Ich möchte untersuchen, wie einfach es wäre, ein kleines Laptop- Gerät zu verwenden, wenn man es auf einem stationären Rahmen antreibt. (Zum Beispiel mit einem Tablet auf einem Heimtrainer oder mit einem Netbook, während Sie am Schreibtisch radeln.)
Ich weiß bereits, dass es möglich ist, einen Laptop mit Pedalkraft zu betreiben, da ich mehrere Beispiele dafür gefunden habe. [1] [2] Ich möchte jetzt einen solchen Aufbau für mein akademisches Studium aufbauen . Ich muss genau bestätigen, was ich brauche, bevor ich die Ausrüstung kaufe. Ich habe keinen Hintergrund in der Elektrotechnik . Obwohl ich viele Zahlen habe, weiß ich nicht, was ich berechnen oder in Betracht ziehen muss, um eine praktikable Option auszuwählen.
MÖGLICHE ZIELGERÄTE:
- Netbook: Adaptereingang: 100-240 V, 1,7 A, Ausgang: 19 V, 65 W [3,4 A]
- Tablett: Adaptereingang: 100-240 V, 0,45 A, Ausgang: 5,1 V, 2,1 A [10,7 W]
- Smartphone: 3.7V 4.44WH (alle Informationen, die ich habe)
MÖGLICHE ARCHITEKTUREN: Abgesehen von der Sitzanordnung (Fahrrad, Liegerad, Schreibtisch) gibt es anscheinend mehrere Möglichkeiten, die Ausrüstung anzuschließen:
- rad> fahrraddynamo> regler> gerät (stark genug für das tablet oder das netbook?)
- Pedale> DC-Generator> DC-DC-Wandler> Regler> Gerät
- Pedale> Gleichstromgenerator> Laderegler> Batterie (zB Blei)> Wechselrichter> Gerät [3]
Zusätzliche Daten:
- Ein Erwachsener kann im Verlauf einer Stunde anstrengenden Tretens 50-150 W erzeugen. Ich möchte, dass meine Benutzer bequem und nicht anstrengend in die Pedale treten.
- Jedes Gerät verfügt über einen eigenen Akku. Kann ich also die Notwendigkeit eines Akkus im Setup beseitigen?
- Ist es eine schlechte Idee, das Gerät direkt an den Regler anzuschließen, um die Verwendung des geräteeigenen Adapters zu vermeiden?
FRAGE
Ich bin sehr verwirrt über einen Weg nach vorne (auch wenn es so aussieht, als wäre ich es nicht). Was ich in Antworten am meisten suche, ist Klarheit und Bestimmtheit .
Welche dieser Kombinationen von Geräten (1-3) und Architekturen (1-3) wird auf jeden Fall funktionieren?
Welche Kombinationen sollte ich aus der Liste streichen, da dies kategorisch nicht der Fall ist?
Die Dynamo- Architektur sieht für mich gut aus, weil sie einfacher / billiger anzuschließen scheint - kann sie all diese Geräte mit Strom versorgen, sogar das Netbook?
Antworten:
Hintergrund: Früher habe ich Steuerungen für Trainingsgeräte entworfen. Die Maschine trieb einen Dreiphasengenerator an und eine Widerstandslast wurde angelegt, um verschiedenen Kriterien zu entsprechen.
Ich habe Belastungstests durchgeführt, um festzustellen, wie viel Strom Benutzer über einen längeren Zeitraum ohne weiteres verdienen können, um elektronische Geräte mit Strom zu versorgen oder Batterien aufzuladen.
Betrachten Sie eine mäßig gesunde Person als eine Person, die eine Stunde lang auf einer ebenen Fläche zügig laufen und müde, aber nicht völlig erschöpft sein kann. dh nicht super sportlich und auch nicht "extrem fit" - aber deutlich über "couch potato" fitness.
