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关键词
转换电路，储能，MOSFET（金氧半场效晶体管）
摘要
为健身俱乐部发电的固定自行车供电的发电机，发电机以圆形的方式连接到固定的自行车上，前轮的旋转使发电机内的线圈在发电机内的磁铁两极之间旋转，所产生的直流电流被引导到附接的电池组，并转换成不同的可用直流电压电平以及交流电压，并且可增加连接的电器数量。
介绍
在现代，有越来越多的电气设备，代替人类工作。随着越来越多的人在电气设备前花费越来越多的时间，不做任何运动，也不关注健康和锻炼，他们对健康生活的需要常常被忽视。还有一些人想要有条不紊地习惯于花费数小时做适合的有氧运动，例如蹬健身自行车发电，除了身体变热，为什么不让锻炼的同时产生可用的电力。这种机动自行车供电的发电机，是一种能够用于电能储存和提供给用电器或其它的改进的固定自行车。
人与机械能通过一个发电机转换为电能，发电置连接到一个健身自行车飞轮。发电机所产生的能量可以被储存在各种类型的铅酸电池，在之后，例如在夜晚，可以将电能用于电灯。如果是交流设备，逆变器必须将直流电流转换为标准交流电压的230伏特以供使用。
每个人都可能会问：“我能用固定的自行车发电吗?”。在自行车运动试验表明，在平均骑速下，骑行1小时可能产生75w电力。同时还发现，在25kph才可能在短时间内实现200w，而750w可能只有一秒钟左右。这些结果表明，如果使用自行车发电的话，人类/机械能可以被储存到新的或现有的电池组，然后可设置运行电器。目前，包括甚高频/超高频无线电、笔记本电脑、音响、高效荧光灯效率越来越高，例如以前的200W灯泡（一个典型的例子，25瓦的荧光灯泡，它取代100W白炽灯泡，将200w取代）和到最后的LED（发光二极管），LED效率更高，相当于持续几天的200w耗电，踏几分钟自行车就足以制造出几小时的光）。在上面的基础上，回答前面的问题是。固定自行车可以发电，对于一个超过四家庭成员的家庭，不使用太多的电力，并在平均身体状况。因此，适用于运动自行车发电机完美的地方，就是健身俱乐部，在那里通常至少有几个自行车和许多精力充沛的人。
本节提供了一个电能输出的例子，这是用固定自行车发电的发电机与示范健身俱乐部的能耗。在测量的基础上对于健身俱乐部，我们知道：
·总电能消耗在1year（295个工作日）大约是4800kwh
·每一个自行车运动至少每天6小时，平均速度20kph。
·计算假定10kg，直径40cm的车轮。对于给定的数据，我们能够
确定车轮的动能。1分钟，[ 2时]：
K = 1/2 sdot;msdot;rsup2; sdot;omega;sup2;
sdot;10 sdot;0.22 sdot;2642 = 13939J
其中：omega;= 264转
简单计算后，在一小时内产生的单车的能源是
W = 13939sdot;2.7778sdot;10minus;7 sdot;60 = 0.232kWh
在一个工作循环（6小时）1.38kwh。考虑到自行车是在在健身俱乐部，有可能能在一年内产生超过2000kwh，大约包括约占整个能源消耗的42%。另外，这些数字不包括当电力转换为不同的直流电压电平和交流电压时所产生的效率损失。
图1：机动自行车电动单元
现在，潜在的功率输出已经确定，设计一个提供不同的电能发电机。组件需要建立DC和AC单位，见图1，包括：I）自行车运动：一个前端安装有一个通道轮、发电机皮带轮直径为5cm；II）发电机：750W和12vdc发电机电压调节器（限制与当前流量，当电池达到完全充电，以防止损坏电池）负载水平的变化通过发电机励磁电流的变化[ 1，5 ]；III）12V和120ah铅酸汽车电池；IV）DC集/直流转换器：第一个12 / 24VDC（1.5KW）（P = 0保持在恒定直流模式）母线电压，因此直接获得24VDC负载正常运行和间接48vdc载荷以及230vac载荷；P＞0模式C1转换器在关闭；第二4 / 48vdc（功率0.5kW）是从公共直流母线供电并提供电源到48vdc负载操作模式（P＞0，P = 0）；V）逆变器（1.5KW）变化到标准24VDC 30vac和功率提供给交流负载；使用变频器保一致，离线操作模式（P = 0）是保持直流母线电压高于水平，否则逆变器将进入在线运行模式（P＞0）。
图2：实验室模型
图3：升压转换器及其控制器
