Spanningsstabilisatie

Hoi

Voor mijn thesis ontwerp ik een kleine radiale flux generator met permanente magneten(binnendiameter van 8,4cm), deze wordt aangedreven door de luchtverplaatsing in een ventilatiekanaal. Windsnelheden van max 2,5m/s zijn haalbaar.

De generator zelf is eigenlijk al bijna volledig klaar, er zou een spanning opgewekt worden van 6V maximaal en bijster weinig bij minimumdebiet (snelheid van 0.75m/s).

De vraag die ik eigenlijk wil stellen is de volgende:

aangesloten aan de generator zal een bruggelijkrichterschakeling komen
die de spanning omvormt tot een DC spanning, deze DC-spanning moet worden opgevoerd naar een hogere spanning en gestabiliseerd worden.

Ik dacht hiervoor aan een Buck-converter, iemand zei me dat het rendement aan de lage kant is van zulke converters en aangezien ik zo zuinig mogelijk moet zijn vroeg ik me af of iemand een idee had om dit op een andere manier te doen. (en of dit ook effectief klopt).

Heeft er iemand een idee of zoiets nog gehoord? Antwoorden of suggesties zijn altijd welkom!

Mvg

Arco

Special Member

Een buck-converter gaat zeker niet lukken. Om de spanning te verhogen heb je een boost-converter nodig...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Om te beginnen: dit lijkt me een schoolvraag...

Het rendement van een Buck converter is juist bijzonder hoog (mits fatsoenlijk ontworpen, natuurlijk), maar dat had je zelf ook kunnen vinden op wikipedia of zo.

Het probleem van een Buck converter is dat de spanning op de uitgang alleen lager kan worden dat wat je op de ingang aanbiedt; het lijkt erop dat je juist een boost converter nodig hebt.

Je moet er wel rekening mee houden dat je bij een lager debiet niet alleen een lagere spanning krijgt, maar ook minder vermogen. Voor hetzelfde vermogen zou je meer stroom moeten trekken, waardoor je meer koppel afneemt, waardoor de rotor afgeremd wordt, waardoor de spanning verder daalt, etc. Afhankelijk van de belasting kan het dus zo zijn dat je helemaal niet het vermogen kunt leveren dat je nodig hebt, ongeacht de spanning.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Frederick E. Terman

Honourable Member

Bij een schoolvraag moet je zelf ook al het een en ander hebben gedaan. Het blijkt uit de vraag niet dat je dat al gedaan hebt.
- Wat is een buckconverter? Zijn er nog andere converters?
- Hoe zit dat nu met dat rendement? Slecht of niet?
- Eerst gelijkrichten bij een lage spanning, dan DC omhoog brengen, of weet je zo in het wilde weg nog wel een betere manier?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Hmm misschien inderdaad beter onder schoolvragen gezet.

en ohja, boost ipv buck. typfoutje ;)

Ik heb meer info gezocht over het rendement en bij een voldoende hoge belastingsstroom zou dit rendement rond de 85% zitten.

Ik zal nog meer info geven om zo duidelijk mogelijk te zijn over het project.

Er zit ook een batterij aan de schakeling, het is de bedoeling dat als het minimumdebiet niet kan zorgen voor voldoende vermogen voor de schakeling dat de batterij de schakeling voedt. Bij hogere debieten bv. na een douche (RH-sensoren staan in de vochtige ruimte) zal er wel genoeg energie opgewekt worden om zowel de batterij op te laden en de schakeling te voeden, althans dat hoop ik! De testfase begint binnenkort, het is te zeggen binnen een maand als alle componenten er zijn hoop ik.

