Lucine eoliche + caricabatteria: aiuto preliminare
Sono nuovo qui e chiedo aiuto per progettare un progetto artistico. Vorrei utilizzare un piccolo motore CC come generatore eolico per caricare una batteria (con prevenzione del sovraccarico) e far funzionare alcune lucine a batteria. Sto cercando una funzione autonoma (nessun input manuale). Vorrei che si accendesse ogni volta che soffia il vento o la batteria è carica, e continui ad essere accesa dalla batteria quando non c'è vento e la batteria ha carica residua (ovviamente non si accende quando la batteria è scarica e c'è senza vento).
Stavo pensando sulla falsariga di quanto segue. Una volta che conosco il design di base, cercherò i componenti corretti, quindi apprezzo qualsiasi consiglio preliminare che potresti avere!
simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab
Il mio pensiero è il seguente:
V1 è il motore CC usato come generatore
D1 e D2 sono le lucine (2 piccoli fili se posso)
D3 ha lo scopo di prevenire il consumo della batteria quando il vento non soffia
D4 e D5 hanno lo scopo di prevenire sovraccarico della batteria
Bat1 è la batteria
Probabilmente ho anche bisogno di un resistore per regolare la corrente che carica la batteria e un sacco di calcoli per `` dimensionare correttamente '' i componenti, ma in questa fase sto cercando aiuto con il concetto generale in modo da poter iniziare il processo di osservazione i componenti.
Grazie in anticipo e mi scuso se qualcosa (o tutto) sopra non ha senso.
Risposte
Il trucco per integrarlo è capire le impedenze di tutte le sorgenti e le tensioni in tutte le condizioni,
Il generatore aveva un valore DCR e una tensione di circuito aperto Voc e una corrente di cortocircuito Isc se azionato da un motore. Tuttavia il vento accoppiato alle pale è più una fonte di corrente, quindi la potenza massima varierà dal 72 all'85% di Voc. Poiché la tensione del generatore è proporzionale all'RPM meno le perdite di conduzione da DCR, è necessario determinare la velocità minima del vento media per catturare la maggior parte del tempo, o disporre di un convertitore da corrente a tensione costante che corrisponda sempre all'impedenza del vento e quindi all'impedenza del generatore. Poiché questo varia notevolmente, la sfida è catturare la potenza a bassa velocità la maggior parte del tempo e gestire l'energia in eccesso con venti più forti.
Ciò richiede l'uso di un algoritmo per abbinare l'origine al caricamento.
Il carico è un carico di batteria quasi costante Vc con ESR che definisce il limite di corrente da una sorgente di tensione ma in serie con il generatore di corrente ad alta impedenza rende critica la regolazione del generatore e il design delle pale e RPM.
The analogy is choosing a motor boat prop for speed or pulling 2 water skiers.
In either case you want to match impedances for maximum power transfer.
È possibile utilizzare una lampada al tungsteno adatta per scaricare l'energia eolica in eccesso con un comparatore di tensione su Vmax con un interruttore FET in modo che regoli Vmax.
L'impedenza del LED diventa una resistenza incrementale in serie lineare superiore quando poi si attenua. diciamo a 9V se una stringa da 12V e aumenta la potenza con il quadrato dell'aumento di corrente * R.
Quindi non vedi nessuna delle impedenze corrisponde, il che richiede un sistema di controllo intelligente per abbinare le impedenze. I convertitori DCDC non lo fanno. Ma i convertitori MPPT funzionano sul lato di ingresso ma non necessariamente sul lato di uscita a meno che non siano progettati per una certa chimica.
La tua prima sfida è definire queste variabili di potenza, tensione e impedenza con un profilo del vento, quindi scegliere il generatore. una turbina ad alto numero di giri funziona bene in alcuni mentre i tipi ad alta potenza utilizzano giri / min fissi con angoli delle pale variabili e azimut del rotore.
Un piccolo convertitore buck con un intervallo di ingresso> 3: 1 con una tensione del generatore corrispondente a un intervallo medio di venti potrebbe essere desiderabile. Si consideri un tetto di aeroplano con un rotore / generatore di direzione del vento che funziona a un regime elevato su un motore kV / RPM di potenza abbinata per generare Vbat a> 3x Vbat con un caricabatterie a galleggiante CV con regolazione buck. Si desidera lavorare con la velocità del vento diurna media e utilizzare un sensore a diodi luminosi per attivare il driver LED al crepuscolo e spegnere a bassa tensione 11,5 per 12V al piombo.
