Leistungsmessung Nabendynamo mit LEDs

[raymund]

Hier nochmal eine kurze Beschreibung des Fahrraddynamos von Hanno Hirsch`s Seite: http://www.hpv.org/scene/karlsruhe/hanno/Licht/

Dynamos
Klassischer Teil der klassischen HPV Beleuchtung. Hier hat sich seit einiger Zeit bei der
Technik viel getan. Es gibt 2 Grundsätzliche Typen zur Zeit zu kaufen.
1. der Klauenpol-Generator.
Typische Bauweise der üblichen Dynamos. Zu Beginn der Fahrradbeleuchtungstechnik hat
man normale Generatoren nach dem üblichen Dynamoelektrischen Prinzip verwendet. Die
haben aber den Nachteil, dass die el. Leistungsabgabe recht proportional zur Drehzahl ist.
D.h. bei langsamer Fahrt wenig Licht und bei schneller Fahrt die grosse Gefahr, die Lampen
zum Durchbrennen zu bringen, da war dann der Klauenpol-Generator ein Fortschritt, denn er
liefert bei schon rel. Geringer Drehzahl viel el. Strom und begrenzt sich selbst auf einen
bestimmten Strom bei höheren Drehzahlen (in gew. Grenzen natürlich). Der Klauenpol-
Generator stellt el. Betrachtet in erster Näherung und bei genügend Drehzahl eine
Stromquelle dar. Eine Stromquelle hat die Eigenschaft, dass sie dem angeschlossenen
Verbraucher ihren Nennstrom aufzwingen will indem sie entsprechend mit der Spannung
hochgeht. Bis zu welcher Spannung er dabei hochgehen kann hängt von seiner momentanen
Drehzahl ab. Beim Nabendynamo SON (siehe www.nabendynmao.de) wurde das in
Kennlinen aufgezeichnet. Man kann so grob sagen, dass dieser Dynamo dann an 6V seine 500
mA liefern kann bei etwa 12 km/h, ab 18km/h kann er schon bis 12V mit der Spannung
hochgehen. Je mehr Drehzahl, desto höher wird die erzielbare Spannung. Dies ist eine
interessante Eigenschaft, die uns später zugute kommt.


Gruß

Raymund

 

[RedmEx]

Hi,

offensichtlich melden sich hier regelmäßig die Freaks aus der Dynamoszene zu Wort. Darum wollte ich hier mal meine Überlegungen zu Thema Dynamo und meine Variante vorstellen.

Habe mich auch wie viele Andere hier erst mal ausgiebig schlaugelesen und dann meinen Favoriten für eine Beschaltung ausgewählt. Vielen Dank an dieser Stelle an alle Aktive Rat(/d)geber !!!!

Ziel für mich ist es, einen möglichst hohen Strom aus einem einzelnen Dynamo zu ziehen und in eine einzelne power LED zu stecken. Die meisten vorgestellten Schaltungen versuchen, durch Reihen und/oder Parallelschalten von 1-5 W LUXEONS eine gute Anpassung an den Dynamostrom von typischerweise 0,5 A zu erhalten. Nun haben aber diverse Leute gezeigt, dass ein Dynamo mit wachsender Geschwindigkeit nicht mehr Strom sondern nur mehr Spannung liefert. Um dann also mehr Leistung aus dem Dynamo zu erhalten, brauchte man eine VARIABLE LAST !
Die zugegeben sehr effizienten Schaltungen erreichen schnell (mit wachsendem v) ein konstantes Lesitungsniveau, bleiben dann aber konstant. Was ich möchte (STVO ist mir Wumpe) ist ein mit der Geschwindigkeit stetig anwachsender Lichtstrom aus einer einzelnen LED. Den Weg dazu hat WON geleuchtet mit seiner Schaltung mit dem LM 2575, der den Laststrom des Dynamos konstant auf typ. 200 mA einregelt (AXA Traction).
http://www.pilom.com/BicycleElectronics/Dynamo.htm
Das arbeitet im Idealfall wie ein Automatikgetriebe beim Auto, dass den Motor immer im optimalen Drehmoment hält. Der Schaltregler wandelt die gelieferte Leistung des Dynamos mit um die 80% Wirkungsgrad und schickt sie in eine beliebige Last. Nur der Maximalstrom im Schaltregler ist auf 1,5 A limitiert durch den Baustein. Tja und die Ausgangsspannung muss 2-3 Volt unter der Eingangsspannung liegen. WON sagte in einem seiner Beiträge, soche Schaltungen sind in jedem KFZ-Handy-Lader drin, der 12-24 V auf 4-6 Volt transformiert.
http://www.mtb-news.de/forum/showthread.php?t=80629&page=2&pp=25
Ich also in den nächsten Handyshop und auf dem Wühltisch ein Ladegerät für 2€ gekauft. Und siehe da, es stimmt. Es ist schon mal jemand anderes auf die Idee gekommen, diese Ladegeräte zu zweckentfremden: http://www.qsl.net/dg1xpz/elektronik/ipaq/#34063
Mein Laderegeler sieht genauso aus. Die Platine ist ca 25 x 40 mm klein und arbeitet mit dem gleichen IC. Datenblätter gibt es auch hier:
http://www.datasheetarchive.com/search.php?search=34063&sType=part
Einfach eine Verdopplerschaltung mit Schottky vor die Platine (0,3 V x 0,5 A =0,15 W Verlustleistung), einen Massekontakt von Eingang nach Ausgang auftrennen und einen 6 Ohm "shunt" Widerstand als Stromfühler dazwischen (1,25 V x 0,2 A =0,25 W Verlustleistung) und einen Abgriff an das IC legen, fertig ist das gute Stück. Wons Diagramme in einem früheren Lampenbau-Beitrag haben gezeigt, dass natürlich die Ausbeute durch den Regler zunächst mal beim Anfahren schlechter ist. Dafür steigt die Helligkeit immer weiter an, je mehr man in die Pedale tritt, vorausgesetzt die Lampe macht das mit. Aber am Fahrrad werden die LEDs super gut gekühlt und dann kann man sie auch mal etwas stressen, macht man mit mir auf der Arbeit auch ;-)


