Turbo Trainer Generator: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Výroba elektřiny pomocí pedálu mě vždy fascinovala. Tady je můj pohled na to.

Krok 1: Unikátní prodejní místo

Používám ovladač motoru VESC6 a 192KV outrunner pracující jako regenerační brzda. Je to docela jedinečné, protože generátory pedálů jdou, ale tento projekt má další část, která je podle mě nová.

Při jízdě na kole máte setrvačnost a to udržuje otáčení pedálů velmi konstantní po celou dobu otáčky. Trenérské trenažéry mají velmi malou setrvačnost, takže při sešlápnutí pedálů kolo zrychluje/zpomaluje, což je nepřirozené. Setrvačníky se používají ve snaze vyrovnat tyto kolísání rychlosti. Stacionární trenažéry z tohoto důvodu váží tunu.

Vymyslel jsem alternativní řešení tohoto problému. Řídicí jednotka motoru je nakonfigurována tak, aby točila outrunner v „režimu konstantní rychlosti“. Arduino se připojuje k VESC6 přes UART a čte proud motoru (který je přímo úměrný točivému momentu kola). Arduino postupně upravuje žádanou hodnotu otáček motoru tak, aby simulovala setrvačnost a odpor, který byste zažili při jízdě na kole. Může dokonce simulovat volnoběh z kopce tím, že funguje jako motor, aby se kolo točilo.

Funguje to skvěle, jak dokazuje graf výše, který ukazuje otáčky motoru. Přestal jsem jezdit na kole těsně před 2105 sekundami. Během následujících 8 sekund můžete vidět, jak se rychlost kola postupně snižuje, jako kdybyste přestali šlapat do mírného stoupání.

Pohyby pedálu stále velmi mírně kolísají. Ale to také platí pro život a je simulováno správně.

Krok 2: Testování výkonu

Cyklistika je nejúčinnějším způsobem mechanické práce. K měření výkonu v reálném čase jsem použil nástroj VESC. Vynuloval jsem hodnoty před jízdou na kole přesně 2 minuty. Šlapal jsem do takové intenzity, o které si myslím, že bych ji dokázal udržet asi 30 minut.

Po 2 minutách vidíte, že jsem vyrobil 6,15 Wh. Což odpovídá průměrnému výkonu 185 W. Myslím, že to je vzhledem k souvisejícím ztrátám docela dobré.

Proudy motoru můžete vidět na grafu výše. VESC6 je rychle nastavuje tak, aby udržely konstantní otáčky motoru navzdory kolísavému točivému momentu vyvíjenému při šlapání.

Když se šlapání zastaví, motor začne spotřebovávat malý kousek energie, aby se kolo točilo. Alespoň do doby, než si Arduino všimne, že nešlapete a motor úplně nezastaví. Proud baterie se těsně před vypnutím zdá být téměř nulový, takže výkon musí být maximálně pár wattů, aby se kolo aktivně roztočilo.

Krok 3: Pohled na účinnost

Použití VESC6 výrazně zvyšuje účinnost. Převádí střídavý výkon motoru na stejnosměrný výkon podstatně lépe než plný můstkový usměrňovač. Předpokládám, že je účinný přes 95%.

Třecí pohon je pravděpodobně slabým místem, pokud jde o účinnost. Po 5 minutách jízdy na kole jsem pořídil několik termosnímků.

Motor se v místnosti o 10 stupních dostal na asi 45 stupňů Celsia. Pneumatika na kole by také odváděla teplo. Pásem poháněné systémy by v tomto ohledu překonaly tento turbogenerátor.

Udělal jsem druhý 10minutový test, který měl průměr 180 W. Poté byl motor příliš horký na dotek po dlouhou dobu. Asi tak 60 stupňů. A některé šrouby skrz 3D tištěný plast byly uvolněny! Na okolní podlaze byl také tenký film červeného gumového prachu. Třecí hnací systémy jsou na hovno!

Krok 4: Simulace setrvačnosti a přetažení

Software je poměrně jednoduchý a je zde na GitHubu. Celková funkce je určena tímto řádkem:

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

Tím se postupně upraví další požadovaná hodnota otáček (tj. Naše rychlost) na základě vyvinuté simulované síly. Protože to běží 25krát za sekundu, efektivně to integruje sílu v průběhu času. Celková síla je simulována takto:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Valivý odpor je v podstatě zahrnut v gradientním členu.

Krok 5: Několik dalších nudných bodů

Musel jsem upravit parametry řízení rychlosti PID VESC, abych získal lepší držení otáček. To bylo dost snadné.

Krok 6: Co jsem se naučil

Naučil jsem se, že třecí hnací mechanismy jsou na nic. Po pouhých 20 minutách jízdy na kole vidím viditelné opotřebení pneumatik a gumový prach. Jsou také neefektivní. Zbytek systému funguje jako sen. Počítám, že pásový generátor by mohl získat extra 10–20% účinnost, zejména při vyšších otáčkách. Vyšší otáčky by snížily proudy motoru a vytvořily vyšší napětí, což by v tomto případě podle mě zvýšilo účinnost.

Nemám ve svém domě dost místa na nastavení systému pásového pohonu atm.