Turbo Trainer Generator: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Výroba elektriny pomocou pedálového výkonu ma vždy fascinovala. Tu je môj pohľad na vec.

Krok 1: Unikátny predajný bod

Používam regulátor motora VESC6 a vybehávač 192 KV, ktorý pracuje ako regeneračná brzda. Je to celkom unikátne, pretože generátory pedálov idú, ale v tomto projekte je ďalšia časť, ktorá je podľa mňa nová.

Pri bicyklovaní na ceste máte zotrvačnosť a to udržuje otáčanie pedálov veľmi konštantné počas celej otáčky. Turbodúchadlá majú veľmi malú zotrvačnosť, takže pri zošliapnutí pedálov koleso rýchlo zrýchľuje/spomaľuje, a to je neprirodzené. Zotrvačníky sa používajú v snahe vyrovnať tieto kolísania rýchlosti. Stacionárne cyklotrenažéry z tohto dôvodu vážia tonu.

Vymyslel som alternatívne riešenie tohto problému. Ovládač motora je nakonfigurovaný tak, aby otáčal podbeh v „režime konštantnej rýchlosti“. Arduino sa pripája k VESC6 cez UART a číta prúd motora (ktorý je priamo úmerný krútiacemu momentu kolesa). Arduino postupne upravuje požadovanú hodnotu otáčok motora tak, aby simulovala zotrvačnosť a odpor, ktoré by ste zažili pri jazde na bicykli. Dokáže dokonca simulovať voľnobeh z kopca tým, že funguje ako motor, aby sa koleso nepretáčalo.

Funguje to skvele, o čom svedčí vyššie uvedený graf zobrazujúci otáčky motora. S bicyklovaním som prestal tesne pred 2105 sekundami. Počas nasledujúcich 8 sekúnd môžete vidieť, ako rýchlo sa kolesá znižujú, ako keby ste prestali šliapať do mierneho stúpania.

Pri zdvihoch pedálu stále existujú veľmi malé kolísania rýchlosti. Ale to platí aj pre život a je simulované správne.

Krok 2: Testovanie výstupného výkonu

Cyklistika je najúčinnejší spôsob mechanickej práce. Na meranie výkonu v reálnom čase som použil nástroj VESC. Pred cyklovaním som vynuloval hodnoty presne 2 minúty. Šliapal som do pedálov s intenzitou, ktorú si myslím, že by som dokázal udržať asi 30 minút.

Po 2 minútach môžete vidieť, že som vyrobil 6,15 Wh. To zodpovedá priemernému výkonu 185 W. Myslím si, že vzhľadom na súvisiace straty je to celkom dobré.

Prúdy motora môžete vidieť na grafe vyššie. VESC6 ich rýchlo nastavuje tak, aby udržiavali konštantné otáčky motora napriek kolísavému krútiacemu momentu vyvíjanému pri šliapaní.

Keď sa pedál zastaví, motor začne spotrebovávať malý kúsok energie, aby sa koleso otáčalo. Aspoň kým si Arduino nevšimne, že nešliapete do pedálov a celkom nezastaví motor. Tesne pred vypnutím sa zdá, že je prúd batérie takmer nulový, takže na aktívne roztočenie kolesa musí byť výkon maximálne niekoľko wattov.

Krok 3: Pozrite sa na účinnosť

Použitie VESC6 výrazne zvyšuje účinnosť. Konvertuje striedavý výkon motora na jednosmerný prúd oveľa lepšie ako plný mostíkový usmerňovač. Myslím si, že je účinný viac ako 95%.

Trecí pohon je pravdepodobne slabou stránkou, pokiaľ ide o účinnosť. Po 5 minútach jazdy na bicykli som urobil niekoľko termosnímok.

V 10 stupňovej miestnosti sa motor dostal na asi 45 stupňov Celzia. Pneumatika na bicykli by tiež odvádzala teplo. Pásom poháňané systémy by v tomto ohľade prekonali tento turbogenerátor.

Urobil som druhý 10 -minútový test, ktorý mal priemer 180 W. Potom bol motor príliš dlho horúci na dotyk. Asi tak 60 stupňov. A niektoré skrutky cez 3D vytlačený plast boli uvoľnené! Na okolitej podlahe bol tiež tenký film červeného gumového prachu. Trecie hnacie systémy sú nanič!

Krok 4: Simulácia zotrvačnosti a ťahania

Tento softvér je pomerne jednoduchý a je tu na GitHub. Celková funkcia je určená týmto riadkom:

Ot / min = otáčky + (a*prúd_ motora - b*otáčky - c*otáčky*otáčky - stupeň);

Tým sa postupne upraví ďalšia požadovaná hodnota otáčok (tj. Naša rýchlosť) na základe vyvinutej simulovanej sily. Pretože to beží 25 krát za sekundu, efektívne to integruje silu v priebehu času. Celková sila je simulovaná takto:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Valivý odpor je v zásade zahrnutý v gradientovom člene.

Krok 5: Niekoľko ďalších nudných bodov

Musel som upraviť parametre riadenia rýchlosti PID VESC, aby som lepšie držal otáčky. To bolo dosť ľahké.

Krok 6: Čo som sa naučil

Naučil som sa, že trecie mechanizmy sú nanič. Už po 20 minútach jazdy na bicykli vidím viditeľné opotrebovanie pneumatík a gumový prach. Sú tiež neefektívne. Zvyšok systému funguje ako sen. Myslím si, že pásový generátor by mohol získať ďalších 10-20% účinnosť, najmä pri vyšších otáčkach. Vyššie otáčky by znížili prúdy motora a produkovali vyššie napätie, čo si myslím, že by v tomto prípade zlepšilo účinnosť.

Vo svojom dome nemám dostatok miesta na zriadenie atm.