Je veux rechercher comment il serait facile d' utiliser un petit ordinateur portable appareil tout en l' alimentant en pédalant sur un châssis fixe. (Par exemple, en utilisant une tablette sur un vélo d'exercice ou en utilisant un netbook tout en pédalant sur un bureau.)
Je sais déjà qu'il est possible de faire fonctionner un ordinateur portable avec pédale, car j'ai trouvé plusieurs exemples de ce qui se fait. [1] [2] Je veux maintenant construire une telle configuration pour mon étude académique . Je dois confirmer exactement ce dont j'ai besoin avant d'acheter l'équipement. Je n'ai pas d'expérience en génie électrique , donc bien que j'aie beaucoup de chiffres, je ne sais pas ce que je dois calculer ou envisager pour choisir une option réalisable.
DISPOSITIFS CIBLES POSSIBLES:
- netbook: entrée de l'adaptateur: 100-240 V 1,7 A, sortie: 19 V 65 W [3,4 A]
- tablette: entrée de l'adaptateur: 100-240 V 0,45 A, sortie: 5,1 V 2,1 A [10,7 W]
- smartphone: 3.7V 4.44WH (toutes les informations que j'ai)
ARCHITECTURES POSSIBLES: Outre la disposition des sièges (vélo, vélo couché, bureau), il semble y avoir plusieurs options pour connecter l'équipement:
- roue> dynamo de vélo> régulateur> appareil (assez puissant pour la tablette ou le netbook?)
- pédales> générateur DC> convertisseur DC-DC> régulateur> appareil
- pédales> générateur DC> contrôleur de charge> batterie (par exemple plomb-acide)> onduleur> appareil [3]
Donnée supplémentaire:
- Un adulte peut générer de 50 à 150 W en une heure de pédalage intense. Je veux que mes utilisateurs pédalent confortablement plutôt que vigoureusement.
- N'importe quel appareil aura sa propre batterie, alors pourrais-je éliminer le besoin d'avoir une batterie dans la configuration?
- Est-ce une mauvaise idée de raccorder directement l'appareil au régulateur afin d'éviter d'utiliser l'adaptateur de l'appareil?
QUESTION
Je suis très confus quant à une voie à suivre à ce stade (même s'il semble que je ne le suis pas). Ce que je recherche surtout dans les réponses, c'est la clarté et le caractère définitif .
De ces combinaisons d'appareils (1-3) et d'architectures (1-3), lesquelles fonctionneront certainement?
Quelles combinaisons dois-je supprimer de la liste car elles ne le seront pas catégoriquement?
L' architecture de la dynamo me semble bonne car elle semble plus facile / moins chère à connecter - est-elle capable d'alimenter tous ces appareils, même le netbook?
Réponses:
Contexte: J'ai l'habitude de concevoir des contrôleurs pour appareils d'exercice. La machine a conduit un alternateur triphasé et une charge résistive a été appliquée pour répondre à divers critères.
J'ai effectué des tests de charge dans le but spécifique de déterminer la quantité d'énergie que les utilisateurs peuvent facilement gagner sur une longue période afin d'alimenter des équipements électroniques ou de charger des batteries.
Considérez une personne modérément en forme comme une personne qui pourrait marcher rapidement sur une surface plane pendant une heure et être fatiguée mais pas complètement épuisée dans le processus. c'est-à-dire pas super athlétique dans ses capacités et même pas "extrêmement en forme" - mais bien au-dessus de la forme physique "couch potato".
En utilisant un alternateur de bonne qualité, un utilisateur moyennement en forme peut fournir une moyenne de 50 watts pendant une heure. C'est un niveau auquel vous savez certainement que vous faites de l'exercice, mais ce serait supportable pour beaucoup.
Le même utilisateur modérément en forme pourrait fournir 100 watts pendant une heure et être extrêmement fatigué.
si vous visiez une tâche d'alimentation fréquente, 50 watts seraient de loin préférables à 100 watts.
Ce qui précède suppose un système d'efficacité raisonnable de bonne qualité. Idéalement avec un "engrenage" ou une saillance minime - c'est-à-dire sans à-coups à faible vitesse pour conduire lorsque les aimants approchent et s'éloignent des bobines. Certains systèmes utilisent des générateurs avec des rapports d'engrenage substantiels utilisant un entraînement par chaîne. Celles-ci pourraient être raisonnables mais ne le sont généralement pas. L'entraînement par courroie vers un alternateur à faible saillance peut être fait pour bien fonctionner.
