Преобразователь динамо->DC с максимальным КПД

[soladko]

Вы говорите ентузиастам не проблема, а как, как можно емкость с частотой менять да еще и такую большую?

Я слышал что напряжение в таких генераторах не синусоидальное, потому там есть несколько гармоник, следовательно с помощью резонансного контура можно убрать только одну.

Еще даже 10 лет назад игрался со своей динамкой, обычная советская, как на то время. так вот у нее внутреннее сопротивление больше имело резистивный характер, если правильно помню.....если не забуду померяю на выходных. Ее я смог так намотать(провод подобрать) что она четко ЕДС давала 14 вольт а под нагрузкой моя криптоновая лампочка 6вольтовая светилась на всю, даже при скорости 15 км в час.

О омическом сопротивлении тоже не надо забывать, потому вполне может быть что так не получится сделать(выжать побольше мощи), хотя на первый взгляд мною нарисованая схема и не очень сложная, а чтоб потом получить 12 вольт для питания светодиодов из 60 Вольт даже спец микросхемы есть где уже большой кпд заложен. Для питания схемы вроде совсем немножко надо....Вот только с нуля не запустится, надо чтоб в буфере небольшой аккумулятор висел

ТАУ, что скажете о этой схеме, жывучая или нет?

Прикрепленный файл: 7664644.rar

[soladko]

Вот

-- Прилагается рисунок: --

[tauP10]

soladko, резонансный способ - это возможность растянуть заряд паразитной индуктивности не только полупериодом , о чем мы токовали выше, а некоторым числом периодов больше единицы , например 2...5 , примерно соответствует добротности образованного контура.

Вы говорите ентузиастам не проблема, а как, как можно емкость с частотой менять да еще и такую большую?

Ну просто. берем 2 мелкие по размерам емкостишки типа 2200х25 , соединяем встречно последовательно и каждую шунтируем диодом в нужном направлении чтобы образовалась поляризация требуемой полярности. Вот Вам и одна миллифарада. Ток 1-1,5 А через нее легко пройдет. А больше вроде и не надо.
Меньшие емкости делаем аналогично . пусть будет 2 набора 500 и 1000 мкф. их коммутируем низкоомными полевиками, причем можно не двойными а одиночными, в закрытом состоянии просто будет образовываться смещение на стоке с переменным напряжением "насадки" Коммутацию подгадываем в момент минимального напряжения сток-исток. IRFZ44N успешно справятся.
Если нагрузка не очень мощная , то она достаточно высокоомна и добротность контура не будет высокой, высокая добротность не нужна - зачем большая мощность на низких оборотах, главное чтобы лампочки ярко горели. С высокой добротностью и резонанс ловить сложнее . Достаточно ограничиться Q=2...3 и так получится существенный выигрыш в отсасываемой мощности. Конечно надо посчитать , указанный 40mH - это не факт, скорее всего там больше индуктивность.
А с уходом частоты сильно вверх - и контур уже не надо, просто включаем все емкости впараллель и за резонансом не следим, и так хватит энергии. За частотой пусть следит проц и по программе коммутирует полевики.

Я слышал что напряжение в таких генераторах не синусоидальное, потому там есть несколько гармоник, следовательно с помощью резонансного контура можно убрать только одну.

да хоть и квадратное , будем отсасывать только на первой гармонике, она большая. Не "убирать" гармонику- а для её частоты нейтрализовывать индуктивную составляющую, так скажем.

ТАУ, что скажете о этой схеме, жывучая или нет?

Вполне интересная схема, скорее всего работать будет, я её еще вчера видел и не нашел к чему придраться

Прикрепленный файл: 7664644.rar

[Eats]

