MPPT für Generator? - Masterarbeit?

Drahteselfan Gast #2665192
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Hallo Leute,

vielleicht kann mir da jemand von euch einen Tipp geben.
Ich bin Begeisteter Drahteselfan und habe ein Teadpole (unschön auch 
Dreirad genannt).

Einfach super diese Teile.
Einziges Nachteil ist diese verdammt lange Kette und Umlenkrollen. Denn 
die machen bei mir gute 90% aller Wartungen und Reparaturen aus.
Da ich noch ein ungenutztes Gestell hatte, dachte ich mir folgendes:

Ein E-Teadpole ohne Kettenantrieb.

Meine Idee ist es, einen käuflichen auf 250W begrenzten E-Bike Antrieb 
mit einem relativ kleinem LiFePo4 Pack (als Puffer) zu versehen und 
einen Alternator direkt mit den Pedalen ohne Getriebe, Ketten oder 
Umlekrollen zu benutzen. Und da der Fahrer nunmal nur selten eine 
konstante Drehzahl abgiebt wäre doch ein MPPT hinter dem Generator doch 
sicher genau das richtige, oder?

Ich bräuchte dazu dann folgende elektrische Komponenten:
- MPPT für den Alternator
- Eine Ladeschaltung für die LiFePo4 Akkus ggf. auch Supercaps samt 
Ladeschaltung
- eine Motorregler für den Antriebsmotor (habe ich schon einmal für 
1,2kW Modellbaumotoren entwickelt - also kein totales Neugebiet ;)
- ein Userinterface
- ...

Das geniale daran wäre, das ich das auch zu meiner Masterarbeit machen 
könnte, zumindest in Teilen.

Was haltet Ihr davon?
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Ben _. #2665435
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Ich halte nichts davon anderen bei ihrer Masterarbeit zu helfen. Dann 
bestehen die das hinterher mit Note 1+ und haben in Wahrheit von nichts 
'ne Ahnung. Find ich nicht toll.

Zweitens kann ein Generator nur das in elektrische Leistung umsetzen was 
als mechanische Energie hineingeht. Und diese ist bei einem man-powered 
Pedaltrieb ausgesprochen stark am Schwanken.

Außerdem braucht der Generator für die geforderte Spannung eine gewisse 
Mindestdrehzahl oder bei Synchrongeneratoren einen unschön hohen 
Erregerstrom. Ich finds komisch, daß Du Dir darüber keine eigenen 
Gedanken machen kannst obwohl Du eine Masterarbeit schreiben willst.

Mal grob überlegt die größten Verluste am elektrischen Generator:
- Lagerverluste
- Ohmischen Verluste in der Wicklung
- Erregerleistung bei Synchrongeneratoren
- Kohlebürsten bei Synchron- und Gleichstromgeneratoren
- Verluste im Gleichrichter bei Wechselstromgeneratoren
- Abbremsung des Rotors durch einen evtl. verbauten Lüfter

Ohne das nun alles auseinandernehmen zu wollen würde ich zu einem 
permanenterregten Generator greifen um die Erregerleistung zu 
eliminieren. Bleibt mir als elektrische Regelgröße die Stromentnahme. 
Diese sollte wegen der ohmischen Verluste möglichst gering sein, für die 
Leistung brauche ich dann eine höhere Spannung. Dafür wird ein 
angeschlossener Gleichrichter ebenfalls geringer belastet und ich kann 
durch einen Dreh- oder Wechselstromgenerator die Verluste an den 
Kohlebürsten eliminieren.

Da ich beim Treten aber eine konstante Drehzahl bevorzuge damit man 
nicht alles immer neu in Schwung bringen muß brauche ich entweder eine 
größere Schwungmasse oder die Steuerung der Stromentnahme zum Regeln der 
Drehzahl. Eine größere Schwungmasse fällt beim Fahrrad aus weil ich 
keine 20-30 kg extra mitschleppen will.

Für eine echte Regelung des Generators auf einen MPP, der mir vielleicht 
minimale Verbesserungen beim Wirkungsgrad bringt, bleibt demzufolge 
nichts übrig. Ich glaube da ist die mechanische Abstimmung des 
Generators auf seine Ausgangsleistung wichtiger als eine rein 
elektrische.

Eine Kette ist da in sofern schön, daß sie durch die starre Verbindung 
eine konstante Drehzahl beim Treten ermöglicht und auch noch einen 
hervorragenden Wirkungsgrad hat. Mit einer ordentlichen Konstruktion 
dürfte sie kaum zu schlagen sein. Wohl deshalb gibts auch noch keine 
generatorisch/elektrisch betriebenen Fahrräder, sondern nur Fahrräder 
mit elektrischem Hilfsantrieb.
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Mine Fields Gast #2665503
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Der Generator hat keinen wirklichen MPP, der setzt die eingebrachte 
mechanische Leistung in elektrische Leistung um. Die Kennlinie ist 
streng monoton, je mehr mechanische Leistung, desto mehr elektrische 
Leistung (zumindest bis zum Kippmoment). Es gibt kein lokales Maximum, 
das du bestimmen und nutzen könntest.

Oder willst du den MPP eines Menschen bestimmen? Sprich die Drehzahl und 
das Moment, in dem ein Mensch die höchste Leistung abgeben kann oder so 
optimal arbeitet, dass er nur langsam ermüdet.

Das klingt dann aber eher nach einer Arbeit für einen Mediziner oder 
Sportwissenschaftler, nicht für einen Elektrotechniker.
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Phyiologe Gast #2665965
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Ben _ schrieb:
> Und auch das wäre nicht konstant abzustimmen. Das ist von Mensch zu
> Mensch verschieden und ändert sich durch Alterung des Bauteils und
> Trainingseffekte.

Eben - deswegen wäre eine Anpassung an die Leistungskurve des Antriebs 
sinnvoll. Parameter könnten z.B. die Herzfrequenz und die O2-Sättigung 
sein.
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