Generador d'entrenadors turbo: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Generar electricitat mitjançant l'energia del pedal sempre m'ha fascinat. Aquí teniu la meva idea.

Pas 1: punt de venda únic

Estic fent servir un controlador de motor VESC6 i un motor de sortida de 192KV que funciona com a fre regeneratiu. Això és bastant únic a mesura que van els generadors de pedals, però hi ha una part més en aquest projecte que crec que és nou.

Quan pedaleu per carretera teniu inèrcia i això manté la rotació dels pedals molt constant durant tota una revolució. Els entrenadors turbo tenen molt poca inèrcia, de manera que en prémer els pedals la roda s’accelera / desaccelera ràpidament i això no és natural. Els volants s’utilitzen per intentar suavitzar aquestes fluctuacions de velocitat. Els entrenadors de bicicletes fixes pesen una tona per aquest motiu.

He pensat una solució alternativa a aquest problema. El controlador del motor està configurat per fer girar el corredor en "mode de velocitat constant". L'Arduino es connecta al VESC6 mitjançant UART i llegeix el corrent del motor (que és directament proporcional al parell de la roda). L'Arduino ajusta el punt de consigna de la RPM del motor gradualment per simular la inèrcia i arrossegar el que experimentaria en bicicleta per carretera. Fins i tot pot simular la roda lliure per un turó funcionant com a motor per mantenir la roda girant.

Funciona de manera brillant, com ho demostra el gràfic anterior que mostra la RPM del motor. Vaig deixar de pedalar poc abans de 2105 segons. Es pot veure durant els propers 8 segons que la velocitat de la roda disminueix gradualment igual que si deixés de pedalar una lleugera inclinació.

Encara hi ha variacions de velocitat molt petites amb les curses de pedal. Però això també és fidel a la vida i es simula correctament.

Pas 2: provar la potència de sortida

El ciclisme és la forma més eficaç de fer treballs mecànics. He utilitzat l'eina VESC per mesurar la potència de sortida en temps real. Vaig posar a zero les lectures abans de pedalar durant exactament 2 minuts. Vaig pedalar a una intensitat que crec que hauria pogut mantenir durant uns 30 minuts.

Al cap de 2 minuts es pot veure que he produït 6,15 Wh. La qual cosa correspon a una potència mitjana de 185 W. Crec que és bastant bo donades les pèrdues implicades.

Podeu veure els corrents del motor al gràfic anterior. El VESC6 els ajusta ràpidament per mantenir una RPM del motor constant malgrat el parell fluctuant que exerceix el pedaleig.

Quan el pedaleig s’atura, el motor comença a consumir una mica d’energia per mantenir la roda girant. Almenys fins que l’Arduino no s’adoni que no pedaleu i atura el motor del tot. Sembla que el corrent de la bateria és gairebé zero just abans de l’aturada, de manera que la potència ha de ser com a màxim d’un parell de watts per fer girar la roda activament.

Pas 3: mirar l'eficiència

L’ús del VESC6 millora enormement l’eficiència. Converteix la potència de corrent altern del motor en corrent continu considerablement millor que un rectificador de pont complet. Crec que és més d’un 95% d’eficiència.

La transmissió de fricció és probablement el punt feble pel que fa a l'eficiència. Després de 5 minuts amb bicicleta vaig agafar algunes imatges tèrmiques.

El motor va arribar a uns 45 graus centígrads en una habitació de 10 graus. El pneumàtic de la bicicleta també hauria dissipat la calor. Els sistemes accionats per corretges superarien aquest turbogenerador en aquest sentit.

Vaig fer una segona prova de 10 minuts amb una mitjana de 180 W. Després d'això, el motor va estar massa calent per tocar-se durant molt de temps. Probablement uns 60 graus. I es van afluixar alguns dels cargols del plàstic imprès en 3D. També hi havia una fina pel·lícula de pols de goma vermella al terra circumdant. Els sistemes d’acció de fricció són una xuclada!

Pas 4: Simulació d’inèrcia i arrossegament

El programari és bastant senzill i es troba aquí a GitHub. La funció general està determinada per aquesta línia:

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

Això ajusta incrementalment el següent valor de consigna de RPM (és a dir, la nostra velocitat) en funció de la força simulada exercida. Com que s’executa 25 vegades / segon, s’integra efectivament la força al llarg del temps. La força global es simula així:

Força = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

La resistència al rodament s'inclou essencialment en el terme de gradient.

Pas 5: alguns altres punts avorrits

Vaig haver d’ajustar els paràmetres de control de velocitat PID del VESC per obtenir millors retencions de RPM. Va ser prou fàcil.

Pas 6: el que he après

He après que els mecanismes d’impulsió de la fricció fan xuclar. Després de només 20 minuts de bicicleta, veig el desgast visible dels pneumàtics i la pols de goma. També són ineficients. La resta del sistema funciona com un somni. Crec que un generador accionat per corretja podria obtenir una eficiència addicional del 10-20%, especialment amb RPM més elevats. RPM més elevats reduirien els corrents del motor i produirien tensions més altes, que crec que millorarien l'eficiència en aquest cas.

No tinc prou espai a casa per configurar un sistema automàtic de corretja.