第八天早上,江临在发电机台架的皮带轮边缘贴了一小片白色胶带。
昨天他已经证明它能发电,但能发电还太粗糙。
多少转速下输出多少电压,接入整流桥后电压会掉多少,负载加重时转矩反应有多明显,卸荷电阻能不能把能量安全烧掉,控制器在低温、浪涌、接触不良时,会不会说谎?
这些问题不回答,风机二号就不能离开台架。
临时转速计很简陋。
一颗白色 LEd 固定在支架上,斜照皮带轮边缘。
光照度传感器对准那片白色胶带,每转一圈,反射光就跳出一个峰值,开发板再把峰值间隔换算成转速。
这东西不能拿去发表论文,但够用。
低速空载测试,120rp下三相线间交流有效值约13V,300rp 32V。
哪怕整流后直流侧会抬高一截,扣掉二极管压降、纹波、电缆损耗和控制器余量,也远不到给 16 串磷酸铁锂电池稳定充电的舒服区间。
接入整流桥后还要扣掉二极管压降和纹波,再加上控制器损耗。
风机二号真正可用的风速区间,不会像商家宣传页里写得那么乐观。
接整流桥,接小负载,转速保持300rp电压下降,电流上升,整流桥升温。
换大负载,台钻声音变沉,皮带轻微打滑。
发电机的电磁负载已经让驱动端吃力。
台架不是极限测试架,台钻也不是风。
他没继续加负载。
中午前,卸荷电阻热测试。
卸荷电阻的作用很简单。
电池满了之后,把多余电能变成热,把好不容易从风里抓到的电,用最粗暴的方式烧掉。
相比起浪费,江临认为,这就是系统安全的代价。
不能被安全吃掉的能量,最终会以事故的形式回来。
电阻移到石墙外侧,垫陶瓷片,旁边无可燃物。
三个温度探头分别贴散热片中央,接线端子,空气中环境温度。
低功率三十分钟,69c。
中等功率十分钟,91c。
如果功率再高一点,时间再长一点,显然会过百。
控制器有没有过温输入?
他翻说明书。
没有。
廉价小风机控制器只管电压,电池类型和卸荷输出,不知道外部电阻被烤成什么样。
这就是商品化黑箱的边界。
它能切换电路,但不理解热。
于是他没把卸荷电阻完全交给控制器。
控制器只负责判断什么时候该卸荷,电阻本体的温度由独立温度探头记录,超过一百二十摄氏度蜂鸣报警,超过一百五十摄氏度由串联热熔断器断开。
这套保护不聪明,但至少不假装自己聪明。
下午,短路电磁制动测试。
永磁发电机三相短接会产生强电磁阻尼,转得越快制动越强。
听起来很美。
不用刹车片,不用机械接触,让电机自己拖住自己。
但电流会发热,绕组,线缆,整流器件都会热,短接如果长期持续,电磁制动就会变成电磁自杀。
他先在120rp低转速下做。
三相短接的瞬间,台钻声音明显变沉,皮带一抖,发电机转速掉了一截。
制动存在。
电流峰值很高,但持续很短。
他没有在更高转速下做长时间短接。
接下来在纸上写整个安全链:
正常:发电→整流→控制器→电池。
满电:控制器→卸荷电阻。
过速:短路电磁制动短时介入,限时使用。
失控:机械刹车/偏航脱风。
人工维护:完全锁死转子。
最后一条最难。
强风下人工锁死叶片,塔架会吃巨大风载。
不锁死,叶片持续旋转,维护危险。
真正安全的维护状态应该是先脱风,再机械锁止。
也就是说,偏航系统本身必须可靠。
旧风机的痛点又绕回来了。
偏航、摩擦、预紧力、热循环、接触刚度。
第五次留下的旧账,并没有因为他买了新风机套件而消失。
只是换了一副更现代的外壳,重新站在第六次面前。
傍晚,叶片静平衡。
三片叶片之间最大相差29克。
江临没有立刻打磨叶片。
打磨玻璃钢叶片风险很高,破坏表面涂层会让风沙磨损加速。
他把三片叶片装成完整叶轮,架在低摩擦支承上做静平衡。
配重固定在轮毂内侧的预留孔位,用螺钉和防松胶锁住。
这不能证明动平衡合格,但至少能排除最粗糙的重心偏置。
