3D-tulostettu tuuliruuvi

Savonius

Well-known member
Useimmiten noissa mikroinverttereissa MPPT alkaa toimimaan 16-20V tienoilla. Verkkoon se syöttää jo aiemmin kunhan on käynnistynyt. Tietrnkin akkuja voi olla kolme. Silloin virta pitää saada alemmaksi. Osassa mikroverkkoinverttereissä on limitteri mutta en luota niihin.
 

vesioinas

Active member
Testasin hakkurin lähtöä ~50W teholla. Näytti olevan aika tasaista kuorman impedanssista riippumatta. kuormana oli 3D-tulostimen 8ohm lämmitysvastus ja 82uH toroidi sarjassa. Virtaraja pysyi samana, mutta jännite kasvoi vähän toroidin kera. Myös kohinaa oli enemmän, mutta ei mitään piikkejä kuitenkaan.

Korvaan CC-trimmerin (Current Ctrl) ohjelmoitavalla lineaarisella vastuksella (X9C104 tai X9C103), jossa on sata askelta. Toiminta-alue 0.20..15A pitänee ehkä rajata vähän suppeammaksi esim. 0.20..5A.

***
X9C104/103 kestää virtaa vain 1mA ja varmistin vielä, ettei CC-trimmerin jännitehäviö ylitä speksattuja maksimiarvoja. Vastuksessa on haihtumaton muisti ja sen voi asettaa starttaamaan aina minimivirtaa vastaavalla arvolla. Hakkurin ulostulossa minimivirta on ~200mA vaikka trimmeri olisi säädetty nollaan - jos virta pitää saada pienemmäksi tai kuorma kokonaan irti niin se pitää tehdä jollakin ulkoisella kytkennällä. Esim. pieni ssd-rele tai fetti riittää kun max virta on vain 3-4A 12V lähtöjännitteellä. Erillinen kytkin on ehkä tarpeen muutenkin, jos lataan vaikkapa akkua, jonka napajännite on jo tapissa. Hakkurissa on kyllä toisella trimmerillä säätyvä lähtöjännite, mutta se on altis lämpötilan vaihtelulle.

Kierrosrajoittimen testaamisessa käytin kuvassa ylempänä olevaa boost-hakkuria, jolla jännitteen saa nostettua jonnekin 80V asti.

Screenshot_20211122-185336.png
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Useimmiten noissa mikroinverttereissa MPPT alkaa toimimaan 16-20V tienoilla. Verkkoon se syöttää jo aiemmin kunhan on käynnistynyt. Tietrnkin akkuja voi olla kolme. Silloin virta pitää saada alemmaksi. Osassa mikroverkkoinverttereissä on limitteri mutta en luota niihin.
Mulla on EVT300 ja siinä MPPT:n toiminta-alue on vain 24-45V (48..72 solua). Valistajan mukaan laite toimii kuitenkin jotenkin 18-54V jännitteillä.

Hakkurin hyötysuhde on suunnilleen 90% ja lyijyakun latauskemia voi hukata jopa 40%. Akuista saa siten heikoimmillaan ehkä puolet ulos mikroinvertterille verrattuna siihen mitä akkujen latauksessa syötetään sisään.
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Tarkoitatko että jos lataan lyijyakkuun 1kWh:n saan siitä ulos 500Wh jos syötän sen mikroverkkoinvertteriin?
En vaan lyijyakun lataus- ja purkukemia on huonoimmillaan sellainen, että 40% menee hukkaan. Reaktioyhtälö on sellainen ja suuri osa menee lämmöksi. Koko lataussykli tuskin on niin huono - puolet ehkä (20%), jos pitäisi arvioida. Litiumilla käsittääkseni hyötysuhde on päälle 90% hyvällä laturilla. RC-akkujen laturit näyttävät yleensä latausenergian, jonka laskiessa voi todeta heikentyneen akun kunnon.
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Taidan tehdä säädöstä logaritmisen niin, että generaattorin jännite säätää lähdön virtarajaa logaritmisesti ja lähtöjännite pysyy kiinteänä vaikkapa 12.5V. Sillä saa ladattua esim. 6Ah akkupaketin, jonka kasasin kesällä toista laitetta varten. Logaritmimuunnoksen voinee skaalata/trimmata vauhdissa käsin niin, ettei turbiinin kierrosnopeus oskilloi liikaa.