12 / 24 / 48vdc 24VDC和转换器都是建立在相同的升压结构的基础，因此我们第一个转换器C1，因为绝缘输出变压器是保证逆变器的安全，因此不要混淆这两个转换器。简化结构连同其控制器如图3所示。12 / 24VDC电压变换器调整到12V直流蓄电池和直流母线之间（24VDC），可以看出，控制器控制两电压和最高电流。电压回路确保稳定和负载独立输出，电压Udc只有转换器的输入电压，高于最小值（如果UBat是最小值，然后转换器被关闭，可以以这种方式保护电池）。
派拉蒙电流回路保护转换器限制其峰值电流。
逆变器
逆变器工作在两个主要模式：关闭和上线。在第一个输入正弦稳定交流母线电压，而在线操作模式保证恒定的直流总线电压（24V直流）直接和间接48vdc不变。因为交流母线逆变器是通过24 / 230vac变压器永久连接，因此可以使用MOSFET来建设。回报高的开关频率（在例子中是在50kHz）输出变压器能够利用较小尺寸的输出滤波器[ 8 ]。逆变器的控制器由两个回路组成：电流和电压。电流环保护装置反峰电流。因为在电压回路中另外输出滤波器的电容电流可以测量，因此，以确定更快的瞬时输出电压。在脱机操作模式，这将导致对负载变化的反应时间更短。导致负载电流形状独立的交流母线电压。
图4：逆变器及其控制器
控制器
控制器控制两个独立的器件，从第一个控制12 / 24VDC转换器，第二个控制SW静态开关。根据操作原理。当能量由运动自行车发电机交付使电池电压增加高于额定值，然后12 / 24VDC转换器接通（的c1on /关闭信号的变化从低到高）因为这是分配所产生的能量的DC总线。（时间图5中的T1）。在相反的情况下，如果所提供的自行车发电机的能量是不够的，不足以覆盖所有能源需求，转换器被关闭。
第二控制器，直流母线电压测量的基础上，关闭SW静态开关，从而关闭整个系统。例如把对时间t转炉12 / 24VD使直流母线电压升高，当电压超过uswoff水平，然后SW静态开关将关闭，整个系统将脱机工作。在这类工作模式中，能量传递到DC以及交流负载是由电池供电。如果没有足够的能量去盖负载需要的直流母线电压会下降，如果达到UDC最小水平SW开关关闭，整个系统将联机工作（图5中的时间t）。
应注意12次/ 24VDC转换器-时和SW开关-是不同的，
负责的是存储在逆变器的直流链路电容的能量。出于同样的原因
图5：控制器和示范波形
这时，整个系统离线时相对于12 / 24VDC转换器的时刻延迟
（这是完成逆变器直流链路电容的能量所需的时间）。
实验结果
现在可以定义通过构建实现的输出电功率自行车动力发电机的实验室模型，见图2.从图6可以看出，平均速度为20kph，单位生产250W，在一个工作周期内1.5kWh准备转换输入电能（以上数字精度很高
在理论考虑下获得的结果）。
接下来的图7,8和9显示了在线路中获得的AC和DC负载的选择的波时间曲线，和离网操作模式和直流总线负载变化。 正如人们可以看
到开始蹬踏时，DC的变化。
图6：实验特性，从左边产生的电力作为速度的函数
输出电压作为旋转函数
在离网模式下，总线电压高于22vdc水平和单元的开关。尽管改变了操作模式，可以保证不间断和不变量供电。 相反的情况发生在相反的状态。 另外检查单位确保同步，在模式操作和负载变化过程中，不间断的过渡和不变的交付电力。
//（6/7页没翻译）测试结果图、成本估算等
结论
关于固定自行车供电的发电机。在实验的基础上测量一台自行车发电机，平均速度为20kph，每天可达6小时产生1.5kWh的输入电能。结果是俱乐部的五台设备可的生产以占到整个能源消耗的45％左右。这种设备最实际的应用将是电池充电，然后是电力设备或能够以数千瓦特输入功率执行功能的工具，取决于设备数量。用电器可以是电视，收音机，照明系统，备用发电机太阳能电力系统，通风扇，泵，浇水系统等。自行车发电机是一个已经从光伏充电的现有电池系统的极好的补充面板，230VAC电网或风力发电。总而言之自行车发电机可以是实用的，包括节能家庭或健身俱乐部。
摘要
本文讲述了设计、安装了旋转的发电单元的自行车。发电允许两种操作模式，独立和绑定。考虑到价格，这个设计因为许多自行车在白天不断使用，可能会减少健身中心的能源消耗。电气部分由以下部分组成发电机，三电力电子级和一电池储存电能。机械联轴器是通过使用橡胶螺钉和金属支架实现。一个自行车车用交流发电机用作发电机。发电系统有两种运行模式：并网和独立。两种模式都利用同样的发电方式通过自行车和发电机。对于并网模式，逆变器转换DC电流到交流电流并与网络同步注入实时发电。对于独立模式，充电器适应直流电压并对电池充电纯逆变器确保交流输出为120V。
关键词：替代能力;自行车;单机;网绑定;监控系统混合系统。
一，引言
