مولد تيربو ترينر: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:35

لطالما سحرني توليد الكهرباء عن طريق قوة الدواسة. هذا هو رأيي في ذلك.

الخطوة 1: نقطة بيع فريدة

أنا أستخدم وحدة تحكم في المحرك VESC6 و 192 كيلو فولت يعمل كمكبح متجدد. هذا فريد إلى حد ما حيث تعمل مولدات الدواسات ولكن هناك جزء آخر لهذا المشروع أعتقد أنه جديد.

عند ركوب الدراجات على الطريق ، يكون لديك قصور ذاتي وهذا يحافظ على دوران الدواسات ثابتًا جدًا طوال الثورة. تتميز المدربين التربو بقليل من القصور الذاتي ، لذا عند الضغط على الدواسات ، تتسارع / تتباطأ العجلة بسرعة وهذا يبدو غير طبيعي. يتم استخدام الحذافات في محاولة لتخفيف تقلبات السرعة هذه. يزن مدربو الدراجات الثابتة طنًا لهذا السبب.

لقد فكرت في حل بديل لهذه المشكلة. تم تكوين وحدة التحكم في المحرك لتدوير العداء في "وضع السرعة الثابتة". يتصل Arduino بـ VESC6 عبر UART ويقرأ تيار المحرك (الذي يتناسب طرديًا مع عزم دوران العجلة). يقوم Arduino بضبط نقطة ضبط المحرك في الدقيقة تدريجيًا لمحاكاة القصور الذاتي والسحب الذي قد تتعرض له أثناء ركوب الدراجات على الطريق. يمكنه حتى محاكاة الانزلاق الحر أسفل التل من خلال العمل كمحرك للحفاظ على دوران العجلة.

إنه يعمل ببراعة كما يتضح من الرسم البياني أعلاه الذي يوضح محرك RPM. توقفت عن ركوب الدراجات قبل 2105 ثانية. يمكنك أن ترى خلال الثواني الثماني التالية ، أن سرعة العجلة تتلاشى تدريجيًا كما لو توقفت عن الضغط على منحدر طفيف.

لا تزال هناك اختلافات طفيفة في السرعة مع ضربات الدواسة. ولكن هذا ينطبق أيضًا على الحياة ويتم محاكاته بشكل صحيح.

الخطوة الثانية: اختبار خرج الطاقة

يعتبر ركوب الدراجات من أكثر الطرق فعالية للقيام بالأعمال الميكانيكية. لقد استخدمت أداة VESC لقياس خرج الطاقة في الوقت الفعلي. لقد قمت بتصفير القراءات قبل ركوب الدراجات لمدة دقيقتين بالضبط. لقد قمت بالدواسة بقوة أعتقد أنه كان بإمكاني الحفاظ عليها لمدة 30 دقيقة تقريبًا.

بعد دقيقتين يمكنك أن ترى أنني أنتجت 6.15 واط. وهو ما يتوافق مع متوسط إنتاج للطاقة يبلغ 185 وات ، أعتقد أن هذا جيد إلى حد ما نظرًا للخسائر التي ينطوي عليها الأمر.

يمكنك رؤية التيارات الحركية في الرسم البياني أعلاه. يتم تعديلها بسرعة بواسطة VESC6 للحفاظ على سرعة دوران ثابتة للمحرك على الرغم من تقلب عزم الدوران الناتج عن الدواسة.

عندما تتوقف الدواسة ، يبدأ المحرك في استهلاك قدر ضئيل من الطاقة للحفاظ على دوران العجلة. على الأقل حتى يلاحظ Arduino أنك لا تقوم بالدواسة وتوقف المحرك تمامًا. يبدو أن تيار البطارية يكاد يكون صفرًا قبل الإغلاق مباشرة ، لذا يجب أن تكون الطاقة على الأكثر بضعة واط لتدوير العجلة فعليًا.

الخطوة الثالثة: النظر في الكفاءة

يؤدي استخدام VESC6 إلى تحسين الكفاءة بشكل كبير. إنه يحول طاقة التيار المتردد للمحرك إلى طاقة تيار مستمر أفضل بكثير من مقوم الجسر الكامل. أعتقد أنها أكثر كفاءة من 95٪.

ربما يكون محرك الاحتكاك هو نقطة الضعف فيما يتعلق بالكفاءة. بعد ركوب الدراجات لمدة 5 دقائق ، التقطت بعض الصور الحرارية.

وصل المحرك إلى حوالي 45 درجة مئوية في غرفة 10 درجات. كان إطار الدراجة سيتبدد الحرارة أيضًا. سوف تتفوق أنظمة الدفع بالحزام على هذا المولد التوربيني في هذا الصدد.

أجريت اختبارًا ثانيًا لمدة 10 دقائق بلغ متوسطه 180 وات. بعد ذلك كان المحرك ساخنًا جدًا بحيث لا يمكن لمسه لفترة طويلة. ربما حوالي 60 درجة. وتم فك بعض البراغي الموجودة في البلاستيك المطبوع ثلاثي الأبعاد! كان هناك أيضًا غشاء رقيق من غبار المطاط الأحمر على الأرض المحيطة. تمتص أنظمة محرك الاحتكاك!

الخطوة 4: محاكاة القصور الذاتي والسحب

البرنامج بسيط إلى حد ما وهو موجود هنا على GitHub. يتم تحديد الوظيفة العامة من خلال هذا الخط:

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

يعمل هذا على تعديل نقطة ضبط RPM التالية بشكل تدريجي (أي سرعتنا) بناءً على القوة المحاكاة التي تمارس. نظرًا لأن هذا يعمل 25 مرة / ثانية ، فإنه يدمج القوة بشكل فعال بمرور الوقت. يتم محاكاة القوة الكلية على النحو التالي:

القوة = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

يتم تضمين مقاومة التدحرج بشكل أساسي في مصطلح التدرج.

الخطوة 5: عدد قليل من النقاط المملة الأخرى

اضطررت إلى ضبط معلمات التحكم في سرعة PID الخاصة بـ VESC للحصول على تعليق أفضل لعدد الدورات في الدقيقة. كان ذلك سهلا بما فيه الكفاية.

الخطوة السادسة: ما تعلمته

لقد تعلمت أن آليات محرك الاحتكاك سيئة. بعد 20 دقيقة فقط من ركوب الدراجات ، يمكنني رؤية تآكل الإطارات المرئي والغبار المطاطي. هم أيضا غير فعالين. يعمل باقي النظام حلما. أعتقد أن المولد الذي يحركه الحزام يمكن أن يحصل على كفاءة إضافية بنسبة 10-20 ٪ خاصة مع ارتفاع عدد الدورات في الدقيقة. ستقلل RPMs الأعلى من التيارات الحركية وتنتج جهدًا أعلى مما أعتقد أنه سيحسن الكفاءة في هذه الحالة.

ليس لدي مساحة كافية في منزلي لإعداد جهاز صراف آلي يعمل بالحزام.