TV-Betrieb mit Hometrainer-Generator

[-Andi-]

Hallo zusammen,
ich bin neu angemeldet bei euch, habe schon das ein oder andere Projekt verfolgt und etwas "Blut" geleckt was die Stromerzeugung angeht. Aus dem Grund haben wir zu zweit nun auch vor, im Rahmen einer Studien-Arbeit ein kleines Generator-Projekt zu realisieren. Und zwar möchten wir mit Hilfe eines Hometrainers soviel Stromerzeugen, dass wir damit ein kleines TV-Gerät betreiben können ( aktuelle energiesparende Modelle brauchen bei einer Diagonale von ~80cm weniger als 40W im Betrieb). Wir haben uns als Ziel gesetzt, so ein Gerät betreiben zu können.

Da das Projekt keine Doktorarbeit werden soll, haben wir uns vorgestellt, das ganze einfach aufzubauen mit folgenden Elementen:

Hometrainer: Als Hometrainer haben wir ein Spinningbike organisiert, weil diese gut gelagert sind und mit ihrem schweren „Vorderrad“ eine gute Schwungmasse mitbringen. Zudem ist die Lagerung auch schon recht ordentlich. Die Standartübersetzung von Kurbel auf Rad ist 1:4. Bei einer angenommenen Trittfrequenz von 50 sind wir also bei 200 Umdrehungen am Rad bzw. Generator.

Generator: Als Generator wollen wir den Direktantrieb aus einer Waschmaschinen nehmen. Ebenfalls direkt vom Vorderrad angetrieben. Dieser wurde hier im Forum bereits verwendet. Modell der Waschmaschine bzw. des Motors könnte Direkt Drive 6,5 gewesen sein. Den Motor haben wir (ohne Waschmaschine) genauso wie das Spinningbike bei Ebay gekauft (Bike 45€ / Motor inkl. Vers. 45€ )

Speicherung: Bei der Speicherung sind wir uns noch nicht sicher. Entweder wir verwenden ein paar hochkapazitive Elkos. ( Super-, Gold oder Ultra-Caps) und hängen die direkt hinter den Gleichrichter. Oder wir puffern die Spannung mit einem Bleiakku. Ist kostenmässig deutlich ansprechender. Vor der Umsetzung wäre es jedoch etwas schwerer.

12VDC: nach dem Gleichrichten (der hoffentlich herauskommenden Spannung >12V) möchten wir über einen Schaltregler 12V bereitstellen. Die üblichen Verdächtigen ( Conrad, Reichelt etc.) bieten sowas jedoch nicht für einen großen Strombereich. 10A sollte der Schaltregler jedoch schon abkönnen. Hier bräuchten wir noch Ideen wie wir einen geeigneten Schaltregler bekommen. Evtl. müsste man hier vielleicht sogar einen Mosfet mit einem geeigneten Treiber kombinieren. Hier kennen wir uns allerdings nicht aus.

230VAC: Mit einem Standard Wechselrichter möchten wir 230V zur Verfügung stellen. Eine sinusähnliche Ausgangsspannung für den Betrieb eines Verbrauchsgerätes reicht uns vollkommen. Ein Modell mit einer Leistung von 100-150W sollte genügen

Was meint ihr zu den Gedanken die wir haben. Gibt es Fehler in unseren Prinzipüberlegungen und habt ihr Tipps was die Umsetzung angeht? Wir sind offen für jegliche Kritik. Für uns ist alles noch ziemliches Neuland.
Vielen Dank schon mal jetzt für eure Mithilfe !

Gruß

-Andi-

[Ekofun]

Hallo -Andi-,

Idee ist gut,gefählt mir,obwohl ich persönlich werde wenig Fernsehe kuken wenn ich strampeln musste,Rücken und Hüften kapput,aber sehr gute Ide.

Sie haben was vom Waschmaschiene Motor als Geni zu gebrauchen.Darf ich Fragen um nähere Daten wie für Motor als auch für Ausgangspanung,Wattzahl und so weiter.Das soll also ein Eisengeni sein,oder?Diese Motoren sind gut für Genis weil sie haben viele Nuten sprich viele Pole und damit geht auch Drehzahl herunter.

Geben Sie mir bitte Ihre Wunschdaten vom Geni und beschreibung vom Motor,Nutenzahl Leufer Durchmesser und Länge so kann ich kuken was were möglich heraus zu bekommen an Leistung,sie sagten um 40 Watt,kann auch mehr sein aber bedenken Sie das es nicht leicht ist zu strampeln und Strom auf diese Art zu produzieren.

