Turbo Trainer Generator: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:35

Att generera el genom pedalkraft har alltid fascinerat mig. Här är min uppfattning om det.

Steg 1: Unik säljpunkt

Jag använder en VESC6 motorstyrenhet och en 192KV outrunner som fungerar som en regenerativ broms. Detta är ganska unikt när pedalgeneratorer går men det finns en ytterligare del i detta projekt som jag tycker är ny.

När du cyklar på vägen har du tröghet och detta håller pedalernas rotation mycket konstant under en varv. Turbo -tränare har väldigt lite tröghet så när du trycker på pedalerna accelererar/sänker hjulet snabbt och det känns onaturligt. Svänghjul används i ett försök att utjämna dessa hastighetsfluktuationer. Stationära cykeltränare väger ett ton av denna anledning.

Jag har funderat på en alternativ lösning på detta problem. Motorstyrenheten är konfigurerad för att snurra utlöparen i "konstant hastighetsläge". Arduino ansluter till VESC6 via UART och läser motorströmmen (som är direkt proportionell mot hjulmoment). Arduino justerar motorns varvtal börvärde gradvis för att simulera trögheten och dra som du skulle uppleva när du cyklade på en väg. Det kan till och med simulera frihjulning nerför en kulle genom att fungera som en motor för att hålla hjulet snurrande.

Det fungerar briljant vilket framgår av grafen ovan som visar motorns varvtal. Jag slutade cykla strax före 2105 sekunder. Du kan se under de närmaste 8 sekunderna, hjulhastigheten sjunker gradvis precis som om du slutade trampa upp en liten lutning.

Det finns fortfarande mycket små hastighetsvariationer med pedalslagen. Men det är också sant för livet och simuleras korrekt.

Steg 2: Testa effekt

Cykling är det mest effektiva sättet att utföra mekaniskt arbete. Jag använde VESC -verktyget för att mäta realtidseffekt. Jag nollställde avläsningarna innan jag cyklade i exakt 2 minuter. Jag trampade med en intensitet som jag tror att jag hade kunnat behålla i cirka 30 minuter.

Efter 2 minuter kan du se att jag producerade 6,15 Wh. Vilket motsvarar en genomsnittlig effekt på 185 W. Jag tror att det är ganska bra med tanke på förlusterna.

Du kan se motorströmmarna i grafen ovan. De justeras snabbt av VESC6 för att bibehålla ett konstant motorvarvtal trots det fluktuerande vridmomentet som trampas.

När pedalen stannar börjar motorn förbrukas lite kraft för att hjulet ska rotera. Åtminstone tills Arduino märker att du inte trampar och stannar motorn helt och hållet. Batteriströmmen verkar vara nästan noll strax före avstängning så strömmen måste vara högst ett par watt för att faktiskt snurra hjulet aktivt.

Steg 3: Titta på effektiviteten

Att använda VESC6 förbättrar effektiviteten enormt. Den omvandlar motorns växelström till likström betydligt bättre än en helbrytningslikriktare. Jag tror att det är över 95% effektivt.

Friktionsdriften är förmodligen den svaga punkten när det gäller effektivitet. Efter att ha cyklat i 5 minuter tog jag några termiska bilder.

Motorn fick cirka 45 grader celsius i ett 10 graders rum. Cykeldäcket skulle också ha tappat värme. Bältesdrivna system skulle överträffa denna turbogenerator i detta avseende.

Jag gjorde ett andra test på 10 minuter med ett genomsnitt på 180 W. Efter detta var motorn för varm för att röra på länge. Förmodligen cirka 60 grader. Och några av bultarna genom 3D -tryckt plast lossades! Det fanns också en tunn film av rött gummidamm på det omgivande golvet. Friktionsdrivsystem suger!

Steg 4: Simulera tröghet och dra

Programvaran är ganska enkel och finns här på GitHub. Den övergripande funktionen bestäms av denna rad:

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

Detta justerar stegvis nästa RPM -börvärde (dvs. vår hastighet) baserat på den simulerade kraften som utövas. Eftersom detta går 25 gånger/sekund integrerar det effektivt kraften över tid. Den totala kraften simuleras så här:

Force = Pedal_Force - Laminar_Drag - Turbulent_Drag - Gradient_Force

Rullmotståndet ingår i huvudsak i gradientperioden.

Steg 5: Några andra tråkiga poäng

Jag var tvungen att justera PID -hastighetskontrollparametrarna för VESC för att få bättre varvtal. Det var lätt nog.

Steg 6: Vad jag har lärt mig

Jag har lärt mig att friktionsdrivningsmekanismerna suger. Efter bara 20 minuters cykling kan jag se synligt däckslitage och gummidamm. De är också ineffektiva. Resten av systemet fungerar som en dröm. Jag tror att en remdriven generator kan få en extra 10-20% effektivitet, särskilt med högre varvtal. Högre varvtal skulle minska motorströmmarna och producera högre spänningar som jag tror skulle förbättra effektiviteten i detta fall.

Jag har inte tillräckligt med utrymme i mitt hus för att installera en remdriven systemautomat.