***
Virtaa säätävä ohjain alkaa hahmottua pertinax kytkentälevylle. Mikrokontrolleri on halpa 5V 16MHz ATmega328p promini kopio, jota on tullut käytettyä kaikenlaisissa härveleissä ja mm. sonar-tuulimittarissa. Pienempi buck-boost -hakkuri tuottaa 5V käyttöjännitteen isomman hakkurin ulostulosta kunhan jännite pysyy 2..15V välillä Lähtöä voi kytkeä ON/OFF P-kanava fetillä - kun lähtö on päällä niin digimittari näyttää jännitteen ja virran, joiden tulo on sitten myös teho. Erillinen mittari on mukava kun se ei tarvitse mitään ulkoista ohjausta. Generaattorin lähtöjännitettä varten on analogiamittari, jonka skaala riittää nyt vain 50V asti. Kierrosrajoittimella aiemmin säädetty maksimi on 58V. Jos kuorma on kunnolla päällä niin maksimia ei saavuteta ihan pienellä tuulella kuitenkaan, joten olkoon noin. Potikka on virtaa säätävän vastuksen kanssa sarjassa eli sen pitäisi skaalata virtakäyrää lineaarisesti ylös/alas. Virtakäyrä syntyy Arduinolla mäppäämällä sisäänmenojännite logaritmiseksi vastusarvoksi. Jotenkin noin sen ajattelin toimivan.

IMG_20211124_013832100_HDR_2.jpg
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Lataussäätimen ABS-kotelo valmistui tulostimessa viime yön aikana. Gain-potentiometrille pitää vielä porata reikä johonkin sopivaan kohtaan kun se unohtui piirroksesta. Lähtöön voi kytkeä muutakin kuormaa akun sijasta kunhan jännite pysyy >2V. Muuten mikrokontrolleri ei pysy käynnissä. Lähtöä ohjaava fetti toimii niin, että ulostulo pysyy irti kytkettynä kunnes syöttöjännite nousee riittävästi. Myös ennenkuin mikrokontrolleri käynnistyy. Startti kestää alle 2s kun tässä ei ole esim. mitään I2C-laitteita alustettavana.

Screenshot 2021-11-25 11.00.03.png
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Harmittavasti digivastus X9C103 ei tunnu kestävät nopeita transientteja isommilla virroilla. Testailin oikosulkemalla hakkurin lähtöä. Koitin myös suodattaa isommat piikit pois nopeilla diodeilla, mutta sepä ei vielä riittänyt. Kokeilu on vähän turhauttavaa ja maksaa aina euron per osa. Jos ei löydy toimivaa suojausratkaisua niin korvaan digivastuksen muutamalla optoerottimella EL817 tai vastaavalla ja passiivisella vastusverkolla.

***
No nyt tuntuisi toimivan ainakin labrapowerin kanssa ja moduli sopii koteloon juuri sopivasti. Aikamoisen selvittelyn jälkeen vika löytyi omasta kytkennästä. X9C103-digivastuksella saa nyt ulos max 4.3A. Jätän ulkoisen säätimen pois, koska tuo virta riittää ja jännitettä voi nostaa 15V asti. Punainen pikkuhakkuri ei kestä enempää. Mikrokontrolleri starttaa nyt ok, mutta ohjelmisto puuttuu vielä. Jäähdytysrivasta pitää myös leikata palanen pois, jotta vedonpoistaja ja johto mahtuvat paremmin. Kotelon takaseinässä on aukot jäähdytysrivalle ja lisään kotelon kattoon vielä jonkin tyynyn, jotta isompi hakkuri ei pääse heilumaan liikaa. Huomiseksi ei ole luvattu juurikaan tuulia, joten eipä tällä ole kiirettäkään. Voisin katsella pystytolpille harukset valmiiksi.

Screenshot 2021-11-26 23.58.08.png

***
Kirjoitin softasta ekan version valmiiksi. Digivastuksessa on sata pykälää (0..99) ja hetkellinen arvo lasketaan syöttöijännitteen avulla seuraavanlaisesti. Arduinon pääloopissa luetaan ensin generaattorin jännite 0..65Vdc. Sen avulla lasketaan potenssi 10^( jännite / 29), joka vastaa yhdellä vähennettynä suoraan digivastuksen arvoa. Jos arvo on suurempi kuin 99 niin se on 99, joka on maksimi. 29 tulee siitä, että kierrosrajoitin alkaa jarruttaa 58V jännitteessä ja 10^2 on siis sata. Vastusarvon nosto kasvattaa virtarajaa. Nostonopeus on kuitenkin rajoitettu yhteen pykälään per säätökierros, jottei säätö alkaisi oskilloimaan liikaa. Laskunopeudelle ei ole rajoitusta - se voi tipahtaa vaikka täydestä nollaan yhdellä säätökerralla. Jos syöttöjännite tipahtaa alle 20V niin FET katkaisee ulostulon. Jotta ulostulo ei heiluisi liikaa ON/OFF niin päällekytkennässä on hystereesiä ja se tapahtuu vasta 26V jännitteellä.

