta

1. Nosač ležajeva i niz gornjih magneta

Za to sam upotrijebio gore navedene 3D tiskane dijelove

1. 150 mm8polni gornji dio i nosač ležaja CV5.stl,
2. unutarnja ploča ležajne strane
3. vanjska ploča ležajne strane
4. 1 "samoravnajući ležaj za identifikaciju (kao što se koristi u standardnim blokovima jastuka ++ dodaj internetsku vezu),
5. 25 'pocinčane čelične žice od 24 g
6. 15 'od 10 g pocinčane čelične žice
7. 2 valjka grube čelične vune

Opcionalno, teška čelična žica i čelična vuna mogu se zamijeniti čeličnim podložnim pločama, laserskim / vodenim rezanjem ili bi mogla biti moguća 3D tiskana magnetska podloga (ali teška čelična žica i dalje je dobra ideja jer će odoljeti plastičnoj deformaciji vrijeme). Pokušao sam lijevati podložnu ploču s epoksidom napunjenom prahom željezovog oksida i uspio. Poboljšanje spoja toka između magneta u nizu bočno korištenjem učinkovitije podložne ploče trebalo bi povećati Volte pri nižim okretajima. Također je dobro imati na umu da je to glavna strukturna komponenta, a stražnja ploča prenosi sile s magneta na stupove za podizanje. Magnetske sile koje povlače ploče jedna prema drugoj mogu biti stotine funti, a sile se eksponencijalno povećavaju (kockasto, do treće snage) kako se ploče približavaju. To može biti vrlo opasno i morate biti oprezni s alatima i drugim predmetima koje bi mogla privući sastavljena ploča ili se vratiti!

Koristio sam oko 300 stopa magnetske žice obložene 24 g u namotima koje ću kasnije detaljno pokriti.

Korak 2: Izrada magnetskih ploča

U ovom alternatoru aksijalnog fluksa, kako bi se smanjilo zupčanje i povećala snaga, koristim dva magnetska polja, po jedan sa svake strane zavojnica statora. To znači da nije potrebna magnetska jezgra za povlačenje magnetskog polja kroz bakrene namote, kao što to čini većina geometrija motora/zamjena. Postoje neki aksijalni tokovi koji koriste ferris jezgre, pa ću u budućnosti možda pokušati na taj način. Htio bih isprobati materijal s gvozdenim materijalom za 3D ispis.

U ovom slučaju, odabrao sam 8 -polni magnetni niz u krugu od 150 mm, koristeći 1 "x1" x0,25 "magnete od rijetkih zemalja. Ova veličina trebala je osigurati da svi dijelovi stanu na ispisni sloj 210 mm x 210 mm. Općenito, ovaj alternator sam prvo dimenzionirao shvativši da je veći promjer, bolji u smislu volti po o / min, pa sam ga učinio tako velikim da bi udobno stajao u mojem ispisnom krevetu. Doprinos, postoji više razloga zašto je veće bolje: više mjesta za magneti, što su magneti dalje od središta, brže putuju, a ima i više mjesta za bakar! Sve se ove stvari mogu brzo zbrajati! Međutim zaključak do kojeg sam došao je da je u ovom rasponu veličina uobičajen sustav fluksa mogao bi biti bolje izrađen u kući. Mali rotori nemaju puno prostora i stvari mogu postati prilično tijesne, pogotovo ako radite prolazno vratilo kao što sam ja radio u ovom dizajnu. Također ako vaš magnet (radijalna duljina) je mali u odnosu na promjer vašeg rotora, kao u ovom, (otprilike promjera 6 "do 1" magneta), zatim windi ng postaje pomalo čudno s unutarnjim namotom koji je samo oko 1/2 duljine vanjskog.

