Eu quero pesquisar o quão fácil seria a de usar um laptop pequeno dispositivo enquanto liga-lo por pedalar em uma estrutura estacionária. (Por exemplo, usando um tablet em uma bicicleta ergométrica ou um netbook enquanto pedalava em uma mesa.)
Eu já sei que é possível rodar um laptop com pedal, porque encontrei vários exemplos disso. [1] [2] Agora, quero construir uma configuração para o meu estudo acadêmico . Preciso confirmar exatamente o que preciso antes de comprar o equipamento. Eu não tenho formação em engenharia elétrica , portanto, embora tenha muitos números, não sei o que preciso calcular ou considero escolher uma opção viável.
POSSÍVEIS DISPOSITIVOS ALVO:
- netbook: entrada do adaptador: 100-240V 1.7A, saída: 19 V 65 W [3.4 A]
- tablet: entrada do adaptador: 100-240V 0.45A, saída: 5.1 V 2.1 A [10.7 W]
- smartphone: 3.7V 4.44WH (todas as informações que tenho)
ARQUITETURAS POSSÍVEIS: Além do arranjo de assentos (bicicleta, bicicleta reclinada, mesa), parece haver várias opções de como conectar o equipamento:
- roda> dínamo de bicicleta> regulador> dispositivo (poderoso o suficiente para o tablet ou o netbook?)
- pedais> gerador CC> conversor DC-DC> regulador> dispositivo
- pedais> gerador de corrente contínua> controlador de carregamento> bateria (por exemplo, ácido de chumbo)> inversor> dispositivo [3]
Dados adicionais:
- Um adulto pode gerar 50-150 W no curso de uma hora extenuante. Eu quero que meus usuários pedalem confortavelmente, em vez de cansativos.
- Qualquer dispositivo terá sua própria bateria, então eu poderia eliminar a necessidade de ter uma bateria na configuração?
- É uma má idéia conectar o dispositivo diretamente ao regulador para evitar o uso do próprio adaptador?
QUESTÃO
Estou muito confuso sobre um caminho a seguir neste momento (mesmo que pareça que não estou). O que estou procurando acima de tudo nas respostas é clareza e definitividade .
Dessas combinações de dispositivos (1-3) e arquiteturas (1-3), o que definitivamente funcionará?
Quais combinações devo encontrar na lista, pois elas categoricamente não serão?
A arquitetura do dínamo parece boa para mim porque parece mais fácil / mais barato conectar - é capaz de alimentar todos esses dispositivos, até o netbook?
Respostas:
Antecedentes: Eu costumava projetar controladores para máquinas de exercício. A máquina dirigia um alternador trifásico e uma carga resistiva foi aplicada para atender a vários critérios.
Realizei testes de carga com uma visão específica para determinar quanto usuários de energia podem facilmente fazer durante um período prolongado para alimentar equipamentos eletrônicos ou carregar baterias.
Considere uma pessoa moderadamente apta a ser capaz de andar rapidamente sobre uma superfície nivelada por uma hora e estar cansada, mas não totalmente exausta no processo. isto é, não é super atlético em termos de capacidades e nem mesmo "extremamente em forma" - mas bem acima da aptidão "couch potato".
Usando um alternador de boa qualidade, um usuário moderadamente apto pode fornecer 50 Watts médios por uma hora. Este é um nível em que você definitivamente sabe que está se exercitando, mas seria suportável para muitos.
O mesmo usuário moderadamente apto poderia fornecer 100 Watts por uma hora e estar extremamente cansado.
se você visasse uma tarefa de alimentação frequente, seria preferível 50 watts a 100 watts.
O exposto acima pressupõe um sistema de eficiência razoável de boa qualidade. Idealmente, com um mínimo de "engrenagem" ou saliência - ou seja, sem solavancos em baixa velocidade para dirigir à medida que os ímãs se aproximam e recuam das bobinas. Alguns sistemas usam geradores com relações de engrenagem substanciais usando acionamento por corrente. Estes podem ser razoáveis, mas geralmente não são. A transmissão por correia para um alternador de baixa saliência pode ser feita para funcionar bem.
