Alternador i dinamòmetre de flux axial imprès en 3D: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

ATURA!! LLEGEIX AQUEST PRIMER !!! Es tracta d’un registre d’un projecte que encara està en desenvolupament; no dubteu a oferir assistència.

El meu objectiu final és que aquest tipus de motor / alternador es pugui convertir en un disseny de codi obert parametritzat. L’usuari hauria de poder introduir alguns paràmetres, com ara parell, velocitat, corrent, volts / rpm, imatges comuns i potser espai disponible, i s’haurien de generar una sèrie de fitxers de tall.stl i.dxf imprimibles en 3D.

El que he fet és crear una plataforma que pugui validar un disseny simulat, que després es pot convertir en un dispositiu més òptim per la comunitat.

En part, aquesta és una de les raons per les quals he configurat això amb un dinamòmetre. Un dinamòmetre mesura el parell i la velocitat per permetre mesurar els CV, o els watts de l’eix. En aquest cas, he construït l’alternador amb un eix estacionari de pas, que facilita la configuració d’un sistema de dinamòmetre, de manera que es pot configurar per ser conduït com a motor per un RC ESC (espero) i es pot mesurar el parell a la sortida, així com la velocitat, V i Amperes, permetent determinar l'eficiència del motor.

Per als meus propòsits, es pot accionar mitjançant un motor de velocitat variable (excedent de la broca sense fil, amb engranatges reduïts), i mesurant l’entrada de parell de l’eix, així com V i Ampers fora, permetent generar eficiència real i les càrregues esperades de la turbina per ser simulat.

En aquest mode espero utilitzar un RC ESC capaç de frenar regenerativament, i potser un Arduino per controlar la càrrega que porta el meu VAWT per aconseguir MPPT (Multi Power Point Tracking).

El MPPT s’utilitza tant en el control de l’aerogenerador solar com en el solar, però és una mica diferent pel que fa al vent. Amb l'energia eòlica, un gran problema és que, a mesura que la velocitat del vent es duplica de 10 km / h a 20 km / h, l'energia disponible del vent augmenta pel cub, de manera que en 8 vegades. Si 10 W estiguessin disponibles a 10 km / h, aleshores 80 W estaran disponibles a 20 km / h. És fantàstic tenir més energia, però la producció d’alternadors només es duplica a la velocitat. Per tant, si teniu l’alternador perfecte per a un vent de 20 km / h, la seva càrrega pot ser tan forta que a 10 km / h ni tan sols arrencarà.

El que fa MPPT és utilitzar un commutador d’estat sòlid de gran resistència per desconnectar i tornar a connectar un alternador molt ràpidament. Us permet ajustar la quantitat de càrrega que porta un alternador i el Multi, del MPPT, significa que podeu configurar diferents càrregues per a diferents velocitats.

Això és molt útil, ja que tot tipus de turbines recullen la seva energia màxima quan la càrrega s’adapta a l’energia disponible o a la velocitat del vent.

TAN

Aquesta no és una recepta, tot i que crec que es podria copiar del que he publicat i estaria encantat de proporcionar-vos més informació, però suggereixo que la millor opció seria suggerir-me millores abans que finalitzi el concurs de circuits i sensors., de manera que puc considerar, respondre i potser millorar això instructiu.

Continuaré actualitzant, revisant i afegint informació, de manera que, si ara és interessant, potser voldreu tornar-hi a visitar una mica, però espero fer-ho bastant abans que finalitzi el concurs de Sensors el 29 i 19 de juliol.

A més, no sóc una bèstia especialment social, però de tant en tant m’agrada donar-me un copet a l’esquena, i aquest és un dels motius pels quals estic aquí:-) Digueu-me si us agrada veure el meu treball i voleu veure-ho més si us plau:-)

Aquest projecte es va produir perquè volia una càrrega controlable per provar els dissenys de les meves turbines i volia que fos fàcilment reproduïble, perquè altres també el poguessin utilitzar. Amb aquest objectiu, em vaig limitar a dissenyar quelcom que es pogués construir només amb una impressora FDM, sense necessitat d’altres màquines-eina. Sembla que no hi ha molts productes comercials que satisfacin la necessitat d’un alternador de parell elevat, baixa velocitat i sense engranatges, tot i que n’hi ha uns quants de la Xina. En general, no hi ha molta demanda perquè els sistemes d'engranatges són tan econòmics i l'electricitat és tan barata.

