Fietsdynamo
Stroom opwekken door een fietsdynamo
Magneto
Root server » TechTalk » Electriciteit » Generatoren » Fiestdynamo
Een fiestdynamo is eigenlijk ook een generator. Maar hoeveel vermogen kan een fietsdynamo wel opwekken?

Ook generatoren die in brommers gebruikt worden hebben een vermogensbeperking door hun relatief grote luchtspleet (het zijn hier ook magnetos).

Deze magnetos hebben een lager rendement dan echte alternatoren (met electronische spanningsstabilisatie) maar zijn eenvoudiger en goedkoper te fabriceren.

Ze zijn ook inherent veilig: een kortgesloten magneto heeft een ingebouwde stroombeperking, waardoor een zekering zelfs niet nodig is (dat scheelt ook een paar centen bij de fabricage...)

1

2

3

4

5

Een fietsdynamo is gebouwd om 3W te leveren (6V 0.5A). In het voorste licht zit er een lampje van 2.4W en in het achterlicht een lampje van 0.6W. De fietsdynamo is zodanig gebouwd (met een grote luchtspleet) dat je onmogelijk veel meer energie uit je fietsdynamo kan halen, hoe snel je ook fietst. De bedoeling is dat de lampjes niet defekt gaan bij een snelle afdaling.

De dynamo levert wisselspanning, het is in feite een magneto (wisselspanningsgenerator met magneten). Om een gloeilamp te doen branden is het OK, maar de meeste moderne gebruikers hebben gelijkspanning nodig (bijvoorbeeld voor het opladen van je smartphone).

Om van wisselspanning gelijkspanning te maken heb je een gelijkrichter nodig in de vorm van een diodebrug (brug van Graetz). De uitgangsspanning is nu gelijkgericht, maar er is nog altijd een sterke rimpel aanwezig. Een dikke elko onderdrukt de rimpel, dit is afbeelding 1. De condensator heeft een waarde van 1000µF/16V of meer. Er is geen beperking wat betreft de maximale waarde, maar de spanning moet 16V of meer zijn.

Over een enkelvoudige diode heb je een spanningsval van 0.72V bij een stroom van 0.5A (standaard-diode 1N4004). Met twee diodes verlies je dus 1.44V: van je 6V ben je al 25% kwijt! Zelfs de zogenaamde Schottky diodes hebben een gelijkaardige spanningsval (het scheelt echt niet zoveel bij een stroom van 0.5A). Met een nominale belasting (dezelfde gloeilampjes) heb je een gelijkspanning van ongeveer 5.5V (met elko).

De wisselspanning van 6V is de effektieve wisselspanning, bij het gelijkrichten stijgt de spanning tot een topwaarde die 1.4 groter is als er geen belasting is. Daarbij komt nog dat de dynamo een onbelaste wisselspanning van 8V geeft. De gelijkgerichte wisselspanning van een onbelaste fietsdynamo is dus ongeveer 12V.

Kan de fietsdynamo een smartphone laden via een USB kabel (5V, 0.5A)? In theorie wel, in de praktijk niet. Van zodra dat je wat trager gaat rijden zakt de spanning in elkaar, waardoor het laden uitgeschakeld wordt. Je moet dan stoppen zodat het laadcircuit gereset kan worden, dan kan je weer gaan rijden.

De schakeling kan echter gebruikt worden om een NiMH pack op te laden tijdens het fietsen (5 AA cellen voor een capaciteit van 2Ah). Dit zijn 5 gewone AA oplaadbare batterijtjes in serie. Met deze capaciteit kan je je smartphone weer volledig opladen, en je hebt nog wat reservecapaciteit over. De rustspanning bedraagt 6V (7.5V als het pack volledig geladen is en 5V als die leeg is).

De meeste USB apparaten kunnen werken met een spanning die niet precies 5V bedraagt, zeker als die spanning gebruikt wordt om een batterij op te laden (een omvormer is altijd nodig). De omvormer kan ook de niet-gestabiliseerde spanning omzetten naar een geschikte laadspanning.

Om de batterijen weer op te laden moet je minstens 5 uur aan normale snelheid fietsen (een ritje van 100km, zeg maar): het is dus beter de batterijen thuis weer op te laden! De batterijen overladen kan dus niet als je fietst!

Wens je 12V gebruikers aan te sluiten, dan heb je een spanningsverdubbelaar nodig. Een 12V gebruiker is bijvoorbeeld een GPS ontvanger (die maar twee uur meegaat op een batterijlading). Je kan kiezen uit twee ontwerpen naargelang je een gemeenschappelijke leiding moet hebben of niet (veel dynamos zitten standaard met één draad aan de frame (massa) zoals ook de verlichting).

