تقویت کننده مبدل برای توربین های بادی کوچک: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

در آخرین مقاله من در مورد کنترل کننده های ردیابی نقطه توان (MPPT) ، من یک روش استاندارد برای بهره برداری از انرژی ناشی از منبع متغیر مانند توربین بادی و شارژ باتری را نشان دادم. ژنراتوری که من استفاده کردم یک موتور پله ای Nema 17 بود (به عنوان ژنراتور استفاده می شود) زیرا ارزان هستند و همه جا در دسترس هستند. مزیت بزرگ موتورهای پله ای این است که ولتاژهای بالایی تولید می کنند حتی زمانی که به آرامی می چرخند.

در این مقاله من یک کنترلر را ارائه می دهم که مخصوص موتورهای DC بدون برس کم قدرت (BLDC) طراحی شده است. مشکل این موتورها این است که برای تولید ولتاژ قابل استفاده نیاز به چرخش سریع دارند. هنگامی که به آرامی می چرخید ، ولتاژ القایی آنقدر پایین است که حتی گاهی اوقات اجازه هدایت دیود را نمی دهد و در این صورت ، جریان آنقدر کم است که تقریباً هیچ قدرتی از توربین به باتری منتقل نمی شود.

این مدار در عین حال اصلاح کننده و تقویت کننده را نیز انجام می دهد. این جریان را در سیم پیچ ژنراتور به حداکثر می رساند و از این طریق می توان از قدرت حتی در سرعت پایین استفاده کرد.

این مقاله نحوه ایجاد مدار را توضیح نمی دهد ، اما اگر علاقه دارید ، مقاله آخر را بررسی کنید.

مرحله 1: مدار

همانطور که در مقاله قبلی از یک میکرو کنترلر Attiny45 با Arduino IDE استفاده می کنم. این کنترل کننده جریان (با استفاده از مقاومت R1 و op-amp) و کشش ، توان را محاسبه کرده و چرخه کار را در سه ترانزیستور سوئیچینگ تغییر می دهد. این ترانزیستورها بدون در نظر گرفتن ورودی به هم متصل می شوند.

چطور ممکنه؟

از آنجا که من از یک موتور BLDC به عنوان مولد استفاده می کنم ، تنش در پایانه BLDC یک سینوس سه فاز است: سه سینوس 120 درجه تغییر مکان می دهند (نک: تصویر دوم). خوبی این سیستم این است که مجموع این سینوس ها در هر زمان خالی است. بنابراین وقتی سه ترانزیستور هدایت می شوند ، سه جریان جاری در آنها جاری می شود اما یکدیگر را در زمین لغو می کنند (نک. تصویر سوم). من ترانزیستورهای MOSFET را انتخاب کردم که منبع تخلیه آنها کم بود. به این ترتیب (در اینجا ترفند وجود دارد) جریان در سلف ها حتی با ولتاژهای پایین به حداکثر می رسد. در حال حاضر هیچ دیودی انجام نمی شود.

هنگامی که ترانزیستورها هدایت خود را متوقف می کنند ، جریان سلف باید به جایی برود. اکنون دیودها شروع به هدایت می کنند. این می تواند دیودهای بالا یا دیودهای داخل ترانزیستور باشد (بررسی کنید که ترانزیستور می تواند چنین جریانی را کنترل کند) (نک. تصویر چهارم). ممکن است بگویید: خوب اما اکنون مانند یک اصلاح کننده معمولی پل است. بله اما در حال حاضر هنگام استفاده از دیودها ولتاژ افزایش یافته است.

برخی مدارها از شش ترانزیستور استفاده می کنند (مانند درایور BLDC) ، اما پس از آن شما باید ولتاژ را محدود کنید تا بدانید کدام ترانزیستورها باید روشن یا خاموش شوند. این راه حل ساده تر است و حتی می تواند با یک تایمر 555 پیاده سازی شود.

ورودی JP1 است ، به موتور BLDC متصل است. خروجی JP2 است ، به باتری یا LED متصل است.

