ছোট বায়ু টারবাইনগুলির জন্য সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাকার: 8 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 07:59

ইন্টারনেটে প্রচুর DIY বাতাসের টারবাইন রয়েছে কিন্তু খুব কম লোকই স্পষ্টভাবে ব্যাখ্যা করে যে তারা পাওয়ার বা শক্তির ক্ষেত্রে কী ফলাফল পায়। এছাড়াও প্রায়ই শক্তি, উত্তেজনা এবং স্রোতের মধ্যে বিভ্রান্তি থাকে। অনেক সময়, লোকেরা বলছে: "আমি জেনারেটরের উপর এই টান পরিমাপ করেছি!" চমৎকার! কিন্তু এর মানে এই নয় যে আপনি কারেন্ট আঁকতে পারেন এবং পাওয়ার (পাওয়ার = টেনশন এক্স কারেন্ট) পেতে পারেন। সৌর অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অনেকগুলি বাড়িতে তৈরি এমপিপিটি (ম্যাক্সিমাম পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাকার) কন্ট্রোলার রয়েছে কিন্তু বায়ু প্রয়োগের জন্য এতটা নয়। এই পরিস্থিতির প্রতিকারের জন্য আমি এই প্রকল্পটি করেছি।

আমি 3.7V (একক কোষ) লিথিয়াম আয়ন পলিমার ব্যাটারির জন্য একটি কম শক্তি (<1W) MPPT চার্জ কন্ট্রোলার ডিজাইন করেছি। আমি ছোট কিছু দিয়ে শুরু করেছি কারণ আমি বিভিন্ন 3D মুদ্রিত বায়ু টারবাইন নকশা তুলনা করতে চাই এবং এই টারবাইনের আকার 1W এর বেশি উত্পাদন করা উচিত নয়। চূড়ান্ত লক্ষ্য হল স্ট্যান্ড একা একা স্টেশন বা অফ গ্রিড সিস্টেম সরবরাহ করা।

কন্ট্রোলারটি পরীক্ষা করার জন্য আমি একটি ছোট ডিসি মোটরের সাথে একটি স্টেপার মোটর (NEMA 17) এর সাথে একটি সেটআপ তৈরি করেছি। স্টেপার মোটরটি জেনারেটর হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং ডিসি মোটর আমাকে টারবাইন ব্লেড ঠেলে বাতাসের অনুকরণ করতে দেয়। পরবর্তী ধাপে আমি সমস্যাটি ব্যাখ্যা করব এবং কিছু গুরুত্বপূর্ণ ধারণার সংক্ষিপ্তসার করব যাতে আপনি যদি বোর্ড তৈরি করে আগ্রহী হন তবে ধাপ 3 এ যান।

ধাপ 1: সমস্যা

আমরা বায়ু থেকে গতিশক্তি নিতে চাই, এটিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করতে চাই এবং সেই বিদ্যুৎ ব্যাটারিতে সংরক্ষণ করতে চাই। সমস্যা হল যে বাতাস ওঠানামা করে তাই উপলব্ধ শক্তির পরিমাণও ওঠানামা করে। তাছাড়া জেনারেটরের টান তার গতির উপর নির্ভর করে কিন্তু ব্যাটারির টান ধ্রুব থাকে। আমরা কিভাবে এটি সমাধান করতে পারি?

আমাদের জেনারেটর কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করতে হবে কারণ কারেন্ট ব্রেকিং টর্কের সমানুপাতিক। প্রকৃতপক্ষে যান্ত্রিক জগত (যান্ত্রিক শক্তি = টর্ক x গতি) এবং বৈদ্যুতিক জগতের (বৈদ্যুতিক শক্তি = বর্তমান x টেনশন) (cf। গ্রাফ) মধ্যে একটি সমান্তরাল আছে। ইলেকট্রনিক্স সম্পর্কে বিস্তারিত পরে আলোচনা করা হবে।