Начну с того, что я совершенно не против разделения тем и вынесения темы про автономный генератор в отдельную. Только мне не нравится слово "динамо". Традиционно считается, что динамо-машина выдаёт постоянный ток. Велогенераторы правильнее называть альтернаторами, а не динамо. Тем более, что поднятая мною проблема гораздо шире, нежели велогенераторы. Это любой синхронный генератор с большим внутренним сопротивлением, позволяющим работать в режиме КЗ, и, как следствие, ограниченной мощностью. Практически под это определение попадают все магнето, все велогенераторы, а на малых оборотах - ещё и большинство мото- и авто-генераторов (в том числе трёхфазных). Собственно, и меня в моём велогенераторе интересуют тоже только малые обороты. Причём поскольку для получения максимального КПД ключи мне придётся выбирать исходя не из моего крошечного полуамперного тока, а из как можно меньшего Rdson, то сдаётся мне, что и схема у нас с soladko может получиться совершенно идентичной. Посему и название темы я вижу как "Получение максимальной мощности от автономного генератора на малых оборотах". Что ещё можно выкинуть из этой фразы без потери смысла, я уже не представляю. И что нужно добавить, не вижу.

Цитата:

Чтобы отожрать от генератора максимально возможную мощность, необходимо выдержать коэффициент мощности строго равным единице.

Это не верный посыл.

tauP10, это верный посыл. Вы не сможете получить от генератора больше, чем получает активное сопротивление. А неверно коротить генератор на протяжении всего полупериода. Ниже я объясню, почему.

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,

Не будет он расти линейно! (У меня и анекдот на эту тему есть). Он будет расти экспоненциально. Физику не обманешь. Внутреннее (активное) сопротивление генератора никто не отменял, а у автономных источников оно весьма существенно. На это я уже обращал внимание в одном из предыдущих своих сообщений, где приводил в пример трансформатор, работающий от сети неограниченной мощности. Вы повторили общую ошибку, считая генератор источником неограниченной мощности. На практике это совсем не так. И у меня, и у soladko мощность генератора весьма и весьма ограничена, только значения этой границы у нас с ним разнятся на порядок. Но сути это не меняет. Ток при меандровом напряжении будет расти по экспоненте. И как только на малых оборотах длительность полупериода станет больше 3-5 постоянных времени L/R (где L - индуктивность генератора, а R - его омическое сопротивление), так экспонента успеет дойти до своего устаканившегося значения. А речь-то именно о малых оборотах. На больших оборотах никаких проблем нет. Там и PFC не нужен.

а энергия - по квадратичному закону.

Беда в том, что и потери на внутреннем сопротивлении генератора в режиме КЗ тоже будут расти по квадратичному закону. Однако я сейчас пока не буду вспоминать о потерях, а только покажу, что ключевание с частотой большей, нежели удвоенная частота генератора может быть более эффективным, особенно на малых оборотах. Поскольку ток при наличии ненулевого внутреннего сопротивления растёт по экспоненте, то значение, до которого он успевает дорасти, равно I0*(1-exp(-t/T/n)), где I0 - установившееся значение тока, равное Е/R; t - текущее время, T - постоянная времени, равная L/R, L - индуктивность генератора, R - его активное сопротивление, n - число периодов ШИМа за полупериод нашего генератора (меандра!). Возьмём E=1, R=1, L=1, тогда I0=1, T=1 и начнём ключевать наш меандр с длительностью полупериода тоже равной 1, со всё большей и большей частотой, увеличивая для этого n. Но начнём тоже с 1, то есть сначала будем закорачивать весь полупериод меандра, потом два раза за полупериод, потом 3 и так далее. Ток будет достигать всё меньших и меньших значений. А запасённая энергия будет n*L*I*I/2. Самое интересное в этой формуле - это множитель n. В связи с возведением экспоненты в квадрат там получается не совсем очевидное трансцендентное уравнение, решить которое проще численно. Я решил его несколько раз с разными параметрами. Так вот весь фокус в том, что независимо от реальных значений E, R, L и F (частоты генератора) максимум отбора мощности будет достигаться разрывом тока при его значении 0,7134952
*I0, и я думаю, что этот коэффициент при аналитическом решении получится половина корня из двух (физику-то не обманешь!). Отклонение от этого значения в любую сторону приводит к падению отбираемой мощности. Поэтому и ключевать надо не один раз за полупериод, а столько, сколько надо. А это зависит от реальных параметров генератора. Это был меандр. С синусом ещё сложнее. Однако мне интересен именно синус, поскольку форма ЭДС и напряжения моего генератора очень даже синусоидальная. После попробую просчитать и синус. Не сегодня. Но сама идея, что ключевать надо, оказывается, не с большой частотой, да и не с малой, для меня сегодня явилась откровением. Честно говоря, не ожидал такого решения. Спасибо, что столкнули меня с моей дороги. В спорах действительно порою рождается истина.

