Startmotor als dynamo

Hallo,

wij willen voor ons profielwerkstuk testen hoe efficiënt het is om energie op te slaan in een vliegwiel. Hiervoor hebben we een motor nodig die ook als dynamo dient.

We hebben een klein budget, dus we vroegen ons af of we misschien een startmotor uit een auto kunnen gebruiken. Eerst moet de motor het vliegwiel aandrijven, dan moet het vliegwiel een tijdje ronddraaien met zo weinig mogelijk weerstand en na een bepaalde tijd willen we dat de startmotor de energie uit het vliegwiel weer omzet in elektrische energie.

We hebben al met een arduino een systeem gemaakt dat kan meten hoe veel energie er gebruikt is door de motor door E = U*I*dt te gebruiken. In de bijlage is het schakelschema hiervoor te zien.

De vraag is dus eigenlijk: kunnen we een startmotor of een andere motor gebruiken als (niet super inefficiënte) dynamo en als dat kan, kunnen we de energieoutput dan meten. (Komt er DC of AC uit de dynamo)

Alvast bedankt,

Herman en Hidde

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

Proberen is weten. Zet de startmotor vast op de werkbank, koppel een boormachine aan de as en laat hem draaien. Meet dan wat voor spanning er uit komt.

Startmotors zijn ongeschikt om gedurende langere tijd belast te worden. Daarnaast trekken ze behoorlijk hoge stromen bij inschakelen (>100 A). Zeker om een vliegwiel op gang te trekken, zal je behoorlijke aanloopstromen vaststellen. Dynamo bedrijf zal ook een teleurstelling zijn. Ik zou eerder naar de motor van een (DC !) batterij boormachine uitkijken. Die vindt je erg goedkoop, en de stromen zijn hier toch een stuk kleiner (maar ook snel + 20 A !).

Volgens mij heeft een startmotor geen permanente magneten en zal het moeten doen met een veel kleiner remanent magnetisme als hij moet werken als generator.
Een niet zo ideale motor voor die proefneming.

edit: om nog niet te spreken over het mekanisch gedeelte.

[Bericht gewijzigd door MGP op 18 november 2019 10:54:01 (13%)]

LDmicro user.

Je zou dan in een gelukkige situatie terechtkomen bij een dynastart, rond de jaren 20 en 50 nogal eens gebruikt.
Hedendagen rijdt de nieuwste Honda Goldwing ook met dit concept.

Wellicht eens kijken met een wasmachinemotor, of moet het bij ongeveer 12 Volt blijven?

Moet het ook echt een combi zijn, aanzwengelen en terugleveren in 1 apparaat?

Dat kump er noe van....

Een standaard startmotor moet je mechanisch aanpassen , je hebt te maken met het statrelais-bendix met vrijloop.

De spanning is te snijden, welke mes moet ik daarvoor gebruiken?

@Hunebedbouwer, MGP: dat ligt eraan wat jullie "standaard" vinden. Startmotors van motorfietsen hebben meestal wel permanente magneten, en een éénwegkoppeling in plaats van een bendix. Alsnog lijkt zo'n motor me niet heel erg geschikt, o.a. vanwege de hoge aanloopstroom.

Een boormachinemotor lijkt me een beter idee, maar dan moet je de planetaire vertraging erbij houden (met alle verliezen daarin), of met een klein vliegwiel direct op de motor met een hoog toerental gaan werken, wat ook niet zonder gevaren is.

De wasmachinemotor lijkt me ook geen stom plan. Hoewel zo'n motor gemaakt is voor 230V, kan hij ook prima op lagere spanningen werken. Als je de veldwikkeling (stator) nou apart voedt uit een labvoeding met een constante stroom, heb je een soort instelbare magneet gemaakt. Je kunt in je verslag prima uitleggen waarom dat handig was, en dat je die veldwikkeling en labvoeding zou kunnen vervangen door een paar permanente magneten. Als je de opgenomen stroom en spanning van die labvoeding bijhoudt terwijl de hele opstelling stilstaat, aandrijft, en remt, kun je aantonen er via dat pad geen mechanisch vermogen geleverd is, het enige vermogen wat je daarin steekt gaat in de weerstand van het koper in de stator zitten.

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

@SparkyGSX, Arlina: Een wasmachinemotor lijkt me ook een goed idee. Maar werkt zo'n motor op AC of op DC? Want het schakelschema met de Arduino kan volgens mij alleen DC meten.

En kan een wasmachinemotor wel gewoon als dynamo gebruikt worden? En wekt zo'n motor dan AC of DC op?

Bedankt

Ik zou geen startmotor nemen, maar een DC motor van een elektrische step:
https://www.ebay.com/itm/Electric-Scooter-Motor-12V-100W-Sma...3750254154

Dit zijn permanent magneetmotoren. Verreweg de meest eenvoudige optie om 'm als generator én als motor te kunnen gebruiken. Je hoeft niets te doen met veldwikkelingen, regelingen enzovoorts.