El que volia era una cosa que produïa uns 12V a 40-120 rpm i uns 600-750W a 120-200rpm. També volia que fos compatible amb controladors PMA trifàsics econòmics del món RC (controladors electrònics de velocitat d’ESC). Un requisit final era que es tractés d’un corredor (la caixa o la carcassa amb imants gira, mentre que l’eix amb estator està estacionari), amb un eix que travessa tota la caixa i un estator que es fixa a l’eix.

Aquesta instrucció és un treball en curs i el publico perquè la gent pugui obtenir una visió del procés, no tant perquè crec que hauria de copiar-lo. Una cosa clau que canviaria és que la placa de suport de filferro que vaig construir no és prou forta per canalitzar adequadament els camps imants al voltant de l’anell, de manera que una gran part del flux magnètic pagat per aquests imants es malgasta per la part posterior. Quan refaci el disseny, que faré en breu, és probable que ho faci amb les plaques de suport magnètic com a plaques d'acer tallades per cnc. L’acer seria bastant econòmic, molt més fort i simplificaria la major part d’aquesta construcció. Va ser interessant fer els compostos FDM / filferro / guix com he il·lustrat aquí, i amb PLA carregat de ferro, les coses també haurien estat diferents. Vaig decidir, però, que volia una cosa que durés realment, així que les planxes d’acer.

He avançat molt en aquesta versió, que utilitzaré per provar aquest VAWT. Encara no hi sóc en termes de rendiment de baixa tensió. Crec que el meu parell de potència / parell està a l’equívoc correcte, actualitzaré a mesura que avancin les coses, però en aquest punt el que tinc té moltes possibilitats de ser la càrrega controlable que necessito. Quan està mort en curt, sembla ser capaç de proporcionar força resistència al parell, més que suficient per provar la turbina. Només necessito crear un banc de resistència controlat i tinc un amic que m’ajuda amb això.

Una cosa que tractaré breument és que, com ara molta gent, fa uns anys que tinc una impressora 3D (FDM que utilitza PLA), de la qual he gaudit de 20 a 30 kg. Sovint ho trobo frustrant, ja que les parts de qualsevol mida o resistència són cares i molt lents per imprimir o són barates, ràpides i febles.

Sé quants milers d’aquestes impressores 3D hi ha, sovint no fan res perquè triguen o costen massa fer peces útils. He trobat una solució interessant per a peces més fortes i ràpides de la mateixa impressora i PLA.

L’anomeno una “estructura abocada”, on l’objecte imprès (format per una o més parts impreses i, de vegades, coixinets i eixos), es fa amb buits dissenyats per ser abocats plens d’un farciment de líquid d’enduriment. Per descomptat, algunes de les opcions òbvies per a un farcit abocat serien alguna cosa com epoxi carregat de fibra de vidre picada de fil curt, que es podria utilitzar per a muntatges d'alta resistència i pes lleuger. Estic provant algunes idees més econòmiques i de menor cost. L'altra cara d'aquest conjunt de "estructura abocada" és que la cavitat o buit que omplireu pot tenir elements de tracció elevada de petit diàmetre, encordats prèviament al "motlle / tap" imprès, cosa que fa que l'estructura resultant un compost en materials i en estructura, part de la pell estressada (la funda de PLA), però amb un nucli de compressió d'alta resistència que també inclou elements d'alta resistència a la tracció. Faré una segona versió instructiva amb això, així que en parlaré aquí, només per tractar la seva pertinença a aquesta compilació.

Pas 1: llista i procés de materials

El PMA consta de 3 conjunts, cadascun dels quals conté o utilitza una varietat de peces i materials.

