محول دفعة لتوربينات الرياح الصغيرة: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

في مقالتي الأخيرة حول وحدات التحكم القصوى لتتبع نقاط الطاقة (MPPT) ، عرضت طريقة قياسية لاستغلال الطاقة القادمة من مصدر متغير مثل توربينات الرياح وشحن البطارية. كان المولد الذي استخدمته عبارة عن محرك متدرج Nema 17 (يستخدم كمولد) لأنها رخيصة ومتوفرة في كل مكان. الميزة الكبيرة لمحركات السائر هي أنها تنتج الفولتية العالية حتى عند الدوران ببطء.

في هذه المقالة ، أقدم وحدة تحكم مصممة خصيصًا لمحركات DC بدون فرش (BLDC) منخفضة الطاقة. تكمن مشكلة هذه المحركات في أنها تحتاج إلى الدوران بسرعة لإنتاج جهد قابل للاستغلال. عند الدوران ببطء ، يكون الجهد المستحث منخفضًا جدًا لدرجة أنه في بعض الأحيان لا يسمح بتوصيل الصمام الثنائي ، وعندما يحدث ، يكون التيار منخفضًا جدًا بحيث لا تمر أي طاقة تقريبًا من التوربين إلى البطارية.

تعمل هذه الدائرة في نفس الوقت على الإصلاح والتعزيز. يعمل على زيادة التيار المتدفق في ملف المولد وبهذه الطريقة ، يمكن استخدام الطاقة حتى عند السرعة المنخفضة.

لا تشرح هذه المقالة كيفية عمل الدائرة ولكن إذا كنت مهتمًا ، فتحقق من المقالة الأخيرة.

الخطوة 1: الدائرة

كما في المقال الأخير ، أستخدم وحدة تحكم صغيرة Attiny45 مع Arduino IDE. يقيس جهاز التحكم هذا التيار (باستخدام المقاوم R1 و op-amp) والتوتر ، ويحسب الطاقة ويعدل دورة العمل على ترانزستورات التحويل الثلاثة. يتم تبديل هذه الترانزستورات معًا بغض النظر عن المدخلات.

كيف يعقل ذلك؟

نظرًا لأنني أستخدم محرك BLDC كمولد ، فإن التوترات في محطة BLDC هي عبارة عن جيب ثلاثي الطور: ثلاثة جيوب تحولت بمقدار 120 درجة (راجع الصورة الثانية). الشيء الجيد في هذا النظام هو أن مجموع هذه الجيوب الأنفية لاغية في أي وقت. لذلك عندما توصل الترانزستورات الثلاثة ، هناك ثلاثة فيضان حاليين فيها لكنها تلغي بعضها البعض في الأرض (راجع الصورة الثالثة). اخترت ترانزستورات MOSFET ذات مصدر تصريف منخفض على المقاومة. بهذه الطريقة (هنا الحيلة) يتم تكبير التيار في المحاثات حتى مع الفولتية المنخفضة. لا توجد ثنائيات تجري حاليًا.

عندما تتوقف الترانزستورات عن التوصيل ، يجب أن يذهب تيار المحرِّض إلى مكان ما. الآن تبدأ الثنائيات في العمل. يمكن أن تكون الثنائيات العلوية أو الثنائيات داخل الترانزستور (تحقق من أن الترانزستور يمكنه التعامل مع هذا التيار) (راجع الصورة الرابعة). قد تقول: حسنًا ، لكن الآن أصبح مثل مقوم الجسر العادي. نعم ولكن الآن تم تعزيز الجهد بالفعل عند استخدام الثنائيات.

هناك بعض الدوائر التي تستخدم ستة ترانزستورات (مثل مشغل BLDC) ولكن بعد ذلك تحتاج إلى تحديد نطاق الجهد لمعرفة الترانزستورات التي يجب تشغيلها أو إيقاف تشغيلها. هذا الحل أبسط ويمكن تنفيذه باستخدام مؤقت 555.

المدخل هو JP1 ، وهو متصل بمحرك BLDC. الإخراج هو JP2 ، وهو متصل بالبطارية أو LED.