Nadeel van de permanent magneetmotor als generator mag je zelf uitzoeken, maar voor een schoolproject lijkt me het eigenlijk helemaal geen probleem.

Misschien is een scootmobielmotor ook geschikt? Ik ken die verder niet.
In een massageplaat/trilplaat (http://666kb.com/i/bh2cgc0fg7b8iblvc.jpg) zitten ook mooie 100vdc 250w motoren. Ik vermoed dat het ook permanentmagneetmotoren zijn, maar ik durf dat niet met zekerheid te zeggen. Heb 'm niet bij de hand, anders had ik even een slinger er aan gegeven en gekeken of er spanning uit komt.

Een wasmachinemotor heeft vaak een kooiankermotor (zoekwoord: squirrel cage motor) én een universeelmotor (univeral brushed motor) op dezelfde as zitten. Er is veel info te vinden over die motortypes, wat je er in stopt aan spanning, en wat er uit gaat.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op 18 november 2019 12:12:37 (12%)]

En het wiel van een trek bionx ebike , kun je als motor en als generator gebruiken.
Vliegwielbelasting makelijk op de velg te maken.

Een gecombineerde kooianker en universeelmotor? Dat heb ik nog nooit gezien, de paar exemplaren die hier liggen zijn, voor zover ik weet, gewoon universeelmotoren.

Als je de veldwikkeling extern bekrachtigd, zou je een forse wervelstroom door dat kooianker krijgen, dus die zou flink gaan remmen. Dat is een eenvoudige test, gewoon met de rotor aansluitingen open.

@TS: het is dus een universeelmotor, wat betekend dat hij op zowel AC als DC kan werken. Als je de veldwikkeling extern bekrachtigd, heeft de rotor wel DC nodig, en zal ook DC produceren als je hem als generator gebruikt.

@BenI2C: zo'n Bionx motor lijkt me een BLDC, die doet weinig zonder geschikte regelaar erbij, en ik denk dat de TS het juist eenvoudig wil houden, zonder die elektronica.

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

Golden Member

Alle motoren die tot nog toe zijn voorbijgekomen draaien allemaal veel te zwaar. Tenzij je een vliegwiel van enkele tientallen tonnen aan massa wilt gebruiken zullen ze snel stil staan. Omdat deze motoren allemaal kracht moeten kunnen leveren zijn ze veel te zwaar gelagerd voor jouw toepassing.
Als je voor je studie alleen het principe wilt aantonen dan zou ik een zo klein mogelijke bldc motor proberen. Bijvoorbeeld eentje uit een 2.5" laptop harddisk, degene die de schijven laat draaien. Dan kun je ook een klein vliegwiel gebruiken en blijft de testopstelling betaalbaar. Een bldc driver heb je voor een paar euro op eBay.

Op 18 november 2019 12:57:32 schreef SparkyGSX:
Een gecombineerde kooianker en universeelmotor? Dat heb ik nog nooit gezien, de paar exemplaren die hier liggen zijn, voor zover ik weet, gewoon universeelmotoren.

Eigenaardig, dacht dat het standaard was. Je ziet regelmatig machines met verleten borstels, die hun hele wasprogramma afdraaien tot ze moeten centrifugeren - op dat moment wordt de motor omgeschakeld van kooianker naar universeel en draait de boel niet meer.

Maar ik ben geen wasmachinereparateur. Misschien heb ik het helemaal bij het verkeerde eind.
---

Wat zwaar lopen betreft: borstelmotoren hebben altijd wat wrijving, maar je moet je afvragen hoe perfect je het systeem wil hebben. Het gaat immers om een schoolproject dat niet praktisch bruikbaar hoeft te zijn.
BLDC motoren zijn inderdaad de beste keuze, maar ook weer een stapje ingewikkelder om te gebruiken.

maartenbakker

Special Member

Op 18 november 2019 12:10:55 schreef Ledlover:
Een wasmachinemotor heeft vaak een kooiankermotor (zoekwoord: squirrel cage motor) én een universeelmotor (univeral brushed motor) op dezelfde as zitten. Er is veel info te vinden over die motortypes, wat je er in stopt aan spanning, en wat er uit gaat.

Dat is nieuw voor me, ik dacht altijd dat het één van de twee was. Een kooiankermotor bij oudere Italiaanse machines (behalve IRE, die gebruikte PM motoren vanaf de eerste electronisch gestuurde modellen - die zijn waarschijnlijk ook goed geschikt als dynamo), een universeelmotor bij Duitse machines.

