Czy mogę pedałować zasilać urządzenie przenośne, gdy urządzenie jest używane?

26

Chcę zbadać, jak łatwo byłoby użyć małego przenośnego urządzenia podczas włączania go przez pedałowania na nieruchomej ramie. (Na przykład za pomocą tabletu na rowerze stacjonarnym lub netbooka podczas pedałowania przy biurku).

Wiem już, że można uruchomić laptopa z pedałem, ponieważ znalazłem kilka przykładów tego. [1] [2] Chcę teraz skonstruować taką konfigurację do moich studiów akademickich . Przed zakupem sprzętu muszę potwierdzić dokładnie to, czego potrzebuję. Nie mam doświadczenia w elektrotechnice , więc chociaż mam wiele liczb, nie wiem, co muszę obliczyć lub rozważyć wybór możliwej opcji.

MOŻLIWE URZĄDZENIA DOCELOWE:

  1. netbook: wejście adaptera: 100-240 V 1,7 A, wyjście: 19 V 65 W [3,4 A]
  2. tablet: wejście zasilacza: 100–240 V 0,45 A, wyjście: 5,1 V 2,1 A [10,7 W]
  3. smartfon: 3,7 V 4,44 Wh (wszystkie posiadane informacje)

MOŻLIWE ARCHITEKTURY: Poza układem siedzeń (rower, leżący rower, biurko) wydaje się, że istnieje kilka opcji podłączenia sprzętu:

  1. koło> dynamo roweru> regulator> urządzenie (wystarczająco mocne dla tabletu lub netbooka?)
  2. pedały> Generator prądu stałego> Konwerter DC-DC> regulator> urządzenie
  3. pedały> generator prądu stałego> kontroler ładowania> akumulator (np. kwas ołowiowy)> falownik> urządzenie [3]

Dodatkowe dane:

  • Dorosły może wytworzyć 50-150 W podczas intensywnego pedałowania przez godzinę. Chcę, aby użytkownicy korzystali z pedałowania wygodnie, a nie z wysiłkiem.
  • Każde urządzenie będzie miało własną baterię, więc czy mogę wyeliminować potrzebę posiadania baterii w konfiguracji?
  • Czy źle jest podłączyć urządzenie bezpośrednio do regulatora, aby uniknąć korzystania z własnego adaptera urządzenia?

PYTANIE

W tej chwili jestem bardzo zdezorientowany co do sposobu postępowania (nawet jeśli wydaje się, że nie jestem). W odpowiedziach szukam przede wszystkim jasności i definitywności .

Z tych kombinacji urządzeń (1-3) i architektur (1-3), które na pewno będą działać?

Które kombinacje powinienem skreślić z listy, ponieważ kategorycznie tego nie zrobią?

Dynamo architektura wygląda dobrze dla mnie, ponieważ wydaje się prostsze / tańsze zahaczyć - jest ona zdolna do zasilania wszystkich tych urządzeń, a nawet netbooka?

Katherine Rix
źródło
1
„czy jest w stanie zasilać wszystkie te urządzenia, nawet netbook?” - Wszystko zależy od dynamo. Jeśli masz taki, który jest wystarczająco silny, to tak. Jeśli dostaniesz taki, którego nie ma, to nie. Co do tego będzie działać - ponownie, jeśli dostaniesz części, które są wystarczająco mocne, wszystkie z nich są w stanie działać.
Majenko,
@Majenko, więc mówisz, że potrzebuję też specyfikacji części - czy możesz skierować mnie do witryny, która zawierałaby przykłady? Zakładam, że jest jakiś limit, aby jak potężny / wydajny te części mogą być? czy istnieje specjalna terminologia opisująca, jak mocne są te części? dzięki za prowadzenie!
Katherine Rix,
1
Jaki jest tego cel? Motywowanie użytkownika do ćwiczeń? Zasilasz komputer, na którym nie ma dostępnej energii elektrycznej? Inny?
starblue
@starblue celem jest generowanie energii z sieci dla użytkowników w społecznościach wiejskich
Katherine Rix
Dodałem link wideo do konfiguracji używającej roweru i kondensatorów, ale bez dodatkowej baterii
Katherine Rix,

Odpowiedzi:

28

Tło: Kiedyś projektowałem kontrolery do urządzeń do ćwiczeń. Maszyna napędzała 3-fazowy alternator i zastosowano obciążenie rezystancyjne, aby spełnić różne kryteria.

Przeprowadziłem testy obciążenia z konkretnym celem, aby ustalić, ile mocy użytkownicy mogą z łatwością zarobić przez dłuższy czas w celu zasilania sprzętu elektronicznego lub ładowania akumulatorów.


