Γεννήτρια Turbo Trainer: 6 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από το πεντάλ με γοήτευε πάντα. Ιδού η άποψή μου για αυτό.

Βήμα 1: Μοναδικό σημείο πώλησης

Χρησιμοποιώ έναν ελεγκτή κινητήρα VESC6 και έναν προωθητή 192KV που λειτουργεί ως φρένο αναγέννησης. Αυτό είναι αρκετά μοναδικό καθώς πηγαίνουν οι γεννήτριες πεντάλ, αλλά υπάρχει ένα άλλο μέρος σε αυτό το έργο που νομίζω ότι είναι καινοτόμο.

Όταν κάνετε ποδήλατο στο δρόμο έχετε αδράνεια και αυτό διατηρεί την περιστροφή των πεντάλ πολύ σταθερή καθ 'όλη τη διάρκεια μιας επανάστασης. Οι προπονητές Turbo έχουν πολύ μικρή αδράνεια, οπότε όταν πιέζετε τα πεντάλ ο τροχός επιταχύνεται/επιβραδύνεται γρήγορα και αυτό φαίνεται αφύσικο. Τα σφόνδυλα χρησιμοποιούνται σε μια προσπάθεια να εξομαλύνουν αυτές τις διακυμάνσεις της ταχύτητας. Οι σταθεροί εκπαιδευτές ποδηλάτων ζυγίζουν έναν τόνο για αυτόν τον λόγο.

Έχω σκεφτεί μια εναλλακτική λύση σε αυτό το πρόβλημα. Ο ελεγκτής κινητήρα έχει ρυθμιστεί ώστε να περιστρέφει τον προωθητή σε "λειτουργία σταθερής ταχύτητας". Το Arduino συνδέεται με το VESC6 μέσω UART και διαβάζει το ρεύμα του κινητήρα (το οποίο είναι ευθέως ανάλογο με τη ροπή των τροχών). Το Arduino προσαρμόζει σταδιακά το σημείο ρύθμισης στροφών του κινητήρα για να προσομοιώσει την αδράνεια και να σύρει την εμπειρία της ποδηλασίας σε έναν δρόμο. Μπορεί ακόμη και να προσομοιώσει την ελεύθερη κίνηση σε έναν λόφο λειτουργώντας ως κινητήρας για να διατηρεί τον τροχό να περιστρέφεται.

Λειτουργεί εξαιρετικά όπως αποδεικνύεται από το παραπάνω γράφημα που δείχνει το στροφές του κινητήρα. Σταμάτησα το ποδήλατο λίγο πριν από 2105 δευτερόλεπτα. Μπορείτε να δείτε τα επόμενα 8 δευτερόλεπτα, η ταχύτητα του τροχού σταδιακά να μειώνεται όπως θα κάνατε αν σταματούσατε να κάνετε πεντάλ σε μια μικρή κλίση.

Εξακολουθούν να υπάρχουν πολύ μικρές παραλλαγές ταχύτητας με τα χτυπήματα του πεντάλ. Αλλά αυτό ισχύει επίσης για τη ζωή και προσομοιώνεται σωστά.

Βήμα 2: Δοκιμή εξόδου ισχύος

Η ποδηλασία είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος εκτέλεσης μηχανικών εργασιών. Χρησιμοποίησα το εργαλείο VESC για να μετρήσω την ισχύ εξόδου σε πραγματικό χρόνο. Μηδένισα τις ενδείξεις πριν κάνω ποδήλατο για ακριβώς 2 λεπτά. Έκανα πετάλι σε μια ένταση που νομίζω ότι θα μπορούσα να διατηρήσω για περίπου 30 λεπτά.

Μετά από 2 λεπτά μπορείτε να δείτε ότι παρήγαγα 6,15 Wh. Η οποία αντιστοιχεί σε μια μέση ισχύ ισχύος 185 W. Νομίζω ότι αυτό είναι αρκετά καλό με δεδομένες τις απώλειες.

Μπορείτε να δείτε τα ρεύματα του κινητήρα στο παραπάνω γράφημα. Ρυθμίζονται ταχέως από το VESC6 για να διατηρήσουν σταθερές τις στροφές του κινητήρα παρά την κυμαινόμενη ροπή που ασκεί το πεντάλ.