Schakeling 2 toont een spanningsverdubbelaar met gemeenschappelijke retourlijn (minpool) en de schakeling 3 een spanningsverdubbelaar zonder gemeenschappelijke voedingslijn (maar met een wat hoger rendement). Let voorlopig niet op de paarse stip. Bij deze laatste schakeling is de uitgangselko niet noodzakelijk als de twee elkos die met de dynamo verbonden zijn een voldoende hoge capaciteit hebben.


Wat de meeste mensen echter niet weten is dat je wat meer energie uit je fietsdynamo kan halen dan die 3W. De dynamo is namelijk beperkt: om voldoende energie te leveren vanaf een lage rijsnelheid zou de dynamo eigenlijk 15W moeten leveren bij een normale fietssnelheid. Er is een manier om wat meer vermogen uit de dynamo te halen, maar de 15W zal je d'er nooit uit kunnen halen.

Het principe is een oscillatorkring te realiseren, waardoor de spanning opgeslingerd wordt. Een voorbeeld van een oscillatorkring is figuur 4. In plaats van 6V wisselspanning bekom je bijvoorbeeld 10V wisselspanning. De fietsdynamo heeft een beperkt magnetisch veld (levert dus een beperkte stroom), maar de spanning is minder beperkt.

De dynamowikkeling vormt de spoel en samen met de condensator wordt er een oscillatorkring gemaakt. De spanning wordt hier parallel afgetapt ten opzichte van de trillingskring. Dit is een standaard-schakeling die ook in radio-ontvangers gebruikt wordt om het zwakke zendersignaal op te pikken.

Omdat je met redelijk hoge capaciteiten zal moeten werken zijn enkel niet-gepolariseerde elko's geschikt (ze worden gebruikt in scheidingsfilters van luidsprekerkasten). Maar in de voorbeeldschakelingen hebben de condensatoren een voorspanning en kan je gewone elko's gebruiken.

Omdat de belasting eerder laagohmig is, moet je een trillingskring maken in serie met de belasting in plaats van parallel, zie afbeelding 5. De trillingskring zou anders teveel gedempt worden, waardoor er geen opslingering kan gebeuren.

De schakeling 5 kan je nu aanpassen voor schakeling 2 of 3, waarbij je de capaciteit moet aanpassen om een zo hoog mogelijke opslingering te bekomen bij je normale rijsnelheid. Een geschikte waarde om de testen te beginnen is 100µF voor schakeling 2 en tweemaal 47µF voor schakeling 3. Vanwege de lage uitgangscapaciteit is nu een zwaardere uitgangselko nodig, bijvoorbeeld 1000µF of meer.

We zitten nu met een probleem: de oscillatorkring werkt enkel goed op een bepaalde frekwentie, dus een bepaalde fietssnelheid. Door de parallelcondensator zal je minder vermogen hebben bij hogere snelheden, maar wat meer vermogen bij de juiste snelheid.

Gebruik je een spanningsverdubbelaar met seriecondensator, dan heb je ook een oscillatorkring. Het voordeel van de condensator in serie met de belasting is dat het vermogen niet zakt bij hogere snelheden (maar wel zeer sterk zakt bij lage snelheden).

De condensatorwaarde moet je kiezen zodanig dat je een maximale opslingering hebt bij je normale rijsnelheid. In het beste geval kan je het vermogen met 50% verhogen met een naafdynamo.

Het maakt niet veel uit of je een gewone dynamo of een naafdynamo gebruikt, de principes blijven dezelfde. Een naafdynamo produceert vermogen van zodra het wiel draait. Een gewone dynamo heeft een lager mechanisch rendement (remwerking door de wrijving), waardoor je geneigd bent de dynamo niet te gebruiken. Bij een gewone dynamo gaat meer dan de helft van het mechanisch vermogen verloren: je merkt niet dat het lampje brandt of niet, want de dynamo remt altijd evenveel, een teken dat die een slecht rendement heeft.

Maar als je echt 15W uit je generator wilt halen, vervang de fietsdynamo door een echter generator. Dit zijn meestal driefasige generatoren met een permanente magneet (die ook als motor gebruikt kunnen worden). Je hebt enkel een driefasige gelijkrichter nodig.


En hoeveel vermogen kan je al fietsend leveren (waarbij al het vermogen omgezet wordt in electriciteit)? Je moet rekenen dat een ervaren fietser een vermogen van 100W kan leveren. Een topsporter haalt een vermogen van 400W (maximaal 30 minuten).

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's