RedmEx

PS: Erfahrungsberichte werden folgen, aber erst in 2 Wochen da ich erst mal in Urlaub fahre.

 

[JuergenH]

Hallo alle,

eigentlich sollte dieser Thread die LEISTUNG als Thema haben. Und jetzt rutschen wir eine Stufe zurück auf Strom und Spannung.
Eigentlich haben alle Recht. Alle Dynamos sind theoretisch gesehen SPANNUNGS-Erzeuger. Aber, weil der Gesetzgeber eine Verordnung über die korrekte Beleuchtung der Fahrräder erlassen hat, muss die Wirklichkeit der Dynamos leider anders aussehen. Gefordert ist nämlich in dieser Verordnung, dass oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit NICHT MEHR ALS xxx Watt an Leistung erzeugt werden.
Wie erreicht man das konstruktiv? Erstens durch einen erhöhten Innenwiderstand (=dünnerer Draht = Strombegrenzung erster Teil)) und durch die Geometrie der Blechpakete, die dann ab einer bestimmten Drehzahl in Sättigung gehen (= Strombegrenzung Teil 2). Dieses Wissen stammt nicht von mir, sondern hat das Olaf Schultz mal so beschrieben.

So, und nun kommen wir alle frech her, und wollen auch noch mehr als die erlaubten 3W aus dem Dynamo herauskitzeln. Das geht eben nur über ein klares Verständnis der Funktionsweise und durch eine Menge Messungen. Wobei wir beim eigentlichen Thema wieder angelangt wären.

Gruß

Jürgen

 

[raymund]

Ich sehe es schon kommen, daß ich mir einen Nabendynamo selbst mache.
Alleine deshalb, weil es keinen für eine Lefty gibt.

Gruß
Raymund

 

[MüsliFresser]

nabend alle zusammen!

das was jürgen sagt, passt genau zu dem was mein dady mir zu dem thema sagen konnte.

also der son ist als eine strombegrenzte spannungsquelle zu betrachten, die strombegrenzung erreicht man durch einen hohen innenwiderstand, und damit spannung nicht weiter steigt, sorgt man für eine magnetische sätigung im dynamo. (naja, so hat es jürgen ja schon erklärt)

damit bin ich auch wieder mit meinem skript im einklang , zum thema bewegte leiterschleife im magnetfeld hab ich nur formeln gefunden, mit denen man die resultierende spannung berechnen könnte...
(also ich hab ma wieder was dazu gelernt (hoffe ihr auch ))

zur optimalen beschaltung meinte mein dad nur soviel: pufferakku und schaltregler...
(wurde das hier schon mal behandelt und ausprobiert ?)
sonst würde ich mich ma hinterklemmen...

zum thema blindstromkompensation: ich bin immer noch am grübeln ob das sinn macht (will denn da keiner wiedersprechen?)

sven

 

[raymund]

...zur optimalen beschaltung meinte mein dad nur soviel: pufferakku und schaltregler...
(wurde das hier schon mal behandelt und ausprobiert ?)
sonst würde ich mich ma hinterklemmen...

zum thema blindstromkompensation: ich bin immer noch am grübeln ob das sinn macht (will denn da keiner wiedersprechen?)

sven

Hallo Sven,

ich bin immer noch der Meinung, daß man mit Pufferakku und Schaltregler lediglich die Verluste optimiert, zumindest für meinen Anwendungsfall: Licht immer an.

Bzgl. Blindstromkompensation : Es ist keiner hier, der Dich an entsprechenden Untersuchungen hindert.