De volgende stap is het gaan beslissen welke schakelingen ik het best kan gebruiken om 1) de spanning gelijk te richten
2) de spanning omhoog te krijgen naar een vaste spanning van +- 12V
3)De spanning te splitsen in een stabiel 12V en een 3.3V signaal.
4)Zullen deze schakelingen alleen voldoende zijn om een zo goed mogelijke werking te krijgen => generatorwerking, batterijwerking, het voeden van de motor,.., waarschijnlijk niet, ik zal dus denk ik ook een soort regeling moeten creëren om al deze componenten zo goed mogelijk te laten samenwerken.

Het is gewoon allemaal heel veel tegelijk om rekening mee te houden en dat ben ik niet echt gewoon.

Ik zie dat jullie het wel apprecieren als eerst zelf opzoekingswerk gedaan wordt dat snap ik zeker. Ik zal daarom een plan uitwerken en het dan hier posten om jullie commentaar te lezen, misschien is dat een betere gang van zaken.

Is het aangewezen dat ik deze post delete en opnieuw post in schoolvragen?

Alvast nog eens bedankt voor jullie snelle reacties!

Mvg

Frederick E. Terman

Honourable Member

De post is al in 'schoolvragen' gezet. :)

Kijk nog even naar de volgorde van 1 en 2.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

Is het niet makkelijker om het AC eerst op te krikken. Dan zit je niet zo met de spanningsval over de diodes.

Je hebt het over een motor die moet worden aangedreven. Wat moet die motor aandrijven ? Dat is toch niet de ventilator die de wind voor je generator maakt ?

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Sorry ja, inderdaad nog niet genoeg informatie over de motor.

quote=> Dat is toch niet de ventilator die de wind voor je generator maakt? haha :D dat is een goeie! neenee gelukkig niet anders zou het niet veel zin hebben he :p

hieronder volgt een schets van mijn thesis

dus:

Een gestuurde debietregelaar wordt geplaatst in een afzuigkanaal.
Dimensies: cilindrische kanalen met diameter 12cm.

Bij renovaties is het gemakkelijk om tot een plug- en play systeem te komen.
Daarom werd een onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om een debietregelaar te ontwerpen die zonder bekabeling naar het toestel toe (voeding dus) met de energie ge"harvest" uit de luchtverplaatsing in het kanaal het volgende kan: elke 5seconden een RH-meting kan uitvoeren, het debiet in het kanaal kan regelen en
kan communiceren met een centrale processor, deze laatste stuurt verschillende toevoerroosters en afvoerregelaars aan.

In deze debietregelaar zit de volgende elektronica:

RF-communicatie om te antwoorden of te luisteren naar een centrale processor.(grootste verbruiker)

RH-sensor die elke 5s een meting doet (laag energieverbruik)

Processor om heel de boel te regelen.

Batterij

schakelingen zoals bruggelijkrichter, DC-DC converter, spanningsdeler. . .

Mechanisch:

Een generator aangesloten aan een ventilator die aangedreven wordt door de luchtverplaatsing in het kanaal.

Een klep die het debiet regelt, ik vind geen overeenkomende tekening maar stel je een cilindrische schijf voor die cirkelvormig opent een sluit(snapt iedereen wat ik hier mee bedoel?)

Een actuator die de klep bedient => dit is de motor waarover ik praat..

Zoals ik hiervoor al zei is de generator zo goed als klaar en komt het er nu op aan om de elektronsiche schakelingen te ontwerpen die de boel zo goed mogelijk moet doen werken.

@fred101 is misschien een goed idee, bedoel je dan het signaal eerst te versterken bijvoorbeeld met transistoren? daar krijg je toch dezelfde spanningsval? Of hoe zou je dit dan doen?

Mvg

Je kunt een bruggelijkrichter maken met een kleine spanningsval door Schottky diodes te gebruiken in plaats van silicium diodes, en er zijn ook constructies met MOSFETs waarbij de spanningsval nagenoeg niets is. Behalve een normale bruggelijkrichter zou je ook kunnen kijken naar andere constructies, zoals enkelzijdige gelijkrichting. Aan jou natuurlijk de taak om uit te zoeken hoe dat werkt, en wat de voor- en nadelen van dergelijke constructies zijn.