Bei Verwendung einer qualitativ hochwertigen Lichtmaschine kann ein mäßig fitter Benutzer eine Stunde lang durchschnittlich 50 Watt liefern. Dies ist ein Level, bei dem Sie definitiv wissen, dass Sie trainieren, aber es wäre für viele erträglich.
Derselbe mittelschwere Benutzer könnte eine Stunde lang 100 Watt liefern und extrem müde sein.
Wenn Sie eine häufige Stromversorgungsaufgabe anstreben, sind 50 Watt weitaus besser als 100 Watt.
Das Obige setzt ein System mit guter Qualität und angemessener Effizienz voraus. Idealerweise mit minimalem "Ruckeln" oder Ausgelassenheit - dh ohne Ruckeln bei langsamer Fahrt, wenn sich die Magnete den Spulen nähern und von ihnen zurücktreten. Einige Systeme verwenden Generatoren mit beträchtlichen Übersetzungsverhältnissen unter Verwendung eines Kettenantriebs. Diese könnten vernünftig sein, sind es aber normalerweise nicht. Ein Riemenantrieb zu einer Lichtmaschine mit niedrigem Stromverbrauch kann gut funktionieren.
Beachten Sie, dass die auf der angegebenen Website gemachten Angaben dazu neigen, sich selbst zu widersprechen. Ich würde die mittlere Leistung, wie in diesem Diagramm gezeigt, auf 60 - 70 Watt schätzen. Ihr Graph:
Aber sie sagen:
HINWEIS: Jemand, der jeden Tag trainiert, kann zwischen 200 und 300 Watt Leistung abgeben.
Diejenigen, die nicht in so guter Verfassung sind, können etwa 80 bis 100 Watt Leistung abgeben, wie im obigen einstündigen Trainingsdiagramm gezeigt.
Und zu guter Letzt: Wer ein Leistungssportler ist, kann bis zu 500 Watt abgeben !!
Die 200-300 Watt Behauptung ist wahr, aber es ist sehr anspruchsvoll.
500 Watt + gilt auch für Spitzensportler.
Weitaus mehr in ausgewählten Fällen - wie zum Beispiel
Gossamer Albatross - 1. Menschenflug über den Ärmelkanal 12. Juni 1979.. !!! :-).
Ungefähr 300 Watt ununterbrochen in ruhender Luft und ohne Turbulenzen. "Steigt schnell" mit Turbulenzen.
Ein weiterer Tag im Büro für Bryan Allen . ( Tagesjob ) -
Ich kann ungefähr 10 Sekunden lang 500 Watt leisten, danach verwandeln sich meine Beine in Wackelpudding und ich bin völlig erschöpft.
Ihre drei Optionen scheinen nicht unterschiedlich genug zu sein, um eine Rolle zu spielen:
Jedes von diesen könnte gut funktionieren oder schrecklich sein, wenn es schlecht designt ist.
Es ist nicht klar, was Sie mit Rädern / Pedalen meinen.
Die Stromversorgung von einer Felge aus, wie abgebildet, funktioniert möglicherweise in Ordnung - und ist möglicherweise das, was Sie mit "Rad" meinen. Hauptziel ist ein geringer Verlust, kein Ruckeln oder Unebenheiten. Idealerweise eine stetige nicht zyklische Belastung.
Einige davon sehen gut aus - vor Ort, auf den Sie verwiesen haben.
Am besten ist ein Wechselstromgenerator - vorzugsweise 3 Phasen oder mehr. Wie unten gezeigt, fällt eine 3-Phasen-Wellenform in keiner Phase auf Null. Wenn Sie dies korrigieren und filtern, erhalten Sie ein noch gleichmäßigeres Ergebnis. Mehr als 3 Phasen ergeben ein noch besseres Ergebnis, sind jedoch selten. Ein Gleichstromgenerator ist ein Wechselstromgenerator, bei dem die Gleichrichtung durch einen Kommutator und Bürsten erfolgt. Wenn sich die Spannungspegel ändern, wird eine neue Wicklung ausgewählt, indem der Kommutator einen neuen Wicklungskontakt unter den Bürsten dreht. Während das Prinzip der Verwendung einer Lichtmaschine mit Dioden ähnelt, treten bei Bürsten im Allgemeinen ein höherer mechanischer Widerstand und höhere Verluste auf als bei einer Lichtmaschine. Die meisten Generator (DC) -Angebote werden Gleichstrommooren sein, die als Generatoren betrieben werden - die beiden Rollen sind austauschbar, aber eine Maschine, die für eine ausgelegt ist, ist für die andere tendenziell weniger optimiert.
