Boost -konverter til små vindmøller: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

I min sidste artikel om maksimal power point tracking (MPPT) controllere viste jeg en standardmetode til at udnytte energien fra en variabel kilde, såsom en vindmølle og opladning af et batteri. Den generator, jeg brugte, var en trinmotor Nema 17 (brugt som generator), fordi de er billige og tilgængelige overalt. Den store fordel ved steppermotorer er, at de producerer høje spændinger, selv når de drejer langsomt.

I denne artikel præsenterer jeg en controller specielt designet til børsteløse DC -motorer med lav effekt (BLDC). Problemet med disse motorer er, at de skal rotere hurtigt for at producere en udnyttelig spænding. Ved langsom centrifugering er den inducerede spænding så lav, at den nogle gange endda ikke tillader diodeledning, og når den gør det, er strømmen så lav, at næsten ingen strøm passerer fra turbinen til batteriet.

Dette kredsløb gør på samme tid reparationen og boostet. Det maksimerer strømmen, der strømmer i generatorens spole, og på denne måde kan strømmen bruges selv ved lav hastighed.

Denne artikel forklarer ikke, hvordan man laver kredsløbet, men hvis du er interesseret, så tjek den sidste artikel.

Trin 1: Kredsløbet

Som i den sidste artikel bruger jeg en mikro-controller Attiny45 med Arduino IDE. Denne controller måler strømmen (ved hjælp af R1-modstanden og op-amp) og spændingen, beregner effekten og ændrer driftscyklussen på de tre switch-transistorer. Disse transistorer kobles sammen uden hensyn til input.

Hvordan er det muligt?

Fordi jeg bruger en BLDC-motor som generator, er spændingerne ved BLDC's terminal en trefaset sinus: Tre sinus forskudt med 120 ° (jf. 2. billede). Det gode ved dette system er, at summen af din sinus er til enhver tid nul. Så når de tre transistorer leder, oversvømmes tre strøm i dem, men de annullerer hinanden i jorden (jf. 3. billede). Jeg valgte MOSFET-transistorer med en lav afløbskilde-modstand. På denne måde (her er tricket) maksimeres strømmen i induktorerne selv med lave spændinger. Ingen dioder leder i øjeblikket.

Når transistorer holder op med at lede, skal induktorstrømmen gå et sted. Nu begynder dioderne at lede. Det kan være de øverste dioder eller dioderne inde i transistoren (kontroller, at transistoren kan klare sådan strøm) (jf. 4. billede). Du kan sige: Ok, men nu er det som en normal bro -ensretter. Ja, men nu øges spændingen allerede, når dioderne bruges.

Der er nogle kredsløb, der bruger seks transistorer (som en BLDC -driver), men så skal du omfatte spændingen for at vide, hvilke transistorer der skal tændes eller slukkes. Denne løsning er enklere og kan endda implementeres med en 555 timer.

Indgangen er JP1, den er forbundet til BLDC -motoren. Udgangen er JP2, den er forbundet til batteriet eller LED'en.

Trin 2: Opsætningen

For at teste kredsløbet lavede jeg et setup med to motorer mekanisk forbundet med et gearingsforhold på en (jf. Billede). Der er en lille børstet DC -motor og en BLDC, der bruges som generator. Jeg kan vælge en spænding på min strømforsyning og antage, at den lille børstede motor opfører sig omtrentligt som en vindmølle: Uden at bryde drejningsmoment når den en maksimal hastighed. Hvis et brudmoment påføres, sænkes motoren (i vores tilfælde er forholdet drejningsmoment-hastighed lineært, og for rigtige vindmøller er det normalt en parabole).

Den lille motor er tilsluttet strømforsyningen, BLDC er forbundet til MPPT-kredsløbet, og belastningen er en strøm-LED (1W, TDS-P001L4) med en fremspænding på 2,6 volt. Denne LED opfører sig omtrent som et batteri: hvis spændingen er under 2,6, kommer der ikke strøm ind i LED'en, hvis spændingen forsøger at gå over 2,6, strømmer strømmen, og spændingen stabiliserer sig omkring 2,6.

Koden er den samme som i den sidste artikel. Jeg har allerede forklaret, hvordan man indlæser det i mikrokontrolleren, og hvordan det fungerer i denne sidste artikel. Jeg har ændret denne kode lidt for at få de præsenterede resultater.

Trin 3: Resultater

Til dette eksperiment brugte jeg power -LED'en som en belastning. Den har en fremspænding på 2,6 volt. Da spændingen er stabiliseret omkring 2,6, målte controlleren kun strømmen.

1) Strømforsyning ved 5,6 V (rød linje på grafen)

• generator min. hastighed 1774 o / min (driftscyklus = 0,8)
• generator maks. hastighed 2606 omdr./min. (driftscyklus = 0,2)
• generator maks. effekt 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Strømforsyning ved 4 V (gul linje på grafen)

• generator min. hastighed 1406 o / min (driftscyklus = 0,8)
• generator maks. hastighed 1646 o / min (driftscyklus = 0,2)
• generator maks. effekt 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Da jeg prøvede BLDC -generatoren med den første controller, blev der ikke målt nogen strøm, før strømforsyningens spænding nåede 9 volt. Jeg prøvede også forskellige gearingsforhold, men effekten var virkelig lav i forhold til de præsenterede resultater. Jeg kan ikke prøve det modsatte: Forgrening af tringeneratoren (Nema 17) på denne controller, fordi en stepper ikke producerer trefaset sinusspænding.

Trin 4: Diskussion

Ikke -lineariteter observeres på grund af overgangen mellem fortsætte og afbryde induktorledning.

En anden test bør udføres med højere driftscyklusser for at finde det maksimale effektpunkt.

Den aktuelle måling er ren nok til at lade controlleren arbejde uden behov for filtrering.

Denne topologi ser ud til at fungere korrekt, men jeg vil meget gerne have dine kommentarer, fordi jeg ikke er specialist.

Trin 5: Sammenligning med tringeneratoren

Den maksimale ekstraherede effekt er bedre med BLDC og dens controller.

Tilføjelse af en Delon -spændingsdobler kan sænke forskellen, men andre problemer dukkede op med den (Spændingen under høj hastighed kan være større end spændingsbatteriet, og en bukkonverter er nødvendig).

BLDC -systemet er mindre støjende, så det er ikke nødvendigt at filtrere de aktuelle målinger. Det gør det muligt for controlleren at reagere hurtigere.

Trin 6: Konklusion

Nu tror jeg, at jeg er klar til at fortsætte med redetrinet, som er: Design af vindmøller og foretag målinger på stedet og til sidst oplade et batteri med vinden!