Turbo Trener Generator: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Generering av elektrisitet ved pedalkraft har alltid fascinert meg. Her er mitt syn på det.

Trinn 1: Unikt salgsargument

Jeg bruker en VESC6 -motorstyring og en 192KV -løper som fungerer som en regenerativ brems. Dette er ganske unikt når pedalgeneratorer går, men det er en annen del av dette prosjektet som jeg synes er nytt.

Når du sykler på veien har du treghet, og dette holder rotasjonen av pedalene veldig konstant gjennom en revolusjon. Turbo -trenere har veldig liten treghet, så når du skyver på pedalene akselererer/senker hjulet raskt, og dette føles unaturlig. Svinghjul brukes i et forsøk på å jevne ut disse hastighetssvingningene. Stasjonære sykkeltrenere veier tonn av denne grunn.

Jeg har tenkt på en alternativ løsning på dette problemet. Motorkontrolleren er konfigurert til å snurre utløperen i "konstant hastighetsmodus". Arduino kobles til VESC6 via UART og leser motorstrømmen (som er direkte proporsjonal med hjulmomentet). Arduino justerer motorens turtall settpunkt gradvis for å simulere tregheten og dra du vil oppleve å sykle på en vei. Det kan til og med simulere friløp nedover en bakke ved å fungere som en motor for å holde hjulet i gang.

Det fungerer glimrende som det fremgår av grafen ovenfor som viser motorturtallet. Jeg sluttet å sykle like før 2105 sekunder. Du kan se i løpet av de neste 8 sekundene, at hjulhastigheten gradvis avtar akkurat som det ville gjort hvis du sluttet å tråkke opp en liten stigning.

Det er fremdeles svært små hastighetsvariasjoner med pedalslagene. Men det er også sant for livet og simulert riktig.

Trinn 2: Testing av effekt

Sykling er den mest effektive måten å utføre mekanisk arbeid på. Jeg brukte VESC -verktøyet til å måle effekt i sanntid. Jeg nullførte avlesningene før jeg syklet i nøyaktig 2 minutter. Jeg tråkket i en intensitet som jeg tror jeg kunne ha opprettholdt i omtrent 30 minutter.

Etter 2 minutter kan du se at jeg produserte 6,15 Wh. Som tilsvarer en gjennomsnittlig effekt på 185 W. Jeg tror det er ganske bra gitt tapene som er involvert.

Du kan se motorstrømmene i grafen ovenfor. De justeres raskt av VESC6 for å opprettholde et konstant motorturtall til tross for det svingende dreiemomentet som pedalen utøver.

Når pedalene stopper, begynner motoren å bruke litt strøm for å holde hjulet i gang. I det minste til Arduino merker at du ikke tråkker og stopper motoren helt. Batteristrømmen ser ut til å være nesten null like før nedleggelse, så strømmen må være høyst et par watt for å faktisk snurre hjulet aktivt.

Trinn 3: Ser på effektiviteten

Bruken av VESC6 forbedrer effektiviteten enormt. Den konverterer motorens vekselstrøm til likestrøm betraktelig bedre enn en fullbro -likeretter. Jeg tror det er over 95% effektivt.

Friksjonsdriften er sannsynligvis det svake punktet når det gjelder effektivitet. Etter å ha syklet i 5 minutter tok jeg noen termiske bilder.

Motoren kom til ca 45 grader celsius i et 10 graders rom. Sykkeldekket ville også ha avledet varme. Belte drevne systemer ville utkonkurrere denne turbo generatoren i denne forbindelse.

Jeg gjorde en annen 10 minutters test som var gjennomsnittlig 180 W. Etter dette var motoren for varm til å berøre lenge. Sannsynligvis ca 60 grader. Og noen av boltene gjennom 3D -trykt plast ble løsnet! Det var også en tynn film av rødt gummistøv på gulvet rundt. Friksjonsdrevsystemer suger!

Trinn 4: Simulering av treghet og dra

Programvaren er ganske enkel og er her på GitHub. Den generelle funksjonen bestemmes av denne linjen:

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

Dette justerer trinnvis det neste RPM -settpunktet (dvs. hastigheten vår) basert på den simulerte kraften som utøves. Siden dette går 25 ganger/sekund, integrerer det effektivt kraften over tid. Den samlede kraften er simulert slik:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Rullemotstand er hovedsakelig inkludert i gradientperioden.

Trinn 5: Noen andre kjedelige poeng

Jeg måtte justere PID Speed -kontrollparametrene til VESC for å få bedre turtall. Det var lett nok.

Trinn 6: Det jeg har lært

Jeg har lært at friksjonsdrivmekanismer er suge. Etter bare 20 minutter med sykling kan jeg se synlig dekkslitasje og gummistøv. De er også ineffektive. Resten av systemet fungerer som en drøm. Jeg tror en beltedrevet generator kan få en ekstra 10-20% effektivitet, spesielt med høyere omdreininger. Høyere turtall vil redusere motorstrømmene og produsere høyere spenninger som jeg tror vil forbedre effektiviteten i dette tilfellet.

Jeg har ikke nok plass i huset mitt til å sette opp en beltedrevet minibank.