Turbo Trainer Generator: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

At generere elektricitet ved hjælp af pedalstrøm har altid fascineret mig. Her er mit bud på det.

Trin 1: Unikt salgssted

Jeg bruger en VESC6 motor controller og en 192KV outrunner, der fungerer som en regenerativ bremse. Dette er ret unikt som pedalgeneratorer, men der er en anden del af dette projekt, som jeg synes er ny.

Når du cykler på vejen, har du inerti, og dette holder pedalernes rotation meget konstant under en revolution. Turbo -trænere har meget lidt inerti, så når du trykker på pedalerne accelererer/bremser hjulet hurtigt, og det føles unaturligt. Svinghjul bruges i et forsøg på at udjævne disse hastighedsudsving. Stationære cykeltrænere vejer et ton af denne grund.

Jeg har overvejet en alternativ løsning på dette problem. Motorstyringen er konfigureret til at dreje outrunner i "konstant hastighedstilstand". Arduino opretter forbindelse til VESC6 via UART og læser motorstrømmen (som er direkte proportional med hjulmoment). Arduino justerer motorens omdrejningstal omdrejningstal gradvist for at simulere inerti og træk, du vil opleve at cykle på en vej. Det kan endda simulere frihjul ned ad en bakke ved at fungere som en motor for at holde hjulet i gang.

Det fungerer glimrende som det fremgår af grafen ovenfor, der viser motorens omdrejningstal. Jeg stoppede med at cykle lige før 2105 sekunder. Du kan se i løbet af de næste 8 sekunder, at hjulets hastighed gradvist falder, ligesom det ville gøre, hvis du stoppede med at træde en lille stigning op.

Der er stadig meget små hastighedsvariationer med pedalslagene. Men det er også sandt for livet og simuleret korrekt.

Trin 2: Test af strømudgang

Cykling er den mest effektive måde at udføre mekanisk arbejde på. Jeg brugte VESC -værktøjet til at måle realtidseffekt. Jeg nulstillede målingerne, inden jeg cyklede i præcis 2 minutter. Jeg pedalerede med en intensitet, som jeg tror, jeg kunne have opretholdt i cirka 30 minutter.

Efter 2 minutter kan du se, at jeg producerede 6,15 Wh. Hvilket svarer til en gennemsnitlig effekt på 185 W. Jeg synes, det er rimeligt godt i betragtning af de involverede tab.

Du kan se motorstrømmene i grafen ovenfor. De justeres hurtigt af VESC6 for at opretholde et konstant motoromdrejningstal på trods af det svingende drejningsmoment, der udøves af pedalerne.

Når pedalerne stopper, begynder motoren at forbruge en lille smule strøm for at holde hjulet i gang. I hvert fald indtil Arduino bemærker, at du ikke pedaler og stopper motoren helt. Batteristrømmen ser ud til at være næsten nul lige før nedlukning, så strømmen må højst være et par watt for faktisk at dreje hjulet aktivt.

Trin 3: Ser på effektiviteten

Brug af VESC6 forbedrer effektiviteten enormt. Det konverterer motorens vekselstrøm til jævnstrøm betydeligt bedre end en fuldbro -ensretter. Jeg tror, det er over 95% effektivt.

Friktionsdriften er sandsynligvis det svage punkt, hvad angår effektivitet. Efter at have cyklet i 5 minutter tog jeg nogle termiske billeder.

Motoren kom op på omkring 45 grader celsius i et 10 graders rum. Cykeldækket ville også have spredt varme. Bælte drevne systemer ville overgå denne turbo generator i denne henseende.

Jeg lavede en anden 10 minutters test med et gennemsnit på 180 W. Efter dette var motoren for varm til at røre i lang tid. Sandsynligvis omkring 60 grader. Og nogle af boltene gennem 3D -printet plast blev løsnet! Der var også en tynd film af rødt gummistøv på det omgivende gulv. Friktionsdrevsystemer suger!

Trin 4: Simulering af inerti og træk

Softwaren er ret enkel og er her på GitHub. Den overordnede funktion bestemmes af denne linje:

RPM = RPM + (a*Motor_Current - b*RPM - c*RPM*RPM - GRADIENT);

Dette justerer trinvist det næste omdrejningstal for omdrejningstal (dvs. vores hastighed) baseret på den udførte simulerede kraft. Da dette kører 25 gange/sekund, integrerer det effektivt kraften over tid. Den samlede kraft simuleres således:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Rullemodstand er i det væsentlige inkluderet i gradientperioden.

Trin 5: Et par andre kedelige point

Jeg var nødt til at justere PID -hastighedskontrolparametrene for VESC for at få bedre omdrejninger pr. Minut. Det var let nok.

Trin 6: Hvad jeg har lært

Jeg har lært, at friktionsdrevsmekanismer er suge. Efter kun 20 minutters cykling kan jeg se synligt dækslitage og gummistøv. De er også ineffektive. Resten af systemet fungerer som en drøm. Jeg regner med, at en remdrevet generator kunne få en ekstra 10-20% effektivitet især med højere omdrejninger. Højere omdrejningstal ville reducere motorstrømmene og producere højere spændinger, som jeg tror ville forbedre effektiviteten i dette tilfælde.

Jeg har ikke nok plads i mit hus til at opsætte en bæltet drevet system -pengeautomat.