Inseguimento picco potenza

[IlSignor15Magneti]

Sto realizzando uno step-up converter che permetta l'estrazione di energia anche a bassi giri.
L'obiettivo è questo: dal momento the sotto 14V la batteria non si carica, (o comunque si carica poco) lo scopo è realizzare uno step up che permetta da 5 V in su (fino a circa 18V) di massimizzare il carico. Per fare un esempio, se preleviamo a 14V (a circuito aperto) 7 ampere, con impedenza interna di 1ohm, la tensione scende a 7 volt, e la batteria non si carica. Tuttavia se usiamo uno step up converter che converta 7V in 14V otterremo 50W (- 20% di perdite) e quindi 1-2A per caricare la batteria in un regime che non permetterebbe la carica. Ovviamente perche il sistema funzioni la tensione di entrata del converter deve essere controllata limitando il duty cicle in modo che la tensione di entrata non scenda sotto 1/2 della tensione a circuito aperto.

Ciò viene realizzato tramite un convertitore di frequenza in tensione (usando un monostabile 555) leggendo la frequenza di una fase e restituendo una tensione continua pari alla metà della tensione a circuito aperto a quel regime di carica.

Questo segnale viene usato per pilotare l'error amplifier di un tl494 usando una adeguata compensazione per prevenire le oscillazioni. Il tl494 si alimenta con l'uscita. Il tutto si disattiva oltre 18V in entrata (in base al numero di giri), e il circuito funziona in modo classico, con la batteria che regola il carico. Una cosa intelligente sarebbe usare lo stesso sistema insieme ad uno step-down (buck) che converta tensioni superiori a 25V regolandole a 2/3 della tensione a circuito aperto.

Ricapitolando:

100-350 giri: convertitore regolante al 50% di rendimento , step-up
350-x giri: la batteria si regola il carico da sola

Simulazioni con switchercad III, usando in entrata segnali sinusoidali

200 giri - 10Vac , segnale riferimento 5V, regolazione 5V-> 25W potenza entrante 16-17W uscente (1.2A)
250 giri - 12.5Vac , segnale riferimento 6.25V, regolazione 6.25V-> 38W potenza entrante 33-35W uscente (2.5A)
300 giri - 15Vac , segnale riferimento 7.5V, regolazione 7.5V-> 55W potenza entrante (rischio di stallo pale?) 48-49W uscente (3.5A)

oltre queste velocità (500-600) giri la dissipazione nell'alternatore diventa alta, ma dubito che si arrivi frequentemente a queste condizioni

[Elektron]

Forse andrebbe meglio una topologia detta buck-boost. Di solito si usa per invertire la tensione a disposizione avendo contemporaneamente la possibilità diregolare per tensioni di ingresso sia minori che maggiori di quella d'uscita.

Generalita' su Wiki Buck-boost converter - Wikipedia, the free encyclopedia

Ti conviene adottare questa topolgia soprattutto per questioni di rendimento. Se postponi allo step-up uno step-down raramente si supera il 50, mentre il buck-boost se ben fatto non scende sotto il 70.

[IlSignor15Magneti]

Il buck- boost ha lo svantaggio che regola tensioni negative, e necessita della commutazione "high-side", quindi non posso autoalimentare il circuito con l'uscita. Non sto anteponendo il buck dopo il boost, sono due circuiti separati che si inseriscono (disinseriscono) in base alla tensione di controllo proporzionale al numero di giri. Tra l'altro per ora ho lasciato da parte il buck, e uso solo il boost che si disinserisce oltre 350giri, e passa alla modalitò classica, ponte-condensatori-batteria 12V (basta mandare il duty cycle a zero).
Il buck ha utilità solamente oltre 500 giri, ma dubito che data la ventosità non eccessiva si arriverà mai a quei livelli (ci vogliono circa 10-11m/s).

il buck-boost inoltre genera molto rumore, è difficile prevenire le oscillazioni in quel caso....

[paolosport]

Ciao "15",
la tua idea è ottima e più volte c'ho pensato anch'io, credo però che il concetto sia applicabile e più efficace da realizzare solo per la fase di "supero" della tensione nominale, ovvero con il solo inserimento di un converter step-down...cerco di spiegare perchè, secondo me....
L'alternatore del generatore eolico dovrebbe essere progettato in modo da generare la tensione nominale (che di solito è quella necessaria per iniziare a caricare le batterie) con un vento minimo di 3 m/s. Purtroppo sotto i fatidici 3 m/s, se parliamo di aerogeneratori di piccole dimensioni (<3 m), in termini di potenza generata c'è veramente poca trippa per gatti!....Quindi penso si rischi soltanto di far stallare la turbina.
Che ne pensi?
Chiaramente il discorso sopra fatto non varrebe qualora fosse sbagliata la tensione di uscita nominale del generatore, in difetto, rispetto alle tensione delle batterie che si vogliono utilizzare....

Per lo step down, a breve inizierò a lavorarci anch'io.....la maggiore difficoltà credo che sarà quella di dover gestire potenze dell'ordine di qualche centinaio di Watt....
Se ti va sentiamoci anche in PM, io sono di Firenze.

Saluti
Paolo

[giorgio demurtas]

Un altro punto di vista del problema:

Perchè invece di regolare la tensione dopo non regoli la velocità del generatore (= tensione indotta) tramite la corrente?
Se la tensione è bassa significa che lo stai caricando troppo in corrente e di conseguenza gira lento. Il regolatore per eolico dovrebbe regolare la corrente del generatore (e batteria e carico zavorra) in modo da tenere la velocità (=la tensione) costante.

Puoi usare un regolatore PWM comandato in funzione della tensione raddrizzata filtrata.
Se cala il vento la tensione scende e tu diminuisci il dutycycle, così il rotore eolico riprende velocità e la tensione risale. Se sale troppo (perchè hai un DC troppo basso, o perchè è aumentato il vento) aumento il DC e in questo modo rallenti il rotore.