Windturbine elektriciteit bruikbaar maken voor een USB-poort

Op die 2000 mA zou ik mij niet teveel fixeren. Dat is de standaard stroomsterkte die veel USB 5 V voedingen kunnen leveren. Een mobiele telefoon zal bij het laden waarschijnlijk minder stroom nemen. Als je voeding meer kan leveren dan 2 A zal er niets kapot gaan omdat de verbruiker bepaalt hoeveel stroom er gaat lopen.

Een simpele oplossing is een bruggelijkrichter, afvlakelco en een schakelend regelaartje zoals een Recom R-78B5.0-2.0 zie: https://recom-power.com/pdf/Innoline/R-78B-2.0.pdf
Die kan een ingangsspanning van 6,5 tot 32 V omzetten naar 5 V bij maximaal 2 A.

Bij lage toerentallen kan het zijn dat je generator onder belasting onder 5 V zakt. Een complexere oplossing zou dan een buck-boost converter kunnen zijn.

Dat is wel een mooie motor, maar het lijkt me wel een uitdaging om die op 3000 rpm te krijgen met een windmolen.

Die gelijkrichter zal wel werken, maar is wel erg over-gedimensioneerd met een 35A. En dus veel te duur. Dan kun je beter een kleinere gelijkrichter zoeken.
Bijv https://www.reichelt.nl/nl/nl/bruggelijkrichter-400-v-10-a-sil-gbi-10g…

Afvlak condensator: Dat moet een stevige Elco zijn.
Bijv 4700 uF 25V, als je motor tenminste nooit boven 25V komt.
https://www.reichelt.nl/nl/nl/elko-radiaal-4700-f-25-v-rm-7-5-85-c-200…

Als regelaar zou ik idd een schakelende regelaar nemen.
Bijv https://www.bol.com/nl/nl/p/lm2596-dc-dc-converter-verstelbare-step-do…

De hub gebruik je alleen als voeding. De data-draden worden niet gebruikt. Dan hoef je dus ook geen USB-3 hub. Een USB-1 hub voldoet ook. Ik zou dan wel eentje zoeken met een ingang voor een power-adapter.

Bijv https://www.bol.com/nl/nl/p/4-poort-multi-usb-2-0-hub-splitter-verdele…

Je moet zorgen dat je windmolen onbelast zo licht mogelijk loopt.Zonder hobbels in het koppel, anders start hij niet/moeilijk. Die generator lijkt me mooi. Heeft wel koolborstels die toch nog wat wrijving opleveren.
Generator wil graag hoog toerental. Misschien is een tandriemoverbrenging iets. Die heeft niet het eeuwige leven maar kan behoorlijk efficient zijn.
Ik denk dat een 3mm HTD (HTD-type ben ik fan van) tandsteek wel voldoet, maar je kan het hier even nakijken.

Ideetje.
Als het geheel onbelast lekker loopt zou je kunnen overwegen om aan/uit regeling te gebruiken om generatorbelasting en windmolen op elkaar af te stemmen.
De windmolen heeft veel rotortraagheid. Die laat je lekker op toeren komen en schakelt vervolgens de generator een paar seconden aan en weer uit als het toerental te veel zakt. Op deze manier kan je de generator op zijn efficiënste werkpunt inzetten.
Optimale vermogensopbrengst uit de wind zit op ca 50% onbelast toerental.

Op 16 november 2022 00:54:53 schreef McAwesome:

Bij lage toerentallen kan het zijn dat je generator onder belasting onder 5 V zakt. Een complexere oplossing zou dan een buck-boost converter kunnen zijn.

Staat ‘ie dan niet toch al bijna stil bij gebrek aan wind? Ik denk dat alleen een buck regelaar wel genoeg is. Het is sowiso al een stuk mooier dan een lineaire regelaar.

Op 16 november 2022 00:25:56 schreef Marius Roessingh:

Daarna sluit ik een spanningsregelaar aan die de spanning omvormt naar 5V⁵. Hierbij stel ik me voor dat de spanningsregelaar als het ware de bovenste top van de spanning 'afkapt' en er alleen een constante 5V overblijft. (zie bijlage "voltage bewerking" onderdeel 4)

Da’s wat een lineaire regelaar doet: die houd zijn uitgangsspanning op (bijvoorbeeld) 5 V. Als dan de ingangsspanning 12 V is, en je neemt ongeveer 200 mA af, dan gaat er ongeveer 200 mA je regelaar in bij die 12 V, en komt er ongeveer 200 mA uit bij 5 V. Reken zelf maar na hoeveel vermogen je dan in je regelaar aan warmte aan het omzetten bent. En wat de efficiëntie dan is.

(Eigenlijk heeft die regelaar nog een beetje eigen gebruik ook. Dus er gaat 208 mA oid in, en 200 mA uit naar je belasting (en 8 mA door de GND-aansluiting van de regelaar)).

Een schakelende regelaar houdt ook zijn uitgangsspanning constant, maar neemt bij een hogere ingangsspanning minder stroom op. Dus bijvoorbeeld bij 5 V, 200 mA aan de uitgang, neemt deze 12, 100 mA op. In principe aan de in- en uitgaande kant hetzelfde vermogen (je kunt geen energie ‘erbij toveren’. Of wegtoveren, trouwens). In de praktijk aan de ingang een net iets hoger vermogen: hij is niet 100 % efficient. Je mag blij zijn met 90 %, en ook 80 % is al niet slecht.

Da’s dan gewoon “efficientie”, al een stuk beter dan lineair ‘opstoken’. Er worden dingen warm omdat er stroom doorheen loopt: de spoel en gelijkrichtdiode en schakelfet etc. zijn nooit nul Ohm. Ernaast heeft die schakelende regelaar natuurlijk ook een eigen gebruik. Waardoor er, ook als je nul uitgangsvermogen trekt, toch een beetje vermogen in gaat aan de ingang, om de regelaar zelf werkend te houden.

Efficiëntie en eigen gebruik van zo’n regelaar kun je vinden in het datablad, maar ook nameten. Ook leuk voor een profielwerstuk. (De Recom die McAwesome aanraad vermeld de efficiëntie zelfs als een grafiek. Het eigen gebruik als ingangsstroom bij nullast: quiescent current. Die is opgegeven bij 1 bepaalde ingangsspanning en dus mogelijk anders bij een andere ingangsspanning, maar kun je nameten)