Za umiarkowanie sprawną osobę uważa się osobę, która przez godzinę może energicznie chodzić po płaskiej powierzchni i być zmęczona, ale nie wyczerpana. tzn. nie jest zbyt wysportowany w swoich możliwościach, a nawet nie jest „wyjątkowo sprawny” - ale znacznie przewyższa kondycję „kanapowego ziemniaka”.


Korzystając z dobrej jakości alternatora, umiarkowanie sprawny użytkownik może dostarczyć 50 W średnio przez godzinę. Jest to poziom, na którym zdecydowanie wiesz, że ćwiczysz, ale dla wielu byłby to znośny.

Ten sam umiarkowanie sprawny użytkownik może dostarczyć 100 watów na godzinę i być bardzo zmęczony.

jeśli miałbyś na celu częste zasilanie, 50 Watów byłoby o wiele lepszych niż 100 Watów.

Powyższe zakłada dobrej jakości system rozsądnej wydajności. Idealnie przy minimalnym „zazębieniu” lub sile - tj. Bez szarpnięcia przy niskiej prędkości, gdy magnesy zbliżają się i oddalają od cewek. Niektóre systemy wykorzystują generatory o znacznych przełożeniach, wykorzystujące napęd łańcuchowy. Mogą być rozsądne, ale zwykle nie są. Napęd pasowy do alternatora o niskiej wydajności może sprawić, że będzie działał dobrze.

Należy zauważyć, że twierdzenia przedstawione na stronie internetowej są sprzeczne. Oceniłbym, że średnia moc pokazana na tym wykresie wynosi 60–70 watów. Ich wykres:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Ale mówią:

  • UWAGA: Ktoś, kto ćwiczy każdego dnia, może wydać od 200 do 300 watów mocy.

    Ci, którzy nie są w tak dobrej formie, mogą wydobyć około 80 do 100 watów mocy, jak pokazano na wykresie godzinnym treningu powyżej.

    I wreszcie - ktoś, kto jest konkurencyjnym rowerzystą, może wydać do 500 watów !!

Twierdzenie o mocy 200–300 watów jest prawdziwe, ale tat jest bardzo wymagające.
500 watów + odnosi się również do najlepszych sportowców.

Znacznie więcej w wybranych przypadkach - takich jak
Gossamer Albatross - 1. człowiek napędzany lotem przez kanał La Manche 12 czerwca 1979 r. !!! :-).
Około 300 watów ciągłych w bezwietrznym powietrzu i bez turbulencji. „Powstaje szybko” z turbulencjami.
Kolejny dzień w biurze dla Bryana Allena . ( dzienna praca ) -

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Mogę wytwarzać 500 watów przez około 10 sekund, po czym moje nogi zmieniają się w galaretę i jestem całkowicie wyczerpany.


Twoje 3 opcje nie wydają się wystarczająco różne, aby mieć znaczenie:

  • koło> dynamo roweru> regulator> urządzenie (wystarczająco mocne dla tabletu lub netbooka?)
  • pedały> Generator prądu stałego> Konwerter DC-DC> regulator> urządzenie
  • pedały> generator prądu stałego> kontroler ładowania> akumulator (np. kwas ołowiowy)> falownik> urządzenie 2

Każde z nich może działać dobrze lub być okropne, jeśli źle zaprojektowane.

Nie jest jasne, co rozumiesz przez koła / pedały.
Zasilanie z obręczy koła, jak pokazano, może działać OK - i może być tym, co rozumiesz przez „koło”. Głównym celem jest niska strata, brak szarpnięcia lub nierówności. Idealnie stały niecykliczny ładunek.

Niektóre z nich wyglądają dobrze - na stronie, do której się odwoływałeś.

Najlepszy jest alternator prądu przemiennego - najlepiej 3-fazowy lub więcej. Jak pokazano poniżej, fala 3-fazowa nie spada do zera na żadnym etapie. Usunięcie tego i filtrowanie daje jeszcze płynniejszy efekt. Więcej niż 3 fazy daje jeszcze lepszy wynik, ale jest rzadki. Generator prądu stałego to alternator prądu przemiennego, w którym prostowanie odbywa się za pomocą komutatora i szczotek - w miarę zmiany poziomów napięcia komutator obraca nowy styk uzwojenia pod szczotkami. Chociaż zasada jest podobna do używania alternatora z diodami, ze szczotkami generalnie uzyskuje się większy mechaniczny opór i straty niż w przypadku alternatora. Większość ofert generatorów (prąd stały) będzie torfowiskami stałymi napędzanymi jako generatory - dwie role są wymienne, ale maszyny zaprojektowane dla jednej będą mniej zoptymalizowane dla drugiej.

wprowadź opis zdjęcia tutaj


Cytowane przez ciebie dynamo napędzane silnikiem na obręcz jest w zasadzie OK, ale może być strasznie nieskuteczne w praktyce z powodu problemów mechanicznych. Jako dziecko wiele dynama obręczy, które widziałem, było okropnych, więc byłem zaskoczony, widząc nowoczesne jednostki, które robią to całkiem dobrze - to kwestia faktycznej wiedzy o tym, co robisz mechanicznie z wyrównaniem wałka, przekładnią, tarciem powierzchni itp. A ” rodzaj dynamo ”będzie zazwyczaj generował 1 do 10 watów mocy wyjściowej. Dzięki wydajnemu systemowi zauważysz 10 watów podczas jazdy na rowerze i prawie nie zauważysz 1 wata, z wyjątkiem bardzo lekkiego obciążenia lub wybiegu.


