เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทรนเนอร์เทอร์โบ: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

การผลิตไฟฟ้าด้วยแรงเหยียบทำให้ฉันหลงใหลอยู่เสมอ นี่คือสิ่งที่ฉันทำ

ขั้นตอนที่ 1: จุดขายที่ไม่ซ้ำ

ฉันใช้ตัวควบคุมมอเตอร์ VESC6 และตัววิ่งเร็วกว่า 192KV ทำงานเป็นเบรกแบบสร้างใหม่ สิ่งนี้ค่อนข้างพิเศษเมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหยียบ แต่ยังมีส่วนเพิ่มเติมในโครงการนี้ที่ฉันคิดว่าแปลกใหม่

เมื่อขี่จักรยานบนท้องถนน คุณจะมีความเฉื่อย และสิ่งนี้ทำให้การหมุนของแป้นเหยียบคงที่ตลอดรอบการหมุน เครื่องฝึกเทอร์โบมีความเฉื่อยน้อยมาก ดังนั้นเมื่อเหยียบแป้นเหยียบ ล้อจะเร่ง/ลดความเร็วอย่างรวดเร็วและรู้สึกไม่เป็นธรรมชาติ มู่เล่ถูกนำมาใช้เพื่อพยายามขจัดความผันผวนของความเร็วเหล่านี้ให้ราบเรียบ ผู้ฝึกสอนจักรยานแบบอยู่กับที่จึงมีน้ำหนักหนึ่งตันด้วยเหตุนี้

ฉันได้คิดหาวิธีแก้ปัญหาอื่นสำหรับปัญหานี้แล้ว ตัวควบคุมมอเตอร์ได้รับการกำหนดค่าให้หมุนตัวแซงหน้าใน "โหมดความเร็วคงที่" Arduino เชื่อมต่อกับ VESC6 ผ่าน UART และอ่านกระแสของมอเตอร์ (ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงบิดของล้อ) Arduino จะปรับการตั้งค่า RPM ของมอเตอร์ทีละน้อยเพื่อจำลองความเฉื่อยและลากประสบการณ์การปั่นจักรยานบนถนน มันสามารถจำลองการหมุนอิสระบนเนินเขาด้วยการทำงานเป็นมอเตอร์เพื่อให้ล้อหมุนได้

มันทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมตามที่เห็นได้จากกราฟด้านบนที่แสดง RPM ของมอเตอร์ ฉันหยุดปั่นจักรยานก่อน 2105 วินาที คุณสามารถเห็นได้ในอีก 8 วินาทีข้างหน้า ความเร็วของล้อจะค่อยๆ ลดลง เช่นเดียวกับที่คุณหยุดเหยียบคันเร่งขึ้นเล็กน้อย

ยังคงมีความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อยกับการเหยียบคันเร่ง แต่นั่นก็เป็นความจริงสำหรับชีวิตและจำลองอย่างถูกต้องด้วย

ขั้นตอนที่ 2: การทดสอบกำลังขับ

การปั่นจักรยานเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการทำงานเกี่ยวกับเครื่องจักรกล ฉันใช้เครื่องมือ VESC เพื่อวัดกำลังไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ ฉันอ่านค่าเป็นศูนย์ก่อนปั่นจักรยานเป็นเวลา 2 นาที ฉันเหยียบด้วยความเข้มข้นที่ฉันคิดว่าฉันสามารถรักษาไว้ได้ประมาณ 30 นาที

หลังจาก 2 นาทีคุณจะเห็นว่าฉันผลิต 6.15 Wh ซึ่งสอดคล้องกับกำลังขับเฉลี่ย 185 W. ฉันคิดว่ามันค่อนข้างดีเมื่อพิจารณาถึงความสูญเสียที่เกี่ยวข้อง

คุณสามารถดูกระแสของมอเตอร์ได้ในกราฟด้านบน VESC6 ได้รับการปรับแต่งอย่างรวดเร็วเพื่อรักษา RPM ของมอเตอร์ให้คงที่ แม้จะมีแรงบิดผันผวนที่เกิดจากแป้นเหยียบ

