Тестирование нагрузочной способности SRAM i-light D7
Ну вот я и попробовал динамовтулку SRAM i-light D7 в действии. Никакого уменьшения наката и тем более сопротивления педалированию я не заметил даже под нагрузкой. Может если взять два одинаковых велосипеда, один с динамкой, второй - с обычной втулкой и катнутся сначала на одном, затем сразу на другом, то возможно и ощутишь разницу. Может позже, на больших дистанциях тоже почувствуется, но сейчас я полностью доволен накатом колеса с этой втулкой.
Так как втулка выдаёт на выходе переменное напряжение, то чтобы его "переварить" и запасти в аккумуляторы сначала его надо выпрямить. У меня было два варианта выпрямителей: мостовая схема и схема с удвоением. Выпрямитель с удвоением напряжения был особенно интересен так как выходное напряжение генератора 6 В, а большинство девайсов для зарядки созданы для работы от бортовой сети автомобиля - 12 В. Мостовая схема более надёжна и имеет более высокий КПД, поэтому на ней я хотел проверить нагрузочные характеристики втулки и взять их за отправную точку для сравнения со схемой с удвоением. В обоих выпрямителях я использовал диоды Шоттки для повышения КПД выпрямителя.
Взяв в качестве нагрузки два 10-ваттных резистора по 27 Ом, я по-быстрому собрал стенд для тестирования и поехал на природу.
Зная точное значение сопротивления резисторов (у меня 27,1 Ом и 26,7 Ом) и измерив напряжение на них можно рассчитать ток в цепи и мощность, рассеиваемую нагрузкой. Комбинации параллельного и последовательного включения резисторов дают ещё две нагрузки сопротивлением 13,45 Ом и 53,8 Ом соответственно.
Мультиметр я засунул в прозрачный чехол для карты от нарульного кофра, а сам стенд с выпрямителем и нагрузкой положил в кофр. Получилось очень удобно, достаточно немного перевести взгляд от велокомпьютера на мультиметр чтобы считать их параметры.
Все данные представлены в таблицах:
Мостовая схема выпрямителя.
Скорость, км/ч
Сопротивление нагрузки, Ом
13,45
27,1
53,8
Напряжение, В
Мощность, Вт
Напряжение, В
Мощность, Вт
Напряжение, В
Мощность, Вт
10
4,3
1,37
6
1,33
7,6
1,07
15
5,5
2,25
7,6
2,13
10
1,86
20
6,3
2,95
9
2,99
13
3,14
25
6,6
3,24
10
3,69
14,2
3,75
Схема с удвоением напряжения.
Скорость, км/ч
Сопротивление нагрузки, Ом
13,45
27,1
53,8
Напряжение, В
Мощность, Вт
Напряжение, В
Мощность, Вт
Напряжение, В
Мощность, Вт
10
3,56
0,94
6,3
1,46
9,2
1,57
15
3,63
0,98
6,9
1,76
11,4
2,42
20
3,67
1
7,1
1,86
12,5
2,9
25
0
7,3
1,97
13,5
3,39
Позволю себе немного прокомментировать полученные данные. Во-первых, заявленная мощность (3 Вт) выдаётся генератором на скорости 20 км/ч и выше. И чем больше сопротивление нагрузки, тем выше КПД всей системы (меньше ток в цепи, следовательно меньше потери в проводниках и ниже падение на выпрямительных диодах). Из всего этого вытекает одно обстоятельство: средняя скорость большинства велопоходов порядка 15 км/ч, следовательно втулка будет вырабатывать в среднем не более 2 Вт электроэнергии. Если считать что максимально комфортный (для меня) пробег за день 75 км, то есть 5 часов ходового времени получаем 5 ч * 2 Вт = 10 Вт*ч энергии. Не густо, я ожидал большего (хотя чего ждать, можно было сразу посчитать). Это значит что, если сравнивать с NiMH аккумулятором типа АА который в среднем отдаёт при токе разряда 0,2С около 3,2 Вт*ч энергии, то динамка равна 3-м аккумуляторам в день. Ну для GPS-приёмника и телефона хватит, фотик подзарядить то же, если часто вспышкой не пользоваться и не пересматривать отснятое по два раза на день, а вот на велосвет уже нет. Вобщем надо подумать как увеличить мощность динамки хотя бы ватт до 5-ти при 15 км/ч. Один из вариантов, что приходит в голову, перемотать катушку динамовтулки, сделать её более высоковольтной и заряжать батарею Li-ion аккумуляторов от неё низкими токами. А от этой батареи питать всё остальное: GPS, велосвет, телефонную зарядку. Во-вторых, схема с удвоением работает хуже, чем обычный мост. Я начал тестирование с нагрузки 53,8 Ом и разница между этими схемами выпрямителей была небольшой, причём с ростом скорости почему-то мост "вырабатывал" большее напряжение, чем схема с удвоением. А с ростом мощности нагрузки (уменьшения сопротивления) эта схема перестала нормально работать. При сопротивлении 13,45 Ом на всех скоростях мультиметр показывал значение около 3,5 В и я подумал что "пробит" один из выпрямительных диодов, поэтому прекратил дальнейшие опыты с этим выпрямителем. Дома "прозвонил" диоды, они оказались целыми, так что это скорее всего особенности данной схемы.