Pewna forma przechowywania baterii jest prawie niezbędna. Laptop lub tablet itp. Będzie miał własny, chyba że zostanie usunięty. W kierunku dolnej granicy więcej niż zwykle netbook tabletu może uzyskać 6 godzin z 3 x 18650 ogniw LiIon. Powiedz 3,5 V średnio x 2 amperogodziny x 3 = 21 watogodzin. Zatem praca przez 6 godzin = 21/6 = 3,5 wata. Duże laptopy mogą mieć nawet 2 godziny z 6 lub 8 lub 9 lub 12 komórkami, więc najgorszy przypadek to 20 do 30 W. Szybkość ładowania akumulatorów nie jest bezpośrednio podłączona, ale oczywiście większy zestaw wymaga więcej energii. Większa ładowarka może określać 19 V x 5,5 A = 110 W. Pojedyncze ogniwo 2 AH 18650 LiIon (stosowane w połączeniu z większością akumulatorów do laptopów) wymaga około 10 watów szczytowych do naładowania (4,2 V x 2 A + trochę „nadproża”), więc powyżej 110 watów jest w przybliżeniu odpowiednie dla największego zestawu akumulatorów (12 komórek). Odbywa się to przez pierwsze 40 minut cyklu ładowania od pełnego „płaskiego”. Następnie ogniwa przechodzą w tryb prądu stałego zwężającego się.

Więcej później w razie potrzeby. Niestety połączenia snu ..

Russell McMahon
źródło
legenda! dzięki za wszystkie informacje do tej pory, chociaż jest wiele rzeczy, które muszę sprawdzić :) to jest dynamo rowerowe, które widziałem instructables.com/id/... - Zakładam, że dynamo w piaście byłoby bardziej wydajne? - nikt nigdy nie wspominał o zasilaniu czegoś mocniejszego niż urządzenie USB z dynamem, dlatego martwię się o to
Katherine Rix
Musi zostać zredagowany, aby rzeczywista odpowiedź jeszcze bardziej się wyróżniała; mimo wszystko niesamowita odpowiedź :).
Sverre Rabbelier
Odpowiedź wciąż rośnie: -) .- Spróbuje podzielić partycję nieco lepiej, ponieważ :-).
Russell McMahon
2

Prawdopodobnie zostanę o to zatrzaśnięty, ale ... wszyscy myślicie, jak, elektrycy. Dlaczego nikt nawet nie wspomniał o zaletach mechanicznych dużych kół zamachowych, przełożeń do generatorów napędzających itp.? Czas rozpędzania się koła zamachowego w stosunku do energii wymaganej do jego ruchu powinien zdecydowanie być czynnikiem, ponieważ człowiek nie jest maszyną wychodzącą z czystej energii. Powertap na moim rowerze TT mówi, że mogę wydać około 400 watów na godzinę podczas mojego najlepszego wyścigu roku. W maksymalnie krótkim wysiłku mogę trafić 16-1700, a więksi ode mnie regularnie łamią 2K. Jednak postaw mnie na swoim trenerze z jego małym kołem zamachowym (niezbyt konfiguracja PRO), a efekt zwalniania, gdy przestanę pedałować, zmusza mnie do większego wysiłku, aby utrzymać tę samą prędkość. Rozwiązaniem problemu nie jest Optymalizując pod kątem stałej mocy wyjściowej, zdaje sobie sprawę, że stała moc wyjściowa jest prawie niemożliwa u człowieka, i że świeższy człowiek może wytworzyć więcej mocy, aby rozpocząć, niż potrzeba, aby iść dalej. To samo, co wstawanie i idź z efektem znaku stop.

conipto
źródło
Pożądany jest pewien stopień koła zamachowego. To naprawdę musi wystarczać tylko do przechowywania zmian w cyklu pedałowania, aby uzyskać płynne obciążenie niezależnie od tego, gdzie jesteś w cyklu - jak mówisz, symulator lub trener powinien czuć się tak, jak prawdziwy załadowany rower. Wielu tego nie robi. Posiadanie większego koła zamachowego magazynuje trochę energii, ale trudno jest go zgromadzić na tyle, aby był użyteczny na dłuższą metę. Sprzęt, z którym pracowałem, prawdopodobnie przechowywał kilkaset wat energii - powiedzmy około 0,5 „koni mechanicznych. Sekund”.
Russell McMahon
Powiedziałbym, że koło zamachowe o mocy około 10 koni mechanicznych na sekundę byłoby tak duże, jak było to praktyczne w układzie typu maszyny do ćwiczeń i byłoby znacznie powyżej tego, co zwykle byś widział.
Russell McMahon
1

Prawdopodobnie wybrałbym numer 3 z niewielką modyfikacją.

