Generator Turbo Trainer: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Generarea de energie electrică prin intermediul pedalei m-a fascinat întotdeauna. Iată ideea mea.

Pasul 1: Punct unic de vânzare

Folosesc un controler de motor VESC6 și un outrunner de 192KV care funcționează ca o frână regenerativă. Acest lucru este destul de unic pe măsură ce generatoarele de pedale merg, dar există o altă parte în acest proiect, care cred că este nou.

Când mergeți cu bicicleta pe șosea aveți inerție și aceasta menține rotația pedalelor foarte constantă pe tot parcursul unei revoluții. Turbo-antrenorii au foarte puțină inerție, așa că atunci când apasă pe pedale roata accelerează / decelerează rapid și acest lucru se simte nenatural. Volanele sunt utilizate pentru a atenua aceste fluctuații de viteză. Din acest motiv, antrenorii staționari pentru biciclete cântăresc o tonă.

Am gândit o soluție alternativă la această problemă. Controlerul motorului este configurat pentru a roti outrunner-ul în „mod de viteză constantă”. Arduino se conectează la VESC6 prin UART și citește curentul motorului (care este direct proporțional cu cuplul roții). Arduino ajustează treptat valoarea de referință a RPM-ului motorului pentru a simula inerția și a trage cu bicicleta pe un drum. Poate chiar simula roata liberă pe un deal, acționând ca un motor pentru a menține rotirea roții.

Funcționează strălucit, după cum reiese din graficul de mai sus, care arată turația motorului. Am oprit ciclismul chiar înainte de 2105 secunde. Puteți vedea în următoarele 8 secunde, viteza roții scade treptat la fel ca și dacă ați înceta să pedalați pe o ușoară înclinare.

Există încă variații foarte mici de viteză cu cursele pedalei. Dar acest lucru este valabil și pentru viață și simulat corect.

Pasul 2: Testarea puterii de ieșire

Ciclismul este cel mai eficient mod de a face lucrări mecanice. Am folosit instrumentul VESC pentru a măsura puterea de ieșire în timp real. Am redus la zero citirile înainte de a merge cu bicicleta exact 2 minute. Am pedalat la o intensitate pe care cred că aș fi putut să o mențin aproximativ 30 de minute.

După 2 minute puteți vedea că am produs 6,15 Wh. Ceea ce corespunde unei puteri medii de 185 W. Cred că este destul de bun, având în vedere pierderile implicate.

Puteți vedea curenții motorului în graficul de mai sus. Acestea sunt ajustate rapid de VESC6 pentru a menține un RPM constant al motorului, în ciuda cuplului fluctuant exercitat de pedalare.

Când pedalarea se oprește, motorul începe să consume un pic de energie pentru a menține roata rotind. Cel puțin până când Arduino nu observă că nu pedalezi și oprește complet motorul. Curentul bateriei pare să fie aproape zero chiar înainte de oprire, deci puterea trebuie să fie de cel mult câțiva wați pentru a roti efectiv roata.

Pasul 3: Privind eficiența

Utilizarea VESC6 îmbunătățește enorm eficiența. Convertește puterea de curent alternativ a motorului în curent continuu mult mai bine decât un redresor cu punte completă. Cred că este cu peste 95% eficient.

Unitatea de frecare este probabil punctul slab în ceea ce privește eficiența. După 5 minute cu bicicleta am făcut câteva imagini termice.

Motorul a ajuns la aproximativ 45 de grade Celsius într-o cameră de 10 grade. Anvelopa pentru bicicletă ar fi disipat și căldura. Sistemele acționate prin curea ar depăși acest turbogenerator în acest sens.

Am făcut un al doilea test de 10 minute, care a avut o medie de 180 W. După aceasta, motorul a fost prea fierbinte pentru a fi atins mult timp. Probabil cam 60 de grade. Și unele dintre șuruburile prin plasticul tipărit 3D au fost slăbite! De asemenea, pe podeaua din jur era o peliculă subțire de praf de cauciuc roșu. Sistemele de acționare prin frecare suge!

Pasul 4: Simularea inerției și tragerea

Software-ul este destul de simplu și este aici pe GitHub. Funcția generală este determinată de această linie:

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

Aceasta ajustează în mod incremental următorul punct de referință RPM (adică viteza noastră) pe baza forței simulate exercitate. Deoarece aceasta rulează de 25 de ori pe secundă, integrează efectiv forța în timp. Forța generală este simulată astfel:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Rezistența la rulare este în esență inclusă în termenul de gradient.

Pasul 5: Câteva alte puncte plictisitoare

A trebuit să ajustez parametrii de control al vitezei PID al VESC pentru a obține un RPM mai bun. A fost destul de ușor.

Pasul 6: Ce am învățat

Am învățat că mecanismele de acționare prin frecare sunt aspre. După doar 20 de minute de ciclism, văd uzura vizibilă a anvelopelor și praful de cauciuc. De asemenea, sunt ineficiente. Restul sistemului face un vis. Cred că un generator acționat cu curea ar putea obține o eficiență suplimentară de 10-20%, în special cu RPM-uri mai mari. RPM-uri mai mari ar reduce curenții motorului și ar produce tensiuni mai mari, ceea ce cred că ar îmbunătăți eficiența în acest caz.

Nu am suficient spațiu în casa mea pentru a configura un sistem de acționare cu curea.