Il concetto è buono: i dettagli richiedono un lavoro.
Lo sai :-).
Tensione di carica massima:
Se si utilizzano batterie NimH, che hanno una tensione nominale di 1,2 V, la tensione di carica per la carica completa è compresa tra 1,4 V e 1,45 V a velocità di carica fino a circa C / 10 (mA = mAh / 10).
L'uso di due diodi come mostrato come un "morsetto" ridurrà la capacità immagazzinata a un piccolo totale della piena capacità. È meglio usare un morsetto ben definito come un TL431 "zener regolabile", più un transistor a morsetto aggiuntivo se i livelli di potenza lo richiedono. I dettagli di questa e altre opzioni possono essere forniti una volta che gli altri dettagli sono stati risolti.
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Ecco un circuito regolatore a pinza TL431 + PFET - dalla mia risposta SE EE qui .
R2 può essere un collegamento a filo.
Per correnti inferiori a TL: Imax nominale 431 rimuovere Q1 e R2 e R1 corti.
Per utilizzare un piccolo transistor bipolare pnp al posto di Q1 utilizzare R1 = 10k, R2 = 1K.
Per NiMH, regolare Vclamp a circa 1,4 V / cella.
Per LiIon adjuist Vclamp a 4.0V / cell o leggermente MENO.
O
da qui
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I LED richiedono una tensione diretta minima (Vf) per funzionare. Il rosso richiede circa 2 V,
Questa tabella è "un po 'generalizzata" ma dà un'idea.
I moderni LED bianchi in genere richiedono 3 V o più. Se si dispone di elettronica di controllo, è necessario anche un po 'di "tensione di riserva". Se si utilizzano LED bianchi direttamente dalla batteria, 3 x NimH funzioneranno in modo accettabile e 4 probabilmente sono migliori.
Un'alternativa è quella di utilizzare una batteria agli ioni di litio (LiIon) a cella singola, come quella utilizzata in quasi tutti i telefoni cellulari. Questi sono prontamente disponibili e anche uno ben utilizzato può soddisfare le tue esigenze. La cosa fondamentale di LiIon è che DEVONO essere caricati in modo tale da non essere rapidamente distrutti. Questo è abbastanza facile da ottenere ma deve essere fatto.
Alternatore / generatore:
Un piccolo motore CC con spazzole da 6 V o più probabilmente soddisferà la necessità.
Anche i piccoli motori passo-passo possono funzionare bene, ma possono avere una coppia di avvio leggermente superiore.
I piccoli motori CC senza spazzole possono funzionare molto bene. Le ventole CC a bassa tensione in eccesso da PC ecc. Sono una buona fonte, ma l'elettronica interna deve essere rimossa o bypassata. Non è difficile e c'è molto sul web che lo fa. Altro su questo se necessario.
Il motore passo-passo e le soluzioni motore brushless di solito hanno una durata maggiore in quanto non vi è usura delle spazzole.
Inverter DC-DC?
Se si desidera utilizzare una singola cella NimH, un inverter step-up DC-DC consentirà ai LED di essere pilotati da una sorgente 1v - 1.2V. Questi possono essere costruiti "da zero", ma recuperarne uno da una luce da prato a cella singola è un'opzione a basso costo o nullo. Le luci del prato possono spegnersi per una serie di motivi, quindi una morta potrebbe essere la fonte di un inverter adatto.
Gli aspetti meccanici delle turbine eoliche non sono difficili quando i livelli di potenza sono così bassi e l'efficienza non è molto importante. Chiedi se necessario.
Guarda cosa ne pensi di quanto sopra e fai domande e la risposta può essere ampliata per adattarla.
Aggiunto:
Un'ottima soluzione di ricarica se si utilizza una cella LiIon è utilizzare un modulo di ricarica LiIon TP4056. Questi sono disponibili per un dollaro o pochi su ebay, Ali Express ecc. Ci sono versioni con e senza interruzione di bassa tensione. Quelle con il ritaglio sono leggermente più costose ma proteggono la batteria dallo scaricamento eccessivo. Un LED bianco azionato da una cella LiIon di solito riduce il consumo di corrente nell'intervallo dei microampere mentre la batteria è ancora nel suo intervallo di tensione "sicuro".
Ecco un SOLO ESEMPIO di un modulo caricatore TP4056 con interruzione di bassa tensione (uscita separata e terminali della batteria). da qui