一小时后,叶轮能在不同角度停住,不再总有某一片下垂。
这只是静平衡,不代表动平衡合格。
但至少排除了最粗糙的重量不均。
这一天结束时,纸上已经没有漂亮的风机图,只有一张越来越复杂的风险表。
江临忽然觉得,风机二号比旧风机更麻烦。
旧风机粗糙,但每一处粗糙都在他手里。
新风机看起来现代,但里面藏了很多他还没完全摸透的商品化黑箱。
起点更高,盲点也更多。
夜里,他照例去观测点A取数据。
防尘罩起了作用,镜罩尘明显减少,但暗边问题出现了。
挡风罩边缘在几张低角度天空图像里造成了遮挡。
北方低空红带的亮度估计要受影响。
他没生气,只是记录: 防尘罩 V1 减少镜罩尘,但遮挡低仰角视场。
后续:扩大开口角或提高相机安装高度。
回到石屋,翻开《等离子体物理》,这次读了五页。
debye屏蔽的推导没难住他。
电势在等离子体中被指数衰减,特征长度由温度、密度和电荷共同决定。
他在纸上推了一遍。
第九天,江临在墙上写下今天的真正题目。
风机二号真正目标:不是更多电,而是能在不该发电时停止发电,让风自己让开。
不是让风停,他没那个本事。
也不是硬把叶片锁住,强风中硬锁,载荷直接灌进塔架和叶根。
他需要的是脱风。
原理不复杂,难的是可靠。
尾舵让叶轮正对风,叶轮吃风产生推力,推力超过阈值时让整个机头偏转,从正对来风变成斜对来风,功率下降。
关键不是尾舵会摆,而是叶轮推力作用线不能穿过偏航轴。
只要有偏置,风推力就会变成一个让机头侧偏的力矩,尾舵和弹簧负责把它拉回来。
两边谁压过谁,决定风机迎风,脱风,还是摆振。
很多小型风机都有这种被动偏航保护。
说明书写着自动偏航保护,大风自动侧偏。
但这四个字落到废土里,就是一堆必须被拆开的变量。
偏航摩擦多大,尾舵面积多大,推力曲线怎样,弹簧回程力多少,阵风下会不会摆振,沙尘进入轴承后阈值会不会飘,低温下润滑脂黏住会不会该脱不脱?
不能直接相信原厂尾舵脱风件,必须自制低载荷验证架。
缩比偏航验证架。
铝合金板做底,十毫米钢轴穿过去做偏航轴。
一根铝条模拟叶轮偏心,长杆模拟尾舵杆,末端挂可调面积的塑料片。
第一阶段不用风,自然风太不稳定。
用尼龙绳和弹簧模拟叶轮推力,细绳挂砝码,砝码越重代表风越大。
挂第一组砝码,不动。
第二组,不动。
第三组,偏航臂突然偏了七度。
不是平滑开始,是卡了一下,越过静摩擦后猛地跳过去。
不好。
真实风机上,这种卡住—突然跳会造成塔架冲击和发电电压突变。
卸下砝码,偏航臂停在三度,回程迟滞。
旧问题又回来了。
摩擦,接触面,预紧力。
钢轴取出。
铝合金孔壁太软,钢轴一压局部已经有微小咬痕。
不能直接钢轴转铝孔,至少要有衬套。
他从零件盒里翻出一截黄铜管。
屋外冷风给铜套降温,炉边给铝板微微加热。
热胀冷缩只给了他一点点余量。
木块垫着轻轻敲入,不能用铁锤砸,会把铜套口砸变形。
钢轴重新插入,阻尼均匀,没有局部发涩。
第二轮测试。
第一组不动,第二组偏一度,第三组三度,第四组八度。
连续,不再突然跳。
回程残余约一度。
仍然存在。
但真实风机在风沙,低温,润滑劣化,载荷冲击下,迟滞只会变大,不会变小。
弹簧选型。
软弹簧脱风容易,但小风也让机头偏摆,发电不稳定。
硬弹簧迎风稳定,但大风时脱不掉。
中等弹簧最接近目标,但偏到一定角度后,弹簧力臂变化使回程力先增后减。
风机侧偏后不一定愿意回到迎风方向。
他在纸上
昨天他已经证明它能发电,但能发电还太粗糙。
多少转速下输出多少电压,接入整流桥后电压会掉多少,负载加重时转矩反应有多明显,卸荷电阻能不能把能量安全烧掉,控制器在低温、浪涌、接触不良时,会不会说谎?
