Boost Converter kis szélturbinákhoz: 6 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Legutóbbi cikkemben a maximális teljesítménypont -követés (MPPT) vezérlőiről egy szabványos módszert mutattam be a változó forrásból, például szélturbinából származó energia kiaknázására és az akkumulátor feltöltésére. Az általam használt generátor egy Nema 17 léptetőmotor volt (generátorként használt), mert olcsók és mindenhol kaphatók. A léptetőmotorok nagy előnye, hogy lassú forgás közben is nagy feszültséget termelnek.

Ebben a cikkben egy olyan szabályozót mutatok be, amelyet kifejezetten kis teljesítményű kefe nélküli egyenáramú motorokhoz (BLDC) terveztek. Ezekkel a motorokkal az a probléma, hogy gyorsan kell forogniuk, hogy kiaknázható feszültséget állítsanak elő. Lassú forgáskor az indukált feszültség olyan alacsony, hogy néha még a dióda vezetését sem teszi lehetővé, és ha igen, akkor az áram olyan alacsony, hogy szinte semmi áram nem jut át a turbináról az akkumulátorra.

Ez az áramkör egyszerre végzi el a kiegyenlítést és az erősítést. Maximalizálja a generátor tekercsében áramló áramot, és így a teljesítmény alacsony fordulatszámon is felhasználható.

Ez a cikk nem ismerteti az áramkör elkészítését, de ha érdekli, nézze meg az utolsó cikket.

1. lépés: Az áramkör

Az előző cikkhez hasonlóan az Attiny45 mikrovezérlőt használom az Arduino IDE-vel. Ez a vezérlő méri az áramot (az R1 ellenállás és az op-erősítő segítségével) és a feszültséget, kiszámítja a teljesítményt és módosítja a három kapcsolótranzisztor működési ciklusát. Ezeket a tranzisztorokat a bemenetre való tekintet nélkül kapcsolják össze.

Hogyan lehetséges ez?

Mivel BLDC motort használok generátorként, a feszültség a BLDC terminálján háromfázisú szinusz: három sinus 120 ° -kal eltolva (vö. 2. kép). Az a jó ebben a rendszerben, hogy ezeknek a sinusoknak az összege bármikor nulla. Tehát amikor a három tranzisztor vezet, három áram árad beléjük, de a földben megszüntetik egymást (vö. 3. kép). A MOSFET tranzisztorokat választottam, alacsony leeresztési forrású ellenállással. Ily módon (itt a trükk) az induktivitások áramát alacsony feszültségek mellett is maximalizálják. Jelenleg egyetlen dióda sem vezet.

Amikor a tranzisztorok leállnak, az induktív áramnak valahova el kell jutnia. Most a diódák elkezdenek vezetni. Ezek lehetnek a felső diódák vagy a tranzisztoron belüli diódák (ellenőrizze, hogy a tranzisztor képes -e kezelni az ilyen áramot) (vö. 4. kép). Mondhatod: Ok, de most olyan, mint egy normál híd egyenirányító. Igen, de a feszültség már megnő, amikor a diódákat használják.

Vannak áramkörök, amelyek hat tranzisztort használnak (például egy BLDC illesztőprogramot), de akkor meg kell határozni a feszültséget, hogy megtudja, mely tranzisztorokat kell be- vagy kikapcsolni. Ez a megoldás egyszerűbb, és akár 555 -ös időzítővel is megvalósítható.

A bemenet JP1, a BLDC motorhoz van csatlakoztatva. A kimenet JP2, az akkumulátorhoz vagy a LED -hez van csatlakoztatva.

2. lépés: A beállítás

Az áramkör teszteléséhez két motorral, egy áttételi aránnyal mechanikusan összekapcsolt motorral végeztem el a beállításokat (vö. Kép). Egy kis szálcsiszolt egyenáramú motor és egy BLDC van generátorként. Választhatok egy feszültséget a tápegységemen, és feltételezhetem, hogy a kis szálcsiszolt motor hozzávetőlegesen szélturbinaként viselkedik: A nyomaték megtörése nélkül eléri a maximális sebességet. Ha törési nyomatékot alkalmazunk, a motor lelassul (esetünkben a nyomaték-fordulatszám összefüggése lineáris, és a valódi szélturbinák esetében általában parabola).

A kis motor a tápegységhez, a BLDC az MPPT áramkörhöz van csatlakoztatva, és a terhelés egy tápellátás LED (1W, TDS-P001L4), 2,6 voltos előremenő feszültséggel. Ez a LED hozzávetőlegesen úgy viselkedik, mint egy akkumulátor: ha a feszültség 2,6 alatt van, akkor nem áram lép be a LED -be, ha a feszültség 2,6 fölé próbál menni, az áram eláraszt, és a feszültség 2,6 körül stabilizálódik.

A kód ugyanaz, mint az utolsó cikkben. Az utolsó cikkben már elmagyaráztam, hogyan kell betölteni a mikrovezérlőbe, és hogyan működik. A bemutatott eredmények érdekében kissé módosítottam ezt a kódot.

3. lépés: Eredmények

Ehhez a kísérlethez a teljesítmény LED -et használtam terhelésként. Előremenő feszültsége 2,6 volt. Mivel a feszültség 2,6 körül stabilizálódik, a vezérlő csak az áramot mérte.

1) Tápellátás -5,6 V (piros vonal a grafikonon)

• generátor min. fordulatszáma 1774 rpm (terhelési ciklus = 0,8)
• generátor maximális fordulatszáma 2606 rpm (terhelési ciklus = 0,2)
• generátor maximális teljesítménye 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Tápellátás 4 V -nál (sárga vonal a grafikonon)

• generátor min. fordulatszáma 1406 rpm (terhelési ciklus = 0,8)
• generátor maximális fordulatszáma 1646 rpm (terhelési ciklus = 0,2)
• generátor maximális teljesítménye 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Amikor megpróbáltam a BLDC generátort az első vezérlővel, nem mértek áramot, amíg a tápfeszültség el nem érte a 9 voltot. Próbáltam különböző áttételi arányokat is, de a teljesítmény nagyon alacsony volt a bemutatott eredményekhez képest. Nem tudom kipróbálni az ellenkezőjét: a léptető generátor elágazása (Nema 17) ezen a vezérlőn, mert a léptető nem termel háromfázisú szinuszfeszültséget.

4. lépés: Vita

Nem linearitások figyelhetők meg az induktivitás folytatása és megszakítása közötti átmenet miatt.

Egy másik vizsgálatot kell elvégezni nagyobb terhelési ciklusokkal, hogy megtaláljuk a maximális teljesítménypontot.

Az árammérés elég tiszta ahhoz, hogy a vezérlő szűrés nélkül működjön.

Úgy tűnik, hogy ez a topológia megfelelően működik, de szívesen venném a véleményét, mert nem vagyok szakember.

5. lépés: Összehasonlítás a léptetőgenerátorral

A maximális kivont teljesítmény jobb a BLDC -vel és vezérlőjével.

Delon feszültség duplázó hozzáadása csökkentheti a különbséget, de más problémák is felmerültek vele (A nagy sebességű feszültség nagyobb lehet, mint a feszültség akkumulátor, és szükség van egy bak konverterre).

A BLDC rendszer kevésbé zajos, így nincs szükség az aktuális mérések szűrésére. Lehetővé teszi a vezérlő gyorsabb reagálását.

6. lépés: Következtetés

Azt hiszem, készen állok arra, hogy folytassam a fészkelést: Szélerőművek tervezése, helyszíni mérések és végül az akkumulátor feltöltése a széllel!