Динама - как один из источников электроэнергии, Опыт эксплуатации, идеи, проблемы

[KRYUGER]

Повнимательнее прочитал пост KRYUGER-а. Получается, что батарея аккумуляторов работает как регулятор напряжения на динамке и как сглаживающий конденсатор. Но вот фраза

насторожила. То есть в жаркий день при езде по асфальту, при полностью заряженных аккумуляторах и подключённым ГПСом (или мобильником) можно последнего лишиться. Когда сработает термовыключатель, всё напряжение втулки пойдёт на электронное устройство. Ведь так? А динамка, при разном сопротивлении подключенной нагрузки, может выдать и 20 и 50 вольт. Неудачное решение. Пусть уж лучше аккумуляторы подыхают, они дешевле.

Всем доброго! Очень рад, что кто то заинтересовался моей самоделкой. Аккумуляторы стоят в параллель нагрузке, регулятором напряжения является стабилизатор (для поднятия напряжения на малых скоростях (от4км/ч начинает заряжать АКБ) использовал обратноходовую схему), плюс диодный мост после динамовтулки. Действительно, при отключении АКБ происходит увеличение напряжения на выходе, но не более 7-8 вольт при максимальном раскручивании колеса (проверял), при подключении даже незначительной нагрузки всё в норме! (стабилизатору нужна нагрузка!). Начался очередной велосезон -- дети катаются, пользуют эту мою приблуду. Пока работает, вопросов нет.

---------- Добавлено 01.06.2013 в 01:33 ---------- Предыдущее сообщение 30.05.2013 было в 00:28 ----------

inerton, тема-то про динаму, а к ней подобные фары ну никак не подходят. Тем более если
и динамки как раз предназначены для использования в городских условиях, а не в походных. Потому они и остаются такими маломощными уже много лет. Их основная задача - повысить заметность велосипедиста на городских улицах в темное время, не нарушая законов. Вот и не развивают их в плане повышения мощности (а в Германии, по слухам, в них вообще ограничитель стоит/стоял).
Если же надо заряжать что-то более-менее серьезное и именно динамой, то тогда надо уж что-то самодельное городить.

Полностью согласен с обоими. Второй сезон эксплуатирую шимано-втулку на meride с самодельным стабилизатором и тремя Ni-Mn аккумуляторами, вся электроника чудесно имплантировалась в рулевую стойку. Вот мои впечатления и соображения: Собрать сей девайс меня подтолкнуло желание удовлетворения детской мечты иметь на велосипеде совершенно автономную, полноценную "электростанцию". Для эксплуатации в условиях жёсткого экстремального похода втулки пожалуй малопригодны (не герметичны подшипники, слабовата конструкция плюс очень условная ремонтопригодность). У меня велосипед для эксплуатации в городе, поездки с детьми на дачу, море, ПВД, порой приходится возвращаться за полночь, но редко. Устойчивый и гарантированный свет позволяет не быть привязанным к светлому времени суток. Теперь к техническим аспектам работы сей системы: Заряд полностью разряженных АКБ начинается на скорости 4--5км\ч (считаю такой результат очень хорошим (кстати это было одной из основных моих задач). Частично разряженные (примерно на четверть) АКБ при включенном свете начинают заряжаються на скорости порядка 20км\ч (основную часть энергии забирает фара). При заряде АКБ втулка создаёт небольшое, но вполне ощутимое сопротивление движению. Определяется это легко -- в нижней части стоит тумблер и на ходу можно отключать втулку. Считаю, что у собранного мной стабилизатора низковатый КПД (не удалось поэксперементировать с полевыми транзисторами). В остальном полностью доволен результатом. Я даже спидометр sigma подключил к сей втулке (она же ток переменный выдаёт: отрицательной полуволной отпирается транзисторный ключ управляющий спидометром. Пришлось увеличить коэффициент деления на количество полюсов генератора, магнит со спицы снял.) Вообще то на meride у меня дочка старшая ездит, мне же больше по душе Panasonik легкодорожный. На нём стоит обычная прижимная динамка, -- светит хуже, зависит от скорости хода, создаёт гораздо большее сопротивление движению, по мокрой шине проскальзывает, но от неё вообще нет проводов (фонарь на самой динамке) и она вполне позволяет неограниченно двигаться в ночное время. Если у кого интерес возник -- опубликую схему принципиальную с коментариями.

[Slawwa]

давай схему!