Notez que les réclamations faites sur le site Web fourni ont tendance à se contredire. J'estimerais la puissance moyenne indiquée sur ce graphique comme étant de 60 à 70 watts. Leur graphique:
Mais, ils disent:
REMARQUE: Une personne qui s'entraîne tous les jours peut mettre entre 200 et 300 watts de puissance.
Ceux qui ne sont pas en si bonne forme peuvent fournir environ 80 à 100 watts de puissance, comme indiqué sur le graphique d'entraînement d'une heure ci-dessus.
Et enfin - Quelqu'un qui est un cycliste compétitif peut produire jusqu'à 500 watts !!
La réclamation de 200 à 300 watts est vraie, mais elle est très exigeante.
500 Watts + est également vrai pour les meilleurs athlètes de haut niveau.
Beaucoup plus dans certains cas - comme le
Gossamer Albatross - 1er vol propulsé par un homme à travers la Manche le 12 juin 1979.. !!! :-).
Environ 300 watts en continu dans l'air calme et aucune turbulence. "Monte rapidement" avec turbulence.
Un autre jour au bureau pour Bryan Allen . ( travail de jour ) -
Je peux faire 500 watts pendant environ 10 secondes, après quoi mes jambes se transforment en gelée et je suis complètement épuisé.
Vos 3 options ne semblent pas assez différentes pour avoir de l'importance:
N'importe lequel d'entre eux pourrait bien fonctionner ou être terrible s'il est mal conçu.
Ce que vous entendez par roues / pédales n'est pas clair.
L'alimentation à partir d'une jante de roue comme indiqué peut fonctionner correctement - et peut être ce que vous entendez par «roue». L'objectif principal est une faible perte, pas de secousses ou d'irrégularités. Idéalement, une charge non cyclique stable.
Certains d'entre eux ont l'air bien - sur le site que vous avez référencé.
Le mieux est un alternateur AC - de préférence triphasé ou plus. Comme illustré ci-dessous, une forme d'onde triphasée ne tombe à zéro à aucun stade. La rectification et le filtrage produisent un résultat encore plus fluide. Plus de 3 phases donne un résultat encore meilleur mais est rare. Un générateur à courant continu est un alternateur à courant alternatif dans lequel la rectification est assurée par un commutateur et des balais - lorsque les niveaux de tension changent, un nouvel enroulement est sélectionné par le commutateur faisant tourner un nouveau contact d'enroulement sous les balais. Bien que le principe soit similaire à l'utilisation d'un alternateur à diodes, avec des brosses, vous obtenez généralement plus de traînée mécanique et de pertes qu'avec un alternateur. La plupart des offres de générateurs (DC) seront des landes DC conduites en tant que générateurs - les deux rôles sont interchangeables, mais une machine conçue pour l'un aura tendance à être moins optimisée pour l'autre.
La dynamo à moteur alimentée par jante que vous avez citée est OK en principe mais susceptible d'être horriblement inefficace dans la pratique en raison de problèmes mécaniques. Enfant, les nombreuses dynamos de jantes que j'ai vues étaient toutes terribles, donc j'ai été surpris de voir des unités modernes qui le font assez bien - il s'agit de savoir ce que vous faites mécaniquement avec l'alignement des arbres, les engrenages, la friction de surface, etc. dynamo "de sorte produira généralement 1 à 10 watts de sortie. Avec un système efficace, vous remarqueriez 10 watts lorsque vous pédalez et vous ne remarqueriez presque pas 1 watt, sauf dans des conditions de charge très légères ou en roue libre.
Une certaine forme de stockage sur batterie est presque essentielle. Un ordinateur portable ou une tablette, etc. aura le sien, sauf s'il est retiré. Vers la limite inférieure, un netbook de comprimés plus que d'habitude peut obtenir 6 heures à partir de 3 x 18650 cellules LiIon. Disons que 3,5 V signifie x 2 ampères-heures x 3 = 21 watts-heures. Donc, fonctionnement sur 6 heures = 21/6 = 3,5 watts. Les gros ordinateurs portables peuvent atteindre 2 heures avec 6 ou 8 ou 9 ou 12 cellules, alors dites le pire des cas, 20 à 30 watts. La vitesse à laquelle ils chargeront leurs batteries n'est pas directement connectée, mais évidemment un plus gros pack prend plus d'énergie. Un chargeur plus grand peut spécifier 19v x 5,5A = 110 Watts. Une seule cellule LiHon 2 AH 18650 (telle qu'utilisée en combinaison avec la plupart des batteries d'ordinateurs portables) nécessite environ 10 watts de pointe pour se charger (4,2 V x 2 A + une certaine "marge"), de sorte que les 110 watts ci-dessus conviennent à la batterie de batteries la plus importante. (12 cellules). C'est pour environ les 40 premières minutes d'un cycle de charge à partir de "complètement plat". Après cela, les cellules passent en mode courant effilé à tension constante.