Heb je al bedacht wat je gaat doen als de batterij leeg of stuk is?

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Hoeveel drukval mag er over je "harvesting" installatie staan? Hoeveel debiet verwacht je? Reken het (theoretische) vermogen van de te oogsten energie uit.

Hoe kan je energie harvesten als de klep dicht staat?

Hoe ga je de klep bedienen? Overweeg een 9g servo. Koop zo'n ding en meet de energie die nodig is om de klep 1x te bedienen.

Overweeg: "onder 3.7V uit de generator doen we niks, boven de 3.7V doen we step-down naar de LIPO batterij. " je zooi draait dan ofwel direct op de lipo (CPU, meter?) en/of op een step-up-naar-5V (mogelijk nodig voor de servo).

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Goed idee! Ik had ook al gehoord van schottkey diodes, ga ik waarschijnlijk ook gebruiken.

Ik ga ervan uit dat het mogelijk is in de code van de centrale processor een stukje te kunnen schrijven dat een alarm triggert als na het zenden van een bericht er geen antwoord komt na bijvoorbeeld 5 pogingen of over een bepaalde tijd.

Dit wijst dan op een defect/lege batterij en kan worden aangegeven op een regelaar aan de wand zodoende hem te vervangen.

Wat ik me wel afvraag is stel dat de batterij leeg zou zijn en de generator probeert hem constant op te laden als hij draait, kan die daarvan dan stuk gaan?

Wat ik ook nog niet zo goed onder de knie heb is hier de term belasting voor de generator.

Als er geen actief onderdeel stroom probeert op te nemen zoals een actuator die gestuurd wordt, en de batterij is leeg. Probeert deze dan 'actief' op te laden vanuit de generator en wordt die daardoor dan belast? of mag ik dit zo niet bekijken.

Is het eerder zo dat de generator een bepaalde spanning levert aan de hand van hoe snel hij draait en door de weerstand van de aangesloten elektronica moet hij een bepaalde stroom leveren.

De maximale drukval over de generator weet ik niet, ik zal het nagaan.
Debiet varieert tussen 10m³/h en 50m³/h, de daarbij te verwachten energiewinst is minimaal 0.5mw(hier zit betz limiet, schoeprendement, elektrisch en mechanisch rendement van de generator al ingerekend) en maximum 47mW.

Bij minimumdebiet (+-90% van de dag) is er dus te weinig energie om de schakeling te voeden en de batterij te voeden, en bij maximumdebiet is er enorm veel energie. Daarom zou ik opteren voor een soort UPS systeem waar ik kijk naar het gemiddelde debiet, als ik de batterij tijdens maximumdebiet (en eventueel als dit maar wekelijks of hoogstens een paardagelijks zou zijn bv. het debiet voor een bepaalde tijd op te voeren om de batterij volledig op te laden). te gaan opladen.

Bij een toegestuurde klep blijft er nog altijd 10m³/h over, in het midden zit een cirkelvormig gatje dat nooit verder sluit als een bepaalde diameter.

Ik ben inderdaad ook opzoek naar een manier om de klep te bedienen, ik had bv. een ultrasoonmotor in gedachten.

http://www.youtube.com/watch?v=sPr2I12urd8

Die machines kunnen met een laag energieverbruik werken, hebben wel een hoge spanning nodig. Een andere vereiste is dat het snel reageert, anders zou het zinloos zijn om elke 5seconden een RH meting te gaan uitvoeren als de klep er een kwartier over doet om te openen. voor die ultrasoonmotor is dat geen probleem.

Met een servomotor gaat dit ook inderdaad.