Tuon pitäisi toimia halutulla tavalla eli tehokäyrä seuraa tuulen nopeutta ja lähtöjännite pysyy rajoitettuna.Testin perusteella voi hienosäätää lisää raja-arvoja ja ehkä myös potenssin kantalukua, joka määrittelee säädön agressiivisuuden.
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Viikonloppuna oli liian kylmä mihinkään sorminäppärään puuhasteluun, mutta sain kuitenkin jotakin aikaiseksi. Jätin aiemmin pystytolppien päät avonaisiksi haruksia varten. 15mm neliöputkeen mahtuu juuri sopivasti M12 pultti ja lisäksi välissä on tulostetut välikappaleet, joissa on myös M12-kierre. Yksi kappale kuvassa mallina. Harusvaijereiden päätylenkit saa pujotettua pulttien varaan ja haruksien avulla voimalan pitäisi pysyä pystyssä tuulista riippumatta. Turbiinin pakkas- tai tuulikestosta ei ole niinkään varmuutta - se on nyt molemmista päistä tuettu ja kerroksia yhteen puristava teräskierre kulkee vahvikkeena koko turbiinin läpi. Korkeutta on tuossa kohdassa hieman vajaat 2.5m ja tallin kattotuolit tulevat jo vastaan.

Tänään voisi vielä testailla kontrollerin algoritmia labrapowerin kanssa. Fetin gate-ohjaustakin pitää vielä muokata kun huomasin siinä pienen ajatusvirheen.

Screenshot 2021-11-28 19.49.51.png
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Nyt on tusinan verran Samsung INR21700-40T -akkuja odottelemassa kytkentää. Sain vähän käytettyinä ilmaiseksi. Kapasiteettia on 4000mAh per kenno. Purkuvirta on max 30A ja lataus mielellään <2A, joten noista voisi kasata 3S joko 8 tai 12Ah modulin balansointipiirien kera, jolloin latausvirta ei kasva liikaa per kenno.. Makitan akkuporassa on tyypillisesti 18V 5Ah ja toi pienempi 3S 8Ah paketti vastaa suunnilleen samaa energiasisältöä. Kennoissa ei ole suojapiiriä, joten hitsaan kontaktit nikkeliliuskojen avulla yhteen mikroaaltouunin muuntajasta tehdyllä pitsehitsillä.

Koko härvelin lopullinen sovellus voisi olla pihavalaistus tai jokin muu sellainen mielellään hyötyä tuottava juttu. Mikroinvertterikytkentä olisi kyllä hieno, mutta keskimääräinen tuotto jäänee pieneksi. Asennuspaikka on tuulinen ja oikea tuulivoimapuistokin on muutaman kilometrin päässä. Seuraavana tehtävänä on varmistaa tehonsäätimen toiminta voimalaan kytkettynä.

 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Piirsin ja tulostin tämän vaakamallin potkurin (d=70cm) valmiiksi kun aloittelin jo joskus pari vuotta sitten. Vastaa kooltaan waterlilyn tuulikonversiota. Sisällä on polkupyörän pinnat vahvikkeena kun hiilikuitutangot eivät ehtineet ajoissa perille. Siiven profiili on NACA0018 ja siinä on jonkinlainen kierre tyvestä latvaan. Mielenkiintoista nähdä kuinka pyörii. Keskinapa ja kartio ovat vielä tulossa. Jos vaikuttaa toimivalta niin auton vesijäähyn puhallinmoottori voisi kelvata generaattoriksi.

Screenshot 2021-12-01 12.16.13.png
Teräsvillalla saa tulosteen pinnan tasaiseksi - kerroksia on vaikea erottaa muuten kuin sopivalla sivuvalolla.
Screenshot 2021-12-01 18.03.53.png
 
Viimeksi muokattu:

vesioinas

Active member
Olen tässä väliajalla rakennellut tätä pientä potkuria. Pinnoitan kartion smooth-on epoxy -pinnotteella ja mica silikaattimineraalilla. Ei olisi muuten tarpeen, mutta ulkopintaan jäi tulostaessa muutama railo.

IMG_20211204_102701980.jpg
 
Ylös