Des de dalt (costat del coixinet) fins a baix (costat de l’estator), 1. Suport de coixinets i matriu de coixinets superiors

2. Estator

3. Matriu d’imants inferiors

1. El portador de rodaments i la matriu d'imants superiors

Per a això, he utilitzat les parts impreses en 3D que s’enumeren més amunt

1. Mag superior de 150 mm8 pols i suport de coixinets CV5.stl,
2. placa interior del coixinet
3. placa exterior lateral del coixinet
4. Coixinet d'alineació d'identificació de 1 "(com s'utilitza en blocs de coixins estàndard ++ afegeix un enllaç a Internet),
5. 25 'de filferro d'acer galvanitzat de 24 g
6. 15 'de filferro d'acer galvanitzat de 10 g
7. 2 rotllos de llana d'acer gruixuda

Opcionalment, el filferro d’acer pesat i la llana d’acer es podrien substituir per plaques de suport d’acer, tall per raig de làser / aigua o pot ser possible una placa de suport magnètica impresa en 3D (però alguns filferros d’acer encara són una bona idea, ja que resistiran la deformació plàstica temps). He intentat fer una placa de suport amb epoxi carregat amb pols d’òxid de ferro i he tingut un cert èxit. La millora de l'acoblament de flux entre imants de la matriu lateralment mitjançant l'ús d'una placa de suport més eficaç hauria d'incrementar els volts a velocitats mínimes. També és bo tenir en compte que aquest és el component estructural principal, i que la placa posterior transfereix les forces dels imants als pals de pressió. Les forces magnètiques que arrosseguen les plaques les unes cap a les altres poden ser de centenars de lliures, i les forces augmenten exponencialment (a cubs, fins a la tercera potència) a mesura que les plaques s’acosten. Això pot ser molt perillós i cal tenir precaució amb les eines i qualsevol altre objecte que es pugui atraure a la placa muntada o que torni.

He utilitzat uns 300 peus de filferro imant recobert de 24 g als bobinatges que cobriré amb detall més endavant.

Pas 2: Fabricació de les plaques d'imant

En aquest alternador de flux axial, per minimitzar l’enfosquiment i maximitzar la sortida, estic fent servir dues matrius d’imants, una a cada costat de les bobines de l’estator. Això significa que no es necessita cap nucli magnètic per dibuixar el camp magnètic a través dels bobinats de coure, com fan la majoria de geometries motor / alt. Hi ha alguns dissenys de flux axial que utilitzen nuclis ferris, i és possible que provi alguns experiments d’aquesta manera en el futur. M'agradaria provar material imprimible en 3D carregat de ferro.

En aquest cas, he escollit un conjunt d’imants de 8 pols en un cercle aproximat de 150 mm, amb imants de terra rara d’1 x 1 x 0,25 cm. Aquesta mida era per garantir que totes les parts encaixessin en un llit d’impressió de 210 mm x 210 mm. En general, he dimensionat aquest alternador primer entenent que el diàmetre més gran, millor en termes de volts per rpm, el que fa que sigui tan gran com s’adapti còmodament al meu llit d’impressió. FYI, hi ha més d’una raó més gran: imants, com més lluny són els imants del centre, més ràpid viatgen i també hi ha més espai per al coure. Totes aquestes coses es poden sumar ràpidament. Tot i així, he arribat a la conclusió que en aquest rang de mides, el sistema de flux podria ser una millor construcció d’habitatges. Els rotors petits no tenen gaire espai i les coses es poden ajustar força, sobretot si feu un eix passant com he fet en aquest disseny. També si el vostre imant (longitud radial) és petit en relació amb el diàmetre del rotor, com en aquest (imant aproximadament de 6 "de diàmetre a 1"), llavors el vent ng es torna una mica estrany, amb l’enrotllament de l’extrem interior de només la meitat de la longitud de l’exterior.