Observe que as reivindicações feitas no site fornecido tendem a se contradizer. Eu estimaria a saída média, como mostrado nesse gráfico, como faixa de 60 a 70 Watts. O gráfico deles:
Mas eles dizem:
NOTA: Alguém que trabalha todos os dias pode gastar entre 200 e 300 Watts de potência.
Aqueles que não estão em boa forma podem consumir de 80 a 100 Watts de potência, conforme mostrado no gráfico de uma hora acima.
E finalmente - alguém que é um ciclista competitivo pode gastar até 500 Watts !!
A afirmação de 200-300 Watts é verdadeira, mas é muito exigente.
500 Watts + também é válido para os principais atletas.
Muito mais em casos selecionados - como o
Gossamer Albatross - primeiro voo movido pelo homem através do Canal da Mancha em 12 de junho de 1979.. !!! :-).
Cerca de 300 Watts contínuos em ar parado e sem turbulência. "Sobe rapidamente" com turbulência.
Outro dia no escritório de Bryan Allen . ( trabalho diurno ) -
Eu posso fazer 500 Watts por cerca de 10 segundos, após o que minhas pernas ficam gelatinosas e estou completamente exausta.
Suas três opções não parecem diferentes o suficiente para importar:
Qualquer uma dessas opções poderia funcionar bem ou ser terrível se mal projetada.
Não está claro o que você quer dizer com rodas / pedais.
A alimentação a partir de um aro da roda, como mostrado, pode funcionar bem - e pode ser o que você quer dizer com "roda". O objetivo principal é a baixa perda, sem empurrões ou irregularidades. Idealmente, uma carga não cíclica estável.
Alguns deles parecem bons - no site que você referenciou.
O Best é um alternador de CA - de preferência trifásico ou mais. Como mostrado abaixo, uma forma de onda trifásica não cai para zero em nenhum estágio. A retificação e a filtragem produz um resultado ainda mais suave. Mais de 3 fases fornecem um resultado ainda melhor, mas são raras. Um gerador DC é um alternador CA no qual a retificação é fornecida por um comutador e escovas - conforme os níveis de tensão mudam, um novo enrolamento é selecionado pelo comutador que gira um novo contato de enrolamento sob as escovas. Embora o princípio seja semelhante ao uso de um alternador com diodos, com escovas você geralmente obtém mais resistência e arraste mecânico do que com um alternador. A maioria das ofertas de geradores (DC) serão amarras de corrente contínua sendo acionadas como geradores - as duas funções são intercambiáveis, mas as máquinas projetadas para uma tendem a ser menos otimizadas para a outra.
O dínamo baseado em motor movido a aro que você citou é bom em princípio, mas provavelmente será terrivelmente ineficiente na prática devido a problemas mecânicos. Quando criança, os muitos dínamos dos aros que vi eram terríveis; fiquei surpreso ao ver unidades modernas que fazem isso razoavelmente bem - é uma questão de realmente saber o que você está fazendo mecanicamente com alinhamento de eixos, engrenagens, atrito de superfície etc. A " do tipo "dínamo" normalmente produz uma saída de 1 a 10 Watts. Com um sistema eficiente, você notaria 10 Watts ao pedalar e quase não notaria 1 Watt, exceto em condições de carga muito fraca ou em inércia.
Alguma forma de armazenamento de bateria é quase essencial. Um laptop ou tablet etc terá seu próprio, a menos que seja removido. Em direção ao limite inferior, um netbook de tablet mais do que o normal pode receber 6 horas a partir de 3 x 18650 células LiIon. Diga 3,5V média x 2 horas ampères x 3 = 21 Watt horas. Portanto, operar durante 6 horas = 21/6 = 3,5 Watts. Os laptops grandes podem chegar a 2 horas com 6 ou 8 ou 9 ou 12 células, por exemplo, o pior caso é de 20 a 30 Watts. A taxa em que eles carregarão as baterias não está diretamente conectada, mas obviamente uma bateria maior consome mais energia. Um carregador maior pode especificar 19v x 5.5A = 110 Watts. Uma única célula de 2 AH 18650 LiIon (usada em conjunto na maioria das baterias de laptop) requer um pico de carregamento de cerca de 10 Watts (4,2V x 2A + algum "espaço livre"), portanto os 110 Watts acima são adequados para a maior bateria (12 células). Isso ocorre nos primeiros 40 minutos de um ciclo de carga totalmente "plano". Depois disso, as células entram em modo de corrente de redução constante de tensão.