O ile nie pedałujesz z idealnie stałą prędkością, napięcie prawdopodobnie będzie zmieniać się dość szeroko. Zmienianie się powyżej napięcia regulowanego nie powinno mieć większego znaczenia, ale niższe, ponieważ regulator będzie potrzebował minimalnego napięcia wejściowego do prawidłowego działania.
Możesz uzyskać bardzo szeroki regulator przełączania zakresu wejściowego, ale to wciąż nie pozwoli na całkowite zatrzymanie (lub blisko)

EDYCJA - w odniesieniu do zewnętrznej baterii, z jakiegoś powodu początkowo nie rozważałem baterii urządzenia. Myślę, że możesz się obejść, ale ponieważ zapytałeś, która z 3 z pewnością zadziała, z powodów wymienionych poniżej prawdopodobnie trzymałbym się tego. Link MIT, o którym wspominałeś, używając akumulatora 12 V i konwertera 12V -> 19,5 V, byłby to łatwy sposób na zapewnienie napięcia wejściowego, jeśli nie chcesz zadzierać z przełączaniem regulatorów.

Tak więc pewne przechowywanie energii jest dobrym pomysłem (chociaż tak naprawdę nie wspominasz o spowalnianiu / zatrzymywaniu pedałowania)
Możesz użyć dużych (super) kondensatorów (lub nawet dużego koła zamachowego), ale przy rozsądnej mocy wygrał ” daję tyle swobody, więc myślę, że mała bateria jest właściwym rozwiązaniem.
Chciałbym mieć generator -> kontroler ładowania -> akumulator 12 V -> doładowanie (lub buck w zależności od urządzenia) konwerter + filtrowanie -> wejście laptopa / tabletu.
Nie zawracałbym sobie głowy korzystaniem z zasilania laptopa / tabletu i falownika, ponieważ będzie to bardziej nieefektywne niż zwykłe użycie konwertera DC na DC. Przy odpowiednim filtrowaniu (kilka kondensatorów i cewka indukcyjna / ferrytowa) i ochronie przed stanem nieustalonym (np. TVS - tłumik napięcia przejściowego) powinno to być w porządku.
Prawdopodobnie wybrałbym tablet lub laptop o niższej mocy, ponieważ 30-65 W to rozsądna ilość energii, którą można utrzymać przez długi czas, podczas gdy ~ 10 W dla tabletu byłoby znacznie łatwiejsze.

Oli Glaser
źródło
dzięki za radę, rozumiem teraz trochę lepiej, że urządzenia o niższej mocy W będą łatwiejsze do zasilania na dłużej
Katherine Rix,
czy bateria urządzenia wystarczy do rozwiązania problemu spowolnienia / zatrzymania?
Katherine Rix,
Tak, bateria urządzenia utrzymywałaby zasilanie urządzenia, ale osobiście nie byłabym zbytnio zainteresowana zmieniającym się napięciem wejściowym, ponieważ obwód ładowania baterii urządzenia nie byłby zbytnio zainteresowany. Byłoby prawdopodobnie działać w porządku, ale bez znajomości wewnętrznych urządzeń, które nie mogą być pewni. Dodanie małej baterii zapewnia spokój ducha. Spróbowałbym podać wszystko, o co prosi urządzenie - np. Jeśli podaje dopuszczalny zakres napięcia wejściowego na wejściu w instrukcji lub na etykiecie, to zakładam, że wszystko poza tym nie jest „idealne”
Oli Glaser,
1

Pamiętam, że jako dziecko miałem oświetlenie dynamo na moim rowerze - i prawie wpadłem na niego, gdy zatrzymałem się na skrzyżowaniu, ponieważ zgasły moje światła!

Koncepcyjnie tak, można zastosować generator napędzany pedałem (czy to dynamo, czy DC / DC); i z pewnością wybrałbym opcję (3), w przeciwnym razie możesz marnować moc, jeśli wytwarzanie przekracza zapotrzebowanie, lub tracić moc, jeśli zapotrzebowanie przekracza wytwarzanie.

Pod wieloma względami (3) mapy z obecnym paradygmatem w pojazdach elektrycznych, które wykorzystują mały silnik jako generator rozszerzający zasięg, a nie jako siłę napędową.

Andrzej
źródło