সর্বোচ্চ ক্ষমতা কোথায়? প্রদত্ত বাতাসের গতির জন্য, যদি আমরা টারবাইনকে অবাধে ঘুরতে দেই (কোন ব্রেকিং টর্ক নেই), তার গতি হবে সর্বাধিক (এবং ভোল্টেজও) কিন্তু আমাদের কারেন্ট নেই তাই বিদ্যুৎ শূন্য। অন্যদিকে যদি আমরা টানা স্রোতকে সর্বাধিক করি, তবে সম্ভবত আমরা খুব বেশি টারবাইন ব্রেক করি এবং সর্বোত্তম বায়ুচক্রীয় গতি পৌঁছায় না। এই দুই প্রান্তের মধ্যে একটি বিন্দু রয়েছে যেখানে গতি দ্বারা টর্কের উৎপাদন সর্বোচ্চ। এই আমরা কি খুঁজছেন!

এখন বিভিন্ন পন্থা রয়েছে: উদাহরণস্বরূপ যদি আপনি সমস্ত সমীকরণ এবং পরামিতিগুলি জানেন যা সিস্টেমের বর্ণনা দেয় তবে আপনি সম্ভবত একটি নির্দিষ্ট বাতাসের গতি এবং টারবাইন গতির জন্য সর্বোত্তম ডিউটি চক্র গণনা করতে পারেন। অথবা, যদি আপনি কিছুই না জানেন, তাহলে আপনি নিয়ামককে বলতে পারেন: একটু দায়িত্ব পাল্টান তারপর শক্তি গণনা করুন। যদি এটি আরও বড় হয় তবে এর অর্থ হল আমরা ভাল দিকের দিকে অগ্রসর হয়েছি তাই সেই দিকে যেতে থাকুন। যদি এটি কম হয় তবে বিপরীত দিকে ডিউটি চক্রটি সরান।

পদক্ষেপ 2: সমাধান

প্রথমে আমাদের একটি ডায়োড ব্রিজের সাহায্যে জেনারেটরের আউটপুট সংশোধন করতে হবে এবং তারপর একটি বুস্ট কনভার্টার দিয়ে ব্যাটারিতে ইনজেকশনের কারেন্ট নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। অন্যান্য সিস্টেম একটি বক বা বক বুস্ট কনভার্টার ব্যবহার করে কিন্তু আমার একটি কম পাওয়ার টারবাইন আছে বলে আমি ধরে নিচ্ছি যে ব্যাটারির ভোল্টেজ সবসময় জেনারেটরের আউটপুট থেকে বড়। বর্তমান নিয়ন্ত্রণ করতে আমাদের বুস্ট কনভার্টারের ডিউটি চক্র (টন / (টন+টফ)) পরিবর্তন করতে হবে।

স্কিম্যাটিক্সের ডান দিকের অংশগুলি একটি পরিবর্ধক (AD8603) R2 তে টান পরিমাপ করার জন্য একটি পার্থক্য ইনপুট সহ দেখায়। ফলাফলটি বর্তমান লোড কাটাতে ব্যবহৃত হয়।

আমরা প্রথম ছবিতে যে বড় ক্যাপাসিটারগুলি দেখি তা হল একটি পরীক্ষা: আমি আমার সার্কিটটি ডেলন ভোল্টেজ ডাবলারে পরিণত করেছি। উপসংহারগুলি ভাল তাই যদি আরও ভোল্টেজের প্রয়োজন হয় তবে রূপান্তর করতে কেবল ক্যাপাসিটার যুক্ত করুন।

ধাপ 3: সরঞ্জাম এবং উপাদান

সরঞ্জাম

• Arduino বা AVR প্রোগ্রামার
• মাল্টিমিটার
• মিলিং মেশিন বা রাসায়নিক এচিং (নিজের দ্বারা পিসিবি প্রোটোটাইপিংয়ের জন্য)
• সোল্ডারিং লোহা, ফ্লাক্স, সোল্ডারিং তার
• টুইজার

উপাদান

• বাকেলাইট সিঙ্গেল সাইড কপার প্লেট (ন্যূনতম 60*35 মিমি)
• মাইক্রোকন্ট্রোলার Attiny45
• অপারেশনাল পরিবর্ধক AD8605
• ইন্ডাক্টর 100uF
• 1 স্কটকি ডায়োড CBM1100
• 8 Schottky ডায়োড BAT46
• ট্রানজিস্টর এবং ক্যাপাসিটার (সাইজ 0603) (cf. BillOfMaterial.txt)