Natrag na instrukcije! Način na koji sam sastavio magnetne ploče ovog alternatora je da prvo zalijepim magnetsku ploču (zelenu) na crvenu prirubnicu/podlogu. Zatim sam magnetsku ploču stavio na nekoliko tankih slojeva šperploče (debljine oko 0,75 ) i oboje stavio na tešku čeličnu ploču, kako bi magneti mogli stegnuti sklop na mjestu. Zatim sam namotao čeličnu žicu, na stražnjoj strani magnetskih ploča. Ovo nije išlo baš kako sam se nadao. Jako magnetsko polje povuklo je žicu prema sredini magneta, a ja nisam bio uspješan u savijanju svakog reda žice kako bi savršeno pristajao sljedećem mjestu, bez gurkanja prvog omota. Nadao sam se da mogu samo uvući žicu, a magnetski tok će je zaključati. Zatim sam pokušao rezati prstenove žice, i to je bilo bolje, ali još uvijek daleko od onoga što sam nadao se u smislu dobivanja lijepe konzistentne podložne ploče od žice. Mogući su složeniji načini za to i možda bi bilo vrijedno budućih eksperimenata. Također sam pokušao upotrijebiti čeličnu vunu, zbijenu u magnetskom polju, kao potpornu ploču ili fluks Činilo se da je ovo uspjelo, ali stvarna gustoća željeza nije bila velika, pa sam di Nisam testirao njegovu učinkovitost, djelomično zato što sam vjerovao da je struktura žice važna za mehanička opterećenja magnetskih ploča. Čelična vuna također bi mogla biti vrijedna budućeg istraživanja, međutim čelične ploče rezane mlazom vode vjerojatno su sljedeća opcija koju ću isprobati.

Zatim sam uzeo narančasti 3D ispisani dio i provukao žicu kroz i oko nje, duž onoga što mi se činilo da su smjerovi najvećeg opterećenja, vijak do vijka i vijak do središta nekoliko puta na svakom uglu. Također sam je namotao oko rupa za vijke gdje cijela šipka s navojem prolazi kao stupovi za dizanje kako bi se zadržao i prilagodio razmak između ploča.

Nakon što sam se uvjerio da su magnetska ploča i prirubnica dovoljno dobri, a narančasta podložna ploča zadovoljavajuće navojena armaturnom žicom, spojio sam ih ljepilom. Morate biti oprezni jer će ovaj spoj za ljepilo morati biti vodootporan ili zatvoren. Prva dva puta imao sam curenja, a to je nered, troši se puno žbuke i veći je stres nego što vam treba. Preporučio bih da u blizini zadržite plavu traku ili neku drugu žvakaću gumu poput nestalnog ljepila kako biste brzo zakrpili curenje. Nakon što su dijelovi spojeni, napunite ih armaturnim materijalom po vašem izboru. Koristio sam tvrdu žbuku, modificiranu PVA ljepilom. Predviđeno je da žbuka doseže tlak od 10 000 psi, ali ne i jako u zatezanju (dakle žica). Htio bih isprobati epoksid s usitnjenim staklom, kabosilom ili betonom i dodacima.

Zgodna stvar u vezi sa žbukom je ta što nakon udarca imate dosta vremena u kojem je teško, ali se krhko i curenje ili mrlje lako mogu ostrugati ili ukloniti.

U ovom dizajnu postoje dvije magnetske ploče. Jedan ima ležaj, standardnu jedinicu za samoporavnavanje od jastuka od 1 . Rano sam pritisnuo svoj u magnetni niz. Za primjenu za koju sam ga dizajnirao, drugi ležaj bit će smješten u turbini iznad alternatora, pa sam koristio samo jedan ležaj koji se sam poravnava. To je na kraju bilo malo bolno. Ti se dijelovi također mogu sastaviti sa svakom magnetskom pločom koja ima ležaj, ako bi se izlazne žice iz statora vodile iznutra kroz montiranu osovinu. To bi dopustiti montiranje suprotno rotirajućih propelera na zajedničko, ne rotirajuće vratilo/cijev.

Korak 3: Stvaranje statora

U skladu s mojom temom pokušaja objašnjenja onoga što sam učinio i zašto se to tada činilo kao dobra ideja, statoru će trebati malo više prostora.

U PMA općenito su namoti stacionarni, dok se magnetski sklopovi okreću. To nije uvijek slučaj, ali gotovo uvijek. U sklopu aksijalnog toka, uz razumijevanje temeljnog "pravila desne ruke", podrazumijeva se da će svaki vodič koji naiđe na rotirajuće magnetsko polje imati struju i napon generiran između krajeva žice, pri čemu je količina korisne struje proporcionalna u smjeru polja. Ako se polje pomiče paralelno s žicom (npr. U krugu oko osi rotacije), neće se stvarati korisna struja, ali će se stvarati značajni vrtložni tokovi, opirući se kretanju magneta. Ako žica ide okomito, tada će se postići najveći izlaz napona i struje.