Όταν σταματήσει το πεντάλ, ο κινητήρας αρχίζει να καταναλώνει μια μικρή ποσότητα ενέργειας για να διατηρεί τον τροχό να περιστρέφεται. Τουλάχιστον έως ότου το Arduino παρατηρήσει ότι δεν πετάτε και σταματά εντελώς τον κινητήρα. Το ρεύμα της μπαταρίας φαίνεται να είναι σχεδόν μηδενικό λίγο πριν το κλείσιμο, οπότε η ισχύς πρέπει να είναι το πολύ δύο watt για να γυρίσει ο τροχός ενεργά.

Βήμα 3: Κοιτάζοντας την αποτελεσματικότητα

Η χρήση του VESC6 βελτιώνει την απόδοση εξαιρετικά. Μετατρέπει την ισχύ AC του κινητήρα σε ισχύ DC πολύ καλύτερα από έναν ανορθωτή πλήρους γέφυρας. Νομίζω ότι είναι πάνω από 95% αποτελεσματική.

Η κίνηση τριβής είναι πιθανώς το αδύναμο σημείο όσον αφορά την απόδοση. Μετά από ποδήλατο για 5 λεπτά έβγαλα μερικές θερμικές εικόνες.

Ο κινητήρας έφτασε τους 45 βαθμούς Κελσίου σε ένα δωμάτιο 10 μοιρών. Το ελαστικό του ποδηλάτου θα είχε επίσης απορροφήσει τη θερμότητα. Τα συστήματα που κινούνται με ζώνες θα έχουν καλύτερη απόδοση από αυτήν την γεννήτρια turbo από αυτή την άποψη.

Έκανα μια δεύτερη δοκιμή 10 λεπτών με μέσο όρο 180 W. Μετά από αυτό, ο κινητήρας ήταν πολύ ζεστός για να αγγίξει για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μάλλον περίπου 60 μοίρες. Και μερικά από τα μπουλόνια μέσω του τρισδιάστατου εκτυπωμένου πλαστικού χαλάρωσαν! Υπήρχε επίσης μια λεπτή μεμβράνη από κόκκινη σκόνη από καουτσούκ στο περιβάλλον δάπεδο. Τα συστήματα κίνησης τριβής είναι χάλια!

Βήμα 4: Προσομοίωση αδράνειας και μεταφοράς

Το λογισμικό είναι αρκετά απλό και βρίσκεται εδώ στο GitHub. Η συνολική συνάρτηση καθορίζεται από αυτήν τη γραμμή:

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

Αυτό ρυθμίζει σταδιακά το επόμενο σημείο ρύθμισης RPM (δηλαδή την ταχύτητά μας) με βάση την προσομοιωμένη δύναμη που ασκείται. Δεδομένου ότι αυτό τρέχει 25 φορές/δευτερόλεπτο ενσωματώνει αποτελεσματικά τη δύναμη με την πάροδο του χρόνου. Η συνολική δύναμη προσομοιώνεται ως εξής:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Η αντίσταση κύλισης περιλαμβάνεται ουσιαστικά στον όρο κλίσης.

Βήμα 5: Λίγα άλλα βαρετά σημεία

Έπρεπε να προσαρμόσω τις παραμέτρους ελέγχου ταχύτητας PID του VESC για να έχω καλύτερες επιδόσεις RPM. Wasταν αρκετά εύκολο.

Βήμα 6: Αυτό που έμαθα

Έμαθα ότι οι μηχανισμοί κίνησης τριβής είναι χάλια. Μετά από μόλις 20 λεπτά ποδηλασίας μπορώ να δω ορατή φθορά των ελαστικών και σκόνη από καουτσούκ. Είναι επίσης αναποτελεσματικοί. Το υπόλοιπο σύστημα λειτουργεί ως όνειρο. Υπολογίζω ότι μια γεννήτρια με ιμάντα θα μπορούσε να έχει επιπλέον απόδοση 10-20%, ειδικά με υψηλότερες στροφές ανά λεπτό. Οι υψηλότερες στροφές θα μειώσουν τα ρεύματα του κινητήρα και θα παράγουν υψηλότερες τάσεις, κάτι που νομίζω ότι θα βελτιώσει την απόδοση σε αυτήν την περίπτωση.

Δεν έχω αρκετό χώρο στο σπίτι μου για να εγκαταστήσω ένα σύστημα ατμόσφαιρας με ιμάντα.