Hallo zusammen,
es geht um Folgendes:
Ich möchte mit einem Nabendynamo eine Schaltung betreiben ( benötigt 12V
DC ). Die Schaltung beinhaltet einen Gleichrichter mit anschließendem
Buck-Converter und ist bereits aufgebaut.
Um die Schaltung vor zu hohen Spannungen zu schützen, will ich nun
versuchen die Wechselspannung des Dynamos zu begrenzen. Ausserdem will
ich meine Schaltung nicht verändern müssen und plane somit eine extra
Platine zwischen Dynamo und Schaltung ein.
Meine Idee war es, zwei Z-Dioden, mit jeweils 12V, 3W, antiparallel zu
schalten (siehe Bild).
Dann wird die Wechselspannung doch auf 12,7V (12V Zenerspannung und 0,7V
Durchlassspannung) bei jeder Halbwelle begrenzt, oder nicht ?
Einen Trafo kommt nicht in Frage, da ich nicht viel Platz habe.
Könnte das so gehen?
Habt ihr denn andere Lösungen?
Danke.
hima schrieb:> Hallo zusammen,>> es geht um Folgendes:> Ich möchte mit einem Nabendynamo eine Schaltung betreiben> Um die Schaltung vor zu hohen Spannungen zu schützen, will ich nun> versuchen die Wechselspannung des Dynamos zu begrenzen.> Meine Idee war es, zwei Z-Dioden, mit jeweils 12V, 3W, antiparallel zu> schalten (siehe Bild).> Dann wird die Wechselspannung doch auf 12,7V (12V Zenerspannung und 0,7V> Durchlassspannung) bei jeder Halbwelle begrenzt, oder nicht ?
Das funktioniert natürlich, führt aber im Zweifel dazu, das ein
grosser Teil der Energie in den Z-Dioden vernichtet wird. Die
Begrenzungsspannung von Z-Dioden ist übrigens nicht sehr genau
definiert, sodas es sich hier nicht lohnt, mit zehntel Volt zu
rechnen. Außerdem wird nur die Spitzenspannung begrenzt.
> Einen Trafo kommt nicht in Frage, da ich nicht viel Platz habe.
Der wäre bei einem Fahrraddynamo auch wenig sinnvoll.
Gruss
Harald
Ja, das stimmt. Die 12,7V sind aber eher eine Groessenordnung als exakt.
Berechen auch die Verlustleistung. Bei 500mW waere schon bei 40mA
Gleichstrom Schluss. Ein Fahrraddyamo liefert ca. 500mA.
Die Dioden sind uebrigens antiseriell verschaltet.
Du kannst auch einen Shunt-Regler (Z-Diode / TL431 + Dicker Transistor)
hinter einem Brückengleichrichter an den Dynamo anschliessen.
Begrenzt auch die Spitzen (+1.4V für die Brücke), und ist evtl. Billiger
als zwei 6W-ZDioden.
Vielen Dank schon mal für die schnellen Antworten.
Die Leistung darf ruhig in den Z-Dioden vernichtet werden, ist nur um
mal die Schaltung während einer Fahrt zu testen.
Danach wird das Layout schon noch mal überdacht :)
Deswegen war meine Idee mal zwei Z-Dioden mit 3W, oder 5W zu nehmen.
Der Dynamo leistet doch maximal 3W (+/- Toleranz), egal bei welcher
Geschwindigkeit, oder?
Bei über 12V fließt dann ja auch ein geringerer Strom.
Gruß
Der Zehnerdiodenansatz ist leider Schrott. Denn je mehr Strom kommt,
desto mehr bremst der Dynamo, ohne dass man mehr erhaelt. Ist ja schoen,
wenn man den Berg runter Bremshilfe erhaelt, aber auf der Ebene muss man
mehr treten.
Plop schrieb:> Der Zehnerdiodenansatz ist leider Schrott. Denn je mehr Strom kommt,> desto mehr bremst der Dynamo, ohne dass man mehr erhaelt. Ist ja schoen,> wenn man den Berg runter Bremshilfe erhaelt, aber auf der Ebene muss man> mehr treten.
Das ist mir schon klar, dass der Dynamo nur eine begrenzte Leistung
abgibt.