ধাপ 4: পিসিবি তৈরি করা

আমি আপনাকে প্রোটোটাইপিংয়ের জন্য আমার পদ্ধতি দেখাই কিন্তু অবশ্যই যদি আপনি বাড়িতে পিসিবি তৈরি করতে না পারেন তবে আপনি এটি আপনার প্রিয় কারখানায় অর্ডার করতে পারেন।

আমি CNX এবং একটি ত্রিভুজাকার শেষ কল রূপান্তরিত একটি ProxxonMF70 ব্যবহার করেছি। জি-কোড তৈরি করতে আমি agগলের জন্য একটি প্লাগইন ব্যবহার করি।

তারপর উপাদানগুলি ছোট থেকে শুরু করে বিক্রি করা হয়।

আপনি লক্ষ্য করতে পারেন যে কিছু সংযোগ অনুপস্থিত, এখানেই আমি হাত দিয়ে জাম্প করি। আমি বাঁকা প্রতিরোধক পা (cf. ইমেজ) ঝালাই।

ধাপ 5: মাইক্রোকন্ট্রোলার প্রোগ্রামিং

আমি Attiny45 মাইক্রো-কন্ট্রোলার প্রোগ্রাম করার জন্য একটি Arduino (Adafruit pro-trinket এবং FTDI USB কেবল) ব্যবহার করি। আপনার কম্পিউটারে ফাইল ডাউনলোড করুন, কন্ট্রোলার পিন সংযুক্ত করুন:

1. arduino পিন 11
2. Arduino পিন 12
3. Arduino পিন 13 (কন্ট্রোলার ভিন (ভোল্টেজ সেন্সর) যখন প্রোগ্রামিং না)
4. Arduino পিন 10
5. Arduino পিন 5V
6. Arduino পিন জি

তারপর কন্ট্রোলারে কোড লোড করুন।

ধাপ 6: পরীক্ষার সেটআপ

আমি আমার কন্ট্রোলার পরীক্ষা করার জন্য এই সেটআপ (cf. ছবি) তৈরি করেছি। আমি এখন একটি গতি নির্বাচন করতে এবং নিয়ামক কিভাবে প্রতিক্রিয়া দেখতে সক্ষম। এছাড়াও আমি অনুমান করতে পারি যে U কে গুণ করে কত শক্তি সরবরাহ করা হয় এবং আমি পাওয়ার সাপ্লাই স্ক্রিনে দেখিয়েছি। যদিও মোটরটি ঠিক বায়ু টারবাইনের মতো আচরণ করে না, আমি মনে করি এই আনুমানিকতা এত খারাপ নয়। প্রকৃতপক্ষে, বায়ু টারবাইন হিসাবে, যখন আপনি মোটর ভাঙ্গেন, এটি ধীর হয়ে যায় এবং যখন আপনি এটিকে অবাধে ঘুরতে দেন, এটি সর্বোচ্চ গতিতে পৌঁছায়। (টর্ক-স্পিড কার্ভ হল একটি ডিসি মোটরের জন্য একটি স্ট্রেট লাইন এবং বায়ু টারবাইনের জন্য এক ধরণের প্যারাবোলা)

আমি একটি হ্রাস গিয়ারবক্স (16: 1) গণনা করেছি যাতে ছোট ডিসি মোটরটি তার সবচেয়ে দক্ষ গতিতে ঘুরছে এবং স্টেপার মোটরটি গড় গতিতে (200 rpm) ঘূর্ণায়মান কম বায়ু গতি (3 m/s) সহ একটি বায়ু টারবাইনের জন্য)

ধাপ 7: ফলাফল

এই পরীক্ষার জন্য (প্রথম গ্রাফ), আমি লোড হিসাবে একটি পাওয়ার LED ব্যবহার করেছি। এতে 2.6 ভোল্টের ফরওয়ার্ড ভোল্টেজ রয়েছে। যেহেতু টান 2.6 এর কাছাকাছি স্থিতিশীল, আমি শুধুমাত্র বর্তমান পরিমাপ করেছি।