Druga generalizacija je da prostor unutar statora, kroz koji prolazi magnetski tok tijekom rotacije, za maksimalnu izlaznu snagu, treba napuniti što je moguće više radijalno položenog bakra. To je problem za sustave aksijalnih fluksa malog promjera, jer je u ovom slučaju područje dostupno za bakar u blizini vratila dio površine na vanjskom rubu. Moguće je dobiti 100% bakra na najudaljenijem području na koje magnetsko polje nailazi, ali unutar ove geometrije dobivate samo 50% na vanjskom rubu. Ovo je jedan od najjačih razloga za izbjegavanje premalih aksijalnih tokova.

Kao što sam već rekao, ovo uputstvo ne govori o tome kako bih to ponovio, već radije ukazuje na neke smjerove koji djeluju obećavajuće i pokazuje neke rupe do kojih se može doći na ovom putu.

Pri projektiranju statora želio sam ga učiniti što je moguće fleksibilnijim u smislu izlaznih volti po o / min, a htio sam da bude trofazni. Za maksimalnu učinkovitost, minimiziranjem generiranih vrtložnih struja, svaka "noga" (svaku stranu zavojnice treba smatrati "nogom") trebala bi nailaziti samo na jedan magnet u isto vrijeme. Ako su magneti blizu jedan drugoga ili se dodiruju, kao što je slučaj u mnogim visokocrtnim motorima velike snage, tijekom vremena dok "noga" prolazi kroz preokret magnetskog toka, razvit će se značajni vrtložni tokovi. U motornim aplikacijama to nije toliko važno jer kontroler napaja zavojnicu kad je na pravim mjestima.

Dimenzionirao sam magnetni niz imajući u vidu ove koncepte. Osam magneta u nizu svaki je promjera 1 ", a razmak između njih 1/2". To znači da je magnetski segment dug 1,5 "i ima mjesta za 3 x 1/2" "noge". Svaka "noga" je faza, pa u bilo kojem trenutku jedna noga vidi neutralni tok, dok druge dvije vide nadolazeći i opadajući tok. Savršen trofazni izlaz, iako davanjem neutralnoj točki toliko prostora (za minimiziranje vrtložnih struja) i korištenjem četvrtastih (ili u obliku pite) magneta, tok gotovo rano dostiže vrhunac, ostaje visok, a zatim brzo pada na nulu. Mislim da se ova vrsta izlaza naziva trapezoidna i može biti teška za neke kontrolere koje razumijem. Okrugli magneti od 1 "u istom aparatu dali bi više pravog sinusnog vala.

Općenito, ovi domaći alternatori izgrađeni su pomoću "zavojnica", snopova žice u obliku krafni, gdje je svaka strana krafne "noga", a broj zavojnica može biti spojen zajedno, serijski ili paralelno. Krafne su poredane u krug, a središta su im poravnana sa središtem putanje magneta. Ovo radi, ali postoje neki problemi. Jedno je pitanje što budući da vodiči nisu radijalni, velik dio vodiča ne prolazi pod magnetskim poljem pod 90 stupnjeva, pa se stvaraju vrtložne struje koje se pojavljuju kao toplina u zavojnici i otpor rotaciji u magnetskom polju. Drugi je problem to što vodiči nisu radijalni i ne spajaju se tako lijepo. Izlaz je izravno proporcionalan količini žice koju možete smjestiti u ovaj prostor, pa se izlaz smanjuje neradijalnim "nogama". Iako bi bilo moguće, a ponekad se radi i u komercijalnim izvedbama, za namotavanje zavojnice s radijalnim "nogama", spojenih odozgo i odozdo, potrebno je 2x više namota na kraju kao namotaj u obliku zmije gdje je vrh jedne noge spojen s vrhom sljedeću odgovarajuću nogu, a zatim se dno te noge spaja sa sljedećom odgovarajućom nogom, i tako dalje.

Drugi veliki faktor u aksijalnim alternatorima fluksa ovog tipa (rotirajući magneti iznad i ispod statora) je jaz između ploča. Ovo je odnos zakona kocke, jer smanjite udaljenost između ploča za 1/2, gustoća magnetskog toka povećava se 8x. Što tanje možete napraviti svoj stator, to bolje!