[KRYUGER]

Схема принципиальная для работы в паре с динамовтулкой и NiMn аккумуляторами
P6018260.jpgP6018258.jpg
На первом рис. приведена исходная схема. На втором рис. схема, которая работает на моём велосипеде. Кто то может найти в этой схеме ошибки, но только в таком виде она заработала так как задумывалось, просьба не критиковать, желающие могут сами поэкспериментировать. Найти готовое решение не удалось. Начиная разрабатывать, я поставил перед собой следующее техзадание: -- обеспечить заряд АКБ с минимальных скоростей велосипеда при возможно большем КПД; --минимум и миниатюрность радиодеталей (что бы разместить всю конструкцию в рулевой стойке либо в подседельной трубе), -- использовать подручные радиодетали и материалы (в том числе из сгоревших компьютеров).
От микросхем отказался в пользу транзисторов, так как последние обеспечивают работоспособность схемы при низких напряжениях, микросхемам же необходимо стабильное питание, да и на транзисторах – компактнее.
В выпрямителе использовал диоды Шоттки (у них минимальное прямое сопротивление, соответственно и падение напряжения на них, а это КПД), лучший результат был с германиевыми диодами, но они не подошли по размеру.
В качестве силового ключа Т1 наилучшего результата добился с транзистором с убитой видеокарты (марку его не посмотрел сразу, а потом она оказалась не читаемой). Пробовал использовать другие транзисторы, в том числе составные – результат хуже. В этом узле стоило бы попробовать полевые транзисторы, но не было возможности.
Описывать работу схемы не буду, кто разбирается сам поймёт, остальным не стоит заморачиваться. В двух словах – схема работает в импульсном режиме (отсюда достаточно высокий КПД), транзисторный ключ управляется пороговым элементом на стабилитроне, при открытом ключе часть энергии накапливается в индуктивности и отдаётся через диод в режиме закрытого ключа, тем самым добавляя напряжение на выходе (принцип обратного хода).
Вся схема собрана этажеркой. С одной стороны три аккумулятора вдоль, с другой -- платы схемы.
Если использовать не аккумуляторы типоразмера АА, а типоразмер ААА, то вся этажерка будет гораздо компактнее.

[KRYUGER]

Извините, я не следил за ходом дискуссии, сейчас перечитал и дам свои комментарии.
Тоже долго выбирал, какого типа АКБ использовать, победили NiMn. Во первых из компоновочных соображений (где взять пальчиковый Li, да и ценник на него). Потом смерть никилевых аккумуляторов не сильно напрягает (в данной конструкции меняются на раз-два, цена по сравнению с литием копейки). И самое главное о чём никто не вспоминает – Li имеет 3,7В , три NiMn 4,5В втулка же выдаёт в номинале 6В. А теперь господа электронщики посчитайте, какая система будет иметь более оптимальный баланс мощности. Два лития использовать не получится (7,4В больше 6 вольт генератора).
С максимальным КПД работает как раз генератор переменного тока с лампой накаливания. Японцы не совсем дураки, и думается уже давно бы чего сделали. Да, есть втулки с регуляторами напряжения, слышал про них, но не видел. Возможно оптимальной была бы схема на подобие автомобильной (генератор переменного тока с регулировкой возбуждения и в буфер АКБ).
Считаю использование 5-ти вольтовой схемы наиболее целесообразным. Повторюсь – от 5В можно заряжать Liтий (GPS автомобильный чудесно работал, (правда из 12ти вольтовой прикуривалки удалил резистор балластный), а в нём как раз и стоит литиевый элемент). Зарядки телефонов на выходе имеют те же 5 вольт.
А вообще я подумываю сделать чего ни будь для заряда в пути аккумулятора фотоаппарата (у всей видеотехники 7,4 вольтовый литий), покатавшись в прошлом сезоне остро ощутил такую необходимость.
Вам Slawwa благодарность за поддержку, а то все как с критикой накинутся, так и не рад уже. Кстати у меня какие то странные NiMn аккумуляторы от дюрацеля, они чудесно заряжаются, отдают свои заявленные 2700 Ма\ч (проверял и очень сильно удивился) при том покупал их в 2008 году!. Объяснить сиё их поведение могу только тем, что у них аномальный саморазряд (за трое суток в ноль). Покупал их для фотоаппарата, но по причине такого саморазряда не смог использовать, один убил пытаясь привести в чувство, на трёх оставшихся собрал сей девайс.

[Slawwa]

KRYUGER, забавная у тебя схема. Прям даже неправильная какая-то - несколько транзисторов, да диодов. И никаких хитрозаумных микросхем. Мне понравилось.