مرحله 2: راه اندازی

به منظور آزمایش مدار ، من یک تنظیم با دو موتور به صورت مکانیکی با نسبت چرخ دنده یک متصل کردم (نک: تصویر). یک موتور DC کوچک و یک BLDC به عنوان ژنراتور استفاده می شود. من می توانم یک ولتاژ در منبع تغذیه خود انتخاب کنم و فرض کنم که موتور برس کوچک تقریباً مانند یک توربین بادی رفتار می کند: بدون گشتاور شکستن به حداکثر سرعت می رسد. اگر گشتاور شکستن اعمال شود ، موتور کند می شود (در مورد ما سرعت گشتاور رابطه خطی است و برای توربین های بادی واقعی معمولاً یک پارابول است).

موتور کوچک به منبع تغذیه متصل است ، BLDC به مدار MPPT و بار یک LED قدرت (1W ، TDS-P001L4) با ولتاژ جلو 2.6 ولت است. این LED تقریباً مانند یک باتری رفتار می کند: اگر ولتاژ زیر 2.6 باشد ، جریان وارد LED نشود ، اگر ولتاژ سعی کند از 2.6 بیشتر شود ، جریان جاری می شود و ولتاژ در حدود 2.6 تثبیت می شود.

کد مشابه مقاله قبلی است. قبلاً نحوه بارگذاری آن در میکروکنترلر و نحوه عملکرد آن را در این مقاله اخیر توضیح دادم. من این کد را کمی تغییر دادم تا نتایج ارائه شده را ایجاد کنم.

مرحله 3: نتایج

برای این آزمایش ، از LED قدرت به عنوان بار استفاده کردم. ولتاژ جلو 2.6 ولت دارد. با تثبیت کشش در حدود 2.6 ، کنترل کننده فقط جریان را اندازه گیری می کند.

1) منبع تغذیه 5.6 ولت (خط قرمز روی نمودار)

• حداقل سرعت ژنراتور 1774 دور در دقیقه (چرخه کار = 0.8)
• حداکثر سرعت ژنراتور 2606 دور در دقیقه (چرخه کار = 0.2)
• حداکثر قدرت ژنراتور 156 مگاوات (0.06 2. 2.6)

2) منبع تغذیه در 4 ولت (خط زرد روی نمودار)

• حداقل سرعت ژنراتور 1406 دور در دقیقه (چرخه کار = 0.8)
• حداکثر سرعت ژنراتور 1646 دور در دقیقه (چرخه کار = 0.2)
• حداکثر قدرت ژنراتور 52 مگاوات (0.02 2. 2.6)

Remarque: وقتی ژنراتور BLDC را با اولین کنترل کننده امتحان کردم ، هیچ جریان اندازه گیری نشد تا زمانی که کشش منبع تغذیه به 9 ولت رسید. من همچنین نسبت های مختلف چرخ دنده را امتحان کردم اما قدرت آن در مقایسه با نتایج ارائه شده واقعاً پایین بود. من نمی توانم برعکس را امتحان کنم: منشعب کردن ژنراتور استپر (Nema 17) روی این کنترلر زیرا یک استپر ولتاژ سینوسی سه فاز تولید نمی کند.

مرحله چهارم: بحث

به دلیل انتقال بین ادامه و قطع جریان سلف ، خطی های غیر خطی مشاهده می شوند.

برای یافتن حداکثر نقطه قدرت ، آزمایش دیگری باید با چرخه های کاری بیشتر انجام شود.

اندازه گیری کنونی به اندازه کافی تمیز است که اجازه می دهد کنترل کننده بدون نیاز به فیلتر کار کند.

به نظر می رسد این توپولوژی به درستی کار می کند ، اما من دوست دارم نظرات شما را داشته باشم زیرا من متخصص نیستم.

مرحله 5: مقایسه با Stepper Generator

حداکثر قدرت استخراج شده با BLDC و کنترل کننده آن بهتر است.

افزودن دو برابر کننده ولتاژ دلون می تواند اختلاف را کاهش دهد اما مشکلات دیگری با آن ظاهر شد (ولتاژ در سرعت بالا می تواند بزرگتر از باتری ولتاژ باشد و یک مبدل باک مورد نیاز است).

سیستم BLDC سر و صدای کمتری دارد بنابراین نیازی به فیلتر اندازه گیری های فعلی نیست. این اجازه می دهد تا کنترل کننده سریعتر واکنش نشان دهد.

مرحله 6: نتیجه گیری

اکنون فکر می کنم آماده ادامه مرحله لانه هستم: طراحی توربین های بادی و اندازه گیری در محل و در نهایت شارژ باتری با باد!