Plus tard si besoin. Le sommeil appelle hélas ..
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Je serai probablement critiqué pour cela, mais ... vous pensez tous comme, eh bien, les ingénieurs électriciens. Pourquoi personne n'a-t-il même mentionné les avantages mécaniques des grands volants d'inertie, les rapports de démultiplication des générateurs d'entraînement, etc. Le temps de rotation d'un volant d'inertie par rapport à l'énergie nécessaire pour le faire bouger devrait certainement être un facteur, car un être humain n'est pas une machine à extraire l'énergie pure. Le Powertap sur mon vélo TT dit que je peux mettre environ 400 watts pendant environ une heure, pendant ma meilleure course de l'année. Dans un effort court maximum, je peux frapper 16-1700, et des gars plus gros que moi cassent régulièrement 2K. Cependant, mettez-moi sur mon entraîneur avec son petit volant (pas une configuration très PRO) et l'effet de ralentissement une fois que j'arrête de pédaler me force à faire plus d'efforts pour maintenir la même vitesse. La solution au problème n'est pas En optimisant pour une sortie stable, il se rend compte qu'une sortie constante est presque impossible avec un humain, et qu'un humain plus frais peut produire plus de puissance pour démarrer qu'il n'en faut pour continuer une fois en mouvement. Identique au stand up and go at a stop sign effect.
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J'irais probablement avec le numéro 3, avec une légère modification.
À moins que vous pédaliez à une vitesse parfaitement constante, la tension variera probablement assez largement. Une variation supérieure à la tension régulée ne devrait pas trop avoir d'importance, mais plus faible, car le régulateur aura besoin d'une tension d'entrée minimale pour fonctionner correctement.
Vous pourriez obtenir un régulateur de commutation à plage d'entrée très large, mais cela ne permettrait toujours pas un arrêt complet (ou proche)
EDIT - concernant la batterie externe, pour une raison quelconque, je ne pensais pas au départ à la batterie de l'appareil. Je pense que vous pourriez vous en passer, mais comme vous avez demandé lequel des trois fonctionnerait certainement , pour les raisons mentionnées ci-dessous, je m'en tiendrai probablement à cela. Le lien MIT que vous avez mentionné mentionne l'utilisation d'une batterie 12V et d'un convertisseur allume-cigare 12V -> 19,5V, ce serait un moyen facile de fournir la tension d'entrée si vous ne voulez pas jouer avec les régulateurs de commutation.
Donc, un certain stockage d'énergie est une bonne idée (bien que vous ne mentionniez en fait rien pour permettre de ralentir / arrêter le pédalage)
Vous pouvez utiliser de grands (super) condensateurs (ou même un volant plus large) mais à une puissance raisonnable, il a gagné '' t donner autant de latitude, donc je pense qu'une petite batterie est le chemin à parcourir.
J'aurais le générateur -> contrôleur de charge -> batterie 12V -> convertisseur boost (ou buck en fonction de l'appareil) + filtrage -> entrée ordinateur portable / tablette.
Je ne prendrais pas la peine d'utiliser l'alimentation pour ordinateur portable / tablette et l'onduleur, car il sera plus inefficace que d'utiliser simplement un convertisseur CC / CC. Avec un filtrage adéquat (quelques condensateurs et inductance / perle de ferrite) et une protection contre les transitoires (par exemple un TVS - suppresseur de tension transitoire), cela devrait être correct.
Je choisirais probablement la tablette, ou un ordinateur portable de faible puissance, car 30 à 65 W est une quantité raisonnable d'énergie à maintenir pendant longtemps, alors que ~ 10 W pour la tablette serait beaucoup plus facile.
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Je me souviens, enfant, que j'avais un éclairage dynamo sur mon vélo - et que je me fais presque écraser quand je suis arrêté à un carrefour parce que mes lumières se sont éteintes!
Conceptuellement, oui, un générateur à pédale (que ce soit dynamo ou DC / DC) peut être utilisé; et j'irais très certainement avec l'option (3) sinon vous pourriez gaspiller de l'énergie si la production dépasse la demande, ou perdre de l'énergie si la demande dépasse la génération.
À bien des égards, (3) correspond au paradigme actuel des véhicules électriques, qui utilisent un petit moteur comme générateur d'extension de gamme, plutôt que comme puissance motrice.
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