Torna a la instrucció! La forma en què he muntat les plaques d’imant d’aquest alternador és enganxar primer la placa d’imant (verda) a la placa de suport / brida vermella. A continuació, vaig col·locar la placa imant sobre unes capes fines de fusta contraxapada (aproximadament 0,75 de gruix) i vaig col·locar les dues sobre una placa d'acer pesada, per permetre que els imants fixessin el conjunt al seu lloc. Després vaig enrotllar filferro d'acer al la part posterior de les plaques d’imants. Això no va sortir del tot com jo esperava. El fort camp magnètic va tirar el cable cap al centre dels imants i no vaig tenir èxit en doblegar cada fila de filferro per adaptar-se perfectament al següent lloc, sense empènyer el primer embolcall. Havia esperat que pogués introduir el fil i el flux magnètic el bloquejaria. A continuació, vaig intentar tallar anells de filferro, i això era millor, però encara lluny del que havia fet esperava en termes d’obtenir una bona placa de suport consistent amb filferro. Són possibles formes més complexes d’aconseguir-ho i pot valer la pena experimentar-les en el futur. També vaig provar d’utilitzar llana d’acer, compactada al camp magnètic, com a placa de suport o flux Aquest camí semblava funcionar, però la densitat real de ferro no semblava ser molt elevada, així que ho vaig dir No he provat la seva eficàcia, en part perquè crec que l'estructura del filferro és important per a les càrregues mecàniques de les plaques d'imant. La llana d’acer també pot valer la pena investigar-la en el futur, però les plaques d’acer tallades amb raig d’aigua probablement siguin la següent opció que intentaré.

A continuació, vaig agafar la part impresa de color taronja en 3D, i vaig teixir-hi filferro a través i al voltant, al llarg del que em semblava que eren les direccions de càrrega més alta, de parabolt a parabolt i de parabolt al centre diverses vegades a cada cantonada. També el vaig enrotllar al voltant dels forats dels cargols per on passa la barra de tots els fils com a pals de fixació per mantenir i ajustar l'espai entre les plaques.

Després d'estar satisfet que la placa i la brida de l'imant eren prou bones i que la placa de suport taronja estava roscada satisfactòriament amb filferro de reforç, les vaig unir amb cola. Cal anar amb compte, ja que aquesta junta de cola haurà de ser hermètica o tancada. Vaig tenir fuites les dues primeres vegades, i és un embolic, malgasta molt de guix i és més estressat del que necessiteu. Recomanaria mantenir una mica de color blau o un altre tipus de xiclet, com ara adhesiu no permanent, per solucionar ràpidament les fuites. Unides les peces, ompliu-les amb el material de reforç que trieu. He utilitzat un guix dur, modificat amb cola PVA. Se suposa que el guix arriba a 10.000 psi de compressió, però no té molta tensió (per tant, el filferro). M’agradaria provar epoxi amb vidre picat i cabosil, o formigó i additius.

Una cosa útil sobre el guix és que, una vegada que es posa en marxa, teniu força temps en què és difícil, però fràgil i les fuites o taques es poden raspar o eliminar fàcilment.

En aquest disseny, hi ha dues plaques imantades. Un té un coixinet, una unitat d’alineació de bloc de coixí de 1 estàndard. Vaig prémer el meu a la matriu d’imants al principi. Per a l’aplicació per a la qual l’he dissenyat, un segon coixinet estarà situat a la turbina per sobre de l’alternador. només s’utilitzava el coixinet que s’alineava. Al final va resultar una mica dolent. Aquestes parts també es podrien muntar amb cada placa d’imants que tingués un coixinet, si els cables de sortida de l’estator passessin internament per l’eix muntat. Permet que els hélices contra rotatius es muntin a un eix / tub comú i no rotatiu.

Pas 3: Creació de l'estator

D'acord amb el meu tema d'intentar explicar què he fet i per què em va semblar una bona idea en aquell moment, l'estator requerirà una mica més d'espai.

En un PMA, generalment els bobinatges són estacionaris, mentre que els conjunts magnètics giren. No sempre és així, però gairebé sempre. En un conjunt de flux axial, amb la comprensió de la "regla de la mà dreta" fonamental, s'entén que qualsevol conductor que es trobi amb un camp magnètic giratori tindrà corrent i tensió generats entre els extrems del fil, essent proporcional la quantitat de corrent útil a la direcció del camp. Si el camp es mou paral·lel al fil (per exemple, en un cercle al voltant de l'eix de rotació), no es generarà cap corrent útil, però es generaran corrents de Foucault importants, resistint el moviment dels imants. Si el cable funciona perpendicularment, s'arribarà a la màxima tensió i intensitat de sortida.