这些问题不回答,风机二号就不能离开台架。
临时转速计很简陋。
一颗白色 LEd 固定在支架上,斜照皮带轮边缘。
光照度传感器对准那片白色胶带,每转一圈,反射光就跳出一个峰值,开发板再把峰值间隔换算成转速。
这东西不能拿去发表论文,但够用。
低速空载测试,120rp下三相线间交流有效值约13V,300rp 32V。
哪怕整流后直流侧会抬高一截,扣掉二极管压降、纹波、电缆损耗和控制器余量,也远不到给 16 串磷酸铁锂电池稳定充电的舒服区间。
接入整流桥后还要扣掉二极管压降和纹波,再加上控制器损耗。
风机二号真正可用的风速区间,不会像商家宣传页里写得那么乐观。
接整流桥,接小负载,转速保持300rp电压下降,电流上升,整流桥升温。
换大负载,台钻声音变沉,皮带轻微打滑。
发电机的电磁负载已经让驱动端吃力。
台架不是极限测试架,台钻也不是风。
他没继续加负载。
中午前,卸荷电阻热测试。
卸荷电阻的作用很简单。
电池满了之后,把多余电能变成热,把好不容易从风里抓到的电,用最粗暴的方式烧掉。
相比起浪费,江临认为,这就是系统安全的代价。
不能被安全吃掉的能量,最终会以事故的形式回来。
电阻移到石墙外侧,垫陶瓷片,旁边无可燃物。
三个温度探头分别贴散热片中央,接线端子,空气中环境温度。
低功率三十分钟,69c。
中等功率十分钟,91c。
如果功率再高一点,时间再长一点,显然会过百。
控制器有没有过温输入?
他翻说明书。
没有。
廉价小风机控制器只管电压,电池类型和卸荷输出,不知道外部电阻被烤成什么样。
这就是商品化黑箱的边界。
它能切换电路,但不理解热。
于是他没把卸荷电阻完全交给控制器。
控制器只负责判断什么时候该卸荷,电阻本体的温度由独立温度探头记录,超过一百二十摄氏度蜂鸣报警,超过一百五十摄氏度由串联热熔断器断开。
这套保护不聪明,但至少不假装自己聪明。
下午,短路电磁制动测试。
永磁发电机三相短接会产生强电磁阻尼,转得越快制动越强。
听起来很美。
不用刹车片,不用机械接触,让电机自己拖住自己。
但电流会发热,绕组,线缆,整流器件都会热,短接如果长期持续,电磁制动就会变成电磁自杀。
他先在120rp低转速下做。
三相短接的瞬间,台钻声音明显变沉,皮带一抖,发电机转速掉了一截。
制动存在。
电流峰值很高,但持续很短。
他没有在更高转速下做长时间短接。
接下来在纸上写整个安全链:
正常:发电→整流→控制器→电池。
满电:控制器→卸荷电阻。
过速:短路电磁制动短时介入,限时使用。
失控:机械刹车/偏航脱风。
人工维护:完全锁死转子。
最后一条最难。
强风下人工锁死叶片,塔架会吃巨大风载。
不锁死,叶片持续旋转,维护危险。
真正安全的维护状态应该是先脱风,再机械锁止。
也就是说,偏航系统本身必须可靠。
旧风机的痛点又绕回来了。
偏航、摩擦、预紧力、热循环、接触刚度。
第五次留下的旧账,并没有因为他买了新风机套件而消失。
只是换了一副更现代的外壳,重新站在第六次面前。
傍晚,叶片静平衡。
三片叶片之间最大相差29克。
江临没有立刻打磨叶片。
打磨玻璃钢叶片风险很高,破坏表面涂层会让风沙磨损加速。
他把三片叶片装成完整叶轮,架在低摩擦支承上做静平衡。
配重固定在轮毂内侧的预留孔位,用螺钉和防松胶锁住。
这不能证明动平衡合格,但至少能排除最粗糙的重心偏置。
