Преобразователь динамо->DC с максимальным КПД

[soladko]

Если еще поразмыслить, то все таки можно и на большой частоте, но это останется только на бумаге. Ведь даже при таком раскладе 6 вольтовая дает 150 вольт при максимальной мощности. А повышая частоту для отбора той же мощности нужно при более высоком напряжении снимать ее, а это уже тысячи вольт будут. иначе говоря такая система работает еффективно только в режиме "прерывистых токов дросселя" если вспомнить теорию ИБП.


но с другой стороны можно синхронизировать это все по порогу напряжения на данимке....надо будет подумать над схемой.....
Для мотоцикла, где у меня на ХХ генератор дает 100 вольт это не подойдет. Мне надо импульсник пробовать, ловя при этом мощу на половине напряжения(тоесть в районе 50 вольт)

[tauP10]

Если еще поразмыслить, то все таки можно и на большой частоте, но это останется только на бумаге.

Нельзя. каждый раз увеличивая частоту коммутации например в 2 раза , в 2 раза будет снижаться и ток дросселя (определяется вольтсекундами) , энергия каждой порции будет снижаться в 4 раза , а суммарная за полпериода - в 2 раза. То есть любое ключевание с частотой в N раз больше удвоенной, приведёт к падению мощности на выходе в N раз, несмотря ни на какие киловольты.

[soladko]

Да, точно, про заряд я забыл))) Я про разряд думал, когда это писал

[soladko]

вот придумал схему следящую за максимумом тока через индуктивность, в момент уменьшения тока открывает полевик, для заряда выходного кондера. Содержит на первом операционнике "пиковый деткор" после него ждущий мультивибратор, управляющий полевиком. В схеме есть диодный мост, но даже при этом вместо 1,2 вата получается чуть-чуть меньше 2Ватт. Может как идея вам пригодится.

Только от этих 2 Ватт надо отнять мощность необходимую для питания двух операционников, для простоты я от другого источника 12В запитывал.

Прикрепленный файл: 2527437.rar

[Eats]

Уважаемые коллеги! (tauP10 и soladko)
Объясните мне, пожалуйста, "на пальцах", почему нельзя ключевать большой частотой? Потому как формальные выкладки типа "каждый раз увеличивая частоту коммутации например в 2 раза, в 2 раза будет снижаться и ток дросселя" мне непонятны. Почему будет снижаться ток дросселя? Кто нам мешает уменьшить индуктивность вдвое, чтобы ток успел за укороченный промежуток времени возрасти до требуемого значения? Другое дело, что при этом каждая порция энергии,
запасённой в дросселе, будут вдвое меньше (и-квадрат останется тем же, а индуктивность уменьшили). Но на протяжении периода генератора удвоится количество этих порций энергии, поэтому суммарная энергия, отбираемая за один период генератора, останется той же самой. Где я не прав?
Далее, по поводу накопления энергии индуктивностью генератора и выбора частоты ШИМа: если выбрать частоту ШИМа, равную частоте генератора (то есть жёстко синхронизировать их), то вся схема вырождается в обычный выпрямитель с (казалось бы) индуктивно-емкостным фильтром на выходе. Однако на практике произойдёт следующее. Попытка присобачить к выпрямительному мосту после генератора (а хоть бы к удвоителю Латура, ибо я два года назад с него и начинал) ёмкость приводит к тому (это не очень заметно на больших мощностях, но криминально на малых), что падает отдаваемая генератором мощность. Тупо падает из-за коэффициента мощности, не равного 1. Чтобы отожрать от генератора максимально возможную мощность, необходимо выдержать коэффициент мощности строго равным единице. Любое отклонение формы тока от формы напряжения ведёт к падению мощности. Это знал любой энергетик 60-х, когда за наличие емкостных компенсаторов на заводах платили премии, но сейчас об этом многие позабыли.
Если мы возьмём сетевой трансформатор мощностью, скажем, те же самые 5 Вт (как у моей динамо-машины), нагрузим его выпрямительным мостом, а мост - конденсатором на несколько тысяч микрофарад, то наличие такого конденсатора приведёт к тому, что от сети транс будет отжирать ток короткими импульсами увеличенной (по сравнению с синусоидальным током на такой же мощности) амплитуды. На выходе конденсатора нагрузка сможет отобрать 5 Вт или около того. Совсем не так будет при автономном источнике, который в принципе не может дать тех самых зарядных импульсов тока!!! В момент этих импульсов напряжение генератора просядет, ток увеличится незначительно (гораздо меньше, чем это было от сети неограниченной мощности, хотя бы и через 5-ваттный транс), и энергия потеряется на внутреннем сопротивлении генератора. Таково негативное влияние коэффициента мощности.
Поэтому ШИМить с частотой генератора нельзя!!! Нельзя также и ждать максимума тока. Надо выдерживать форму тока в строгом соответствии с формой напряжения, а амплитуду тока -оптимальной, то есть по заданному закону. Он для каждого генератора может быть своим, тут я ничего определённого сказать не могу (за исключением своей динамо-машины, для которой я этот закон знаю и для которой он в первом приближении является константой при 10-кратном изменении частоты генератора). Максимум мощности отдаётся отнюдь не на максимуме тока. Это не солнечная батарея!