الخطوة 2: الإعداد

من أجل اختبار الدائرة ، قمت بإجراء إعداد بمحركين متصلين ميكانيكيًا بنسبة تروس واحدة (راجع الصورة). يوجد محرك DC صغير مصقول وآخر BLDC يستخدم كمولد. يمكنني اختيار جهد على مصدر الطاقة الخاص بي وافترض أن المحرك المصقول الصغير يتصرف بشكل تقريبي مثل توربينات الرياح: بدون كسر عزم الدوران يصل إلى أقصى سرعة. إذا تم تطبيق عزم كسر ، فإن المحرك يتباطأ (في حالتنا ، تكون العلاقة بين سرعة عزم الدوران خطية وفي حالة توربينات الرياح الحقيقية تكون عادةً مكافئًا).

يتم توصيل المحرك الصغير بمصدر الطاقة ، ويتم توصيل BLDC بدائرة MPPT والحمل عبارة عن مصباح LED للطاقة (1W ، TDS-P001L4) بجهد أمامي 2.6 فولت. يتصرف هذا LED بشكل تقريبي مثل البطارية: إذا كان الجهد أقل من 2.6 ، فلا يدخل التيار إلى LED ، وإذا حاول الجهد أن يتجاوز 2.6 ، فإن التيار يفيض والجهد يستقر حول 2.6.

الرمز هو نفسه كما في المقال الأخير. لقد شرحت بالفعل كيفية تحميله في وحدة التحكم الدقيقة وكيف تعمل في هذه المقالة الأخيرة. لقد قمت بتعديل هذا الرمز بشكل طفيف من أجل تقديم النتائج المعروضة.

الخطوة الثالثة: النتائج

بالنسبة لهذه التجربة ، استخدمت مؤشر LED للطاقة كحمل. لها جهد أمامي 2.6 فولت. نظرًا لاستقرار التوتر حول 2.6 ، قام جهاز التحكم بقياس التيار فقط.

1) مزود الطاقة عند 5.6 فولت (خط أحمر على الرسم البياني)

• الحد الأدنى لسرعة المولد 1774 دورة في الدقيقة (دورة العمل = 0.8)
• أقصى سرعة للمولد 2606 دورة في الدقيقة (دورة العمل = 0.2)
• أقصى طاقة للمولد 156 ميغاواط (0.06 × 2.6)

2) مصدر الطاقة عند 4 فولت (الخط الأصفر على الرسم البياني)

• الحد الأدنى لسرعة المولد 1406 دورة في الدقيقة (دورة العمل = 0.8)
• أقصى سرعة للمولد 1646 دورة في الدقيقة (دورة العمل = 0.2)
• أقصى طاقة للمولد 52 ميجاوات (0.02 × 2.6)

إعادة مارك: عندما جربت مولد BLDC بأول وحدة تحكم ، لم يتم قياس أي تيار حتى وصل توتر مصدر الطاقة إلى 9 فولت. لقد جربت أيضًا نسب تروس مختلفة ولكن القوة كانت منخفضة حقًا مقارنة بالنتائج المعروضة. لا يمكنني تجربة العكس: تفريع مولد السائر (نيما 17) على وحدة التحكم هذه لأن السائر لا ينتج جهد الجيوب الأنفية ثلاثي الطور.

الخطوة 4: المناقشة

لوحظ عدم الخطية بسبب الانتقال بين توصيل الحث المستمر والمتوقف.

يجب إجراء اختبار آخر مع دورات تشغيل أعلى للعثور على أقصى نقطة للطاقة.

القياس الحالي نظيف بما يكفي للسماح لوحدة التحكم بالعمل دون الحاجة إلى التصفية.

يبدو أن هذا الهيكل يعمل بشكل صحيح ولكني أرغب في الحصول على تعليقاتك لأنني لست متخصصًا.

الخطوة 5: المقارنة مع المولد السائر

تكون الطاقة القصوى المستخرجة أفضل مع BLDC ووحدة التحكم الخاصة بها.

يمكن أن تؤدي إضافة مضاعف جهد Delon إلى تقليل الاختلاف ولكن ظهرت مشاكل أخرى معه (يمكن أن يكون الجهد أثناء السرعة العالية أكبر من بطارية الجهد وهناك حاجة إلى محول باك).

نظام BLDC أقل ضوضاء ، لذلك ليست هناك حاجة لتصفية القياسات الحالية. يسمح لوحدة التحكم بالتفاعل بشكل أسرع.

الخطوة السادسة: الخاتمة

الآن أعتقد أنني مستعد لمواصلة خطوة العش وهي: تصميم توربينات الرياح وإجراء قياسات في الموقع وأخيراً شحن البطارية بالرياح!