Generator turbotreningu: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Generowanie prądu za pomocą pedału zawsze mnie fascynowało. Oto moje zdanie na ten temat.

Krok 1: Unikalny punkt sprzedaży

Używam sterownika silnika VESC6 i outrunnera 192KV pracującego jako hamulec regeneracyjny. Jest to dość wyjątkowe, jeśli chodzi o generatory pedałów, ale jest dalsza część tego projektu, która moim zdaniem jest nowatorska.

Podczas jazdy po szosie masz bezwładność, która utrzymuje stały obrót pedałów przez cały obrót. Trenażery Turbo mają bardzo małą bezwładność, więc przy naciskaniu na pedały kierownica szybko przyspiesza/zwalnia, co wydaje się nienaturalne. Koła zamachowe są wykorzystywane w celu wygładzenia tych wahań prędkości. Z tego powodu trenażery stacjonarne ważą tonę.

Wymyśliłem alternatywne rozwiązanie tego problemu. Sterownik silnika jest skonfigurowany do obracania wybiegacza w „trybie stałej prędkości”. Arduino łączy się z VESC6 przez UART i odczytuje prąd silnika (który jest wprost proporcjonalny do momentu obrotowego koła). Arduino stopniowo dostosowuje nastawę prędkości obrotowej silnika, aby symulować bezwładność i opór podczas jazdy na drodze. Może nawet symulować swobodne zjeżdżanie ze wzgórza, działając jako silnik, aby utrzymać koło w ruchu.

Działa to znakomicie, o czym świadczy powyższy wykres pokazujący obroty silnika. Przestałem jeździć na rowerze tuż przed 2105 sekundami. W ciągu następnych 8 sekund możesz zobaczyć, jak prędkość kół stopniowo spada, tak jak w przypadku, gdy przestaniesz pedałować pod lekkim wzniesieniem.

Nadal występują bardzo niewielkie wahania prędkości przy naciśnięciach pedałów. Ale to również jest prawdziwe i poprawnie symulowane.

Krok 2: Testowanie mocy wyjściowej

Jazda na rowerze to najefektywniejszy sposób wykonywania pracy mechanicznej. Użyłem narzędzia VESC do pomiaru mocy wyjściowej w czasie rzeczywistym. Wyzerowałem odczyty przed jazdą na rowerze dokładnie przez 2 minuty. Pedałowałem z intensywnością, którą mógłbym utrzymać przez około 30 minut.

Po 2 minutach widać, że wyprodukowałem 6,15 Wh. Co odpowiada średniej mocy wyjściowej 185 W. Myślę, że to całkiem nieźle, biorąc pod uwagę związane z tym straty.

Możesz zobaczyć prądy silnika na powyższym wykresie. Są one szybko regulowane przez VESC6, aby utrzymać stałą prędkość obrotową silnika pomimo zmiennego momentu obrotowego wywieranego przez pedałowanie.

Kiedy pedałowanie ustaje, silnik zaczyna zużywać niewielką ilość energii, aby utrzymać koło w ruchu. Przynajmniej dopóki Arduino nie zauważy, że nie pedałujesz i całkowicie zatrzyma silnik. Prąd akumulatora wydaje się prawie zerowy tuż przed wyłączeniem, więc moc musi wynosić co najwyżej kilka watów, aby faktycznie obracać kołem.

Krok 3: Patrząc na efektywność

Korzystanie z VESC6 znacznie poprawia wydajność. Konwertuje moc AC silnika na moc DC znacznie lepiej niż pełny prostownik mostkowy. Uważam, że sprawność przekracza 95%.

Napęd cierny jest prawdopodobnie słabym punktem, jeśli chodzi o wydajność. Po 5 minutach jazdy na rowerze zrobiłem kilka zdjęć termowizyjnych.

Silnik osiągnął około 45 stopni Celsjusza w pokoju o temperaturze 10 stopni. Opona rowerowa również rozpraszałaby ciepło. Systemy z napędem pasowym przewyższałyby pod tym względem ten turbogenerator.

Zrobiłem drugi 10-minutowy test, który wynosił średnio 180 W. Po tym silnik był zbyt gorący, aby dotykać go przez długi czas. Prawdopodobnie około 60 stopni. A niektóre śruby w plastiku wydrukowanym w 3D zostały poluzowane! Na otaczającej podłodze znajdowała się również cienka warstwa czerwonego gumowego pyłu. Systemy napędu ciernego są do dupy!

Krok 4: Symulacja bezwładności i przeciągania

Oprogramowanie jest dość proste i jest dostępne na GitHub. Ogólna funkcja jest określona przez ten wiersz:

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

To stopniowo dostosowuje następną zadaną wartość obrotów (tj. naszą prędkość) w oparciu o symulowaną wywieraną siłę. Ponieważ działa to 25 razy na sekundę, skutecznie integruje siłę w czasie. Ogólna siła jest symulowana w następujący sposób:

Siła = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Opór toczenia jest zasadniczo zawarty w pojęciu nachylenia.

Krok 5: Kilka innych nudnych punktów

Musiałem dostosować parametry kontroli prędkości PID VESC, aby uzyskać lepsze trzymanie obrotów. To było dość łatwe.

Krok 6: Czego się nauczyłem

Nauczyłem się, że mechanizmy napędu ciernego są do bani. Już po 20 minutach jazdy na rowerze widzę widoczne zużycie opon i pył gumowy. Są też nieefektywne. Reszta systemu działa jak marzenie. Uważam, że generator z napędem pasowym może uzyskać dodatkową wydajność 10-20%, szczególnie przy wyższych obrotach. Wyższe obroty zmniejszyłyby prądy silnika i wytworzyłyby wyższe napięcia, co moim zdaniem poprawiłoby wydajność w tym przypadku.

Nie mam wystarczająco dużo miejsca w domu, aby ustawić bankomat z napędem pasowym.