Imajući to na umu, napravio sam šablon za navijanje s 4 lopatice, postavio sustav za mjerenje oko 50 stopa žičanih niti i zamotao ubod 6 puta, stvarajući žičane snopove promjera oko 6 mm. Ove pričvršćujem na plavi razmakni prsten, vezujući ih kroz rupe tako da su krajevi žice izašli straga. Ovo nije bilo lako. Malo je pomoglo ako smo pažljivo zalijepili svežnjeve kako ne bi bili labavi, te mi oduzeli vrijeme i koristeći glatki drveni alat za oblikovanje gurnuli žice na mjesto. Nakon što su svi bili vezani na mjestu, plavi razmakni prsten postavljen je u najveću svijetlozelenu kadu za oblikovanje, a uz pomoć tamnozelenog alata za oblikovanje krafni, s druge strane svijetlozelene kade, pažljivo pritisnuta porok za klupu. Ova kadica za oblikovanje ima utor za sjedenje uvijača žice. Za to je potrebno vrijeme i strpljenje dok pažljivo rotirate oko 1/5 okretaja, pritisnete, rotirate i nastavite. To čini disk ravnim i tankim, dok se krajnjim namotima omogućuje slaganje. Možda ćete primijetiti da moj četvorokraki namot ima ravne "noge", ali unutarnja i vanjska veza nisu okrugle. To im je trebalo olakšati slaganje. Nije išlo tako dobro. Da sam to ponovio, učinio bih da unutarnji i vanjski namoti slijede kružne staze.

Nakon što sam ga izravnao i tanko, a rubove spakirao, namotao sam ravnu vrpcu oko ruba da ga zbijem, a drugu gore, dolje i oko svake noge, a zatim i do one pored nje. Nakon što to učinite, možete ukloniti žice za vezanje i prebaciti se na manju kadu za prešanje, te se vratiti do poroka i pritisnuti ga što tanje i ravnije. Kad postane ravan, izvadite ga iz kade za prešanje. Umjesto složenog procesa pažljivog voskanja i premazivanja ovakvih kalupa spojevima za otpuštanje, općenito koristim samo nekoliko slojeva rastezljive folije (iz kuhinje). Položite nekoliko slojeva na dno kalupa i položite stakloplastiku na omot od rastezanja. Zatim dodajte cijev za pričvršćivanje statora koja pristaje na vrh svijetlozelene kade za oblikovanje, ali ima sloj rastezljive folije i stakloplastike između. Zatim vratite namot statora na mjesto da gurnete rastezljivi omotač i stakloplastiku te pričvrstite montažnu cijev statora na svoje mjesto. Zatim se vratite do poroka i ponovno pritisnite ravno. Nakon što se dobro uklopi u kadu, sa omotačem od rastezanja i staklenim vlaknima, dodaje se tkanina od stakloplastike (s rupom u sredini za cijev za montažu statora).

Sada je spreman za izlijevanje vezivnog materijala, obično se koriste epoksidna ili poliesterska smola. Prije nego što se to učini, važna je pažljiva priprema, jer jednom kad započnete ovaj proces, ne možete zaista prestati. Koristio sam 3D tiskanu osnovnu ploču koju sam prethodno napravio, s rupom od 1 "u sredini i ravnom pločom oko nje. Koristio sam komad aluminija od 1" od 16 ", koji bi cijev za montažu statora stala preko drže se okomito na ravnu ploču. Zelena kadica za oblikovanje, namot statora i cijev za montažu statora gurnute su dolje kako bi sjele na ravnu ploču. Prije miješanja epoksida prvo sam pripremio 4 komada skupljajućeg omota i pažljivo stavio 5. komad na tamnozelena krofna za oblikovanje, tako da bi imala najmanje bora na licu na namotu statora. Nakon što sam promiješao epoksid i izlio ga na tkaninu od stakloplastike, pažljivo sam položio rastezljivi omotač oko cijevi od 1 "i stavio zelenu formirajući prsten na vrhu. Također sam pripremio nekoliko starih kočionih rotora, koji su dali određenu težinu, i lijepo sjedili na zelenoj krofni. Nakon toga sam stavio preokrenuti lonac na vrhove kočionih rotora, a na vrh lonca poslagao oko 100 kilograma stvari. Ostavio sam ovo 12 sati i izašlo je oko 4-6 mm debljine.