[inerton]

И самое главное о чём никто не вспоминает – Li имеет 3,7В , три NiMn 4,5В втулка же выдаёт в номинале 6В. А теперь господа электронщики посчитайте, какая система будет иметь более оптимальный баланс мощности. Два лития использовать не получится (7,4В больше 6 вольт генератора).

Если не вспоминать об уровне напряжения на аккумуляторах разных типов, то вообще ничего не получиться сделать.
Кстати, если брать среднее значение при разряде (какое вы указали для лития 3,7 В), то для трёх последовательно соединённых гидридников оно будет состовлять не 4,5 В, а 3х1,2=3,6 В, что как раз соответствует среднему напряжению на одной банке лития. Если брать максимальное напряжение заряженного аккумулятора (то что вы привели для гидридника 3х1,5=4,5 В), то для лития оно составляет 4,2 В на банку, что тоже весьма близко к трём гидридникам. Так что уровень напряжения на этих двух типах аккумуляторов очень легко сочетается, это не аргумент в пользу одного или другого.
И если уж пошла такая пьянка, то мои эксперименты, пусть и на доработанной динамке, показывают, что с увеличением напряжения на аккумуляторе растёт и отдаваемая динамкой мощность, особенно на скоростях выше 20 км/ч., а до этого значения напряжение на аккумуляторе вообще мало влияет на отдаваемую мощность.

Кстати у меня какие то странные NiMn аккумуляторы от дюрацеля, они чудесно заряжаются, отдают свои заявленные 2700 Ма\ч (проверял и очень сильно удивился) при том покупал их в 2008 году!. Объяснить сиё их поведение могу только тем, что у них аномальный саморазряд (за трое суток в ноль).

2,7 Ач х 3,6 В = около 10 Вт*ч энергии
при средней отдаче втулки в 2,5 Вт надо кататься 4 часа чтобы только зарядить аккумы, а за ночь они теряют более 10% накопленной энергии.
Ну это же мазохизм. Зачем бороться за мизер потерь КПД, используя диоды Шоттки и минимум транзисторов, если накопленная энергия утекает как вода из решета? Я не понимаю этого.

[Ситибайкер]

KRYUGER, всё далеко не так плохо .

> (где взять пальчиковый Li, да и ценник на него).
Они просто называются иначе, поскольку напряжение сильно другое. Диаметр на длину. Типоразмеру АА соответствует 14500. ААА - 10400.
Всё продаётся в китайшопах и стоит копейки.

> И самое главное о чём никто не вспоминает – Li имеет 3,7В.
У лития от 2,8 до 4,2. Написанное на корпусе 3,7 - сугубо для удобства, чтобы можно было ёмкость в Вт*ч вычислить, умножив это число на ёмкость в мАч.

> три NiMn 4,5В
Если быть точнее - всё же 3,6в. При свежезаряженных - ЭДС будет 3,9..4.

> втулка же выдаёт в номинале 6В.
Не совсем. По факту втулка - генератор тока, в номинале 0,5А. А дальше в игру вступают требования немецких ПДД - чтобы мощность была не большее 2,4Вт (если питается только фара), либо 3Вт (если питается фара и задний фонарь). Для этого в комплекте со многими втулками даже специальные ограничители идут, которые вы обязаны подключить в нагрузку втулке (если живёте в Германии ). Я подключился к втулке и лишь слегка крутнул колесо. "холостая" ЭДС там просто запредельная:


У моей втулки 15 полюсов. 12Гц соответствует 4/5 оборота/сек, при длине колеса ~2м это соответствует примерно пешеходной скорости. При этом амплитуда (от пика до пика) уже 18,5в. А при скорости 22 км/ч (можно считать, номинал!) ЭДС будет уже ~70 вольт.

Отсюда логичное следствие: нелинейный ограничитель всё же нужен. Вольт этак на 30 - если во входном мостике конденсатор на 35 вольт.

Отдаваемая мощность соответствует скорости практически линейно. "Номинальные" 3 ватта получаются при скорости 10-12 км/ч (так и представляется бюргер на ситибайке, который неспешно катит из булочной домой). При 20 км/ч (вполне нормальный прогулочный темп по-русски) - уже 7 ватт (при том же токе, т.е. нужно рассчитывать схему на 14 вольт 0,5А).

> Два лития использовать не получится (7,4В больше 6 вольт генератора).
Серьёзно?