Gruß
Raymund

 

[Won]

Hallo RedmEx,
meine Schaltung mit dem LM2675 (konstanter Strom vom Dynamo) ist technisch interessant und erreicht auch eine hohe Leistung, aber in der Praxis ist sie nicht die beste Wahl. Es gibt dafuer 2 Gruende:
1) Die Leistung kann nach oben hin fast beliebig ansteigen, deshalb muss die Schaltung auf die maximal moegliche, ziemlich hohe Leistung ausgelegt sein. Man benoetigt sehr spannungsfeste Bauteile (Kondensatoren, Dioden, Schaltregler). Der LM2675 geht nur bis 40V, der teure LM2575HV bis 60V. Auch die LED muss diese Leistung verkraften. Wenn jemand sehr schnell faehrt dann kann er gleich mal 2 Stueck 5 Watt LEDs vorsehen.
2) Meine LM2675-Schaltung hat keine Blindstromkompensation. Ist bei dem Konzept nicht so einfach, muesste ich als active PFC machen, war mir aber zu kompliziert. Das fuehrt bei mittlerer Geschwindigkeit - zusammen mit dem begrenzten Wirkungsgrad der Schaltregler - zu erheblichen Leistungsverlusten der LM2675-Schaltung gegenueber meinen Alternativen mit Vollbruecke die zum Verdoppler umgeschaltet wird, und fuer jeden der beiden Modes eine optimierte Blindstromkompensation hat. Das ist jetzt zwar keine voellig variable Last, aber immerhin eine 2-stufige Last. Unterm Strich kommt da bis 35 km/h mehr raus als aus der LM2675-Variante. Die Leistungskurven sind auf meiner Website
Gruss,
Martin

 

[plattfusz]

zum thema blindstromkompensation: ich bin immer noch am grübeln ob das sinn macht (will denn da keiner wiedersprechen?)

Hallole,
ob du durch die Blindleistungskompensation mehr Wirkleistung erhälst? Ich nehme ja stark an, daß du sowas vor hast. Probiers aus, mehr als schiefgehen kanns nicht. Und halt uns auf dem Laufenden.
Tschüss,
Micha

 

[Won]

Richtig, Micha.
ich habe es schon ausprobiert und Du kannst das Ergenis auf meiner Website sehen:

Die rote Kurve ist ohne Blindstromkompensation, die andern beiden mit. Gemessen wurde die Leistung der Scheinwerfer-LED.
Dies ist der Unterschied mit einer billig-einfach-LED Anlage.
Siehe auch meinen Link im letzten Posting.
Gruss,
Martin

 

[RedmEx]

Hallo Won,

könntest du mir die Blindstromkompensation etwas näher bringen warum das mit den Reglern passiv nicht zu machen ist ? Ich hänge zugegeben etwas an der Schaltreglervariante, nicht zuletzt weil sich das Rücklicht leicht integrieren lässt und ich mir recht einfach eine Bremslichtfunktion überlegt habe, indem ich zum shunt-widerstand einfach einen passenden parallel schalte und damit kurzfristig den Ladestrom zum Regler von 200 auf 300 mA hochsetzte. Schlussendlich möchte ich ja auch die Dynamoleistung in eine einzelne LED (Z-power) stecken, die mit 0,5 bis 1,5 A belastbar ist und das leisten die einfachen und effizienten Schaltungen eben nicht.
Aber ich gebe zu, dass vor der Schaltreglervariante auch die Verdoppler-Vollbrückenumschaltung mein Favorit war.

Es grüßt RedmEx

 

[Won]

Die Frequenz des Dynamos aendert sich mit der Geschwindigkeit in sehr weiten Grenzen. Da muesstest Du den Kondensator (genau gesagt, die beiden Cs des Verdopplers) ganz schoen variieren, damit die Sache bei jeder Geschwindigkeit abgestimmt ist und die maximale Leistung raushohlt. Also mehrere Kondensatoren, und die umschalten.
Und wenn man dann schon am Umschalten der Kondensatoren ist, dann kann man ja ohne Mehraufwand auch gleich die Windungszahl der Dynamospule (oder Vollbruecke, Verdoppler, Vervierfacher) mit umschalten und sich den Schaltregler mit seinen Verlusten komplett sparen.
Zu viel Umschalterei wird aber etwas haesslich was den Bauteileaufwand und auch die Effekte in den Umschaltzeitpunkten angeht.
Oder man geht anders an die Sache ran, nimmt nen Schaltregler und laesst den gleich active PFC mitmachen. Also den dicken Ladekondensator weg und mit dem Konverter dafuer sorgen, dass der aufgenommene Strom immer schoen phasengleich mit der Spannung ist. Aber das mit "active PFC" bringt wieder andere Problemchen und natuerlich auch nen ziemlichen Aufwand mit sich. Aber gut, man muesst's halt mal designen, dann mal messen und sehn was man gewinnt.... irgendwann mal, nicht diese Jahr...
Vielleicht hast Du ein paar gute Ideen zur Realisierung.
Gruss,
Martin