Der von Ihnen angeführte Dynamo mit Felgenmotor ist im Prinzip in Ordnung, dürfte aber aufgrund mechanischer Probleme in der Praxis entsetzlich ineffizient sein. Als Kind waren die vielen Felgendynamos, die ich sah, alle schrecklich, und ich war überrascht, moderne Einheiten zu sehen, die dies recht gut können - es geht darum, tatsächlich zu wissen, was Sie mechanisch mit Wellenausrichtung, Verzahnung, Oberflächenreibung usw. tun. "Dynamo" erzeugt normalerweise eine Leistung von 1 bis 10 Watt. Mit einem effizienten System würden Sie 10 Watt beim Radfahren bemerken und 1 Watt fast nicht bemerken, außer bei sehr geringer Last oder im Leerlauf.
Eine Art Batteriespeicher ist fast unabdingbar. Ein Laptop oder Tablet usw. hat einen eigenen, sofern er nicht entfernt wird. In Richtung der unteren Grenze kann ein Netbook mit Tablet-PC mehr als gewöhnlich 6 Stunden mit 3 x 18650 LiIon-Zellen arbeiten. Sagen wir 3,5 V Mittelwert x 2 Amperestunden x 3 = 21 Wattstunden. Also Betrieb über 6 Stunden = 21/6 = 3,5 Watt. Große Laptops können mit 6 oder 8 oder 9 oder 12 Zellen bis zu 2 Stunden lang sein, sagen wir also, der schlimmste Fall sind 20 bis 30 Watt. Die Rate, mit der sie ihre Akkus laden, ist nicht direkt verbunden, aber ein größerer Akku verbraucht offensichtlich mehr Energie. Ein größeres Ladegerät kann 19 V x 5,5 A = 110 Watt spezifizieren. Eine einzelne 2 AH 18650 LiIon-Zelle (wie sie in den meisten Laptop-Akkus verwendet wird) benötigt zum Aufladen etwa 10 Watt (4,2 V x 2 A + etwas "Headroom"), sodass die obigen 110 Watt für die größten Akkupacks in etwa geeignet sind (12 Zellen). Dies ist für die ersten 40 Minuten eines Ladezyklus von vollständig "flach". Danach gehen die Zellen in einen Konstantspannungsverringerungsstrommodus.
Bei Bedarf später mehr. Schlaf ruft leider ..
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Ich werde wahrscheinlich dafür geknallt, aber ihr Leute denkt alle, na ja, Elektroingenieure. Warum hat noch niemand die mechanischen Vorteile von großen Schwungrädern, Übersetzungsverhältnissen zu Antriebsgeneratoren usw. erwähnt? Die Auslaufzeit eines Schwungrads im Vergleich zu der Energie, die erforderlich ist, um es in Bewegung zu setzen, sollte auf jeden Fall ein Faktor sein, da ein Mensch keine reine Energie-in-Energie-aus-Maschine ist. Der Powertap auf meinem TT-Bike besagt, dass ich bei meinem besten Rennen des Jahres ungefähr 400 Watt für eine Stunde ausgeben kann. Mit einem raus und raus kurzen Versuch kann ich 16-1700 treffen und größere Jungs als ich brechen regelmäßig 2K. Setzen Sie mich jedoch mit dem winzigen Schwungrad auf meinen Trainer (kein sehr professionelles Setup) und der Spin-Down-Effekt, sobald ich aufhöre zu treten, zwingt mich dazu, mehr Anstrengungen zu unternehmen, um die gleiche Geschwindigkeit beizubehalten. Die Lösung für das Problem ist nicht ' Um für eine konstante Leistung zu optimieren, muss man erkennen, dass eine konstante Leistung für einen Menschen nahezu unmöglich ist und dass ein frischerer Mensch mehr Leistung für den Start abgeben kann, als es nötig ist, um in Bewegung zu bleiben. Gleich wie beim Aufstehen und bei einem Stoppschildeffekt gehen.