Edit: ah, ik ben niet de enige met die opmerking. Ik vermoed dat het iets is met zwevende koolborstels en niet snel genoeg op toeren komen voor de tacho.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op 18 november 2019 13:42:42 (11%)]

"The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

Op 18 november 2019 13:04:02 schreef hennep:
Bijvoorbeeld eentje uit een 2.5" laptop harddisk, degene die de schijven laat draaien. Dan kun je ook een klein vliegwiel gebruiken en blijft de testopstelling betaalbaar. Een bldc driver heb je voor een paar euro op eBay.

Lijkt me een heel slecht idee. Niet alleen wordt de analyse van het systeem VEEL moeilijker met zo'n motor en regelaar, ze zijn gewoonlijk niet goed in staat beheerst regeneratief te remmen, en hebben de vervelende eigenschap stuk te gaan als je onder last de voeding los neemt. Daarbij gaan ze onbeheerst regeneratief remmen, zonder maximale uitgangsspanning (dus die vliegt omhoog), als je het "gas" dicht draait met een flinke inertia eraan. Met een labvoeding die geen stroom kan opnemen is dat een recept voor de kapotte regelaar en labvoeding.

Een DC motor is een stuk eenvoudiger, en kan op veel minder manieren kapot. Je hebt echt geen gigantisch vliegwiel of idioot toerental nodig om significante energie op te slaan, maar dat mag de TS zelf uitrekenen.

@TS: je schema is wat te simpel, en zo ga je waarschijnlijk de Arduino stuk maken. Er moet minimaal een vrijloopdiode over de spoel van het relais, een vrijloopdiode over de motor, en ik zou een weerstand van 4k7 of 10k in serie zetten met de analoge ingangen van de Arduino, om te voorkomen dat hij bij een spanningspiekje (zeker over die 0.1 ohm weerstand) stuk gaat. Reken ook die 1k/1k spanningsdeler even na, en bedenk hoeveel stroom dat relais gaat trekken, en of dat goed gaat, direct aan zo'n pin. Ik weet niet wat voor relais je gebruikt, misschien gaat dat wel goed, maar waarschijnlijk niet.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 18 november 2019 16:08:38 (22%)]

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

In de jaren '70 had Bosch de Dynastart, die is daar voor bedoeld. Misschien nog ergens te vinden...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

Ik heb me wel eens afgevraagd waarom gecombineerde startmotor/generator niet of nauwelijks gebruikt worden in auto's, maar als je eraan gaat rekenen kom je al snel tot de conclusie dat de eisen dusdanig ver uit elkaar liggen, vooral het groot koppel bij laag toerental dat een startmotor moet leveren, versus het maximale toerental toerental waarbij de generator moet werken, dat het combineren dusdanig complex is dat het economisch niet rendabel is.

Een startmotor die bij 12V een krukas toerental haalt van 60rpm zou bij 6000 rpm al meer dan 1000V gaan leveren, als je uitgaat van permanente magneten, en dus een nagenoeg constante motorconstante. Het ligt dan natuurlijk voor de hand om een veldwikkeling te gebruiken, maar dan nog is het verschil zodanig groot dat de functies moeilijk te verenigen zijn.

Echter, voor de TS speelt dat probleem niet; het maximale toerental voor de generator is immers het toerental dat de motor kan halen.

Eigenlijk is het aandrijven van zo'n vliegwiel met een DC motor aan een spanningsbron altijd een probleem; in eerste instantie, als het vliegwiel nog stilstaat of heel langzaam draait, is de weerstand van de motor het enige wat de stroom beperkt. Hoe beter de motor, des te lager de weerstand, en des te meer die stroom uit de hand loopt. Om dit te ondervangen zou ik de TS sterk aanraden een labvoeding te gebruiken die een constante stroom kan leveren. Meestal zijn middelbare scholen niet heel ruim voorzien in dergelijke voedingen; het lijkt me handig als de TS eerst bekijkt wat er beschikbaar is, en aan de hand daarvan een motor kiest.

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

Gegeven dit schema zit je denk ik vast aan een permanente magneetmotor. Een startmotor gaat je niet helpen, dat is veel te lastig in het gebruik door de grote stromen die er vloeien en de karakteristiek van de motor die geoptimaliseerd is voor koppel. Een startmotor lijkt me in elk geval lastig in de omgang en zal de efficiëntie niet ten goede komen.

Ik zou het iets kleiner zoeken en bijvoorbeeld de motor van de ruitenwisser demonteren en aan die as een vliegwiel maken. De tijdconstante wordt dan wat korter maar je hebt dan niet te maken met 1000A aan stroom (al kunnen ruitenwissers ook wel stroom trekken, in mijn (B-klasse) auto is dat afgezekerd met 20A). Het inschakelen zo direct op de voeding gaat ook hopeloos inefficiënt zijn omdat je vrij grote verliezen gaat krijgen in de bekabeling en de energiebron.