Una altra generalització és que l'espai dins de l'estator, a través del qual passa el flux magnètic mentre està en rotació, per obtenir una potència màxima de sortida, s'hauria d'omplir amb el màxim de coure, tot disposat radialment, com sigui possible. Això és un problema per als sistemes de flux axial de petit diàmetre, ja que en aquest cas, l'àrea disponible per al coure a prop de l'eix és una fracció de l'àrea a la vora exterior. És possible obtenir un 100% de coure a la zona més àmplia que troba el camp magnètic, però dins d’aquesta geometria només s’obté un 50% a la vora exterior. Aquesta és una de les raons més fortes per mantenir-se allunyat dels dissenys de flux axial massa petits.

Com he dit anteriorment, aquest instructiu no tracta de com ho tornaria a fer, sinó més aviat d’assenyalar algunes direccions que semblen prometedores i mostrar alguns dels sots als quals es pot arribar en aquest camí.

En dissenyar l’estator volia fer-lo el més flexible possible en termes de volts de sortida per rpm i volia que fos trifàsic. Per obtenir la màxima eficiència, mitjançant la minimització dels corrents de Foucault generats, qualsevol "pota" (cada costat d'una bobina s'hauria de considerar com una "pota") només hauria de trobar un imant a la vegada. Si els imants estan junts o es toquen com és el cas de molts motors de corrent elevat de sortida, durant el temps en què la "pota" travessa la inversió del flux magnètic, es desenvoluparan corrents de Foucault importants. En aplicacions de motors, això no importa tant, ja que la bobina és energitzada pel controlador quan es troba a les ubicacions adequades.

Vaig dimensionar el conjunt d’imants tenint en compte aquests conceptes. Els vuit imants de la matriu tenen una longitud de 1 "cadascun i l'espai entre ells és de 1/2". Això vol dir que un segment magnètic fa 1,5 "de llarg i té espai per a 3" 1/2 "potes". Cada "cama" és una fase, de manera que en qualsevol moment, una cama veu flux neutre, mentre que les altres dues veuen flux ascendent i flux decreixent. Una sortida de 3 fases perfecta, tot i que donant al punt neutre aquest espai (per minimitzar els corrents de Foucault) i utilitzant imants quadrats (o en forma de pastís), el flux gairebé arriba al pic, es manté elevat i es redueix a zero ràpidament. Crec que aquest tipus de sortida es diu trapezoïdal i pot ser difícil per a alguns controladors que entenc. Els imants rodons de 1 "en el mateix aparell donarien més d'una veritable ona sinusoïdal.

En general, aquests alternadors construïts a casa s'han construït utilitzant "bobines", feixos de filferro en forma de bunyol, on cada costat del bunyol és una "pota" i es poden unir nombroses bobines juntes, en sèrie o en paral·lel. Els bunyols estan disposats en cercle, amb els seus centres alineats amb el centre del recorregut de l’imant. Això funciona, però hi ha alguns problemes. Una qüestió és que, atès que els conductors no són radials, una gran part del conductor no passa a 90 graus al camp magnètic, de manera que es generen corrents de Foucault, que apareixen com a calor a la bobina, i la resistència a la rotació a la xarxa d’imants.. Una altra qüestió és que, perquè els conductors no són radials, no s’uneixen tan bé. La sortida és directament proporcional a la quantitat de cable que podeu encabir en aquest espai, de manera que la sortida es redueix per "potes" no radials. Tot i que seria possible i de vegades es fa en dissenys comercials, per enrotllar una bobina amb potes radials, unides a la part superior i inferior, es necessita un doble enrotllament final que un serpentí on la part superior d’una cama s’uneix a la part superior de la la següent cama adequada i, a continuació, la part inferior d'aquesta cama s'uneix a la següent cama adequada, i continuarà.

L'altre gran factor dels alternadors de flux axial d'aquest tipus (imants rotatius per sobre i per sota de l'estator) és el buit entre les plaques. Es tracta d’una relació de llei de cubs, ja que reduïu la distància entre plaques en 1/2, la densitat de flux magnètic augmenta 8x. Com més prim pugueu fer l’estator, millor!