Grüße

Ekofun

[andreas]

Hallo,

ein nicht ganz neues Projekt, im Web finden sich einige Ansätze dazu. Die angedachten 40 W für den Verbraucher sind realistisch und gut erreichbar. Ob das ein Waschmaschinenmotor bei dieser Drehzahl bringt, kann ich mangels Erfahrung damit nicht sagen. Die Speicherung der Energie in Kondensatoren kann man vergessen, dort passen höchstens einige Sekunden rein. Will man auch in Strampelpausen Betrieb haben, kommt man um einen Akku nicht herum. Ein Schaltwandler für 120 W ist gemessen an der Leistung des Zielgerätes deutlich übertrieben. Und ein Wechselrichter für bis zu 150 W ist noch mehr daneben. Das erstrampelt man inkl. Verluste nur für sehr kurze Zeit. Besser wäre es, auf dem Teppich und bei 40 W zu bleiben - das ist realisierbar.

Wer mal ein Belastungs-Ekg auf dem Fahrrad beim Arzt mit Leistungsansage erlebt hat, kann die Leistungen in etwa einschätzen, die das Strampeln auf selbigem erbringt. Einstellige Watt sind leicht, zweistellige noch machbar. Dreistellige sind mühsam und vierstellige schaffen nur gut trainierte Profis für eine recht kurze Sprint-Zeit.

MfG. Andreas

[Bernd]

@ Ekofun
Ich nehme an das der Generator aus dem folgenden Link gemeint ist. viewtopic.php?f=8&t=859&p=12151#p12151
In der original Beschaltung hat der Generator ca. 7 Ohm zwischen zwei Phasenanschlüssen gemessen.
Er erzeugt ca. 40 Volt bei 100 U/min nach Gleichrichtung. Es sind 3 Phasen im Stern verschaltet.


Hallo Andi, wieviel Spulen hat euer ersteigerter Waschmaschinenmotor ?
Ich nehme an es ist ein Fisher Paykel Modell ?
Ich besitze 4 Stück davon, allerdings derzeit alle in Teilen. Meine haben 36 Spulen.

Die unten abgebildete Grafik hatte ich vor einiger Zeit editiert und die Daten meines Fisher Paykel
Motor/Generator hinzu gefügt. Wenn ihr das gleiche Modell besitzt wie ich, dann sollte der Generator
im Leerlauf ca. 40 Volt bei 100 U/min nach Gleichrichtung liefern.
Bei euren angepeilten 200 U/min wären es also ca. 80 Volt.

Evtl. könnte man die original dreiphasen Verschaltung abändern und auf mehr Phasen gehen um die Spannung
zu reduzieren und dafür den Innenwiderstand zu senken. Falls ihr einen Step down Wandler einsetzen wollt
ist das vermutlich nicht nötig, dann gleicht der Wandler die Spannung/Impedanz an.
Ein direktes Laden eines 12 Volt Akkus ohne Wandler wäre im Originalzustand des Generators mit
seinen 3 Phasen nicht ratsam. Die Verluste wären zu hoch und die Drehzahl würde auch nicht passen.



Vielleicht ganz interessant zu sehen das der Ginglong Generator für ca. 500 Euro auch nicht mehr bietet als
der Waschmaschinenmotor. Die der Grafik zu entnehmende Leistungskurve zeigt die so genannte theoretische
Kurschlussleistung die man zwar nicht nutzen kann, die aber Generatoren auf einfache Weise vergleichbar macht.
Beim Waschmaschinenmotor liegen wir bei gut 1 KW Kurzschlussleistung bei 200 U/min und 1/4 dessen ist das
was der Motor maximal bei dieser Drehzahl abgeben könnte, allerdings noch mit schlechten Wirkungsgrad.
Immerhin wären es aber ca. 250 Watt.
Eure angepeilten ca. 40 Watt bei 200 U/min sollten für den Generator kein Problem darstellen und auch der
Wirkungsgrad sollte dann in einem akzeptablen Bereich liegen.

Worüber ihr euch noch im Klaren sein müsst ist das es ein eiserner Generator ist der auch mechanische Verluste
aufweist. Er besitzt auch ein Anlaufmoment das überwunden werden muss bevor überhaupt Leistung erzeugt wird.
Ein eisenloser Generator wäre für den Strampler sicher eine weit angenehmere Lösung. Auch der Wirkungsgrad
dürfte in dem Drehzahl / Abgabeleistunsgbereich beim eisenlosen, je nach Aufbau, deutlich besser liegen.
Natürlich kostet der auch viel mehr insofern würde ich auch mit dem Fisher Paykel Motor arbeiten wenn es
kostengünstig werden soll.


Grüsse

Bernd

[-Andi-]

Hallo und danke schon mal für eure schnellen Antworten!

Anbei mal zwei Bilder des Generators und des Bikes um die Gegebenheiten mal zu veranschaulichen.