С литием в наших краях одна проблема - морозная зима. Впрочем, и с никелем (конкретно с NiMH) - тоже. На морозе оба превращаются "в тыкву". NiCD уже лучше, но, блин, эффект памяти. Зато пара LiFePo4 - наше всё .

> у них аномальный саморазряд (за трое суток в ноль).
Если хочется именно никель - возьмите энелупы. Тем более, что есть с заранее приваренными "лепестками" для пайки.

Лично мне более интересна другая тема. А именно - питание мощных светодиодов. А точнее - одного диода. Чтобы из номинальных 6В 0,5А получить 3В 1А. А чуть разогнавшись - уже 3В 2А. Пока в голову приходит только соорудить преобразователь с конденсаторами (индуктивность не даст повысить начальный ток)

[Elm2112]

По факту втулка - генератор тока, в номинале 0,5А.

Втулка - ни генератор тока, ни генератор напряжения. Втулка - источник напряжения с комплексным внутренним сопротивлением и ограничением МАКСИМАЛЬНОГО тока на уровне примено 0,5 А.
У моих DH-3N20 - 0,5 A, DH-3R35 - 0,6A.

нелинейный ограничитель всё же нужен.

Не нужен. Это дополнительные потери. Если подключена нагрузка - амплитуда напряжения резко упадёт, если нет нагрузки, то её отключение производить на срезе втулка/выпрямитель. Тогда это напряжение ничему не навредит.

Лично мне более интересна другая тема. А именно - питание мощных светодиодов. А точнее - одного диода. Чтобы из номинальных 6В 0,5А получить 3В 1А. А чуть разогнавшись - уже 3В 2А. Пока в голову приходит только соорудить преобразователь с конденсаторами (индуктивность не даст повысить начальный ток)

Мне более интересным представляется другое решение.
Как известно, максимальную мощность с генератора можно снять при условии равенства внутреннего сопротивления нагрузки внутреннему сопротивлению генератора. Внутренне сопротивление втулки - величина комплексная, зависящая, в том числе, и от сопротивления нагрузки и от скорости движения. Если экспериментально снять зависимость импеданса втулки от сопротивления нагрузки и скорости движения и запрограммировать её в микроконтроллер управляющий соответствующим драйвером и производящим с помощью регулировки тока уравнивание внутренних сопротивления генератора и нагрузки - получим максимально возможную снимаемую с втулки мощность при любой скороти движения.

P.S. Для себя решил, что вся эта возня не стоит результата. "Ведро" лития выигрывает безо всяких шансов для динамо-втулки. Ну разве только какой нибудь месяный ПВД без розеток и магазинов с батарейками АА.

[Slawwa]

Для себя решил, что вся эта возня не стоит результата. "Ведро" лития выигрывает безо всяких шансов для динамо-втулки.

но если уже есть динамовтулка, то почему-бы не использовать её? Понятно, что

Если экспериментально снять зависимость импеданса втулки от сопротивления нагрузки и скорости движения и запрограммировать её в микроконтроллер

слишком затратный путь для одноразового применения. Но имеет смысл для мелкосерийного применения. Тем более что небольшой спрос есть даже на этом форуме.

[Ситибайкер]

Не нужен. Это дополнительные потери. Если подключена нагрузка - амплитуда напряжения резко упадёт, если нет нагрузки, то её отключение производить на срезе втулка/выпрямитель.

Вот на срезе втулки я бы и поставил варистор. Прямо на клемму. Хрен с ним, с потерями. Главное, чтобы амплитудно всё оставалось в безопасных пределах. Скажем, 36В.

Если экспериментально снять зависимость импеданса втулки от сопротивления нагрузки и скорости движения

Да, в общем-то, есть статья, откуда можно раздобыть нужные графики: http://velofun.ru/led/jelektronnye-s...mo-mashin.html. Там видна линейная зависимость от скорости - вплоть до "полочки" самого диода.
По-моему можно взять любой многорежимный драйвер - а там обычно как раз втыкают ATTINY123 - и перепрограммировать/поставить новый.
Я хочу поставить токоизмерительный резистор на входе (сразу после выпрямителя) и задиммировать драйвер так, чтобы входной ток всегда был 0,5А.

> "Ведро" лития выигрывает безо всяких шансов для динамо-втулки.
Динамовтулка выигрывает в плане "сел - поехал". У меня на ней неотключаемый велосвет (он же - ДХО). Как источник энергии для чего-то ещё я её в принципе не рассматриваю (потому что даже простой "вампирчик" с солнечной батареей 15 кв. см. даёт больше, да и проще, покуда не нужно ничего выпрямлять/преобразовывать).