Amb això en ment, vaig fer una plantilla bobinada de quatre lòbuls, vaig configurar un sistema per mesurar uns 50 peus de fils de filferro i vaig embolicar la plantilla 6 vegades, creant feixos de filferro d’uns 6 mm de diàmetre. Aquests els encaixo a l'anell espaiat blau, lligant-los pels forats perquè els extrems del filferro sortissin per la part posterior. Això no va ser fàcil. Es va ajudar una mica amb haver gravat els paquets amb cura per tal que no quedessin solts, i prenent-me el temps i utilitzant una eina de formació de fusta llisa per empènyer els cables al seu lloc. Un cop lligats tots al seu lloc, l’anell espaiador blau es va col·locar a la més gran de les tines de formació de color verd clar i, amb l’ajut de l’eina de formació de rosquilles de color verd fosc, a l’altre costat de la tina de color verd clar, es va prémer amb cura un vici de banc. Aquesta tina de formació té una ranura perquè els girs de filferro de llaç s’asseguin. Això requereix temps i paciència mentre gireu acuradament aproximadament 1/5 de volta, premeu, gireu i continueu. Això forma el disc pla i prim, alhora que permet que els enrotllaments finals s’apilin. És possible que observeu que el meu bobinat de quatre lòbuls té "potes" rectes, però les connexions interiors i exteriors no són rodones. Se suposava que això els facilitaria l’apilament. No va sortir tan bé. Si ho tornés a fer, els enrotllaments interiors i exteriors seguirien camins circulars.

Després de deixar-la plana i prima i les vores empaquetades, vaig enrotllar una cinta plana al voltant de la vora per compactar-la, i una altra cap amunt, cap avall i al voltant de cada cama i després cap a la que hi ha al costat. Un cop fet això, podeu treure els cables de connexió i canviar a la tina de premsat més petita, tornar al vici i prémer-lo el més fi i pla possible. Quan estigui plana, traieu-la de la tina de premsa. En lloc del complex procés d’encerar i revestir motlles d’aquest tipus amb compostos alliberadors, generalment només faig servir un parell de capes d’embolcall elàstic (de la cuina). Col·loqueu un parell de capes al fons del motlle i col·loqueu la fibra de vidre a l’embolcall elàstic. A continuació, afegiu el tub de muntatge de l’estator, que s’adapta a la part superior de la banyera de formació de color verd clar, però que té la capa d’embolcall elàstic i fibra de vidre. A continuació, torneu a col·locar el bobinat de l’estator al seu lloc per empènyer cap avall tant l’embolcall elàstic com la fibra de vidre i bloquejar el tub de muntatge de l’estator al seu lloc. A continuació, torneu al vici i torneu a prémer pla. Una vegada que s’adapti bé a la banyera, amb l’embolcall elàstic i la fibra de vidre intercalats, s’afegeix un drap de fibra de vidre (amb un forat al centre del tub de muntatge de l’estator).

Ara ja està a punt per abocar el material d’unió, s’utilitzen habitualment resines epoxi o polièster. Abans d’aconseguir-ho, és important una preparació acurada ja que, una vegada que comenceu aquest procés, no podreu parar realment. He utilitzat una placa base impresa en 3D que havia fet prèviament, amb un forat d'1 "al centre i una placa plana al voltant. He utilitzat un tub d'alumini de 16" de 1 ", que el tub de muntatge de l'estator s'adaptava a sostinguts perpendicularment a la placa plana. La tina de formació verda, l’enrotllament de l’estator i el tub de muntatge de l’estator es van lliscar cap avall per seure a la placa plana. Abans de barrejar l’epoxi, vaig preparar per primera vegada 4 trossos d’embolcall retràctil i vaig col·locar acuradament una cinquena peça a la de color verd fosc formant rosquilla, de manera que tindria les arrugues mínimes a la cara contra el bobinatge de l’estator. Després de barrejar l’epoxi i abocar-lo sobre el drap de fibra de vidre, vaig establir amb cura l’embolcall elàstic al voltant del tub d’1 "i vaig col·locar el verd formant anell al damunt. També havia preparat un parell de vells rotors de fre, que donaven una mica de pes, i estava assegut molt bé a la rosca formant verd. Després d'això, vaig posar una olla invertida a sobre dels rotors de fre i, a sobre, vaig apilar unes 100 lliures de coses. Vaig deixar-ho durant 12 hores i va sortir de 4-6 mm de gruix.