一小时后,叶轮能在不同角度停住,不再总有某一片下垂。
这只是静平衡,不代表动平衡合格。
但至少排除了最粗糙的重量不均。
这一天结束时,纸上已经没有漂亮的风机图,只有一张越来越复杂的风险表。
江临忽然觉得,风机二号比旧风机更麻烦。
旧风机粗糙,但每一处粗糙都在他手里。
新风机看起来现代,但里面藏了很多他还没完全摸透的商品化黑箱。
起点更高,盲点也更多。
夜里,他照例去观测点A取数据。
防尘罩起了作用,镜罩尘明显减少,但暗边问题出现了。
挡风罩边缘在几张低角度天空图像里造成了遮挡。
北方低空红带的亮度估计要受影响。
他没生气,只是记录: 防尘罩 V1 减少镜罩尘,但遮挡低仰角视场。
后续:扩大开口角或提高相机安装高度。
回到石屋,翻开《等离子体物理》,这次读了五页。
debye屏蔽的推导没难住他。
电势在等离子体中被指数衰减,特征长度由温度、密度和电荷共同决定。
他在纸上推了一遍。
第九天,江临在墙上写下今天的真正题目。
风机二号真正目标:不是更多电,而是能在不该发电时停止发电,让风自己让开。
不是让风停,他没那个本事。
也不是硬把叶片锁住,强风中硬锁,载荷直接灌进塔架和叶根。
他需要的是脱风。
原理不复杂,难的是可靠。
尾舵让叶轮正对风,叶轮吃风产生推力,推力超过阈值时让整个机头偏转,从正对来风变成斜对来风,功率下降。
关键不是尾舵会摆,而是叶轮推力作用线不能穿过偏航轴。
只要有偏置,风推力就会变成一个让机头侧偏的力矩,尾舵和弹簧负责把它拉回来。
两边谁压过谁,决定风机迎风,脱风,还是摆振。
很多小型风机都有这种被动偏航保护。
说明书写着自动偏航保护,大风自动侧偏。
但这四个字落到废土里,就是一堆必须被拆开的变量。
偏航摩擦多大,尾舵面积多大,推力曲线怎样,弹簧回程力多少,阵风下会不会摆振,沙尘进入轴承后阈值会不会飘,低温下润滑脂黏住会不会该脱不脱?
不能直接相信原厂尾舵脱风件,必须自制低载荷验证架。
缩比偏航验证架。
铝合金板做底,十毫米钢轴穿过去做偏航轴。
一根铝条模拟叶轮偏心,长杆模拟尾舵杆,末端挂可调面积的塑料片。
第一阶段不用风,自然风太不稳定。
用尼龙绳和弹簧模拟叶轮推力,细绳挂砝码,砝码越重代表风越大。
挂第一组砝码,不动。
第二组,不动。
第三组,偏航臂突然偏了七度。
不是平滑开始,是卡了一下,越过静摩擦后猛地跳过去。
不好。
真实风机上,这种卡住—突然跳会造成塔架冲击和发电电压突变。
卸下砝码,偏航臂停在三度,回程迟滞。
旧问题又回来了。
摩擦,接触面,预紧力。
钢轴取出。
铝合金孔壁太软,钢轴一压局部已经有微小咬痕。
不能直接钢轴转铝孔,至少要有衬套。
他从零件盒里翻出一截黄铜管。
屋外冷风给铜套降温,炉边给铝板微微加热。
热胀冷缩只给了他一点点余量。
木块垫着轻轻敲入,不能用铁锤砸,会把铜套口砸变形。
钢轴重新插入,阻尼均匀,没有局部发涩。
第二轮测试。
第一组不动,第二组偏一度,第三组三度,第四组八度。
连续,不再突然跳。
回程残余约一度。
仍然存在。
但真实风机在风沙,低温,润滑劣化,载荷冲击下,迟滞只会变大,不会变小。
弹簧选型。
软弹簧脱风容易,但小风也让机头偏摆,发电不稳定。
硬弹簧迎风稳定,但大风时脱不掉。
中等弹簧最接近目标,但偏到一定角度后,弹簧力臂变化使回程力先增后减。
风机侧偏后不一定愿意回到迎风方向。
他在纸上