Dass der Dynamo derartig bremsen soll wäre mir neu. Die heutigen
Nabendynamos fühlt man doch kaum mehr.
Plop schrieb:> Der Zehnerdiodenansatz ist leider Schrott.
Für Nabendynamos am Fahrrad aber IIRC Vorschrift (§ 67 StVZO / TA 24).
Darum gibt's z.B. von Shimano fertige "Deutschland-Lichtverdunkler" wie
"SM-DH10" für <5€.
>Für Nabendynamos am Fahrrad aber IIRC Vorschrift (§ 67 StVZO / TA 23).
Und nochmals ein halbes Kilo extra mit marginaler Leistung. Da lob ich
mit doch das Batterie LED Licht, auch wenn's nicht erlaubt ist. Da kommt
vorne wenigstens was raus.
Ohne die Randbedingungen zu kennen, wenn die Platine nochmals
überarbeitet wird, kannst du auch gleich den Converter gegen einen mit
höherer zulässiger Eingangsspannung tauschen. Für deinen schnellen
Versuch tut es die Lösung mit den beiden Z-Dioden.
Was wäre, die zusätzliche Spannung in einen Akku oder einen Elko
einzuleiten und/oder überhaupt nur die Spitzen zu nehmen und einen DC/DC
Wandler einzusetzen? Dann wird entweder der bremsde Strom genutz, oder
gar nicht erst abgezogen.
Hab diese Schaltung nun mal getestet und festgestellt, dass der Dynamo
weit mehr als 3W liefern kann.
Bei 14,1V floss ein Strom von 473mA (beides effektiv).
Das ergibt eine Leistung von rund 6,7W !!!
Hab dann die Messung abgebrochen, weil die Diode laut Datenblatt einen
maximalen Strom von 395mA verträgt.
Ist vielleicht besser Z-Dioden mit einer geringeren Zenerspannung zu
wählen. Z.B. 6,8V. Dann geht die Leistung vielleicht nicht so hoch,
oder?
Meinungen dazu?
Der Dynamo wird sich totlaufen, wenn Du zuviel Leistung heraus ziehst.
Mit höherem Strom steigen die ohmschen Verluste. Ein Dynamo begrenzt
sich nicht selbst.
Was meinst du mit "totlaufen" ?
Ich versteh die Wirkungsweise des Nabendynamos noch nicht so recht.
Der verhält sich doch bei Belastung wie eine Konstantstromquelle, oder?
Also er liefert bei Geschwindigkeiten ab ca.10 km/h einen Strom von
ungefähr 500mA. Die Spannung stellt sich dann abhängig von der Last ein.
Seh ich das richtig?
>Ein Dynamo begrenzt
sich nicht selbst.
Warum strebt die Spannungskennlinie mit einem ohmschen Verbraucher als
Last einen konstanten Wert an?
hima schrieb:> Also er liefert bei Geschwindigkeiten ab ca.10 km/h einen Strom von> ungefähr 500mA.
So in etwa. Der abgenommene Strom schwächt das Magnetfeld im Generator
und regelt den Strom zurück.
> Die Spannung stellt sich dann abhängig von der Last ein.> Seh ich das richtig?
Ja. Allerdings ist die maximale Spannung abhängig von der Drehzahl. Kann
aber durchaus über 50V liegen.
Bei Last mit geringem Innenwiderstand können also leicht ein paar mehr
als 3W rauskommen.
Du solltest also die Spannung so gering wie möglich halten. Ab etwa 10
km/h wird der Dynamo um 0,5A liefern, egal ob Du die bei 3V, 6V oder 12V
(das wird mit 10km/h vmtl. nicht ganz klappen) abnimmst.
Entsprechend schwerer wird dann das Treten werden....
Parallelregler ist wohl in dem Fall das sinnvollste. Falls es sich von
der Leistung ausgeht und Du den Dynamo nicht fürs Licht brauchst gleich
auf die Zielspannung und den Buck-Konverter raus.
> Bei Last mit geringem Innenwiderstand können also leicht ein paar mehr
als 3W rauskommen.
Am meisten kommt bei Leistungsanpassung heraus.
Die hätte man, wenn die Last eine Reihenschaltung Kondensator ( zur
Kompensation der Streuinduktivität => Grösse frequenzabhängig ! ) +
Lastwiderstand ( = ohmscher Ersatzinnenwiderstand ) wäre.