Это комментарий Сергея (JEER) с форума Спортгена. Привожу его так как он объясняет многие аспекты данной темы.
"Спасибо, Денис, за интересную информацию.
Собственно, примерно такую ситуацию я и ожидал. Мощность до 3 Вт, не более. Понятно, что отбираемая мощность 2-5 Вт при вырабатываемой байкером мощности 150..200 Вт практически не заметна для него по нагрузке.
Теперь о самом генераторе, точнее о всей собранной тобой системе. Для повышения кпд хорошо бы воспользоваться синхронным выпрямителем на полевиках, но это усложняет схему.
Анализ по твоим данным вольт-амперных характеристик на разных скоростях показывает значительную "мягкость", а главное - не сохраняется угол наклона от скорости к скорости. Это означает, что растет внутренее сопротивление системы. Поскольку обмотка и диоды обладают практически постоянным вн. сопротивлением, следует признать, что это вследствии насыщения магнитной цепи и роста частоты.
Еще лучше это заметно на скоростной характеристике. Казалось бы, мощность должна расти квадратически от напряжения при постоянной нагрузке, однако мы видим совсем обратную картину - вначале почти линейно, а потом пошло выполаживание. Это и насыщение магнитной цепи и возрастание индутивных сопротивлений, вследствии повышения частоты напряжения при увеличении скорости.
Судя по ходу характеристики, ждать чего-то выдающегося на скоростях выше 25 км/час не стоит.
В реальности, думаю дело будет еще хуже, т.к. использоваться будет в основном для зарядки, а зарядное устройство имеет свойство "желать" постоянную мощность
Теперь по поводу каких-либо переделок. Мое мнение - это ничего не даст.
Мощность определяется моментом и скоростью P = M * w, [Вт]
Электромагнитный момент, а именно он нам нужен M = Ф * I Ф - магнитный поток, определяемый совокупностью свойств магнитной цепи, в т.ч. индукцией магнита и в зазоре. I - ток
Индукцию, без кардинальной переделки конструкции магнитных цепей и смены магнитов - не изменить. Казалось бы, надо увеличивать ток. Это можно сделать либо увеличив напряжение, либо уменьшив сопротивление нагрузки.
Но тут вот какое дело. Электрогенератор - это преобразователь механической энергии в электрическую, но кроме того, в нем присутствуют процессы обмена магнитной и электрической энергиями, а медиатором является магнит ( система магнитов ). И вот тут - засада. У конкретного магнита ( по габаритам, свойствам ) есть свойство - энергия, зависящая от максимальных индукции, коэрцитивной силы и объема магнита. В каком-то смысле - это условная энергия, поскольку извлечь ее из магнита нельзя, но именно она ограничивает "прокачку" электромагнитной энергии через себя. Поэтому увеличивая ток, мы создаем по закону э/м индукции встречный размагничивающий поток и примерно на половине мощности магнита начинается ограничение мощности преобразования.
Так, что никакой перемоткой, изменением числа витков, диаметра провода каких-либо заметных улучшений получить не удастся.
Более того, для какой-либо конкретной конструкции генератора существуют т.н. предельные удельные параметры по габаритам, массе, а значит увеличение мощности возможно только путем увеличения габаритов. Либо применение другой конструкции генератора с иными удельными параметрами.
Но все равно остается в силе основное энергетическое уравнение электрической машины Мощность P ~ D^2 * B * A ( диаметр, индукция, линейная токовая нагрузка )"