Zum Generator:
Der Generator ist noch unterwegs zu uns. Es handelt sich jedoch um den, mit den 36 Windungen. Der, der auch hier u.a. von Bernd im Einsatz ist.

Zum Wechselrichter und Schaltregler:
In den Antworten hieß es, dass angepeilte 120W des Schaltreglers und die 150W des Wechselrichters deutlich zu viel sind. Das sehe ich auch so, da die dauerhafte Leistungsabgabe von Menschen deutlich darunter liegt. Zumindest die Leistungsabgabe, die man beim gemütlichen Fernsehschauen hat. Ich habe bei dieser hohen (und auch mehr oder weniger aus der Luft gegriffenen) Angabe jedoch an zwei Aspekte gedacht.

1. Wenn ich ein Wechselrichter für höhere Leistungen verwende, habe ich weniger probleme beim Einschalten von den Geräten. Ist es nicht besonders bei Geräten mit verbauten Kapazitäten so, dass diese beim Einschalten ein vielfaches von ihrer Leistungsaufnahme im Betrieb haben können. Das Wird bei TV mit LED Hintergrundbeleuchtung eher nicht der Fall sein. Bei CCFL vieleicht schon.
2. habe ich gedacht, dass es nicht schaden das Ding für höhere Leistungen auszulegen. Ich erhoffte dadurch geringere Verlust.
3. Wechselrichter mit 150W zu bekommen ist leichter als welche mit <150W, billiger sind Sie jeden Falls nicht wirklich. Daher die 150W.

Für Vorschläge was für ein Schaltregler geeignet wäre bin ich dankbar ! Bin dort noch nicht wirklich fündig geworden.

Zur speicherung

Der Gedanke die Spannung über Elkos zu puffen ist bei uns schon vorhanden. So abwägig erschien uns das nicht. Laut Rechnung braucht es ca. 27 Farad um einen 37W TV für 30sek betreiben zu können. Im Kondensator fällt dabei die Spannung von 15V auf 11V. Das würde man mit 6 Caps in Reihe mit 200F hinbekommen. Ist deutlich teuer als Pb aber auch noch bezahlbar. Hätte den Vorteil, dass wir uns keine Sorgen machen müssen was die Laderegelung angeht. Bei Supercaps können wir leider nicht hinter den Schaltregler gehen, da die ziemlich spannungsempfindlich sind und 12V besser zu puffern sind als 0V – z.B.80V

Abwägig ist für uns die Speicherung mit Pb jedoch nicht. Könnte man hier vielleicht sogar einfach nach dem Schaltregler den Akku hinhängen und auf Konstant 14V halten? Ist zwar dann nicht die Ladeschlussspannung, aber einigermaßen gespreicherte Energie müsste man dann ja rausholen können aus dem Ding. Ist diese Überlegung zu einfach und gibt es da Probleme? Dioden an geeigneter Stelle natürlich vorausgesetzt.

Ich bin echt froh hier Hilfe zu bekommen, alleine würden wir dies wohl nicht schaffen. Danke !!!

Gruß Andi

p.s. Eine Frage fürs Verständnis habe ich noch an euch. Mein Generator hat eine Kurschlussleistung von ca. 1KW bei 200min^-1. Wurde der Kurzschlussstrom gemessen oder kann ich das mit der Leerlaufspannung bestimmen?

[Beinhart]

Moin Jungs,
Ich kann euch (Das hatte ich irgendwo im Forum bei einem gleichen Thema auch schonmal geschrieben) einen DC-Motor aus einer Motorkühlung aus einem Auto empfehlen. Ich weiß nun keine Daten wegen der Drehzahl aber das Teil hatte an meinem Stromrad super funktioniert. Ich hatte dort zur Pufferung einen Blei-Akku angeschlossen den ich über einen 12-Euro/Volt Solarladeregler geladen habe, an den Akku hatte ich einen billig-Wechselrichter.100 Watt waren da schon mit etwas Anstrengung drin! Den TV konnte ich mit etwas Fleiß auch über längere Zeit betreiben. Das System hatte insgesamt einen schlechten Wirkungsgrad, da der Motor auch wie bei einem Dynamo durch Reibung am Rad angetrieben wurde (wurde auch wirklich heiß nach einiger Zeit). Soweit ich weiß lag der Innenwiderstand bei 1,5 Ohm. Die Mechanische Leistung würde ich auf 200 Watt schätzen.
Die angepeilten 40 Watt sind mit eurer, wahrscheinlich auch effizienteren Übersetzung locker auszuhalten. Das System würde ich sogar unbedingt für etwas mehr Leistung auslegen!

[Bernd]

Ich sehe das auch so das eine gewisse Reserve in der Auslegung der Komponenten nomalerweise nicht schaden kann.
Es wird durchaus mal vorkommen das jemand, wenn auch nur zum Spass, mal richtig in die Pedale tritt und dann
sollten die Komponenten nicht gleich die Grätsche machen.