До того как напряжение сменит полярность нужно накопленную энергию "забрать" путем размыкания ключа и вывода на высокоомную нагрузку

Я плохо это себе представляю. Высокоомная нагрузка не очень-то любит забирать энергию. Низкоомная справляется с этим гораздо лучше. Накопительный конденсатор - это очень даже низкоомная нагрузка, если ЭДС источника хоть сколько-нибудь выше напряжения на обкладках этого конденсатора. А где нам взять высокоомную и как вдуть в неё нашу энергию?

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.

Да, магнето работает так, но у него другая задача. У него задача - получить максимум единовременно. Ему нужна одна искра за полупериод, так что отрицательную полуволну магнето и вовсе не использует. А нам важнее интегральная энергия (но тоже за полупериод), даже если для этого придётся её взять не один раз.

Не сильно утомил?

[Eats]

Прошу прощения за назойливость, но в одном сообщении всего не уместил.
soladko, у меня просьба: вставляйте схемы в формате gif! Только не забудьте перед этим сконвертить экранную картинку в 256 цветов. JPEG не умеет жать без потерь, и это видно по вашим вставкам. А GIF наоборот, не умеет жать с потерями. Правда, GIF умеет только монохромные и 256-цветные картинки, но для схем это не есть недостаток.

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. может еще какие грабли будут(а они таки будут, иначе китайци давно бы уже такое делали )

Я, честно говоря, пока не уверен, что нам нужен режим прерывистых токов, но спорить не буду, поскольку не до конца уверен и в обратном. Вот за кого уверен, так это за китайцев! Не будут они делать такое. Они наоборот, урежут всё по минимуму и оставят один резистор. А если можно обойтись без резистора, то и резистор выкинут. Таковы их светодиодные фонарики на горстке светодиодов, включенных все (!) параллельно и трёх маленьких батарейках. Ограничительным резистором является внутреннее сопротивление батареек (потому и маленькие, чтобы сопротивление было побольше). Возьмём даже немцев. У меня задний фонарь ВМ328ALK фирмы Busch+Mueller www.bumm.de, он светит от генератора при езде и ещё 3-4 минуты от ионистора на стоянке. Но единственный реактивный элемент внутри него - это тот самый ионистор. Всё остальное сделано на транзисторах и резисторах, и никаких импульсных источников. Стало быть, либо немцы сократили мне время свечения светодиода вдвое, либо вдвое зарезали его ток (всё по сравнению с импульсным драйвером, питающимся от того же ионистора). Но я не китаец, и не немец, а русский, поэтому и пытаюсь сделать лучше китайцев и даже немцев.
Кстати, на выходе моего генератора чистый синус.
tauP10, спасибо за идею резонанса! Я как-то и забыл об этом. Надо будет попробовать. Не знаю, что это даст, но эксперимент надо будет поставить. Я не любитель симуляторов, они многого не учитывают из того, что есть на практике. soladko уже упоминал о насыщении. На самом деле оно называется "реакцией якоря" и приводит к уменьшению поля возбуждения при увеличении тока нагрузки. Если бы вы даже добавили генератору активное сопротивление, то уж реакцию якоря вряд ли бы учли! Про неё помнит не каждый приводчик (хотя машинисты должны помнить назубок), а уж далёкие от темы люди и вовсе не знают, что это такое.
И, опять же кстати, в ЭЛТ-мониторах некоторые регулировки по горизонтали выполнены именно так, как предлагает tauP10: набором конденсаторов и переключением их горкой полевиков. Вот, к примеру, Nokia447 использует 6-разрядный регистр и далее 2мк, 1мк, 0.5мк, 0.25мк, 0.1мк и 0.047мк. Старший разряд (2мк) коммутируется аж двумя полевиками в параллель. Младшие 3 разряда - по одному даже без радиаторов. В экранном меню размер по горизонтали имеет 64 ступеньки. Аналогичные решения я видел у LG и ещё каких-то, моделей не помню.