Waarom zou je de grens trekken al bij 3,7V? Ik mag niet veel meer verwachten als 3,7V, maximum 5V (theoretisch bepaald met FEMM).
Of bedoel je dat het gewoon niet veel zin heeft om lagere spanningen te gaan gelijkrichten en te boosten?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 15 oktober 2013 17:00:04 (42%)

Met ding ben ik wel blij en dat is dat je dit zegt:

quote=> Dat is toch niet de ventilator die de wind voor je generator maakt? haha dat is een goeie! neenee gelukkig niet anders zou het niet veel zin hebben he

Je wilt niet weten hoevaak er hier mensen komen die hier vragen om zoiets te bedenken in alle variaties.

Verder mis ik in je thesis verhaal een paar belangrijke gegevens. Zoals hoeveel energie die generator oplevert. En dat in joules, kWh, calorieen van mijn part. Dan heb je iets waarmee je de electronica kunt gaan verzinnen.

Je noemt de volgende dingen:

RF-communicatie om te antwoorden of te luisteren naar een centrale processor.(grootste verbruiker)

RH-sensor die elke 5s een meting doet (laag energieverbruik)

Processor om heel de boel te regelen.

Batterij

schakelingen zoals bruggelijkrichter, DC-DC converter, spanningsdeler. . .

Deze gebruiken allemaal bij elkaar best veel energie. Je werkt begrijp ik met natuurlijke trek? Je kunt dan exact uitrekenen hoeveel energie je daar uit kunt halen. Ook de opbrengst van een propeller in een tunnel is exact te bepalen. (Een propeller werkt zoals ongeveer een vleugel werkt.) De energieopbrengst in b.v. 24 uur van je generator is een must om verder te kunnen bepalen wat voor electronica je gebruiken kunt.

Een paar tips:

RF-communicatie om te antwoorden of te luisteren naar een centrale processor.(grootste verbruiker)[/i]

Kijk eens naar ziggbee transceivers. De tranciever hoeft niet de grootste gebruiker te zijn. Verder levert o.a. microchip z.g. nanowatt cpu's. Zeer zuinig en ook uitgerust met communicatie mogelijkheden. Heb je al nagedacht over de soort communicatie die je wilt gaan toepassen? Een z.g. adhoc network of meer georganiseerd? Komen de de units in metalen pijpen te zitten? Gaat RF communicatie dan wel werken? Denk aan de kooi Faraday.


schakelingen zoals bruggelijkrichter, DC-DC converter, spanningsdeler. . .


Waarom naar 12 volt. Er is tegenwoordig heel veel electronica die op serieus lage spanningen kan werken. Denk aan 2 a 3 volt. Boostconverter mits goed gebouwd hebben weinig verlies maar ze hebben verlies. Als het niet nodig is niet doen. Met een gewone brug gelijk richter raak je 1,4 volt kwijt. Zoek hier dus iets anders voor. (Fets) Wat moet je met een spanningsdeler? Als je ergens energie kwijt raakt is het wel daar in.

Batterij

De batterij is als het goed is de grootste energie gebruiker. Die moet immers altijd geladen worden. Zou het niet met een goldcap kunnen?

Dan heb je het ook nog over een klep. En klep waarmee je de flow wilt regelen of kort gezegd gewoon je pijp een stuk wilt afsluiten. Dan doet je generator dus ook niets meer of gewoon veel minder.

Moet die pijp echt worden afgesloten of alleen getemperd?
Indien alleen getemperd is het dan mischien mogelijk de propeller zwaarder te laten lopen door de vaanstand te veranderen of een electrisch zwaardere belasting van de generator te gebruiken. Voor die electrisch zwaardere belasting kun je de accu gebruiken die je dan gewoon wat zwaarder gaat laden. Kortom in welk window moet het debiet regelbaar zijn en is dat haalbaar met de alleen de fan?

Let er ook op dat voor natuurlijke trek een minimale vertikale lengte nodig is.

Edit: !##$$%#^ Waarom is iedereen sneller met typen dan ik!

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 15 oktober 2013 09:44:32 schreef fred101:
Is het niet makkelijker om het AC eerst op te krikken. Dan zit je niet zo met de spanningsval over de diodes.

