Convertor Boost pentru turbine eoliene mici: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

În ultimul meu articol despre controlerele de urmărire a punctelor de putere maximă (MPPT) am arătat o metodă standard de exploatare a energiei provenite dintr-o sursă variabilă, cum ar fi o turbină eoliană și încărcarea unei baterii. Generatorul pe care l-am folosit a fost un motor pas cu pas Nema 17 (folosit ca generator), deoarece acestea sunt ieftine și disponibile peste tot. Marele avantaj al motoarelor pas cu pas este că produc tensiuni ridicate chiar și atunci când se rotește lent.

În acest articol vă prezint un controler special conceput pentru motoare de curent continuu fără perii (BLDC) de mică putere. Problema cu aceste motoare este că trebuie să se rotească rapid pentru a produce o tensiune exploatabilă. Când se învârte încet, tensiunea indusă este atât de mică încât uneori chiar nu permite conducerea diodelor și când o face, curentul este atât de scăzut încât aproape nici o putere nu trece de la turbină la baterie.

Acest circuit face în același timp redresorul și impulsul. Maximizează curentul care curge în bobina generatorului și în acest fel, puterea poate fi utilizată chiar și la viteză mică.

Acest articol nu explică cum să faci circuitul, dar dacă te interesează, verifică ultimul articol.

Pasul 1: Circuitul

La fel ca în ultimul articol, folosesc un micro-controler Attiny45 cu Arduino IDE. Acest controler măsoară curentul (folosind rezistorul R1 și op-amp) și tensiunea, calculează puterea și modifică ciclul de funcționare pe cele trei tranzistoare de comutare. Acești tranzistori sunt comutați fără a lua în considerare intrarea.

Cum este posibil?

Deoarece folosesc un motor BLDC ca generator, tensiunile de la terminalul BLDC sunt un sinus trifazat: trei sinusuri deplasate cu 120 ° (cf. a doua imagine). Lucrul bun al acestui sistem este că suma acestor sinusuri este nulă în orice moment. Deci, atunci când cei trei tranzistori conduc, trei curenți se inundă în ele, dar se anulează reciproc în sol (cf. a treia imagine). Am ales tranzistoarele MOSFET cu o rezistență scăzută la sursă. În acest fel (aici este trucul) curentul în inductoare este maximizat chiar și cu tensiuni reduse. Nicio diodă nu conduce în acest moment.

Când tranzistoarele nu mai conduc, curentul inductor trebuie să meargă undeva. Acum diodele încep să conducă. Poate fi diodele superioare sau diodele din interiorul tranzistorului (verificați dacă tranzistorul poate gestiona un astfel de curent) (cf. a 4-a imagine). Ați putea spune: Ok, dar acum este ca un redresor de pod normal. Da, dar acum tensiunea este deja crescută când sunt utilizate diodele.

Există unele circuite care folosesc șase tranzistoare (cum ar fi un driver BLDC), dar trebuie să stabiliți tensiunea pentru a ști ce tranzistoare trebuie să fie pornite sau oprite. Această soluție este mai simplă și poate fi chiar implementată cu un temporizator 555.

Intrarea este JP1, este conectată la motorul BLDC. Ieșirea este JP2, este conectată la baterie sau la LED.

Pasul 2: Configurarea

Pentru a testa circuitul, am realizat o configurare cu două motoare conectate mecanic cu un raport de transmisie de unul (cf. imagine). Există un mic motor DC periat și unul BLDC folosit ca generator. Pot alege o tensiune pe sursa mea de alimentare și să presupun că micul motor periat se comportă aproximativ ca o turbină eoliană: fără a reduce cuplul atinge o viteză maximă. Dacă se aplică un cuplu de rupere, motorul încetinește (în cazul nostru relația cuplu-viteză este liniară și pentru turbine eoliene reale este de obicei un parabol).

Micul motor este conectat la sursa de alimentare, BLDC este conectat la circuitul MPPT, iar sarcina este un LED de alimentare (1W, TDS-P001L4) cu o tensiune înainte de 2,6 volți. Acest LED se comportă aproximativ ca o baterie: dacă tensiunea este sub 2,6, nu intră curent în LED, dacă tensiunea încearcă să depășească 2,6, curentul se inundă și tensiunea se stabilizează în jurul valorii de 2,6.

Codul este același ca în ultimul articol. Am explicat deja cum să-l încărc în microcontroler și cum funcționează în acest ultim articol. Am modificat ușor acest cod pentru a obține rezultatele prezentate.

Pasul 3: Rezultate

Pentru acest experiment, am folosit LED-ul de alimentare ca o sarcină. Are o tensiune înainte de 2,6 volți. Deoarece tensiunea este stabilizată în jurul valorii de 2,6, controlerul a măsurat doar curentul.

1) Sursa de alimentare la 5,6 V (linia roșie pe grafic)

• Viteza min. a generatorului 1774 rpm (ciclu de lucru = 0,8)
• turație maximă a generatorului 2606 rpm (ciclu de lucru = 0,2)
• putere maxima generator 156 mW (0,06 x 2,6)

2) Alimentare la 4 V (linia galbenă pe grafic)

• Viteza min. a generatorului 1406 rpm (ciclu de lucru = 0,8)
• turație maximă a generatorului 1646 rpm (ciclu de lucru = 0,2)
• putere maxima generator 52 mW (0,02 x 2,6)

Remarque: Când am încercat generatorul BLDC cu primul controler, nu s-a măsurat curent până când tensiunea de alimentare a ajuns la 9 volți. Am încercat, de asemenea, diferite rapoarte de transmisie, dar puterea a fost într-adevăr scăzută în comparație cu rezultatele prezentate. Nu pot încerca opusul: ramificarea generatorului pas cu pas (Nema 17) pe acest controler, deoarece un pas cu pas nu produce tensiune sinusală trifazată.

Pasul 4: Discuție

Non-liniaritățile sunt observate datorită tranziției între continuarea și întreruperea conducerii inductorului.

Ar trebui efectuat un alt test cu cicluri de funcționare mai mari pentru a găsi punctul maxim de putere.

Măsurarea curentă este suficient de curată pentru a permite controlerului să funcționeze fără a fi nevoie de filtrare.

Această topologie pare să funcționeze corect, dar mi-ar plăcea să am comentariile dvs. pentru că nu sunt specialist.

Pasul 5: Comparație cu generatorul Stepper

Puterea maximă extrasă este mai bună cu BLDC și controlerul său.

Adăugarea unui dublor de tensiune Delon poate reduce diferența, dar au apărut și alte probleme cu acesta (Tensiunea în timpul vitezei mari poate fi mai mare decât bateria de tensiune și este nevoie de un convertor Buck).

Sistemul BLDC este mai puțin zgomotos, astfel încât nu este nevoie să filtrați măsurătorile curente. Permite controlerului să reacționeze mai repede.

Pasul 6: Concluzie

Acum cred că sunt gata să continui cu pasul cuib care este: Proiectarea turbinelor eoliene și efectuarea de măsurători la fața locului și, în cele din urmă, încărcarea unei baterii cu vântul!