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Ich würde wahrscheinlich mit Nummer 3 gehen, mit einer geringfügigen Änderung.
Wenn Sie nicht mit einer vollkommen konstanten Geschwindigkeit in die Pedale treten, wird die Spannung wahrscheinlich ziemlich stark variieren. Das Variieren über die regulierte Spannung sollte nicht zu viel ausmachen, aber niedriger, da der Regler eine minimale Eingangsspannung benötigt, um korrekt zu funktionieren.
Sie könnten einen Schaltregler mit sehr großem Eingangsbereich bekommen, aber das würde noch keinen vollständigen Stopp (oder in der Nähe von) ermöglichen.
BEARBEITEN - In Bezug auf den externen Akku habe ich anfangs aus irgendeinem Grund nicht über den Geräte-Akku nachgedacht. Ich denke, dass Sie darauf verzichten könnten, aber da Sie gefragt haben, welche der 3 auf jeden Fall funktionieren wird, würde ich mich aus den unten genannten Gründen wahrscheinlich daran halten. Der MIT-Link, den Sie mit einer 12-V-Batterie und einem Zigarettenanzünder-12-V-> 19,5-V-Wandler erwähnt haben, ist eine einfache Möglichkeit, die Eingangsspannung bereitzustellen, wenn Sie nicht mit Schaltreglern herumspielen möchten.
Eine gewisse Energiespeicherung ist also eine gute Idee (obwohl Sie eigentlich nichts davon erwähnen, das Treten zu verlangsamen / anzuhalten).
Sie könnten einige große (Super-) Kondensatoren (oder sogar ein größeres Schwungrad) verwenden, aber bei einer vernünftigen Leistung hat es gewonnen. ' t so viel Spielraum geben, so denke ich, eine kleine Batterie ist der Weg zu gehen.
Ich hätte den Generator -> Laderegler -> 12V Batterie -> Boost (oder Buck je nach Gerät) Konverter + Filterung -> Laptop / Tablet-Eingang.
Ich würde mich nicht mit der Laptop- / Tablet-Versorgung und dem Wechselrichter befassen, da dies ineffizienter ist als die Verwendung eines DC / DC-Wandlers. Bei ausreichender Filterung (ein paar Kondensatoren und Induktor / Ferritperle) und Transientenschutz (z. B. ein TVS - Transient Voltage Suppressor) sollte dies in Ordnung sein.
Ich würde wahrscheinlich das Tablet oder einen Laptop mit niedrigerer Leistung wählen, da 30-65 W eine angemessene Menge an Leistung ist, um lange Zeit mitzuhalten, während ~ 10 W für das Tablet viel einfacher wären.
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Ich kann mich erinnern, als Kind Dynamobeleuchtung an meinem Fahrrad gehabt zu haben - und fast überfahren worden zu sein, als ich an einer Kreuzung angehalten habe, weil meine Lichter ausgegangen sind!
Konzeptionell kann ja ein pedalbetriebener Generator (ob Dynamo oder DC / DC) verwendet werden; und ich würde mit Sicherheit Option (3) wählen, da Sie sonst möglicherweise Strom verschwenden, wenn die Erzeugung die Nachfrage übersteigt, oder Strom verlieren, wenn die Nachfrage die Erzeugung übersteigt.
In vielerlei Hinsicht entspricht (3) dem aktuellen Paradigma in Elektrofahrzeugen, die einen kleinen Motor als Range-Extender-Generator und nicht als Antriebskraft verwenden.
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