เมื่อเหยียบคันเร่ง มอเตอร์จะเริ่มใช้พลังงานเล็กน้อยเพื่อให้ล้อหมุนต่อไป อย่างน้อยก็จนกว่า Arduino จะสังเกตว่าคุณไม่ได้เหยียบและหยุดมอเตอร์โดยสิ้นเชิง กระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่เกือบจะเป็นศูนย์ก่อนปิดเครื่อง ดังนั้นพลังงานจะต้องไม่เกินสองวัตต์จึงจะหมุนวงล้อได้จริง

ขั้นตอนที่ 3: ดูที่ประสิทธิภาพ

การใช้ VESC6 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอย่างมาก มันแปลงไฟ AC ของมอเตอร์เป็นไฟ DC ได้ดีกว่าวงจรเรียงกระแสแบบเต็มบริดจ์ ฉันคิดว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า 95%

ไดรฟ์เสียดทานน่าจะเป็นจุดอ่อนในแง่ของประสิทธิภาพ หลังจากปั่นจักรยานเป็นเวลา 5 นาที ฉันก็ถ่ายภาพความร้อน

มอเตอร์มีอุณหภูมิประมาณ 45 องศาเซลเซียส ในห้อง 10 องศา ยางรถจักรยานก็ระบายความร้อนได้เช่นกัน ระบบขับเคลื่อนด้วยสายพานจะทำงานได้ดีกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบในเรื่องนี้

ฉันทำการทดสอบครั้งที่สองเป็นเวลา 10 นาทีซึ่งมีค่าเฉลี่ย 180 วัตต์ หลังจากนั้น มอเตอร์ร้อนเกินกว่าจะสัมผัสได้เป็นเวลานาน น่าจะประมาณ 60 องศา และน็อตบางตัวที่ผ่านพลาสติกที่พิมพ์ 3 มิติก็คลายออก! นอกจากนี้ยังมีฟิล์มฝุ่นยางสีแดงบาง ๆ อยู่บนพื้นโดยรอบ ระบบขับเคลื่อนแรงเสียดทานห่วย!

ขั้นตอนที่ 4: จำลองความเฉื่อยและลาก

ซอฟต์แวร์นี้ค่อนข้างเรียบง่ายและอยู่ที่นี่บน GitHub ฟังก์ชันโดยรวมถูกกำหนดโดยบรรทัดนี้:

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

สิ่งนี้จะปรับการตั้งค่า RPM ถัดไปทีละน้อย (เช่น ความเร็วของเรา) ตามแรงจำลองที่กระทำ เนื่องจากการดำเนินการนี้ทำงาน 25 ครั้ง/วินาที จึงเป็นการผสานรวมพลังเมื่อเวลาผ่านไปอย่างมีประสิทธิภาพ แรงโดยรวมถูกจำลองดังนี้:

แรง = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

ความต้านทานการหมุนจะรวมอยู่ในระยะเกรเดียนต์เป็นหลัก

ขั้นตอนที่ 5: อีกสองสามจุดที่น่าเบื่อ

ฉันต้องปรับพารามิเตอร์ควบคุมความเร็ว PID ของ VESC เพื่อให้ได้ RPM ที่ดีขึ้น นั่นง่ายพอ

ขั้นตอนที่ 6: สิ่งที่ฉันได้เรียนรู้

ฉันได้เรียนรู้ว่ากลไกการขับเคลื่อนด้วยแรงเสียดทานนั้นแย่มาก หลังจากปั่นจักรยานเพียง 20 นาที ฉันเห็นการสึกหรอของยางและฝุ่นยาง พวกเขายังไร้ประสิทธิภาพ ระบบที่เหลือทำงานเหมือนฝัน ฉันคิดว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้สายพานจะมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 10-20% โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ RPM ที่สูงขึ้น RPM ที่สูงขึ้นจะลดกระแสของมอเตอร์และสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ซึ่งผมคิดว่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในกรณีนี้

ฉันไม่มีพื้นที่เพียงพอในบ้านของฉันที่จะติดตั้งระบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน