Guten Morgen,
ich befasse mich erst seit kurzem mit Elektrotechnik und benötige daher
etwas Starthilfe :-)
Hier ist mein Problem:
Ich habe ein Rad, an welchem Permanentmagnete befestigt sind. Eine auf
dem Tisch angebrachte Spule induziert eine Wechselspannung, welche je
nach Distanz zwischen Spule und Magnet zwischen 1V-18V variiert.
Als Ausgangsspannung benötige ich konstant 3,3V.
Zur Zeit benutze ich folgendes Bauteil von Linear Technology:
http://www.linear.com/product/LTC3588-1
Allerdings ist die V(IN)UVLO Schwelle bei ca.5V
Bei niedrigen Umdrehungszahlen erreicht die gleichgerichtete Spannung
aber teilweise nur max:4V und somit funktioniert mein ganzes Energy
Harvesting System nicht, da der Schwellwert nicht überschritten wurde
und der V(out) Pin nicht aktiv ist.
Meine Idee: Ein Buck-Boost Converter nutzen. Das Problem ist aber, dass
viele Buck-Boost Converter nur bis 7V Eingangsspannung nutzbar sind und
ich aber Peaks bis 18V erreiche
Hat jemand einen Tipp für mich?
Vielen lieben Dank!
Nimm einen LiFePO4-Akku, der dann durch deinen Generator geladen wird.
Er hält die Spannung ziemlich konstant auf 3,3V. Die Spannung des
Generators ist stark belastungsabhängig. So ist er im Vergleich zum
niedrigen Innenwiderstand des Akkus eine Stromquelle.
Die Idee ist super.
Da ich aber in einer ATEX Umgebung arbeite, sind Akkus
(Explosionsgefahr, bla bla bla) nicht erwünscht.
Fällt dir noch eine Lösung ohne Akku ein?
Kerstin schrieb:> Hier ist mein Problem:> Ich habe ein Rad, an welchem Permanentmagnete befestigt sind. Eine auf> dem Tisch angebrachte Spule induziert eine Wechselspannung, welche je> nach Distanz zwischen Spule und Magnet zwischen 1V-18V variiert.
Also ein selbstgebauter Synchrongenerator?
Kerstin schrieb:> Zur Zeit benutze ich folgendes Bauteil von Linear Technology:> http://www.linear.com/product/LTC3588-1
Nanopower Energy Harvesting? Ist deine Leistung wirklich so klein?
Abgesehen vom Goldcap gibts noch die Möglichkeit, nen Schaltwandler
selbst zu bauen. Was sind so die Anforderungen bezüglich Wirkungsgrad
und Eigenstromverbrauch?
Kerstin schrieb:> Meine Idee: Ein Buck-Boost Converter nutzen. Das Problem ist aber, dass> viele Buck-Boost Converter nur bis 7V Eingangsspannung nutzbar sind und> ich aber Peaks bis 18V erreiche
Naja, bei üblichen Leistungsbereichen gehts durchaus höher:
http://www.ebay.de/itm/30W-DC-4-5V-30V-to-1-30V-12V-4A-Buck-Boost-Converter-Auto-Step-Up-Down-Regulator-/122475502036?hash=item1c841bd9d4:g:tOcAAOSwX61ZBGdS
Aber Energy Harvesting hat meistens geringe Spannungen.
Kerstin schrieb:> Bei niedrigen Umdrehungszahlen erreicht die gleichgerichtete Spannung> aber teilweise nur max:4VKerstin schrieb:> Fällt dir noch eine Lösung ohne Akku ein?
Das hängt stark vom Gesamtszenario ab: Wie lange müssen die 3,3V
gehalten wenn der "Generator" nur 4V liefert?
Wie oft und wie lange liefert der Generator nur 4V, wie oft und wie
lange 18V, ...
Wenn auch über Stunden nur 4V bereitstehen, dann kannst du den 18V-Fall
für die Auslegung ignorieren. (du musst ohnehin mit den 4V auskommen)
Dann wäre ein Puffer (Elko/Akku) mit ca. 2V Betriebsspannung sinnvoll um
maximale Leistung zu erhalten. Elko-Spannungen über 3,3V kannst du
verheizen. Aus dem Elko dann auf einen Step-Up.
Elko-Kapazität etwa so, dass nach 20 Induktionen die 2V erreicht sind.
Bei 18V-Pulsen wäre eine Pufferspannung von ca. 9V optimal. Rund das
20-fache an Leistung gegenüber den 4V-Pulsen (solange die
unterschiedliche Spannung aus der Geschwindigkeit rührt).
Bei einer bunten Mischung kann man die 4V-Pulse schnell vergessen, da
sie kaum einen Beitrag zur Gesamtleistung liefern.
Einen kleinen Akku fände ich optimal, da relativ schnell eine nutzbare
Spannung erreicht wird. Große Speicherkondensatoren / Goldcaps (mit
vergleichbarem Energieinhalt) werden dagegen ewig brauchen. Akkus müssen
dagegen gegen Tiefentladung geschützt werden oder sind halt sehr schnell
kaputt.
Kerstin schrieb:> Da ich aber in einer ATEX Umgebung arbeite,
muss dein gesamtes Geraffel zugelassen werden.
Entwicklung und Zulassung eines ATEX Systems passt aber absolut nicht zu
dieser Aussage:
Kerstin schrieb:> ich befasse mich erst seit kurzem mit Elektrotechnik und benötige daher> etwas Starthilfe
THOR schrieb:> Also ein selbstgebauter Synchrongenerator?
Ja, ich denke ja.
Stephan schrieb:> Wie oft und wie lange liefert der Generator nur 4V, wie oft und wie> lange 18V
Das ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit. In meinem momentanen
Fall: alle 80ms einen Impuls von 4V
Aber wenn ich das ganze schneller mache, erhalte ich bei 800rpm alle
37ms einen Impuls bis zu 9V. Idealerweise sollte die Schaltung beides ab
können.
Durch Erhöhung der Anzahl der Permanentmagnete kann man den verfügbaren
Strom noch erhöhen. Spannung ist ja leider abhängig von Geschwindigkeit.
Meine Last, welche durch den Generator betrieben werden soll hat einen
Stromverbrauch von durchschnittlich 5mA.
Der Andere schrieb:> muss dein gesamtes Geraffel zugelassen werden.> Entwicklung und Zulassung eines ATEX Systems passt aber absolut nicht zu> dieser Aussage:
Doch, weil ich studierte Wirtschaftsingenieurin bin, aber
Elektrotechnik unheimlich spannend finde und gerne abends etwas vor mich
hin bastel, habe ich mir ein Use-Case von einer Firma geben lassen.
Diese Firma hat eben die Rahmenbedingung: ATEX-Umgebung, also keine
Akkus. Das macht die Sache interessant. Das Ganze ist non-profit, dafür
darf ich Messgeräte etc. benutzen :-)
Jupp, schick die Spule auf einen verlustarmen Brückengleichrichter (aus
Schottkydioden) und lade damit einen dicken Elko aka Goldcap, SuperCap,
Ultracap. Miss dann mal, auf welche Spannung du kommst.
Evtl. reicht dann schon ein kleiner LD Regler für die 3,3V oder
schlimmstenfalls ein Lowpower Schaltregler.
Kerstin schrieb:> Das ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit. In meinem momentanen> Fall: alle 80ms einen Impuls von 4V> Aber wenn ich das ganze schneller mache, erhalte ich bei 800rpm alle> 37ms einen Impuls bis zu 9V. Idealerweise sollte die Schaltung beides ab> können.
Klar. Nur wenn du mangels Akku keine nennenswerte Energie speichern
kannst und nur die 4V garantiert sind, dann dürfen die 9V nur keinen
Schaden anrichten. Also bei 3,3V die Kondensatorspannung klemmen.
Allerdings sind die 4V auch nur ein kurzer Peak. Und unbelastet
gemessen...
Wie sieht die Spannung denn aus wenn du sie mit 47 Ohm belastest?
Kerstin schrieb:> Spannung ist ja leider abhängig von Geschwindigkeit.
Und von der Windungszahl und dem Abstand Magnet - Spule und der Stärke
der Magnete.
Bei Verwendung eines Kondensators (Goldcap o.ä.) erfolgt die
Energiespeicherung über die Spannung. Das bedeutet Du solltest eine
Spannung von ca. 10 Volt zulassen.
Kerstin schrieb:> Da ich aber in einer ATEX Umgebung arbeite, sind Akkus> (Explosionsgefahr, bla bla bla) nicht erwünscht.
Akkus sind auch im ATEX-Umfeld möglich - wenn sie bestimmte
Voraussetzungen erfüllen, mit einer entsprechenden Schutzbeschaltung
versehen und vergossen werden.
Ralf L. schrieb:> Goldcap. Ist sogar wartungsfrei. Ein 10 Volt Typ dürfte reichen.
Kapazitäten sieht ATEX ja nun garnicht gerne.
Je nach Klassifizierung kann Elektronik auch in einem druckdichten und
Sandgefüllten Gehäuse verbaut sein.
Eagl wie, das ist ein Thema für ausgewachsene Elektroingenieure, die
viel Zeit mit dem Lesen von Vorschriften zubringen und viel Geld für
Zulassungsprüfungen locker machen können.
Manfred schrieb:>> Goldcap. Ist sogar wartungsfrei. Ein 10 Volt Typ dürfte reichen.> Kapazitäten sieht ATEX ja nun garnicht gerne.
Irgendeinen Energiespeicher wird es aber brauchen. Evtl. einfach mal mit
der Firma abklären was das kleinste Übel ist.
Ralf L. schrieb:> Bei Verwendung eines Kondensators (Goldcap o.ä.) erfolgt die> Energiespeicherung über die Spannung. Das bedeutet Du solltest eine> Spannung von ca. 10 Volt zulassen.
Um das zu beurteilen fehlen finde ich die notwendigen Informationen.
Wenn die Versorgung ab den 4V-Peaks (unbelastet) gesichert sein muss,
dann ist der 10V-Fall nicht relevant. Für maximale Leistung arbeitet der
Puffer bei 1.9-2.1V. Die 3.3V werden per Boost-Converter erzeugt.
Fertig.
Zu klären ist ob die Leistung reicht. Wenn es aber reicht, dann reicht
es bei 2.5 oder 3V erst recht.
Ich würde als erstes versuchen die belastete Spannung bei der untersten
Drehzahl auf 3.3V zu bekommen. (Delon-Schaltung, mehr Windungen,
stärkere Magnete, weniger Abstand Magnet/Spule.) Dann kann es ein
einfacher Buck-Converter für die 3.3V sein.