Je zult een soort van controller moeten aankopen/bouwen, want een permanente magneetmotor zal een stroom trekken die overeenkomt met het koppel, en een snelheid proberen te halen die overeenkomt met de spanning. Dat wil dus zeggen dat een vliegwiel het ergste is wat je er op kan aansluiten. Hij zal dan enorme stromen vragen om te proberen dat vliegwiel onmiddelijk op gang te brengen (en evenredig inefficiënt zijn) en een steeds dalende spanning leveren bij het weer afremmen.

Op zich denk ik dat je wel de goede kant op zoekt in auto-onderdelen, want die zijn vaak nog wel te betalen, en werken op een spanning waar je makkelijk mee kan werken. Ik zou me niet comfortabel voelen mijn zelfgebouwde controllertje op een netgevoede motor aan te sluiten.

Houd er rekening mee dat je ook een geschikte meetmethode moet vinden om er achter te komen hoe efficiënt je opstelling was. Een moderne scoop kan wel twee kanalen vermenigvuldigen en het resultaat integreren, maar dat moet je van je specifieke exemplaar dus wel uitzoeken. Ook moet je een geschikte stroomshunt/-probe hebben.

edit: Ik zie dat SparkyGSX al een aantal van deze conclusies heeft geformuleerd.

Ik heb me wel eens afgevraagd waarom gecombineerde startmotor/generator niet of nauwelijks gebruikt worden in auto's

Men is er wel volop mee bezig (zie mijn link boven)
Wordt dan direct op de krukas gemonteerd. Bij hoge toerentallen is de efficiency van de dynamofunctie 85% (t.o.v. 20% bij huidige alternators)

Men zit nog wat met de lage 12v boordspanning in auto's, niet echt handig bij grote vermogens.
(men verwacht dat de boordspanning in de toekomst naar 36 of 42v gaat, dat zou alles kleiner en lichter maken)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - www.arcovox.com

De implementatie die je laat zien wordt gewoonlijk gecombineerd met een hybridesysteem, Honda noemt het bijvoorbeeld "IMA" (link). Gegeven een fatsoenlijke doorsnede kan je best een hoop vermogen opwekken in zo een motor. Vaak wordt er dan ook gewerkt met geïntegreerde inverters en hogere spanningen. Voor een profielwerkstuk is een dergelijke aansturing alleen wat lastig te reproduceren.

edit: Wikipedia heeft een artikel over het Honda systeem: IMA.

[Bericht gewijzigd door Kruimel op 18 november 2019 17:25:58 (12%)]

Ik denk ook dat een startmotor een veel te waar ding is voor zo'n testopstelling. Een motor van een fiets compleet met weiol lijkt me een stuk makkelijker. Ik weet alleen niet zeker of zo'n fietsmotor hiervoor geschikt is. Bij de startmotor zit je in elke geval met een bendix. Die zal je er uit moeten slopen of onklaar moeten maken. En je hebt denk ik een heel zwaar vliegwiel nodig. Denk dan aan een flink vrachtwagenwiel ofzo. Mechanisch gaat dat ook nog een hele constructie worden. Het moet ook nog veilig zijn.

Het beste idee is het vertelde idee van een motortje uit een hardisc, een VCR of iet vergelijkbaars. De proefopstelling is dan veilig en ook makkelijk mee te nemen en te demonstreren.

Je arduino schakeling gaat zoals je hem nu geschakeld hebt waarschijnlijk alleen maar rook maken. Daar moet je nog flink aan schaven om het het bruikbaar te maken.

Mag ik eens vragen wat jullie voor vliegwiel in gedachten hebben? Dus hoe zwaar (of eigenlijk de moment-inertie, of hoe dat ook al weer heet...), hoeveel RPM? Dan kan je uirtreken hoeveel energie er in kan.

De volgende vraag is dan: Hoeveel SNEL wil je de energie er in en uit hebben. Dus is het acceptabel als het opspinnen 30s moet duren?

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

Golden Member

Haal bij de kringloop een oplaadbare boormachine op en monteer in de boorkop op een lange bout met wat ringen en moeren een redelijke schijf (kan ook van hout zijn, evt. zelfs vierkant).

Sluit het motortje aan op een regelbare voeding met een voltmeter en laat het ding op snelheid komen. Draai dan de knop van je voeding terug en kijk hoe de voltmeter zich gedraagt.

Je kunt ook een 12 Volt (led)lamp via een wisselschakelaar aansluiten op het geheel en dan de stroom van de voeding onderbreken naar de motor en omschakelen op de lamp.

mel

Golden Member

Neem gewoon een stappenmotor.. Als je daar een slinger aan geeft, en je houd de draadjes vast, krijg je gegarandeerd een oplazer :P

u=ir betekent niet :U bent ingenieur..