Dat is die volgorde van 1 en 2 waarover ik het had. :)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 15 oktober 2013 16:48:15 schreef Ex-fietser:

Verder mis ik in je thesis verhaal een paar belangrijke gegevens. Zoals hoeveel energie die generator oplevert. En dat in joules, kWh, calorieen van mijn part. Dan heb je iets waarmee je de electronica kunt gaan verzinnen.

De opbengst van de generator kan ik nog niet geven aangezien deze nog in de ontwerpfase zit, ik heb mijn tekeningen bijna allemaal af en binnenkort begin ik met alles te laten maken, vanaf ik hem getest heb kan ik een idee geven van de opbrengst, de maximale theoretische opbrengst is allesinds +-0.5mw bij minimumdebiet en +-43mw bij maximumdebiet (10 en 50m³/h respectievelijk).

Ik denk dat het eerder de batterij zal zijn die de voeding van de componenten voor zich neemt, als het debiet hoog genoeg is kan de generator de batterij voldoende opladen om weer voor een bepaalde tijd te voeden.

Trouwens het is wel degelijk mechanische ventilatie hoor, een centrale ventilator zuigt een bepaald debiet aan uit de ruimtes en het debiet in de kanalen wordt geregeld door mijn debietregelaar.

Over de RF-communicatie, RH-sensor en processor, die dingen zijn eigenlijk al in orde, daar hoef ik me geen zorgen over te maken.

Als het uiteindelijk blijkt dat met de beste regeling via batterij en generatorwerking nog altijd te veel verbruikt wordt ga ik moeten kijken naar nog zuinigere oplossing als die dat er nu al zijn, je info is wel zeker nuttig om te weten!

Om op je vraag te antwoorden het zijn kunststoffen leidingen dus daar hoef ik me geen zorgen over te maken.

Ik heb wel de electronica die je gezegd had genoteerd maar zoals ik al zei werken we nu al met bepaalde componenten die ik voorlopig niet ga veranderen.[/quote]

Op 15 oktober 2013 16:48:15 schreef Ex-fietser:

Waarom naar 12 volt. Er is tegenwoordig heel veel electronica die op serieus lage spanningen kan werken. Denk aan 2 a 3 volt. Boostconverter mits goed gebouwd hebben weinig verlies maar ze hebben verlies. Als het niet nodig is niet doen. Met een gewone brug gelijk richter raak je 1,4 volt kwijt. Zoek hier dus iets anders voor. (Fets) Wat moet je met een spanningsdeler? Als je ergens energie kwijt raakt is het wel daar in.

Hmm de 12V spanning zou zijn voor de motor die de klep stuurt, als ik ultrasoonmotor gebruik zal deze spanning zelfs nog hoger moeten liggen, ik ga nagaan hoeveel spanning ik nodig heb voor eens servomotor.

Ik zal ook opzoeken hoe ik met FETS kan werken om de spanning te verhogen, Ik had ook al gehoord om met shottkey diodes te werken, daar kan ik een mooi besluitje over vormen in men thesis, bedankt voor je suggestie.

Op 15 oktober 2013 16:48:15 schreef Ex-fietser:
Batterij

De batterij is als het goed is de grootste energie gebruiker. Die moet immers altijd geladen worden. Zou het niet met een goldcap kunnen?

Ik lees over goldcap: They are a reliable secondary battery power back-up source. ziet er dus positief maar: Capacitors provide capacitance value up to 1 farad and long life of 2000 hours at 85°C

2000uur is sowieso te weinig en het ding is ook dat de batterij vervangbaar moet zijn om de zoveel jaar zodanig dat de debietregelaar
terug kan werken. (Het gaat immers over een toestel dat effectief zal worden uitgebracht na verder onderzoek, mijn doel is om een basisconcept te geven).