То есть любое ключевание с частотой в N раз больше удвоенной, приведёт к падению мощности на выходе в N раз, несмотря ни на какие киловольты.

Кроме того, попытка отбирать от генератора оптимальный ток приведёт к тому, что в отсутствие нагрузки мы этим током будем вынуждены заряжать накопительный конденсатор, который будет попросту интегрировать этот ток, а напряжение на нём при любой мощности генератора с течением времени рано или поздно достигнет не только кило-, но и мега-, и гига-, и ещё бОльших вольтов. Понятно, что ККМ должен быть дополнен схемой ограничения напряжения. Ну это ТЛ431 и пара резисторов. Однако ни о каких киловольтах не может быть и речи при наличии нагрузки. На малых оборотах она съест все тера-, гига-, мега- и кило-, так что останутся только наши 12 вольт. Хорошо, если они ещё останутся! Ну, мне-то проще, у меня светодиоды, а они как только разрядят накопительный конденсатор до напряжения 10.6В, так сразу же перестанут жрать ток, и напряжение начнёт снова расти, так что фактически светодиоды изломом своей ВАХ отрегулируют ток нагрузки, соответствующий (максимуму отбора мощности от генератора. Точнее говоря,) реальной мощности, вкачиваемой в нак.конденсатор корректором мощности. А вот если нагрузкой является лампа накаливания или, скажем, зажигание двигателя, то тут ещё надо будет подумать немного на эту тему.
Извините за длинную писанину, вчера было не до компьютера, поэтому попытался одним сообщением прокомментировать все ваши мысли, что накопились в моё отсутствие.

[Eats]

Мдя...неотключаемая это плохо, даже без нагрузки это чувствуется педалями, исобенно если уже едешь больше 25 в час. Если у вас получится реально сделать рабочую схему интересно было бы посмотреть, сейчас сам другим немножко занимаюсь.....

Вот как раз наоборот, именно на скорости эта динамка и не чувствуется! Не надо забывать о том, что внешние динамо-машины тратят полтора-два десятка ватт на трение в повышающей фрикционной передаче. У встроенной трения почти нет, поскольку нет редукции — это тихоходный многополюсный генератор. В моём случае 14 пар полюсов.
Далее. Фишка электрических машин в том, что их ток в большей или меньшей степени пропорционален крутящему моменту (двигательному у двигателей и тормозящему у генераторов). Для коллекторных машин постоянного тока это строго прямая пропорциональность. Для синхронных машин не такая строгая, но вполне себе прямая в некоторых пределах. Для асинхронных не только не строгая, но даже и не прямая, но у нас синхронный генератор, поэтому на нём пока и остановимся. Так вот на малых оборотах, когда надо из динамы выжать всю мощность, необходимо отбирать нехилый (фактически номинальный) ток, чего я пока делать не научился, но который создаёт номинальный же и момент сопротивления двигателю, то есть велосипедисту. С увеличением оборотов растёт мощность генератора, и на определённой частоте вращения (соответствующей номинальной мощности нагрузки) этой мощности начинает хватать на полный ток фары, при этом отбираемый от генератора ток всё ещё номинальный. Но далее с увеличением оборотов генератор даёт мощности больше, чем это нужно фаре, а в ней стоит импульсный понижающий преобразователь, так что с дальнейшим ростом оборотов и мощности этот преобразователь жрёт тока на своём входе МЕНЬШЕ, чем отдаёт на выходе светодиодам. Таким образом, на больших скоростях (где PFC не нужен, у меня это теоретически начиная с 13, реально с 16-17 кмч) я имею уменьшение момента сопротивления, и тем большее, чем больше скорость. И это тоже заметно педалями, особенно когда скорость за 30. Не то, чтобы сильно заметно, но всё же по сравнению с лампой накаливания или непрерывным стабилизатором тока светодиодов импульсный драйвер светодиодов на больших скоростях несколько более приятен. Так что от импульсника я уже больше никогда не откажусь.
Что же происходит на малых скоростях (6-10 кмч) ? Это либо разгон после светофора, либо торможение перед ним, либо въезд на мост (а в Петербурге мостов много!). В первом случае нагрузка на ноги от разгона, а в третьем — от вертикального перемещения столь велика, что лишние 1.5-3 ватта на её фоне просто незаметны. Во втором же случае они и вовсе даже полезны для торможения, хотя толку от такого торможения с гулькин нос. Но в любом из этих случаев свет нужен, так что отчего бы и не выжать из динамы то, на что она способна?!
P.S.Сегодня забрал велик со стоянки. В перерыве между снегопадами перегнал его домой. Остался жутко доволен.