[Eats]

Если нагрузка не очень мощная , то она достаточно высокоомна и добротность контура не будет высокой, высокая добротность не нужна - зачем большая мощность на низких оборотах, главное чтобы лампочки ярко горели.

Дело не в нагрузке. Даже при нулевом сопротивлении нагрузки добротность контура не будет большой. У генератора нет на это мощности!!! У него большое внутреннее сопротивление. У вас и на схеме-то нарисован генератор бесконечно большой мощности, а я всё время напоминаю, что это не так. Мощность очень сильно ограничена внутренним сопротивлением генератора. Генератор бесконечно большой мощности можно просто нагрузить на низкоомную нагрузку и тогда не надо ничего мудрить. В случае генератора ограниченной мощности этот фокус не пройдёт - вы всё потеряете на внутреннем сопротивлении генератора.

Прикрепленный файл: 7664644.rar

[tauP10]

У меня генератор (не ветро!) выдаёт 3-40 вольт переменки, но в силу индуктивного его импеданса оптимальный (для получения максимума выходной мощности) выходной ток находится в пределах 400...500мА,

Допустим L/Rг меньше полупериода (голубой график возможно об этом и говорит в начальных точках) в таком разе есть смысл ключевать с периодом порядка L/Rг.

Похоже, если экстраполировать голубой влево, то 3 Ома активное сопротивление альтернатора.
По идее 1....макс 2 Ампера на оборотах когда 6 В ЭДС можно вытянуть резонансной схемой на внешнюю нагрузку 3 Ома.

[soladko]

Согласен, что будут резонансы затянуты по чатсоте, набора в несколько кондеров бы хватило, по поводу большой емкости о таком соединении в курсе, вопрос был собственно как подстраиваться на нужную частоту.

По идее упомянутый еффект якоря что я по не знанию пытался отождествить с насыщением внутренней катушки и есть главная проблема(). Вторая проблема-это активное сопротивление, оно все таки очень большое(на выходных у динамки померяю, если не забуду.) Наверное все таки с идеей ключевания можно что то полезное извлечь только на большой мощности(но нас это не интересует). А на малой проблема еще есть и в диодном мосте, он много в моей схеме на себя возьмет. Как без моста эту схему сделать-еще не придумал, пока нет соображений и пару часиков чтоб посоображать.

Наверное самое приемлемое-это определится с частотой на которой вы хотели бы получить больше, и побрать к ней конденсаторы(тем более у вас чистый синус), их по идее даже не очень много будет, так как ниже 5 км в час не имеет смысла светить, а више 10 динамка сама уже должна работать более менее. НЕ в тему-у меня на моем старом мотоцикле Восход2м генератор, как пишут некоторые, дает не синус, а что-то похожее на синусквадрат.

Кто сказал что динамка должна давать постоянку? Я такого никогда и не думал и не слышал чтоб кто так думает.

Да и вообще, надо определиться сколько процентов енергии падает на активной составляющей и сколько на реактивной при малых оборотах, вполне может быть что это все не имеет смысла.[/b]

[soladko]

Ключевать надо только с удвоеной частотой генератора, меньше-очень хотелось бы, да нельзя, а больше-не будем успевать заряжать индуктивность(разряжать тоже)

[soladko]

елси в моей схеме с диодным мостом вместо 40 милигенри поставить 20 милигенри последовательно с 3 Омами, то на выходе получу 1,5 Вата, тогда как просто на активной нагрузке при 3 вольтах я получу 1,7 Вата. Тоесть выиграша нет, даже минус 0,2. Но на диодах падает при этом 0,55 Вата. Тоесть в идеальной схеме если бы не наблюдалось еффекта якоря(что это не знаю, не вникал, но догадываюсь) еффект все равно был бы. Даже когда внутрение сопротивление активное и индуктивное равны.

Попробуйте подобрать просто один конденсатор, на скорость допустим 8 Км/час. Может это чуть увеличит напряжение и этого будет достаточно для вашей фары.