旋转自行车由固定的自行车组成加权飞轮。这些装置广泛用于健身中心，自行车帮助用户改善心血管系统，新陈代谢和呼吸系统。骑自行车时产生的动能通过机械转换能量并储存在飞轮中，或稍后转换成热制动系统。本文提出使用旋转自行车通过联接电气产生电能发电机到飞轮。这是为了评估不同的可能性和验证出哪个解决方案可以更好地适应实现。图1给出了该单元的方案。独立的子系统有四个阶段：生成，调节，存储和DC / AC转换。并网子系统只有两个阶段：生成和DC / AC转换。
考虑到（i）Nuacute;ntilde;ez和Floacute;rez[1]设计了使用旋转自行车的发电系统，（ii）一个人在训练期间可以产生50W能量，（iii）有成功的经验，如吉布森[1]介绍香港和波特兰，OR（美国）的动机工作是研究发电的可行性，健身中心位于大学校园内旋转自行车。
为了评估一代系统的表现，实施了一个试点进行自行车发电。这个试点表明了通过这种方式可以通过使用旋转自行车产生电能。考虑到系统的价格，在白天不断使用自行车的健身。但是，因为在家里，此系统使用的时间短利用率不高。平均值的70％速度，可以在交流发电机的输出12V电压。
发电机是用于a的BOSCH GCB1，本文第二部分介绍了发电系统。第三部分研究运营和财务考虑。结论和展望在第四节。
二，系统描述
在机械上，系统由旋转自行车组成以及用于将飞轮连接到发电机的机械联接系统。 电气部分由以下组成发电机，三电力电子级和一电池储存电能。 机械联轴器是通过使用橡胶螺钉和金属支架实现。 一个商用车用交流发电机用作发电机。
发电系统有两种运行模式：并网和独立。 两种模式都使用自行车和发电机同样的方式。 对于并网模式，逆变器转换DC电流到交流电流并与网络同步注入实时发电。 对于独立模式，充电器适应直流电压并对电池充电纯逆变器确保交流输出为120V单独负载。
这是为了评估不同的可能性和学习哪个解决方案可以更好地适应实现。图1给出了该单元的方案。 独立的子系统有四个阶段：生成，调节，存储和DC / AC转换。 并网子系统只有两个阶段：生成和DC / AC转换。
A自行车和机械联轴器
使用商业可用的纺纱系统作为基础的发电系统。它由一辆固定的自行车耦合到飞轮和制动系统。踩踏通过直接联接飞轮来对自行车驱动器的作用。后轮驱动通过摩擦橡胶螺丝联接到发电机由直接耦合驱动。这个轮的直径是根据速度和直径计算的，飞轮和标称交流发电机的速度。最低速度的建立确保直流电压的底线，在平均值的70％
速度下，以确保交流发电机输出至少12V的直流电压。
B.发电机
交流发电机有一个标称直流电压14V，电流范围从22A到55A，以及1800rpm至6000rpm的速度范围。它的励磁场连接到用作存储的电池。该发电机联接到飞轮，如图2所示和3。在机械方面，系统由旋转自行车组成以及用于连接飞轮的机械耦合系统。
C.调节器
SC15A调节器连接到发电机进行控制充电和放电）电池。 该调节器运行最大电流为15A。 它允许选择类型电池（NI-CAD，GLE / AGM，FLOODED o SEALED / WET）。
D 电池
使用的12V和100Ah电池是MTEK MT121000SAGM技术模型。 操作范围充电电池为13.5V和13.8V。 排放量低于20％必须避免生产能力，减少寿命。
E.逆变器
DC / AC逆变器是XANTREX PROwatt SW 600W模型。 标称范围为10.5Vdc - 15.5Vdc，104Vac - 27Vac和59.5Hz - 60.5Hz。 并网逆变器是型号2SUN-300G最大功率为300W。 本变频器与电网同步工作。
F.监控系统
监控系统获取，处理和显示变量使用在LabVIEW中开发的接口。 图4显示监测系统的总体方案。图1.导轨内置方案和单线图。电压测量用传感器DC0-25V完成这是Arduino板块的一个模块。 霍尔效应传感器用于测量交流和直流电流。 飞轮通过考虑输出电压估算速度交流发电机。 这些措施是通过使用Arduino获得的巨型2560板由于模拟输入的数量。
界面显示历史和实时测量（电流和电压）的行为和计算（功率和能量）变量是在LabView和如图5所示。
三 验证结果lt;
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资料编号：[142632]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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