Pas 4: proves i sensors

Hi ha una sèrie d’entrades i sortides mesurables de l’alternador i mesurar-les totes al mateix temps no és fàcil. Tinc la sort de tenir algunes eines de Vernier que ho faciliten molt. Vernier fabrica productes de nivell educatiu, no certificats per a ús industrial, però molt útils per a experimentadors com jo. Utilitzo un registre de dades Vernier, amb una gran varietat de sensors plug and play. En aquest projecte faig servir sondes de corrent i tensió basades en hall, per mesurar la sortida de l’alternador, un sensor òptic per donar velocitat a l’alternador i una cel·la de càrrega per mesurar l’entrada de parell. Tots aquests instruments es mostren aproximadament 1.000 vegades per segon i es registren al meu ordinador portàtil, fent servir el registre de Vernier com a dispositiu de pas AD. Al meu ordinador portàtil, el programari associat pot executar càlculs en temps real basats en les entrades, combinant dades de parell i velocitat per donar potència d'eix d'entrada en temps real en watts i dades de sortida en temps real en watts elèctrics. No he acabat amb aquesta prova, i les aportacions d'algú que entengui millor seria útil.

Un problema que tinc és que aquest alternador és realment un projecte paral·lel i, per tant, no vull dedicar-hi massa més temps. Tal com és, crec que el puc fer servir per a una càrrega controlable per a la meva investigació sobre VAWT, però finalment voldria treballar amb gent per refinar-la, de manera que sigui una combinació eficient per a la meva turbina.

Quan vaig començar a investigar VAWT fa uns 15 anys, em vaig adonar que provar VAWT i altres motors principals és més complex del que la majoria de la gent s’adona.

El principal problema és que l’energia representada en un fluid en moviment és exponencial a la seva velocitat de moviment. Això vol dir que a mesura que es duplica la velocitat d’un flux, l’energia continguda en el flux augmenta 8 vegades (es fa en cubs). Això és un problema, ja que els alternadors són més lineals i, en general, si es dobla la rpm d’un alternador s’obté aproximadament un doble de watts.

Aquest desajust fonamental entre la turbina (dispositiu de recollida d’energia) i l’alternador (potència de l’eix fins a la potència elèctrica útil) dificulta l’elecció d’un alternador per a un aerogenerador. Si trieu un partit alternador per al vostre aerogenerador que generarà la màxima potència disponible a partir de vents de 20 km / h, ni tan sols començarà a girar fins a 20-25 km / h, ja que la càrrega de la turbina de l’alternador serà massa alta. Amb aquest partit de l’alternador, una vegada que el vent supera els 20 km, la turbina no només capturarà una fracció de l’energia disponible en el vent de major velocitat, sinó que la turbina pot sobrepassar la velocitat i es pot danyar, ja que la càrrega de l’alternador no és elevada. suficient.

En l'última dècada, una solució s'ha tornat més econòmica a causa de la caiguda del preu de l'electrònica de control. En lloc d’intentar fer coincidir un ventall de velocitats, el dissenyador calcula la velocitat màxima a la qual el dispositiu ha d’operar i tria un alternador en funció de la quantitat d’energia i la velocitat ideal per a la turbina a aquesta velocitat, o una mica per sobre. Aquest alternador, si es connecta a la seva càrrega, normalment proporcionaria massa parell a la velocitat baixa, i la turbina sobrecarregada no capturarà tota l'energia que podria tenir si es carregés correctament. Per crear la càrrega adequada, s’afegeix un controlador que desconnecta momentàniament l’alternador de la càrrega elèctrica, cosa que permet que la turbina s’acceleri a la velocitat adequada i es tornin a connectar l’alternador i la càrrega. Això s’anomena MPPT (Multi Power Point Tracking). El controlador està programat de manera que, a mesura que canvia la velocitat de la turbina (o augmenta la tensió de l’alternador), l’alternador es connecta o es desconnecta mil vegades per segon aproximadament, perquè coincideixi amb la càrrega programada per a aquesta velocitat o tensió.