Mais tarde, se necessário. O sono chama infelizmente ..
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Provavelmente serei agredido por isso, mas ... vocês estão pensando como, bem, engenheiros elétricos. Por que ninguém mencionou as vantagens mecânicas de volantes grandes, relações de transmissão e geradores de acionamento, etc.? O tempo de rotação do volante versus a energia necessária para movê-lo definitivamente deve ser um fator, uma vez que um ser humano não é uma máquina de saída de energia pura. O Powertap na minha moto TT diz que posso usar ~ 400 watts por mais de uma hora, durante a minha melhor corrida do ano. Em um esforço máximo curto e máximo, posso atingir 16-1700, e caras maiores do que eu quebram 2K regularmente. No entanto, coloque-me no meu treinador com o volante minúsculo (não é uma configuração muito PRO) e o efeito de rotação quando paro de pedalar me obriga a fazer mais esforços para manter a mesma velocidade. A solução para o problema não está Ao otimizar para obter uma saída estável, está percebendo que uma saída constante é quase impossível para um ser humano, e que um ser humano mais novo pode gerar mais energia para começar do que o necessário para continuar uma vez em movimento. O mesmo que o stand up e o sinal de stop.
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Eu provavelmente iria com o número 3, com uma ligeira modificação.
A menos que você esteja pedalando a uma velocidade perfeitamente constante, a tensão provavelmente variará bastante. Variação maior que a tensão regulada não deve importar muito, mas menor seria porque o regulador precisará de uma tensão de entrada mínima para operar corretamente.
Você poderia obter um regulador de comutação de faixa de entrada muito amplo, mas isso ainda não permitiria uma parada completa (ou perto de)
EDIT - em relação à bateria externa, por algum motivo, inicialmente, eu não estava considerando a bateria do dispositivo. Eu acho que você poderia ficar sem, mas desde que você perguntou qual dos 3 definitivamente funcionará, pelas razões mencionadas abaixo, eu provavelmente ficaria com ele. O link do MIT que você mencionou usando uma bateria de 12V e um conversor de isqueiro de 12V -> 19,5V, seria uma maneira fácil de fornecer a tensão de entrada se você não quiser mexer nos reguladores de comutação.
Portanto, um pouco de armazenamento de energia é uma boa idéia (embora você não mencione nada sobre permitir desacelerar / parar a pedalada).
Você poderia usar alguns (super) capacitores grandes (ou até mesmo um volante grande), mas com uma potência razoável, ele ganhou ' Não há muita margem de manobra, então acho que uma bateria pequena é o caminho a percorrer.
Eu teria o gerador -> controlador de carga -> bateria de 12V -> conversor de impulso (ou buck dependendo do dispositivo) + filtragem -> entrada de laptop / tablet.
Eu não me incomodaria em usar o inversor e o laptop / tablet, pois será mais ineficiente do que simplesmente usar um conversor de CC para CC. Com filtragem adequada (alguns capacitores e cordão indutor / ferrite) e proteção contra transientes (por exemplo, um TVS - supressor de tensão transiente), isso deve ser bom.
Provavelmente eu escolheria o tablet ou um laptop de baixa potência, pois 30-65W é uma quantidade razoável de energia para manter-se por um longo tempo, enquanto ~ 10W para o tablet seria muito mais fácil.
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Quando criança, lembro-me de ter iluminado dínamo na minha bicicleta - e quase atropelado quando parado em um cruzamento porque minhas luzes se apagaram!
Conceitualmente, sim, um gerador movido a pedal (seja dínamo ou DC / DC) pode ser usado; e eu certamente usaria a opção (3) caso contrário, você poderia estar desperdiçando energia se a geração exceder a demanda ou perdendo energia se a demanda exceder a geração.
Em muitos aspectos, (3) mapeia com o paradigma atual em veículos elétricos, que usam um pequeno motor como gerador de extensor de alcance, e não como força motriz.
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