Korak 4: Testiranje i senzori

Postoji niz mjerljivih ulaza i izlaza iz alternatora, a mjeriti ih sve istovremeno nije lako. Vrlo sam sretan što imam neke alate iz Verniera koji ovo uvelike olakšavaju. Vernier proizvodi proizvode obrazovne razine, koji nisu certificirani za industrijsku uporabu, ali su vrlo korisni za eksperimentatore poput mene. Koristim Vernier zapisnik podataka s raznim plug and play senzorima. Na ovom projektu koristim sonde za struju i napon temeljene na Hallu za mjerenje izlaza alternatora, optički senzor za određivanje brzine alternatora i mjernu ćeliju za mjerenje ulaznog momenta. Svi ti instrumenti uzorkuju se otprilike 1000 puta u sekundi i snimaju na moje prijenosno računalo, koristeći Vernier logger kao AD prolazni uređaj. Na mom prijenosnom računalu pridruženi softver može pokrenuti izračune u stvarnom vremenu na temelju ulaza, kombinirajući podatke o zakretnom momentu i brzini kako bi dao snagu ulaznog vratila u stvarnom vremenu u vatima i izlazne podatke u stvarnom vremenu u električnim vatima. Nisam završio s ovim testiranjem, a od pomoći bi bilo i mišljenje nekoga tko ima bolje razumijevanje.

Problem koji imam je to što je ovaj alternator zaista sporedni projekt, pa ne želim trošiti previše vremena na njega. Takav kakav jest, mislim da ga mogu koristiti za opterećenje koje se može kontrolirati za moje istraživanje VAWT -a, ali na kraju bih želio raditi s ljudima kako bih ga poboljšao, tako da se učinkovito podudara s mojom turbinom.

Kad sam prije 15 -ak godina počeo istraživati VAWT, shvatio sam da je testiranje VAWT -a i drugih pokretača složenije nego što većina ljudi shvaća.

Primarni problem je što je energija predstavljena u pokretnoj tekućini eksponencijalna o brzini kretanja. To znači da se udvostručavanjem brzine protoka energija sadržana u protoku povećava 8x (kubna je). To je problem jer su alternatori linearniji i općenito, ako udvostručite okretaj alternatora, dobit ćete oko 2x vata.

Ova temeljna neusklađenost između turbine (uređaja za prikupljanje energije) i alternatora (snaga vratila prema korisnoj električnoj snazi) otežava odabir alternatora za vjetroturbinu. Ako za svoju vjetroturbinu odaberete alternator koji će generirati najveću raspoloživu snagu pri vjetrovima od 20 km/h, vjerojatno se neće ni početi okretati sve do 20-25 km/h jer će opterećenje turbine iz alternatora biti preveliko. S tim alternatorom, kad vjetar bude iznad 20 km, turbina ne samo da će uhvatiti samo dio energije dostupne u vjetru veće brzine, već se turbina može prebrzo i oštetiti jer opterećenje alternatora nije veliko dovoljno.

U posljednjem desetljeću rješenje je postalo ekonomičnije zbog pada cijene upravljačke elektronike. Umjesto pokušaja usklađivanja raspona brzina, dizajner izračunava najveću brzinu na kojoj uređaj treba raditi i odabire alternator na temelju količine energije i idealne brzine za turbinu pri toj brzini ili malo više. Ovaj alternator, ako je spojen na njegovo opterećenje, obično bi pružao preveliki okretni moment pri niskim brzinama, a preopterećena turbina neće uhvatiti svu energiju koju bi mogla imati da je pravilno opterećena. Za stvaranje odgovarajućeg opterećenja dodaje se regulator koji na trenutak odvaja alternator od električnog opterećenja, dopuštajući turbini da ubrza do odgovarajuće brzine, a alternator i opterećenje ponovno se spajaju. To se naziva MPPT (Multi Power Point Tracking). Regulator je programiran tako da se s promjenom brzine turbine (ili povećanjem napona alternatora) alternator priključi ili odspoji, otprilike tisuću puta u sekundi, kako bi odgovarao opterećenju programiranom za tu brzinu ili napon.