De batterij zou de schakeling voor 90% van de tijd moeten voeden en op 10% van de tijd of iets meer worden bijgeladen, ook bij het minimumdebiet kan een beetje energie worden toegevoegd. Ik voel aan dat dit niet voldoende zal zijn dus misschien een regeling tussen beide. Ga ik uitpluisen.

Op 15 oktober 2013 16:48:15 schreef Ex-fietser:

Dan heb je het ook nog over een klep. En klep waarmee je de flow wilt regelen of kort gezegd gewoon je pijp een stuk wilt afsluiten. Dan doet je generator dus ook niets meer of gewoon veel minder.

Moet die pijp echt worden afgesloten of alleen getemperd?
Indien alleen getemperd is het dan mischien mogelijk de propeller zwaarder te laten lopen door de vaanstand te veranderen of een elektrisch zwaardere belasting van de generator te gebruiken. Voor die elektrisch zwaardere belasting kun je de accu gebruiken die je dan gewoon wat zwaarder gaat laden. Kortom in welk window moet het debiet regelbaar zijn en is dat haalbaar met de alleen de fan?

Let er ook op dat voor natuurlijke trek een minimale vertikale lengte nodig is.

Nog eens voor de duidelijkheid, er wordt mechanisch geventileerd en de window is 10m³/h tot 50m³/h.

Het gaat hier over een natte ruimte die moet worden afgezogen (lol) telkens als er bijvoorbeeld een douche wordt genomen of bv. net een wasbeurt is gebeurd.

De leiding waarin wordt afgezogen is uit kunststof met diameter 12cm.

Hmm ik denk niet dat het debiet voldoende kan geregeld worden puur door de generator zwaarder te laten lopen.

Ben heel tevreden over de reacties die ik hier krijg, leuk om te weten dat er mensen zijn die echt proberen te helpen :)

mvg

Het is ook best een leuk idee dat je hebt. Maar een energie opbrengst die kan liggen tussen 0,5mW en de 47mW is best wel weinig.

Een b.v. 500mAh 1,2V oplaadbare batterij heeft om helemaal opgeladen te worden 600 mWh nodig. Meestal doet die batterij daar een uur of acht over. En dan is dit een kleintje.

Ik denk dat je naar een veel kleinere batterij moet uitkijken en de klep een in burst maar een enkele keer per dag moet gaan sturen.

Op 16 oktober 2013 00:56:41 schreef Ex-fietser:
Het is ook best een leuk idee dat je hebt. Maar een energie opbrengst die kan liggen tussen 0,5mW en de 47mW is best wel weinig.

Inderdaad maar de energie die ik moet voorzien is ook weinig, 2mw constant voor de voeding van RH en RF en processor die eigenlijk maar elke 10minuten werken, kan zelfs verlengd worden tot 15min wat resulteert in 1,5mW constant.

Dan is er de motor die ik een paar keer per dag moet voeden en die zou ik dan inderdaad misschien beter voeden met een ultracap of goldcap of dergelijke!

Op 16 oktober 2013 00:56:41 schreef Ex-fietser:
Een b.v. 500mAh 1,2V oplaadbare batterij heeft om helemaal opgeladen te worden 600 mWh nodig. Meestal doet die batterij daar een uur of acht over. En dan is dit een kleintje.

Ik denk dat je naar een veel kleinere batterij moet uitkijken en de klep een in burst maar een enkele keer per dag moet gaan sturen.

amai, das wel echt lang voor zo'n lage spanning, ik ga me nu wel eerst focussen op wat mijn generatortje opbrengt, dan kan ik me bezighouden met de elektronica die erachter komt, met hier de vraag te stellen heb ik wel een paar goede ideeën om uit te werken, bedankt daarvoor!

Is er iemand trouwens geinteresseerd in tekeningen van mijn generator in FEMM? Heb hem geprogrammeerd in matlab zodat ik met een paar waarden in te geven het toestel volledig zelf laat tekenen. Ik kan ook plots van de fluxdichtheid en opgewekte EMK bij 1500toeren laten zien