Gemäss obigem Modell
http://enhydralutris.de/Fahrrad/Modellierung_eines_Nabendynamos__Mathias_Magdowski_.pdf
( Ummagnetisierungswiderstand R(Fe) nicht berücksichtigt ) könnte man
dann z.B. bei 25 km/h ( richtig: bei entsprechender Drehzahl ) mit dann
24 V Leerlaufspannung an einem Lastwiderstand von 7,4 Ohm immerhin
P = 0,25*(24 V)²/7,4 Ohm = 19 W
erhalten !
( Und nochmal 19 W würden den Dynamo erwärmen ... )
Als praktische Anwendung wäre eine kleine Wassermühle denkbar -
mit einigermassen konstanter Drehzahl
und Zwangskühlung für den Dynamo ... ;-)
U. B. schrieb:> ( Ummagnetisierungswiderstand R(Fe) nicht berücksichtigt ) könnte man> dann z.B. bei 25 km/h ( richtig: bei entsprechender Drehzahl ) mit dann> 24 V Leerlaufspannung an einem Lastwiderstand von 7,4 Ohm immerhin>> P = 0,25*(24 V)²/7,4 Ohm = 19 W
sobald man den Dynamo belastet hat man schon keine Leerlaufspannung
mehr, denn diese bricht zusammen. Der Nabendynamo ist wie schon gesagt
wurde eben eine Stromquelle. Bei 25km/h sind mit Leistungsanpassung etwa
6W real.
@hima:
da du hinter dem Gleichrichter einen Buck-Converter einsetzen willst,
könntest du ein Problem bekommen.
Wenn der irgendwann losläuft wenn die Eingangsspannung hoch genug ist,
wird er kurzzeitig recht viel Strom ziehen, dabei den Eingangselko
leeren.
Der Dynamo wird diese irgendwann zwar liefern, aber dabei wegen
plötzlicher Last auch die Spannung einbrechen, welche dem Buck aber
nicht mehr genügt.
Dann kommts zum Pumpen.
> sobald man den Dynamo belastet hat man schon keine Leerlaufspannung> mehr, denn diese bricht zusammen.
Trivial, weil jede reale Spannungsquelle eben eine reale Innenimpedanz
hat ...
Wenn das hier angegebene Modell praktikable Gültigkeit hat, ergeben sich
bei jeweils parallelen 2 ( Scheinwerfer + Rücklicht ) in Reihe eben 6
Watt.
Wenn zusätzlich die Streuinduktivität kompensiert ist, geht definitiv
mehr.
Wenn die Spannung im Eingangskondensator zu hoch ist könntest du einen
Triac nutzen um die Wechselspannung kurz mal abzuschalten, dann wird
keine zusätzliche Energie verbraucht und er dreht sich leichter.
Was ist das für eine Schaltung die du betreiben willst?
Mike J. schrieb:> Triac nutzen
Du meinst so eine Art Phasenanschnittsteuerung?
Oder wie meinst du das mit
> die Wechselspannung kurz mal abzuschalten
?
Den Nabendynamo kurzschließen?
Wäre denn eine Phasenanschnittsteuerung eine Alternative? Aber da wird
doch der Stromfluss gesteuert und nicht die zu hohe Spannung
heruntergeregelt.
Stephan schrieb:> Parallelregler ist wohl in dem Fall das sinnvollste
Das ist bei Wechselspannung ja dann mit antiseriellen Z-Dioden doch wohl
am Besten, oder nicht?
hima schrieb:> Den Nabendynamo kurzschließen?
Nein, damit meine ich was ich gesagt habe.
Wenn sich dein Dynamo im Freilauf befindet (ohne Last) geht er nicht
kaputt und er speist deine Stromsenke auch nicht mit neuer Energie.
hima schrieb:> Was meinst du mit "totlaufen" ?
Ich meine damit, dass ein Dynamo mehr Leistung liefern kann, als er
verträgt. Dann wird er heiß und brennt ab. Bei den hochlaufenden Dynamos
zum Anklappen war das bei zu großer Last sehr schnell passiert. Ob
Nabendynamos genauso empfindlich sind, weiß ich nicht.
AC.png
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