Turbo Trainer Generator: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Việc tạo ra điện năng bằng bàn đạp luôn khiến tôi thích thú. Đây là công việc của tôi.

Bước 1: Điểm bán hàng duy nhất

Tôi đang sử dụng bộ điều khiển động cơ VESC6 và bộ phát điện 192KV hoạt động như một phanh phục hồi. Điều này khá độc đáo khi máy phát bàn đạp ra đời nhưng có một phần khác của dự án này mà tôi nghĩ là mới lạ.

Khi đạp xe trên đường, bạn có quán tính và điều này giữ cho chuyển động quay của bàn đạp rất liên tục trong suốt một vòng quay. Xe tăng tốc có rất ít quán tính nên khi nhấn bàn đạp, bánh xe tăng / giảm tốc nhanh chóng và điều này có cảm giác không tự nhiên. Bánh đà được sử dụng trong một nỗ lực để làm dịu những dao động tốc độ này. Những người tập xe đạp cố định nặng cả tấn vì lý do này.

Tôi đã nghĩ ra một giải pháp thay thế cho vấn đề này. Bộ điều khiển động cơ được cấu hình để quay bộ chạy điện ở “chế độ tốc độ không đổi”. Arduino kết nối với VESC6 thông qua UART và đọc dòng điện của động cơ (tỷ lệ thuận với mô-men xoắn của bánh xe). Arduino điều chỉnh dần dần điểm đặt RPM của động cơ để mô phỏng quán tính và lực cản mà bạn trải nghiệm khi đạp xe trên đường. Nó thậm chí có thể mô phỏng bay tự do xuống đồi bằng cách hoạt động như một động cơ để giữ cho bánh xe quay.

Nó hoạt động tuyệt vời như được chứng minh bằng biểu đồ ở trên hiển thị RPM của động cơ. Tôi đã dừng xe đạp ngay trước 2105 giây. Bạn có thể thấy trong 8 giây tiếp theo, tốc độ bánh xe giảm dần giống như nó sẽ xảy ra nếu bạn ngừng đạp lên một độ nghiêng nhẹ.

Vẫn có những thay đổi tốc độ rất nhỏ với các hành trình bàn đạp. Nhưng điều đó cũng đúng với cuộc sống và được mô phỏng chính xác.

Bước 2: Kiểm tra công suất đầu ra

Đi xe đạp là cách hiệu quả nhất để thực hiện công việc cơ khí. Tôi đã sử dụng công cụ VESC để đo công suất phát theo thời gian thực. Tôi đã làm 0 các bài đọc trước khi đạp xe đúng 2 phút. Tôi đạp với cường độ mà tôi nghĩ có thể duy trì trong khoảng 30 phút.

Sau 2 phút, bạn có thể thấy tôi đã tạo ra 6,15 Wh. Điều này tương ứng với công suất đầu ra trung bình là 185 W. Tôi nghĩ rằng điều đó khá tốt với những tổn thất liên quan.

Bạn có thể xem dòng động cơ trong biểu đồ trên. Chúng được VESC6 điều chỉnh nhanh chóng để duy trì RPM động cơ không đổi bất chấp mô-men xoắn dao động do bàn đạp tạo ra.

Khi bàn đạp dừng lại, động cơ bắt đầu tiêu thụ một chút điện năng để giữ cho bánh xe quay. Ít nhất là cho đến khi Arduino thông báo rằng bạn không đạp và dừng động cơ hoàn toàn. Dòng điện của pin dường như gần như bằng 0 ngay trước khi tắt máy vì vậy công suất tối đa phải là một vài watt để thực sự quay bánh xe một cách chủ động.

Bước 3: Xem xét hiệu quả

Sử dụng VESC6 cải thiện hiệu quả đáng kể. Nó chuyển đổi nguồn AC của động cơ thành nguồn DC tốt hơn đáng kể so với một bộ chỉnh lưu toàn cầu. Tôi nghĩ rằng nó hiệu quả hơn 95%.

Hệ thống truyền động ma sát có lẽ là điểm yếu nếu xét về hiệu quả. Sau khi đạp xe trong 5 phút, tôi đã chụp một số hình ảnh nhiệt.

Động cơ đạt khoảng 45 độ C trong phòng 10 độ. Lốp xe đạp cũng sẽ tản nhiệt. Hệ thống truyền động bằng dây đai sẽ tốt hơn máy phát turbo này về mặt này.

Tôi đã làm một bài kiểm tra thứ hai trong 10 phút cho công suất trung bình là 180 W. Sau đó, động cơ quá nóng để chạm vào trong một thời gian dài. Có lẽ là khoảng 60 độ. Và một số bu lông xuyên qua lớp nhựa in 3D đã bị nới lỏng! Xung quanh cũng có một lớp màng bụi cao su mỏng dính màu đỏ. Hệ thống truyền động ma sát thật tệ!

Bước 4: Mô phỏng Quán tính và Kéo

Phần mềm này khá đơn giản và có trên GitHub. Chức năng tổng thể được xác định bởi dòng này:

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

Điều này dần dần điều chỉnh điểm đặt RPM tiếp theo (tức là tốc độ của chúng tôi) dựa trên lực mô phỏng tác động. Vì điều này chạy 25 lần / giây nên nó tích hợp hiệu quả lực theo thời gian. Lực tổng thể được mô phỏng như sau:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Lực cản lăn về cơ bản được bao gồm trong thuật ngữ gradient.

Bước 5: Một vài điểm nhàm chán khác

Tôi đã phải điều chỉnh các thông số điều khiển Tốc độ PID của VESC để có được mức RPM tốt hơn. Đó là đủ dễ dàng.

Bước 6: Những gì tôi đã học được

Tôi đã biết rằng các cơ chế truyền động ma sát rất tệ. Chỉ sau 20 phút đạp xe, tôi có thể nhìn thấy lốp xe bị mòn và bụi cao su. Chúng cũng không hiệu quả. Phần còn lại của hệ thống hoạt động như một giấc mơ. Tôi cho rằng máy phát điện điều khiển bằng dây đai có thể tăng thêm 10-20% hiệu suất, đặc biệt là với RPM cao hơn. RPM cao hơn sẽ làm giảm dòng động cơ và tạo ra điện áp cao hơn mà tôi nghĩ sẽ cải thiện hiệu quả trong trường hợp này.

Tôi không có đủ không gian trong nhà để thiết lập hệ thống truyền động bằng dây đai atm.