Turbo Trainer Jeneratör: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Pedal gücüyle elektrik üretmek beni her zaman büyülemiştir. İşte benim görüşüm.

Adım 1: Benzersiz Satış Noktası

Bir VESC6 motor kontrolörü ve rejeneratif fren olarak çalışan bir 192KV öncü kullanıyorum. Pedal jeneratörleri ilerledikçe bu oldukça benzersizdir, ancak bu projenin yeni olduğunu düşündüğüm bir başka kısmı daha var.

Yolda bisiklet sürerken atalete sahip olursunuz ve bu, pedalların dönüşünü bir devir boyunca çok sabit tutar. Turbo eğitmenlerin çok az ataleti vardır, bu nedenle pedallara basıldığında tekerlek hızlı bir şekilde hızlanır/yavaşlar ve bu doğal değildir. Volanlar, bu hız dalgalanmalarını yumuşatmak için kullanılır. Sabit bisiklet eğitmenleri bu nedenle bir ton ağırlığındadır.

Bu soruna alternatif bir çözüm düşündüm. Motor kontrolörü, atıcıyı "sabit hız modunda" döndürmek üzere yapılandırılmıştır. Arduino, VESC6'ya UART aracılığıyla bağlanır ve motor akımını okur (tekerlek torku ile doğru orantılıdır). Arduino, bir yolda bisiklet sürerken yaşayacağınız ataleti ve sürüklemeyi simüle etmek için motor RPM ayar noktasını kademeli olarak ayarlar. Tekerleği döndürmeye devam etmek için bir motor olarak çalışarak yokuş aşağı serbest tekerleği bile simüle edebilir.

Motor devrini gösteren yukarıdaki grafikte gösterildiği gibi mükemmel bir şekilde çalışır. 2105 saniyeden hemen önce bisiklet sürmeyi bıraktım. Sonraki 8 saniye içinde görebilirsiniz, tekerlek hızı, hafif bir eğimde pedal çevirmeyi bıraktığınızda olduğu gibi yavaş yavaş azalır.

Pedal vuruşlarında hala çok küçük hız farklılıkları var. Ancak bu aynı zamanda yaşam için de geçerlidir ve doğru şekilde simüle edilmiştir.

Adım 2: Güç Çıkışını Test Etme

Bisiklet, mekanik iş yapmanın en etkili yoludur. Gerçek zamanlı güç çıkışını ölçmek için VESC aracını kullandım. Tam olarak 2 dakika boyunca bisiklete binmeden önce okumaları sıfırladım. Yaklaşık 30 dakika boyunca sürdürebileceğimi düşündüğüm bir yoğunlukta pedal çevirdim.

2 dakika sonra 6.15 Wh ürettiğimi görebilirsiniz. Bu, 185 W'lık bir ortalama güç çıkışına karşılık gelir. İlgili kayıplar göz önüne alındığında bunun oldukça iyi olduğunu düşünüyorum.

Motor akımlarını yukarıdaki grafikte görebilirsiniz. Pedal çevirme tarafından uygulanan dalgalı torka rağmen sabit bir motor devrini korumak için VESC6 tarafından hızla ayarlanırlar.

Pedal çevirme durduğunda motor, tekerleğin dönmesini sağlamak için küçük bir miktar güç tüketmeye başlar. En azından Arduino, pedal çevirmediğinizi fark edip motoru tamamen durdurana kadar. Pil akımı kapanmadan hemen önce neredeyse sıfır gibi görünüyor, bu nedenle tekerleği fiilen döndürmek için gücün en fazla birkaç watt olması gerekiyor.

Adım 3: Verimliliğe Bakmak

VESC6'yı kullanmak verimliliği büyük ölçüde artırır. Motorun AC gücünü, tam köprü doğrultucudan çok daha iyi DC gücüne dönüştürür. %95'in üzerinde verimli olduğunu düşünüyorum.

Sürtünme tahriki, verimlilik söz konusu olduğunda muhtemelen zayıf noktadır. 5 dakika bisiklet sürdükten sonra bazı termal görüntüler aldım.

Motor 10 derecelik bir odada yaklaşık 45 santigrat dereceye ulaştı. Bisiklet lastiği de ısıyı dağıtırdı. Kayış tahrikli sistemler bu açıdan bu turbo jeneratörden daha iyi performans gösterecektir.

Ortalama 180 W olan 10 dakikalık ikinci bir test yaptım. Bundan sonra motor uzun süre dokunulamayacak kadar sıcaktı. Muhtemelen 60 derecedir. Ve 3D baskılı plastikten geçen bazı cıvatalar gevşetildi! Ayrıca etraftaki zeminde ince bir kırmızı kauçuk tozu tabakası vardı. Sürtünme tahrik sistemleri berbat!

Adım 4: Atalet ve Sürükleme Simülasyonu

Yazılım oldukça basit ve burada GitHub'da. Genel işlev bu satırla belirlenir:

RPM = RPM + (a*Motor_Akımı - b*RPM - c*RPM*RPM - GRADYAN);

Bu, uygulanan simüle edilmiş kuvvete dayalı olarak bir sonraki RPM ayar noktasını (yani hızımızı) aşamalı olarak ayarlar. Bu, saniyede 25 kez çalıştığından, kuvveti zaman içinde etkin bir şekilde entegre ediyor. Genel kuvvet şu şekilde simüle edilir:

Kuvvet = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Yuvarlanma direnci esas olarak gradyan terimine dahildir.

Adım 5: Birkaç Diğer Sıkıcı Nokta

Daha iyi RPM tutuşları elde etmek için VESC'nin PID Hız kontrol parametrelerini ayarlamak zorunda kaldım. Bu yeterince kolaydı.

Adım 6: Öğrendiklerim

Sürtünme tahrik mekanizmalarının berbat olduğunu öğrendim. Sadece 20 dakika bisiklet sürdükten sonra gözle görülür lastik aşınması ve lastik tozu görebiliyorum. Ayrıca verimsizler. Sistemin geri kalanı bir rüyada çalışır. Kayış tahrikli bir jeneratörün, özellikle daha yüksek devirlerde ekstra %10-20 verim alabileceğini düşünüyorum. Daha yüksek RPM'ler, motor akımlarını azaltacak ve bu durumda verimliliği artıracağını düşündüğüm daha yüksek voltajlar üretecektir.

Evimde kayış tahrikli bir sistem atm kurmak için yeterli alanım yok.