[soladko]

Вы немножко не поняли, нарисованая индуктивность на схеме это не елемент последовательно с динамкой включенный, это внутренняя индуктивность вашей динамки. ЕЕ вы не можете уменьшать, вы только можете ею воспользоваться. По поводу отбора мощности-здесь совсем другой принцип, уже ведь писали. Идея в том, чтоб замыкать транзистором весь полупериод синусоиды, а потом на очень короткое время открыть транзистор чтоб всплеск напряжения самоиндукции "отдал наружу " всю можу запасенную во ВНУТРЕННЕЙ индуктивности динамки. Так как мы решили приемлемым 90 процентов полупериода замыкать а на протяжении 10 процентов снимать накопленую енергию, то это возможно если на выходе будет в около 10 раз большее напряжение, тоесть оптимально 60В(а может и чуть болше, я не учитывал то, что у нас синус). Это как раз елементарная физика. Если индуктивность накапливала енергию например от 6 вольт на протяжении 1 секунды, то она ее отдаст за 0,1 секундку, но при напряжении 60 вольт. А шимируя высокой частотой мы не сможем успевать накапливать енергию и отдавать тоже, так как нам нужен режим прерывистых токов работы вашей ВНУТРЕННЕЙ индуктивности динамки. Поэтому с учетом того что у нас синус(меняется направление тока) самая низкая частота-это удвоеная от генератора. Для простоты синхронизации лучше следить за током, и как только замечаем что он уменьшается-надо размыкать ключ, это значит что закончился очередной полупериод. Это я попытался реализовать в своей схеме(см архив) только я поставил на выходе динамки мост, но можно эту схему применить и к той что ТАУ рисовал, ведь все равно без преобразователя не обойтись(моща на выходе будет больше). Но это все в мультисиме, а в жизни кто его знает какая у вас индуктивность динамки, ток насыщения(хз, может и такое возможно), может еще какие грабли будут(а они таки будут, иначе китайци давно бы уже такое делали )

[tauP10]

почему нельзя ключевать большой частотой? Потому как формальные выкладки типа "каждый раз увеличивая частоту коммутации например в 2 раза, в 2 раза будет снижаться и ток дросселя" мне непонятны. Почему будет снижаться ток дросселя? Кто нам мешает уменьшить индуктивность вдвое, чтобы ток успел за укороченный промежуток времени возрасти до требуемого значения? Другое дело, что при этом каждая порция энергии,
запасённой в дросселе, будут вдвое меньше (и-квадрат останется тем же, а индуктивность уменьшили). Но на протяжении периода генератора удвоится количество этих порций энергии, поэтому суммарная энергия, отбираемая за один период генератора, останется той же самой. Где я не прав?

Соладко правильно разъяснил суть вопроса.

Имеет смысл отделить кусок темы с сообщения от Eats (Пн Фев 23, 2009 2:48 am)
Уважаемый Фальконист, отделите тему, если Eats не возражает, назвав её "Преобразователь Динамо-›DC с максимальным КПД"

[tauP10]

Чтобы отожрать от генератора максимально возможную мощность, необходимо выдержать коэффициент мощности строго равным единице. Любое отклонение формы тока от формы напряжения ведёт к падению мощности. Это знал любой энергетик 60-х,..

Это не верный посыл.
Чтобы "отжать" от генератора с индуктивным характером выходного импеданса максимальную мощность, нужно эту индуктивность зарядить энергией по максимуму , а потом быстренько её забрать. Такое возможно путем закоротки выхода на весь полупериод. Для простоты понимания "на пальцах" представьте что у Вас источнки ЭДС выдает не синусоидальное напряжение а, двуполярный меандр. Ток в закороченной на выходе индуктивности будет расти линейно в течении полупериода , а энергия - по квадратичному закону. До того как напряжение сменит полярность нужно накопленную энергию "забрать" путем размыкания ключа и вывода на высокоомную нагрузку , чтобы это произошло быстро.
Кстати насколько я помню из детства , именно так и работает магнето в некоторых системах зажигания для обеспечения максимальной энергии искры, прерыватель замкнут и размыкается в определенной точке , где , вероятнее всего максимальна энергия запасеннаая в индуктивности магнеты. Актуально на малых оборотах. Естественно что это согласовано с углом опережения зажигания чисто конструктивно.

[tauP10]

Извиняюсь, я слегка соврал в предыдущем посте.
Чтобы забрать из генератора максимальную мощность , можно применить резонансную схему , которая "отсосет " еще больше чем ключевая , правда там появляются дополнительные технические сложности - надо следить за частотой и подстраивать резонансную емкость по выходу . Но энтузиастам это не проблема. И дополнительный эффект проявится - увеличенное торможение , которое, впрочем, энергетически эквивалентно той мощности , которую захотим забрать из такого генератора.

Например если генератор представляет источник ЭДС, сопротивление обмоток и индуктивность, включенные последовательно - то при приведенных на рис параметрах 45 Вт получить "типа можно" .
Без резонанса , как уже выясняли - максимум 1,2-1,5 Вт

-- Прилагается рисунок: --