1) 5.6 V এ বিদ্যুৎ সরবরাহ (গ্রাফ 1 এ নীল রেখা)

• জেনারেটরের সর্বনিম্ন গতি 132 rpm
• জেনারেটরের সর্বোচ্চ গতি 172 rpm
• জেনারেটরের সর্বোচ্চ শক্তি 67mW (26 mA x 2.6 V)

2) 4 V এ বিদ্যুৎ সরবরাহ (গ্রাফ 1 এ লাল রেখা)

• জেনারেটরের সর্বনিম্ন গতি 91 rpm
• জেনারেটরের সর্বোচ্চ গতি 102 rpm
• জেনারেটরের সর্বোচ্চ শক্তি 23mW (9 mA x 2.6V)

শেষ পরীক্ষায় (দ্বিতীয় গ্রাফ), ক্ষমতা সরাসরি নিয়ামক দ্বারা গণনা করা হয়। এই ক্ষেত্রে একটি 3.7 V li-po ব্যাটারি লোড হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছে।

জেনারেটরের সর্বোচ্চ শক্তি 44mW

ধাপ 8: আলোচনা

প্রথম গ্রাফ এই সেটআপ থেকে আমরা যে শক্তি আশা করতে পারি তার একটি ধারণা দেয়।

দ্বিতীয় গ্রাফ দেখায় যে কিছু স্থানীয় সর্বোচ্চ আছে। এটি নিয়ন্ত্রকের জন্য একটি সমস্যা কারণ এটি এই স্থানীয়দের মধ্যে সর্বাধিক আটকে যায়। অ রৈখিকতা অবিরত এবং প্রবর্তক চালক বন্ধের মধ্যে পরিবর্তনের কারণে। ভাল জিনিস হল যে এটি সর্বদা একই ডিউটি চক্রের জন্য ঘটে (জেনারেটরের গতির উপর নির্ভর করে না)। কন্ট্রোলারটি স্থানীয় সর্বাধিক আটকে যাওয়া এড়াতে, আমি কেবল শুল্ক চক্রের পরিসর [0.45 0.8] তে সীমাবদ্ধ করি।

দ্বিতীয় গ্রাফ সর্বোচ্চ 0.044 ওয়াট দেখায়। যেহেতু লোড ছিল 3.7 ভোল্টের একক সেল লি-পো ব্যাটারি। এর অর্থ হল চার্জিং কারেন্ট 12 এমএ। (আমি = পি/ইউ)। এই গতিতে আমি 42 ঘন্টার মধ্যে 500mAh চার্জ করতে পারি অথবা একটি এমবেডেড মাইক্রো-কন্ট্রোলার চালানোর জন্য এটি ব্যবহার করতে পারি (উদাহরণস্বরূপ MPPT কন্ট্রোলারের জন্য Attiny)। আশা করছি বাতাস আরও শক্তিশালী হবে।

এছাড়াও এই সেটআপের সাথে আমি কিছু সমস্যা লক্ষ্য করেছি:

• ব্যাটারি ওভার ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রিত হয় না (ব্যাটারিতে সুরক্ষা সার্কিট থাকে)
• স্টেপার মোটরের একটি গোলমাল আউটপুট আছে তাই আমাকে 0.6 সেকেন্ডের দীর্ঘ সময় ধরে পরিমাপ গড় করতে হবে।

অবশেষে আমি একটি BLDC নিয়ে আরেকটি পরীক্ষা করার সিদ্ধান্ত নিলাম। কারণ BLDCs এর আরেকটি টপোলজি আছে আমাকে একটি নতুন বোর্ড ডিজাইন করতে হয়েছিল। প্রথম গ্রাফে প্রাপ্ত ফলাফল দুটি জেনারেটরের তুলনা করতে ব্যবহার করা হবে তবে আমি শীঘ্রই অন্য নির্দেশাবলীতে সবকিছু ব্যাখ্যা করব।