Eine Frage fürs Verständnis habe ich noch an euch. Mein Generator hat eine Kurschlussleistung von ca. 1KW bei 200min^-1.
Wurde der Kurzschlussstrom gemessen oder kann ich das mit der Leerlaufspannung bestimmen?

Die Kurzschlussleistung wird rein rechnerisch bestimmt. Man errechnet sie aus der Leerlaufspannung und
dem Innenwiderstand des Stators. Vernachlässigt habe ich dabei den Wechselstromwiderstand.

Über die Fomel P = U²(Leerlaufspannung²) durch R (Innenwiderstand) errechnet man die Kurzschlussleistung.
1/4 dieses Wertes ist das was der Generator maximal in eine angeschlossene Last abgeben kann,
allerdings bei nur 50% Wirkungsgrad.
Bei etwas geringerer Leistungsentnahme passt dann auch der Wirkungsgrad.

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo,

die benannten Werte zur Speicherung halte ich nach wie vor für unrealistisch. Kondensatoren mit derart hohen Kapazitäten haben Innenwiderstände im Kiloohm-Bereich und können nur ganz geringe Ströme aufnehmen und abgeben. Ich halte es für völlig unmöglich, daraus einen Monitor zu betreiben. In der Reihenschaltung solcher Speicher liegen weitere Unwägbarkeiten versteckt, denn die Spannung möchte symmetrisch verteilt bleiben. Und mit den benannten 30 Sekunden ist nun wirklich keine realistische Pause machbar. Schau mal auf die Uhr, wenn Du eine Pause beim Fernsehen machst. Wenn dort 5 Minuten als Ziel stehen, gerät das in Richtung Normalität.

Der Akku ist die einzig sinnvolle Lösung. Noch dazu muß man ihn nicht von Null an aufpumpen wie eine Kapazität, er hat auch leer schon eine gewisse Grundspannung. Der schaltungstechnische Aufwand für jede dieser Lösungen ist übrigens recht hoch. Daher schlage ich vor, auf eine Pufferung zu verzichten. Fernsehen=Strampeln. Nicht mehr und weniger.

Fragwürdig bleibt nebenbei, ob das Sichtgerät wirklich der einzige Verbraucher für das Vergnügen ist und ob nicht evtl. weitere Decoder, Multischalter, Lnb etc. versorgt werden müssen.

MfG. Andreas

[-Andi-]

Hallo Andreas,

ich bekomme durch Kollegen ab und zu mit was auf dem Bereich von Energiespeichern alles so geht. Thema Supercaps oder Ultracaps. So werden hochkapazitive Doppelschichtkondensatoren bezeichnet die riesige Kapazitäten und riesige Leistungen ausweisen. Und mit riesigen Leistungen meine ich Leistungen im KW-Bereich pro Kondensator (bei einer Spannung von 2,7V). Die Dinger werden dort auf Flurförderfahrzeugen verwendet, die induktiv auf kurzer Überfahrtsstrecke massig Energie aufnehmen und mit dieser einige Zeit über Energielosen Grund fahren können. Leistungsmässig sind die für unseren Anwendungsfall deutlich übertrieben, haben halt aber die nötige große Kapazität. 200 – 3000 F ist nicht unüblich sondern eher normal bei den Dingern.

Die unsymetrische Ladung der Kondensatoren ist ein Problem, da gebe ich dir recht. Einfach Abhilfe wäre hier 1. Mehr Kondensatoren in Reihe zu nehmen als nötig (15V /7Zelle = 2,15V/Zelle) Um daher schon etwas Puffer zu haben. Und 2. Zwischen den Kondensatoren hohe Widerstände evtl, auf Z-Dioden parallel zu schalten. Frist die Leistung zwar auf, niveliert aber die Spannungen.

Anbei mal ein Datenblatt von solchen Caps http://www.alfatec.de/fileadmin/Downloa ... y_2010.pdf

Gruß Andi

[lermara]

@Andi: Ich finde das Projekt einfach super und mich würde interessieren wie der aktuelle Stand der Dinge ist, da es ja schon wieder eine Weile her ist, dass hier zum letzten Mal gepostet wurde. Würde sowas auf jeden Fall auch gerne machen, da ich meistens ohnehin zu Hause trainiere und dabei Fernsehen schaue. Ich habe mir auch vor kurzem einen neuen Hometrainer bei fitster.ch gekauft und trainiere damit mehrmals die Woche beim Fernsehen schauen. Also wäre das Projekt strampeln bis der Fernseher läuft definitiv auch was für mich. Würde mich freuen zu hören wie es voran geht.